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André Serrano 55094António Eira 53719 Lisboa, 26 de Novembro de 2009

Sumário

2GPON e evolução para 10G GPON

Instituto Superior Técnico, Novembro 2009

• PON’s• Evolução da Rede de Acesso• A Fibra no Acesso• Tipos de PON’s

• GPON• Arquitectura da Rede• Características físicas• Características lógicas

• Evolução para 10G GPON• Soluções Evolutivas• Normalização• Desafios tecnológicos

3GPON e evolução para 10G GPON

Instituto Superior Técnico, Novembro 2009

PONs – Evolução da Rede de Acesso

• As redes de cobre existentes no acesso já apresentam dificuldades em dar resposta às exigências dos novos serviços na rede de acesso, essencialmente associados ao triple-play.

• A tendência é aproximar cada vez mais a fibra da casa do cliente, mas mesmo a solução mais avançada envolvendo cobre (VDSL-2) sóconsegue um débito de 100Mbps a poucas centenas de metros da central. Inevitavelmente caminha-se para a fibra até casa (FTTH).

PONs – A Fibra no AcessoPonto-a-Ponto (P2P) Ponto-Multiponto (P2MP)

GPON e evolução para 10G GPON Instituto Superior Técnico, Novembro

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ONT

OLT

Repartidor

• Fibra dedicada• Actualização mais fácil para débitos mais elevados• Requer mais investimento na colocação de fibra e mais interfaces activas na OLT.

• Fibra de alimentação partilhada• ONU’s têm de funcionar ao débito da linha.• Mais direccionada a uma abordagem de mercado massificado (mais fácil adicionar um cliente novo) e difícil efectuar desagregação da ligação.


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PONs – Tipos de PONs

APON – Baseada em ATM. Revela-se ineficiente no transporte de tráfego IP/Ethernet.

BPON (G.983) – APON com um comprimento de onda dedicado a transmissão de vídeo.

EPON (802.3ah) – Usa tramas Ethernet aproveitando a sua popularidade em LAN’s para incorporar essa tecnologia no acesso. Desenhada do ponto de vista do fornecedor de equipamento, privilegia baixo custo e simplicidade.

GPON (G.984) – Evolução da BPON, pretende ser uma rede heterogénea, transportando qualquer tipo de tráfego (IP, vídeo, ATM etc..), através de encapsulamento geral (GEM baseado no GFP). Desenhada do ponto de vista do cliente, privilegia adaptabilidade e mecanismos de QOS.


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GPON – Arquitectura da Rede• Ratio de divisão de potência máximo: 64 (imposto pelo orçamento de potência).

• Vários andares de divisão flexibilizam colocação da fibra e adição novos clientes.

• Esquema de protecção 1+1 ou 1:N


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GPON – Características Físicas

Nº ONU’s 2 4 8 16 32 64Débito Descendente (Mbps)

1160 578 289 145 72 36

Débito Ascendente (Mbps)

578 289 145 72 36 18

• Débitos nominais de linha: 1.244/2.488Gbps descendente e 155.52/622/1244/2488Mbps ascendente.

Débito por utilizador aproximado em função do factor de divisão óptica, considerando uma eficiência média de 93%.

• Comprimentos de onda normalizados: 1480-1500nm descendente (Banda S)

1260-1360nm ascendente (Banda O)

• É prevista a utilização da banda 1550-1560nm para distribuição de vídeo em RF.


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GPON – Características Físicas

• Alcance: Limitado a 10 ou 20km dependendo da classe de componentes ópticos utilizada.

Dimensionamento de uma ligação• Orçamento tem de incluir

uma margem de funcionamento para

acomodar degradação da qualidade da ligação.

• Receptor da OLT funciona em modo burst o

que implica uma degradação de desempenho.

• Possibilidade de usar FEC, que oferece uma

melhoria de 3 a 6 dB na ligação

Fonte: Kaiser, G. , FTTx Concepts and Applications


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GPON – Características Lógicas

• Para a partilha do meio físico, usa-se um esquema TDM,

Sentido descendente Sentido ascendente

OLT envia pacotes com identificador da ONU a que se destina. Isto implica que as ONU’s têm de trabalhar ao débito agregado e que é necessário implementar encriptação.

Para utilizar o tempo de forma eficiente, épreciso um esquema de alocação dinâmica de banda (DBA) que controle o tráfego ascendente.



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GPON – Características Lógicas• Estrutura da trama descendente:



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GPON – Características LógicasEstrutura da trama ascendente:

Cada campo Alloc-ID identifica uma fila de tráfego em cada ONU (cada ONU poderá ter mais que um Alloc-ID se tiver diferentes tipos de tráfego em simultâneo).

Informa a OLT do tamanho da fila correspondente a esse Alloc-ID. Com base nessa informação o algoritmo de DBA gere a alocação de banda.

Campos de sincronismo, OAM, controlo de potência, etc…

Fonte: Orphanoudakis, T. et al.


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• Para a implementação de QOS na rede, recorrem-se a filas de prioridade, sendo o algoritmo de DBA responsável por gerir a banda disponível em função da classe de serviço associada a cada tipo de tráfego.

• Cada Alloc-ID indexa um T-CONT (Traffic Container) que estáassociado a uma classe de serviço:

• Tipo 1 - Banda fixa, assegura uma banda fixa periodicamente para serviços em

tempo-real (Voz TDM).

• Tipo 2 - Banda garantida, para aplicações em tempo real com débito variável e

requisitos de atraso ou jitter máximos (VoIP, vídeo…).

