Evolução da Rede de Acesso: PON Padrões e Vantagens

Premissa

Vamos ver no artigo de hoje, a evolução da Rede de acesso de telecomunicações, PON Padrões e Vantagens do uso da rede PON. Caso você não tenha lido os artigos antecessores, te convido a acessar os outros artigos dessa série conforme explicarei na organização exposta abaixo.

Organização do Módulo Evolução Da Rede De Acesso

Em suma, separamos essa série da seguinte maneira:

No primeiro artigo da série, falamos sobre:

• Evolução da Rede Overview
  • Visão geral da Evolução da rede de acesso
    • Conceitos Gerais da Rede de Acesso
    • Evolução da Rede de Acesso
    • Posicionamento da rede de acesso em Telecom

Em seguida, lançamos um novo artigo falando sobre:

• Evolução da Rede e Tecnologias
  • Desenvolvimento da Tecnologia
  • As principais tecnologias de acesso de banda larga
  • O Desenvolvimento da Tecnologia xDSL.
  • xDSL Performance
  • Serviços de Dados e Voz Transportados por xDSL
  • xDSL: Contradição entre largura de banda e distância efetiva de transmissão
  • Rede Híbrida FTTC
  • Dispositivos comuns de uma rede PON

Hoje, abordaremos os tópicos abaixo:

• Evolução da Rede e Padrões
  • Padrões Técnicos da tecnologia PON
  • Direcionamento de padrões da Tecnologia PON
  • Recursos da Tecnologia PON e Aplicações Típicas
  • Processo de Encapsulamento de Dados para Rede PON

Desse modo, estaremos falando neste artigo sobre a Evolução da Rede e Padrões

Nao deixe de ver nosso vídeo no YouTube sobre o tema:

Objetivo

Em resumo, partindo da premissa que você entendeu os conceitos expostos nos artigos: “Evolução da Rede Overview” e “Evolução da Rede e Tecnologias”, também partindo da premissa que você terá o entendimento de tudo o que será exposto neste artigo, ao final desta série de artigos você será capaz de:

• Descrever o posicionamento de uma rede de acesso cabeado em uma rede de telecomunicação.
• Narrar o histórico de evolução assim como as tecnologias e aspectos técnicos que envolvem uma rede de acesso cabeado.
• Especificar as características e vantagens da tecnologia PON
• Caracterizar a aplicação comum de uma rede cabeada PON em rede Campus
• Explicar o encapsulamento e desencapsulamento de dados, Ethernet na Rede PON.

Bons estudos!

Padrões Técnicos da Rede PON

A tecnologia PON possui diversos padrões, por exemplo: APON, EPON e GPON. No entanto, GPON é a tecnologia mais popular. Isso porque, o GPON pode fornecer 2,5 G no sentido da downstream enquanto entrega 1,5 G de upstream. Por outro lado, o EPON entrega apenas 1,5 G nos dois sentidos.

Antes de seguir, é importante deixar claro que vamos seguir o padrão oferecido pelo plano de certificação da Huawei HCIA-Access, então focaremos nossos artigos no GPON, a exemplo do que ocorre no programa de certificação oficial.

Portanto, falarei brevemente sobre cada um dos padrões técnicos antes de seguir mais a fundo com o GPON:

• APON: Rede óptica passiva baseada em ATM
• GPON: Rede Óptica Passiva Capaz de tranportar em Gigabit. É a tecnologia mais utilizada atualmente.
• EPON: Redes ópticas passivas Ethernet.
• BPON: usa o modo de encapsulamento ATM e tem como principal modo de uso transportar serviços ATM. Como o ATM vem se tornando obsoleto, essa tecnologia vem entrando em desuso.

Direcionamento de padrões da Rede PON

Por padrão o GPON é assimétrico, portanto, também não atende aos requisitos e necessidades de nossas redes atuais. No entanto, podemos expandir nossa capacidade para 10G. Porém, para isso, iremos trabalhar em 2 modos: O modo simétrico e modo assimétrico.

