Visão Geral da Tecnologia EPON
Histórico das Redes de Acesso
As redes de acesso fazem parte de uma rede de telecomunicações que conecta os usuários aos seus provedores. Historicamente, eram feitas de fios de cobre torcidos para acesso telefônico. Esses provedores são conhecidos como “telcos”. Outro tipo de tecnologia de acesso é o serviço de TV a cabo, que é entregue por meio de um cabo coaxial; a TV era o único serviço oferecido nos primeiros dias.
Com o tempo, a rede de acesso tornou-se capaz de fornecer outros serviços, como dados de alta velocidade, vídeo e voz.
- Isso criou a necessidade de mais largura de banda. Tecnologias como xDSL para telcos ou DOCSIS 3.0 e 3.1 no mundo da TV a cabo aumentaram a largura de banda ao longo dos anos, mantendo as redes existentes ativas. Independentemente disso, essas tecnologias não são suficientes para fornecer serviços multigigabit/s para assinantes residenciais e comerciais hoje.
Fibra para o resgate!
Ao contrário dos pares de cobre torcidos ou cabo coaxial, a fibra óptica é capaz de fornecer hoje serviços simétricos de 10 Gbps de dados, voz e vídeo a distâncias iguais ou superiores a 20 quilômetros de um local central para um assinante.
- Isso é conhecido como serviço Fiber to the x (FTTx), onde x = Home, Business, Premises, etc. A fibra pode ser implantada na rede de acesso local usando uma topologia ponto a ponto (P2P) ou ponto a multiponto (P2MP), com cabos de fibra dedicados do HUB para cada usuário final (assinante). Uma maneira econômica de fornecer o serviço FTTH é com o uso de Redes Ópticas Passivas (PON).
O que exatamente é uma PON?
Definição de PON（Rede Óptica Passiva）
– É uma arquitetura de rede ponto a multiponto, Fiber-to-the-Premises (FTTP).
– É chamada de “passiva” porque divisores ópticos sem energia são usados para permitir que uma única fibra óptica atenda a várias instalações, normalmente de 16 a 128.
– Consiste em Terminais de Linha Óptica (OLT) e mais de uma Unidade de Rede Óptica (ONU) e conectados através da Rede de Distribuição Óptica (ODN).
– A ODN é uma rede de acesso óptico sem nenhum dispositivo eletrônico ativo entre OLT e ONU.
Componentes em uma Rede PON
Tecnologias PON
Diferentes grupos de padrões criaram diferentes padrões PON:
O que é EPON？
• EPON（Ethernet Passive Optical Network） foi inicialmente escolhido por MSOs como a arquitetura PON preferida com base em vários fatores de alto nível:
– Protocolo simples baseado em Ethernet Framing em vez da especificação GPON (ATM) mais cara e complicada, o que afeta os preços futuros
– Impulso já feito em direção a um modelo de provisionamento baseado em DOCSIS
– A especificação 10G foi concluída em 2009, com produtos disponíveis hoje
• Em colaboração com a CableLabs, os MSO’s gastaram mais de 5 anos trabalhando com fornecedores contribuintes para desenvolver especificações para o Provisionamento DOCSIS de EPON (DPoE). DPoE se concentra nos seguintes conceitos:
– Interoperabilidade de vários fornecedores
– Funcionalidade de serviços Metro Ethernet para serviços comerciais
– Serviço residencial IP/HSD multigigabit
– Capaz de provisionar milhões de dispositivos
– Uso dos sistemas de back office MSO existentes
• O provisionamento simplificado e as velocidades de rede de acesso de 10 Gbps são diferenciais importantes para os MSOs em relação aos provedores de serviços existentes e novos.
• Minimiza a implantação de fibra e o número de transceptores em campo em comparação com CWDM (menor CAPEX).
• Sem dispositivos ativos em campo (menor OPEX).
