Praticando Redes PON

PARTE 1 - CONTEXTUALIZANDO REDES DE ACESSO FTTx

Existe um conjunto de tecnologias usadas atualmente para as redes de acesso, sendo três delas dominantes:

• Redes de fibra-ótica passiva (PON)
• Redes a cabo coaxial (DOCSIS)
• Redes sem-fio (PTMP)

• Curiosidade:Regulação para velocidade de conexão (Anatel)

As redes de acesso interligam os usuários com a rede mundial. Sua função principal é prover o acesso dos mesmos a informações de dados, voz e vídeo através de serviços prestados por operadoras (fonte: Tutorial Redes Óticas). Quer dizer, uma rede de acesso é a parte de uma rede de telecomunicações que conecta os assinantes ao seu provedor de serviços imediato (fonte: wikipedia).

Uma rede de acesso e sua relação com o núcleo de uma rede de Telecomunicações (fonte)'Um provedor de acesso fornece um serviço de dados para seus clientes. Os links de acesso dos clientes têm características diferentes daqueles usados na rede local interna do provedor:

• A quantidade de pontos de acesso é muito maior do que na rede local interna
• Taxas de bits devem poder ser limitadas tanto para upstream quanto downstream
• As distâncias entre equipamentos do provedor e os clientes são maiores, podendo chegar a alguns quilômetros
• Existem diferentes tecnologias para implantar os links de acesso (EPON, GPON, xDSL, MetroEthernet, IEEE 802.11 PTMP, LTE, ...), ao contrário da rede local interna, onde tipicamente se usa somente Ethernet para rede cabeada e WiFi para rede sem-fio
• Os custos para implantação e operação desses links são significativos, devido às distâncias e tecnologias envolvidas

Este video da Huawei, apesar de fazer um certo marketing, apresenta alguns princípios para redes de acesso. Ele enfatiza redes de fibra ótica, pois é a aposta da empresa e a tecnologia que mais vem crescendo no segmento. O original do video foi obtido no Youtube (mas lá não está legendado em português).huawei-broadband.mp4Os primeiros provedores de acesso, nos primórdios da Internet (meados dos anos 90 até início dos anos 2000), usavamacesso discado. Para a realidade da época era uma escolha racional: a rede telefônica fixa atendia a maioria dos lares, e era possível transferir dados através de circuitos telefônicos. Apesar de esses links serem lentos para os padrões atuais (taxas na ordem de 30 kbps), terem baixa qualidade (muitos erros de transmissão), e serem caros (custo em função do tempo de uso), era o que havia e atendia a grande demanda das pessoas por acesso a Internet. Esse tipo de acesso somente caiu em desuso com o surgimento doADSL, no final dos anos 90 e início dos anos 2000, que fornecia taxas de dados bem superiores e menor custo. O acesso com ADSL ainda é usado, porém outras tecnologias despontam e a tendência é que o suplantem.Uma característica comum às tecnologias de acesso citadas, seja acesso discado, ADSL ou similares (comoISDN, que não se popularizou), é estarem no domínio de operadoras de dados. Particularmente no Brasil, essas empresas nasceram dentro das grandes empresas de telecomunicações existentes, tais como as companhias telefônicas. Assim, o atendimento de clientes era feito usando infraestrutura e serviços dessas empresas, cabendo aos provedores de acesso complementarem os serviços de dados. As tecnologias envolvidas, e a rede de distribuição para atender os clientes, envolviam grandes investimentos. Porém as novas tecnologias de dados que vêm sendo adotadas têm menor custo, e podem ser implantadas em escalas menores e ainda serem viáveis. Isso tem viabilizado o surgimento de uma nova geração de provedores de acesso que não mais dependem da infraestrutura dessas grandes operadoras para implantarem links de dados para seus clientes.
No cenário atual, os tipos de tecnologias para redes de acesso, olhando-se as redes de telecomunicações na forma de uma hierarquia, podem ser resumidas neste diagrama.[file:///hierarquia-redes-telecom.png alt=hierarquia telecom]

Para usá-las ao implantar redes de acesso e interpretar suas infraestruturas, seguem algumas referências de conteúdos para entender melhor as redes de acesso FTTx. Vamos relembrar os conteúdos já abordados lá na disciplina Projeto Integrador I:

• Glossário sobre Fibras Ópticas
• Slides sobre as Redes FTTx
• Leia os capítulos 5 e 6 do livro: Pinheiro, J. (2016). Redes Ópticas de Acesso em Telecomunicações. Grupo GEN. Ele tem disponível no Site da Minha Biblioteca. Basta você acessar o SIGAA e clicar neste serviço na página principal

O livro do Pinheiro (1), embora já com 7 anos, é bem completo nessa parte da Fibra óptica como base de rede de acesso, contudo os capítulo 5 e 6 é bem suficiente para abordagem nessa PARTE 3 da disciplina.

Outras fontes como artigos, ou conteúdos dos próprios fabricantes de ativos e passivos para redes PON podem ajudar bastante a compreender o alcance de recursos que os ativos possuem para implementar ou integrar várias redes, tais como o ebook da Parks ou do treinamento da Intelbrás. Portanto é muito útil dar uma passeada nos produtos disponíveis desses fabricantes para se ter uma noção das interfaces físicas e features embarcadas, que são comuns entre eles, desde a OLT até a ONT/ONU.

