Praticando Redes PON
PARTE 1 - CONTEXTUALIZANDO REDES DE ACESSO FTTx
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) 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.
EPON
"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
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.
PARTE 2 - 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