EPON como Arquitetura de Acesso Universal por Fibra
• Todos os Tipos de Serviço
– Residencial
– Empresas
– Backhaul celular
• Todas as Configurações
– MDU/MTU
– FTTH
– FTTC/FTTN
• Todas as Taxas de Dados
– 1 Gb/s (802.3ah 2004)
– 10/1 e 10/10 (802.3av 2009)
• Todos suportados no mesmo
• planta externa (ODN)
Roteiro da Tecnologia EPON
Evolução do padrão EPON:
– 802.3ah: especificação 1G/1G (2004)
– 802.3av: especificação 10G/10G (2009)
– DPoEv1: Provisionamento DOCSIS sobre EPON (2011)
– DPoEv2: (2012)
– SIEPON: Interoperabilidade de Serviços em Redes Passivas Ethernet (2013)
– NG-EPON: IEEE já está trabalhando na próxima geração de EPON para velocidades de 40 ou 100 Gbps.
Componentes EPON
Um sistema EPON típico é composto por um OLT, várias ONUs e um ODN.
– O OLT (Optical Line Terminal) reside nos hubs do MSO’s, ou às vezes em um MDU, ele conecta a rede de acesso óptico ao núcleo. Os OLTs podem ser um switch ou roteador e contêm interfaces EPON. É o equivalente óptico de um CMTS.
– A ONU (Optical Network Unit) está localizada no local do usuário final (instalações do cliente), possui um transceptor óptico e fornece serviços como voz, dados e vídeo. É o equivalente óptico de um Modem a Cabo.
– A ODN (Optical Distribution Network) conecta o OLT e a ONU. Na ODN, uma fibra transporta os sinais DS e US usando WDM. As fibras são então divididas para atender ONUs individuais. O divisor óptico é um dispositivo passivo simples.
Comprimentos de onda US/DS EPON
Um sistema EPON usa Wavelength Division Multiplexing (WDM) para obter comunicação bidirecional em uma única fibra.
Modelos de Arquiteturas EPON
- A topologia em árvore (a) é normalmente usada na China, EUA e Europa para clientes residenciais e comerciais sem requisitos de resiliência da camada física
- A topologia de barramento (b) é normalmente usada no Japão (onde a maior parte da fibra é implantada em uma arquitetura de barramento aéreo)
- Topologia em anel (c) usada normalmente para redes com alta resiliência (proteção de árvore/tronco sob SIEPON)
- O protocolo EPON funciona em qualquer arquitetura ODN (rede de distribuição óptica)
Níveis de Potência Óptica
802.3ah (1Gig EPON)
Transceptores 1000BASE-PX20
OLT:
• Comprimento de onda TX: 1480 a 1500nm
• TX: +2 a +7dBm
• RX: -6 a -27dBm
ONU:
• Comprimento de onda TX: 1260 a 1360nm
• TX: -1 a +4dBm
• RX: -3 a -24dBm
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802.3av (10Gig EPON)
Transceptores 10GBASE–PR–D3
OLT:
• Comprimento de onda TX: 1575 a 1580nm
• TX: +2 a +5dBm
• RX: -6 a -28dBm
ONU:
• Comprimento de onda TX: 1260 a 1280nm
• TX: +4 a +9dBm
• RX: -10 a -28.5dBm
Tráfego Downstream
O OLT transmite dados para cada ONU
• As ONUs recebem um Logical Link ID (LLID) no registro (pode haver mais de um LLID). Isso é semelhante a um modem a cabo recebendo um par de fluxos de serviço (US/DS) no DOCSIS.
• A ONU encaminha o tráfego apenas para seu próprio conjunto de LLIDs ativos.
• Para transmitir dados para todas as ONUs, o OLT usa TDM (Time Division Multiplexing)
Tráfego Upstream
• Durante o registro da ONU, o OLT calcula o atraso de tempo (distância) da ONU e a instrui a ajustar seus parâmetros de transmissão.
• Cada ONU transmite apenas durante os intervalos de tempo atribuídos do OLT
• A transmissão de cada ONU chega ao OLT sem colisões
• Para fornecer acesso múltiplo a um único link de fibra para todas as ONUs conectadas, a arquitetura Time Division Multiple Access (TDMA) é implementada para o canal Upstream