Novas Tecnologias e Soluções FTTH
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1. e ro ya E A gana E lt A Ea 2 pa Ma q a o Se wn Novas Tecnologias e Solu es FTTH A White Paper by the Deployment amp Operations Committee Contribuidores Jos Salgado Rong Zhao Nuno Monteiro Wolfgang Fischer Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu ndice IDLE o E EE o PRE RR senao RR RR E SR RR SRD RE E E E 3 Drivers e Requisitos da evolu o para as novas teconolgias FTTH 3 Estado da arte da normaliza o na perspectiva do FSANITU e TEEE i 4 PONS qe Proxima Cerac O snes sas E E Ea ESG Sa S Sara RSI pas G ana iscas upa st 5 OPONT saaesiispespes Edo sas iuas assa nd pata tis asas E au SEER ada sp Ud ra SEA da SE O o ra 5 NO PORN a E E A E Ea bas ago Lada Dna ana dE sabes dana Eastman 8 Cenarios QeINIZA O aassamiticoss pisa bio E Ci np asa Dad Ei dd cas aa didi sda E nasais 11 Transi o suave de GPON para NG PON2 assasasnpe si sond asas sa passa saa gen sa ess Usa iasac sacas sa dantas sonata 11 ADI CO CS NOF OIN ia a aa ai de sia b des nara ain E E E Une said and Siad des E 13 Backhauld Smal Cells ARNO RE RE RD RD RAR DER A EA E EGFR 13 Backhidul do PANDER ERR EEE DES RR SENA EAD RR ROD 13 CPRI Common Public Radio Intern ate ssa zsasenais a sosaorentne ss a dores Sassi san gacas sas nas ads a inca d end 13 Desafios Pontos Cr ticos e Conclus es errar aerea rara aan 15 ReO io PER RE ER DR DRE RR RE RE O 16 Figura 1 Evolu o da no2. aumentar significativamente os d bitos das redes mas Fibre to the Home Council Europe 13 www ftthcouncil eu ao mesmo tempo tamb m reduzir o OPEX e CAPEX uma vez que ARPU n o est a crescer t o r pido quanto a capacidade Isto levar implanta o de esta es base densamente distribu das com alta efici ncia espectral As dist ncias inter sites ser o significativamente reduzidas enquanto que o n mero de n s remotos de r dio aumentam Altos d bitos e links de rede m vel a custos competitivos ser o necess rios para ligarem cada uma das esta es base s esta es centrais Uma vez que as solu es atuais suportadas em SDH e IP s o consideradas caras do ponto de vista de implanta o e opera o redes ticas de baixo custo t m sido sugeridas necess rio tamb m garantir o compartilhamento de recursos de rede entre diferentes operadores O conceito WDM do NG PON2 pode ser aqui aplicado atribuindo um par de comprimentos de onda a cada um dos sites de rede m vel numa l gica de WDM PON Ethernet SDH Ethernet SDH MPLS TP Backha ul MPLS TP Network Base Station Figura 9 Topologia de backahaul CPRI atual De modo a garantir o compartilhamento de recursos est a ocorrer uma mudan a de paradigma na implanta o da infra estrutura de rede m vel Evoluindo das tradicionais esta es base caras e de alta pot ncia para unidades remotas r dio suportadas em CPRI Common Public Radio In
3. onda relevantes A maioria Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu dos n s de acesso Ethernet existentes j hoje suportam interfaces de 10GE deste modo solu es de acesso e agrega o baseados em 10GE podem ser facilmente implementadas A partir deste ponto iremos concentrar nos na evolu o das normas PON em particular aquelas que s o especificados pelo ITU T 2010 2015 Figura 1 Evolu o da normaliza o PON PONSs de Pr xima Gera o XG PON1 A tecnologia XG PON1 disponibiliza d bitos de 10Gbps downstream combinados com d bitos de 2 5 Gbps upstream Herdou a formata o da trama e a camada de controlo da GPON disponibilizando todo o tipo de servi os a maiores d bitos e com graus de splitagem superiores Isto adiciona mais funcionalidades e maiores d bitos