No primeiro modo, assimétrico, a taxa de downstream chega a 10G enquanto taxa de upstream chega a 2,5G.

Por outro lado, no modo simétrico, temos 10G na direção da downstream enquanto conseguimos os mesmos 10G na direção upstream.

Além disso, conseguimos trabalhar com 40G e 80G e para isso trabalhamos com TWDM PON.

Como o TWDM PON consegue nos entregar 40G e 80G?

Para podermos trabalhar com 40G ou 80G, precisamos combinar as portas que temos disponíveis nas placas da nossa OLT. Podemos combinar 4 portas ou 8 portas de 10G para fazer nossa agregação de 40G ou 80G. Assim, podemos usar a tecnologia WDN para combiná-las.

No futuro, conseguiremos trabalhar com até 100G, mas vamos falar disso em um momento mais oportuno. Hoje, vamos trabalhar com o conceito de 40G e 80G.

Outro ponto importante do diagrama exposto abaixo é que segundo a IEEE, o modelo EPON, também tem capacidade de trabalhar com 10G, mas este modelo não é muito utilizado na prática.

Recursos da Rede PON e Aplicações Típicas

Já falamos sobre a visão geral da rede de acesso nos tópicos anteriores, então chegou a hora de explorar mais sobre os recursos da tecnologia PON e suas aplicações típicas.

Para a tecnologia PON, existem basicamente dois modos de acesso: ponto a ponto e ponto a multiponto.

O ponto a ponto é normalmente utilizado quando queremos uma conexão dedicada, por exemplo, quando queremos dedicar a conexão para um usuário VIP. Chamamos de ponto a ponto porque nesse tipo de conexão utilizamos apenas uma única fibra para se conectar do CO ao cliente.

Perceba na imagem abaixo que temos uma conexão de fibra dedicada saindo do nosso CO diretamente para residência do usuário. Chamamos esse tipo de conexão por P2P.

Por outro lado, normalmente usamos conexão ponto para multiponto, quando queremos atender aos usuários, digamos, comuns. Usuários residenciais ou empresariais de conexão banda larga compartilhada, por exemplo, vão utilizar esse modelo. Basicamente temos uma fibra saindo da porta da OLT, dividindo a conexão através de um spliter para tantas outras portas que enfim se ligarão as residências dos usuários.
Para citar como exemplo, a rede GPON é ligada no modo ponto a multiponto.

Vantagens na utilização da Rede PON

Existem muitas vantagens para você utilizar a tecnologia PON, por exemplo: longa distância de transmissão, alta largura de banda e baixo custo. Portanto, a tecnologia PON é amplamente utilizada em redes modernas.

Abaixo elenquei as principais vantagens de utilizarmos essa tecnologia:

• Grande largura de banda e uma boa escalabilidade: existe uma grande oferta de largura de banda no acesso óptico, atendendo aos requisitos de largura de banda flexíveis dos usuários e fornecendo acesso de alta capacidade na upstream e também na downstream (fluxos de entrada e saída de dados).

• Economia de fibras ópticas de backbone e módulos ópticos no acesso ponto a multiponto (P2MP): as fibras no CO são divididas por passivos que, na prática, transportam a conexão de uma fibra do CO para várias fibras ligadas nas residências dos usuários finais. Então, economizando recursos de fibra óptica em uma parte considerável da infraestrutura de acesso quando falamos da conexão point to multipoint.

• Baixo OPEX pelo uso de rede óptica passiva (PON): nenhum componente ativo é implantado “on the line”. Além de se tornar mais barato simplesmente por se tratarem de passivos de rede, esse tipo de elemento não requer tanta manutenção e nenhum consumo de energia.

• Baixa perda de potência na fibra e ampla cobertura: raio de cobertura do acesso PON pode chegar a dezenas de quilômetros e diferente das conexões por cabo de cobre, não há perdas com atenuações.

• Alta segurança: zero crosstalk (a grosso modo, sem interferência) em comparação com xDSL e outras tecnologias. Além disso, usa criptografia AES128 na direção do fluxo de entrada (downstream).