REDES PON

Uma tecnologia para acesso que se popularizou acentuadamente em anos recentes usa fibras óticas para prover serviço de dados para clientes. As redes PON (Passive Optical Network) tem sido implantadas de forma crescente por provedores de acesso, proporcionando altas taxas de transmissão (atualmente até 2.5 Gbps) com baixo custo de implantação. Existem dois tipos mais difundidos de redes PON:

• GPON: os enlaces de dados se baseiam em tecnologia de encapsulamento própria (GEM - GPON Encapsulation Method) que oferece flexibilidade de configuração para os enlaces e bom controle sobre o uso da capacidade da rede. O padrão XG-PON é uma atualização do padrão para taxas de até 10 Gbps.
• EPON: os enlaces de dados se baseiam em Ethernet, com menor custo porém menor controle sobre o uso de recursos da rede. Há uma atualização do padrão para 10 Gbps.

Uma introdução sobre ambas tecnologias pode ser vista neste blog.

• Introdução a EPON
• O que é a Rede PON e como funciona sua arquitetura

EPON

• Webinar: Soluções em redes GPON e EPON Intelbras

"Uma rede ótica passiva (PON – Passive Optical Network) trata-se de uma única fibra ótica compartilhada que é divida com o uso de splitters ou divisores óticos, tipicamente de custo acessível. Estes splitters dividem o sinal ótico da fibra em feixes separados, que são por sua vez transportados através de fibras individuais para cada assinante ou usuário final. O uso do termo passivo explica-se porque, entre a conexão do CO e os usuários finais, não há nenhum equipamento eletrônico ativo dentro da rede (a exemplo de um switch). Somente uma conversão ótica-elétrica é necessária em cada ponto de terminação da fibra, basicamente uma no CO e uma no usuário final. Assim, os usuários finais estão ligados via fibras dedicadas até o splitter, e daí compartilham uma única fibra até o CO.

No padrão IEEE 802.3ah, a rede ótica passiva PON é baseada no Ethernet, ao invés de outras tecnologias de PON baseadas em ATM. Daí ser chamada esta rede de EPON (Ethernet PON)."

(texto extraído deste tutorial).

Um exemplo de uma rede EPON

Comunicação em uma rede EPON

• MPCP em rede EPON
• MPCP Overview

Uma rede EPON é formada por um equipamento concentrador localizado nas instalações do provedor, denominado OLT (Optical Line Terminator), e vários equipamentos terminais localizados nas dependências dos clientes, denominados ONU (Optical Network Unit). O OLT implanta a rede ótica e coordena as transmissões dos ONU. Além disso, um ONU somente pode se comunicar pela rede ótica se devidamente reconhecido e autorizado pelo OLT. Em uma rede EPON pode haver até 128 ONUs por fibra.

Para operação em modo full-duplex, os sistemas EPON multiplexam os sinais de transmissão da OLT para as ONU’s (downstream) e das ONU’s para a OLT (upstream) usando diferentes comprimentos de onda de luz: 1490nm para os sinais downstream e 1310nm para os sinais upstream (FONTE).

Como em uma rede EPON a fibra ótica entre OLT e os ONU é compartilhada, as transmissões devem seguir algumas regras. Cabe ao OLT comandar as transmissões. No caso downstream, os quadros transmitidos pelo OLT são recebidos por todos ONU. Cada ONU filtra os quadros recebidos com base em um identificador contido em cada quadro, dessa forma descartando aqueles quadros não destinados a si. No sentido upstream as transmissões ocorrem em modo TDMA, em que cada ONU transmite de acordo com um timeslot concedido pelo OLT (um timeslot possui uma duração e instante inicial). Com esse procedimento, não ocorrem colisões entre transmissões de OLT e ONUs. As figuras a seguir ilustram os casos downstream e upstream.

Transmissões em downstream: todos ONU recebem os quadros enviados pelo OLT, e os filtram com base em um identificador contido nos quadros

Transmissões em upstream: cada ONU transmite seus quadros de acordo com seu timeslot concedido pelo OLT

Um ciclo de transmissões em upstream: cada ONU transmite seus quadros de acordo com um tempo concedido pelo OLT

O gerenciamento dos ONU e das transmissões upstream em uma rede EPON se faz por meio do protocolo MPCP (Multi-Point Control Protocol), que estende o protocolo MAC e implementa estes serviços:

• Prover referência de tempo para sincronizar ONUs
• Controlar o processo de auto-descoberta de ONUs
• Atribuir largura de banda aos ONUs (limites de tempo de transmissão por ciclo)

No MPCP, cada ONU é identificado com um número único de 16 bits denominado LLID (Logical Link Identification), o qual é gerado dinamicamente pelo MPCP. Esse número é usado pelos ONU para filtrar os quadros recebidos do OLT. Apenas quadros rotulados com o LLID atribuído ao ONU são aceitos.

CONSTRUINDO UMA REDE REDES DE ACESSO FTTx

Após a rede implementada em laboratório se tornar estável e funcional dentro dos objetivos das últimas aulas, podemos seguir adiante ampliando o uso dela em componentes ativos e passivos de redes de acesso FTTx, e em especial a com redes EPON.

Vamos organizar os passos iniciais

• manual OLT4840 Intelbrás
• Folder OLT4840 Intelbrás

PARTE 2 - AMPLIANDO A REDE PON - ACESSO A INTERNETx

Após a rede implementada em laboratório se tornar estável e funcional dentro dos objetivos das últimas aulas, podemos seguir adiante ampliando o uso dela em componentes ativos e passivos de redes de acesso FTTx, e em especial a com redes EPON.