• Tipo 3 - Banda não garantida, inclui um mínimo de banda garantida, sendo o

resto não-garantido e alocado dinamicamente. (FTP…)

• Tipo 4 - Best-effort, para aplicações sem requisitos temporais (SMTP, HTTP…)

• Tipo 5 - Qualquer combinação dos anteriores.Fonte: Cale, I. , Salihovic, A. , Ivekovic, M.

• Ethernet sobre GEM: É retirado o preâmbulo e SFD da trama Ethernet e inserido o cabeçalho GEM. Dada a possibilidade de fragmentar tramas Ethernet, é possível ajustar as tramas GEM àbanda alocada à ONU, evitando desperdiçá-la. Isto reflecte-se numa eficiência média de 93% (dependendo dos padrões de tráfego).


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• Para o transporte de qualquer tipo de tráfego, usa-se o GPON Encapsulation Method (GEM), baseado no GFP, que encapsula qualquer tipo de tráfego, apesar de TDM e ATM serem suportados originalmente na GPON. O cabeçalho de uma trama GEM tem 5 bytes:

Tamanho do payload

Identifica fluxos de serviço

Identifica tipo de tráfego e se esta trama é a última em caso de fragmentação


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10G GPON – Soluções Evolutivas

• A curto/médio prazo os débitos oferecidos pela GPON poderão ser insuficientes. Nesse sentido, está já em marcha a normalização da 10G GPON, que pretende assegurar 10Gbps no sentido descendente de uma PON.

• Para oferecer 10Gbps existem duas filosofias possíveis: a evolução natural da GPON para débitos mais elevados ou uma WDM-PON. Na solução WDM tem-se um comprimento de onda dedicado para cada utilizador, permitindo escalar o débito de acordo com as preferências do utilizador.

Característica 10G GPON WDM-PON

Débito descendente 10Gbps N*1Gbps

Débito ascendente 2.5Gbps N*1Gbps

Ratio de divisão óptica 1:128 1:64

Alcance 20km 50km

Compatibilidade com GPON

Sim Difícil


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10G GPON – Soluções EvolutivasWDM-PON

• Permite maiores débitos por utilizador e simetria no acesso.

• Comprimento de onda dedicado oferece maior segurança.

• Investimento avultado, precisa de encaminhador óptico (AWG), ONU’s “coloridas”, e não écompatível com GPON actual.

• Poderá ser indicada para operadores novos, dado que oferece maiores perspectivas na evolução.

10G GPON

• Permite actualização gradual para 10Gb com coexistência com 2.5Gb, rentabilizando a infra-estrutura.

• Limitada no sentido ascendente e oferece menos garantias de evolução para débitos superiores.

• Indicada para operadores com infra-estrutura GPON montada

Fonte: Ericsson


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10G GPON - Normalização

• Normalização da 10G GPON evolui a partir da recomendação ITU-T G.984.5, que prevê para a GPON uma banda de extensão para uso a 10Gbps.

• Banda para uso a 10Gb está colocada a 1575-1580nm para sentido descendente e 1260-1280nm ascendente.

• Estão também previstas bandas para operação em CWDM e para distribuição de vídeo.

• Para operação a 10Gbps FEC éobrigatório

Fonte: Ericsson


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10G GPON - Normalização• A separação das bandas permite a coexistência dos sistemas a 2.5 e 10Gb.

• Isto implica a existência de um duplexer que separe cada banda de transmissão para a interface apropriada na OLT.

• Nas ONU’s é necessário instalar filtros que apenas deixem passar a banda correspondente ao serviço prestado.

Fonte: Ericsson


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10G GPON – Desafios Tecnológicos

• Lasers a 10Gbps são ainda demasiado caros para colocar um em cada ONU. Por essa razão a opção mais provável a curto prazo será a de ter apenas 2.5Gbps no sentido ascendente.

• Essa assimetria na banda disponível coloca no DBA um peso considerável, tendo que se procurar algoritmos mais eficientes adequados às características do tráfego, enquanto não se processa a evolução para os 10Gb upstream.

• A sensibilidade dos fotodetectores depende fortemente do débito a que estão a operar. Para 10Gbps serão necessários componentes de maior qualidade, mantendo os custos aceitáveis.

• Estudar a possibilidade de utilizar formatos de modulação mais evoluídos que o código NRZ actual (tais como OFDM), permitindo maior eficiência espectral.


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Referências

• J. Pires, “Redes de Acesso Ópticas”, Seminários sobre Redes Ópticas de Nova Geração, 2009.

• G. Keiser, “FTTx Concepts and Applications”, Wiley-Blackwell, 2006.

• T. Orphanoudakis, H.C. Leligou, E. Kosmatos, J.D. Angelopoulos,“Performance evaluation of GPON vs EPON for multi-service access”, International Journal of Communication Systems, 2008.

• I. Cale, A. Salihovic, M. Ivekovic, “Gigabit Passive Optical Network –GPON”, Information Technology Interfaces. 29th International Conference On, 2007.

• R. Heron, “The Future Fiber Access”, OFC Session I: Migration Scenario towards Future Access Networks, 2009.


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Referências• ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), http://www.itu.int/rec/T-REC-G/recommendation.asp?lang=en&parent=T-REC-G.983.1

•ITU-T Recommendation G.984.1, Gigabit-Capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics, http://www.itu.int/rec/T-REC-G/recommendation.asp?lang=en&parent=T-REC-G.984.1

• ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-Capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission Convergence Layer Specification, http://www.itu.int/rec/T-REC-G/recommendation.asp?lang=en&parent=T-REC-G.984.3

• ITU-T Recommendation G.984.5, Enhancement band for gigabit-capable passive optical networks, http://www.itu.int/rec/T-REC-G/recommendation.asp?lang=en&parent=T-REC-G.984.5

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