Aplicação típica do Acesso PON em Redes de Telecomunicações

Como temos visto ao longo destes artigos, a tecnologia PON é, de muitas formas, muito útil. Recomendamos e entendemos então o aumento pela demanda da implementação da tecnologia PON na rede de acesso.

Na imagem abaixo, temos a nossa rede de operadoras que pode ser dividida em várias camadas, como camada de acesso, camada de agregação, camada core e backbone.

Perceba que podemos usar a tecnologia PON em nossa camada de acesso. Todos os usuários passam pela rede de acesso para se conectar ao BRAS. No entanto, perceba que o usuário pode ser um usuário doméstico ou um usuário corporativo e nesta rede, podemos implantar a tecnologia GPON ou P2P.

Aplicação típica do Acesso PON em Redes de Campus

Para um campus ou rede corporativa, também podemos substituir a rede LAN tradicional por LAN óptica passiva. Chamamos isso de POL.

Se nossa rede está no modo POL, basicamente temos que substituir todo o cabeamento da nossa LAN para fibra óptica. Temos também que substituir o switch LAN tradicional por equipamentos compatíveis como OLT e ONU.

Comparando essas duas redes, vemos não só o POL reduzindo o custo, mas também podendo fornecer alta largura de banda, quando usamos fibra para substituir o cabeamento de cobre.

Importante perceber que o POL faz parte de uma rede ponto para multiponto. Esse tipo de solução também se mostra atraente por ser de fácil implantação e manutenção.

Processo de Encapsulamento de Dados para Rede PON

Para concluir esse módulo, agora, vamos falar sobre o processo de encapsulamento de dados em uma rede PON. Agora, vou apresentá-lo apenas brevemente, pois precisamos conhecer hoje apenas o processo. Em artigos futuros iremos falar detalhadamente sobre o tema.

Encapsulamento de dados em um sistema PON (Upstream)

Conforme vimos anteriormente, o computador do usuário final se conecta à ONU, e depois através da fibra, conecta-se à OLT. Como sabemos, nosso PC possui uma porta Ethernet com cabo de cobre. Logo, a ONU precisa receber a conexão igualmente por uma porta Ethernet.

Na direção da upstream (do PCE para o Core Switch), o PC envia o quadro Ethernet para a ONU que no que lhe concerne irá converter o frame Ethernet em frame GPON. Essa é basicamente a relação de mapeamento da etapa um para a etapa três demonstrada no quadro abaixo.

É importante entender que existe apenas um frame GPON entre a ONU e a OLT. Após o OLT receber o frame GPON, ele converterá para o frame Ethernet original e em seguida, enviará o frame para os dispositivos da camada superior.

Encapsulamento de dados em um sistema PON (Downstream)

Agora, para o sentido downstream, quando o OLT recebe um frame Ethernet de um dispositivo de camada superior, ele converterá o frame Ethernet em frame GPON, para depois enviar para a ONU.

Após a ONU receber o frame GPON, ela converterá o frame GPON para o frame Ethernet original.

Assim, para upstream e downstream, existe a tecnologia GPON, então todos os frames entre a OLT e a ONU são frames GPON.

Conclusão

Por fim, no artigo de hoje aprendemos sobre os padrões técnicos da tecnologia PON. Vimos que nossas redes PON além de alcançar longas distâncias entregam grande capacidade de banda para o usuário final, atendendo assim aos requisitos e exigências da atualidade. Vimos os recursos envolvidos na tecnologia PON e as aplicações típicas, explorando principalmente as topologias P2P e GPON. Falamos das vantagens em utilizar uma rede PON e o processo de encapsulamento.

Por fim, ao longo desses três artigos, falamos sobre a evolução da rede de acesso, partindo de conceitos básicos sobre redes legadas até chegarmos as redes mais utilizadas hoje, principalmente o GPON.

Espero que essa série seja de valia para você que está se preparando para esse mundo de conexão por fibra óptica. Aguardo seus comentários e te espero em uma próxima série de artigos.

Até a próxima