s redes de acesso tico sem aumentar a complexidade Para que as tecnologias GPON e XG PON coexistam na mesma rede necess rio adicionar um acoplador tico localizado na esta o central Este componente foi especificado Fibre to the Home Council Europe 5 www ftthcouncil eu como WDM1r na norma G 984 5 do ITU T Guiados pelo mercado dos componentes ticos de 10G e pelas bandas dispon veis que asseguram a compatibilidade com o legado o FSAN selecionou os comprimentos de onda para downstream de 1575 a 1580 nm e para upstream de 1260 a 1280nm Uma potencial barreira para a implanta o de GPON e XG PON1 na mesma
4. t Fibreto the Home J Council Europe 11 www ftthcouncil eu NGN IMS gt BRAS o Phone H IPT beta the Home HS Ran Splitting 1 64 24 Gbps Fhone A IPT IP MPLS 1 2 Gbps j i PD E Home HSI dino Optical oplitter 3 g Aa Remote mewii HE RFVideo Phone 1550nm 10001006T FTTO Fiberto Office Figura 7 Rede GPON atual A evolu o para uma rede NG PON2 pode ser realizada atrav s da simples inser o de uma placa de interface NG PON2 no OLT caso a OLT fornecida suporte cartas NG PON2 e encaminhar as fibras para o elemento de coexist ncia CE proporcionando assim servi os de maior capacidade para os utilizadores finais NGN IMS H P the Home HHI ASh H 0 EE da Symmetrical N R 100 DODBASE T 1 BTS a Splitting G4 Fans le BTS BRAS 5 Rc E GBE GPON amp NG PON W Phone ps E ES a a IPT IP MPLS Fiberto the Home HSI LT Optical Symmetrical a Na dO TMOMODOBASE T a Remote ETTO E mewii HE RFvVideo Fiber to Office Ti Fhone 1550nm Phone 100M DO0DBA45SE T FITO gt Fiberto Office Figura 8 Coexist ncia de GPON e NG PON2 Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu Os ONUs NG PON2 usam emissores e receptores sintoniz veis colorless O emissor sintoniz vel em qualquer um dos comprimentos de upstream enquanto que o receptor pode sintonizar em qualquer um dos comprimentos
5. tecnologias t m de ser introduzidas de forma gradual implementando cen rios que fa am sentido do ponto de vista de neg cio a fim de equilibrar os crescentes requisitos de velocidade com as expectativas de receita Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu Os operadores e o sector p blico est o a fazer grandes investimentos na constru o de infra estruturas de redes ticas passiva obrigat rio que as novas tecnologias venham a utilizar essas infra estruturas sem qualquer modifica o Em termos de d bitos a tecnologia XG PON a evolu o natural das redes GPON mas a necessidade de d bitos mais elevados podem levar os operadores a evoluir diretamente para NG PONZ2 TWDM PON a solu o t cnica de NG PON2 uma vez que reutiliza todo o investimento feito na rede tica passiva Refer ncias ITU T Recommendation G 984 ITU T Recommendation G 987 ITU T Recommendation G 694 IEEE Ethernet First Mile Standards 802 3ah 2004 included in 802 3 2005 ITU T Recommendations G 988 Infonetics Research PON and FTTH Equipment and Subscribers February 2015 G multi Describes generic multi wavelength control in PON access systems Cisco The Internet of Everything 2013 Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu
6. 009 com a norma 802 3av do IEEE A norma suporta duas configura es configura o sim trica com d bitos de 10 Gbps em ambas as dire es e configura o assim trica com d bitos de 10 Gbps em downstream e 1 Gbps upstream Os deployments FTTH suportados em Ethernet foram durante v rios anos baseados em Fast Ethernet FE 100 Mbps sim tricos Quando o custo de Gigabit Ethernet GE com d bito de 1 Gbps sim trico se aproximou do custo da FE h alguns anos o interface Gigabit Ethernet GE tornou se a tecnologia padr o para este tipo de redes As normas relevantes para as redes Ethernet de fibra monomodo est o descritas no standard IEEE 802 3 como 100Base BX10 Fast Ethernet e 1000Base BX10 Gigabit Ethernet nas quais se utiliza apenas uma fibra e comprimentos de onda diferentes para upstream e downstream Um Gigabit Ethernet GE dedicado por assinante residencial ir fornecer capacidade suficiente por muitos anos No entanto para os servi os empresariais e backhaul m vel os limites de 1 Gbps j foram alcan ados em muitos casos O pr ximo passo 10 Gigabit Ethernet 10GE foi j normalizado em 2002 como IEEE 802 3ae A norma no entanto ainda n o tem uma vers o de fibra nica que obviamente seria chamada de 1OGBASE BX 10 Muitos fornecedores de m dulos ticos t m no entanto vindo a desenvolver m dulos que implementam transmiss o em fibra nica antecipando a futura normaliza o dos comprimentos de
7. M ltiplos sistemas de XG PON1 operam em diferentes pares de comprimentos de onda em esquema DWDM de modo a que eles possam ser empilhados na mesma fibra f sica Al m de TWDM PON outras tecnologias propostas foram analisadas para suportar os requisitos de 40Gbps e WDM PON e Coherent ultra dense WDM PON UDWDM PON e Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM PON e 40Gbps TDM PON A abordagem TWDM PON considerada a menos arriscado menos disruptiva e menos cara do que as outras abordagens consideradas uma vez que reutiliza componentes e tecnologias existentes NG PONZ2 permite aos operadores colocar as diferentes tecnologias GPON XG PON1 e NG PON2 na mesma rede de distribui o tica A coexist ncia assegurada por um elemento passivo o chamado elemento de coexist ncia CE que combina divide os diversos comprimentos de onda associados com cada uma das tecnologias Ao implementar NG PON2 os principais desafios s o a atribui o de espectro a compatibilidade com os servi os de radiofrequ ncia extremamente sens veis essencial e a necessidade de ONTs sintoniz veis que devam ser capazes de enviar e receber sinais em qualquer um dos comprimentos de onda espec ficos Uma das quest es cr ticas a ser abordada pelo NG PONZ2 a necessidade de ONUs colorless que se esperam que sejam mais caros do que ONUs GPON Lasers e recetores sintoniz veis ser o utilizados para implementar a funcionalidade colorle
8. ONS de pr xima gera o permitir o uma evolu o suave das redes de acesso tico existentes usadas maioritariamente em servi os residenciais para redes de acesso convergentes que agregam as componentes residenciais empresariais e backhaul m vel Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu Estado da arte da normaliza o na perspectiva do FSAN ITU e IEEE TU E P FS AN Em 2006 o grupo de peritos do FSAN Full Service Access Full Service Access Network Network e do ITU Telecommunication Standardization Sector ITU T come aram a analisar as tecnologias que poderiam vir a suceder GPON Uma vez que as componentes passivas da rede representam entre 50 a 80 do investimento total de um deployment FTTH os futuros standards do ITU T teriam que ser compat veis com as gera es anteriores permitindo desta forma reutilizar e rentabilizar os investimentos feitos no passado Uma vasta gama de solu es t cnicas foi considerada como poss veis candidatas incluindo TDM PON WDM PON CDMA PON e outros Muitas destas solu es apresentam diferen as significativas em termos de arquitetura e perfis de servi o quando comparando com GPON Finalmente em 2010 a recomenda o ITU T G 987 designada por XG PON foi conclu da baseada numa arquitectura TDM PON Desde 2004 o IEEE tem vindo a desenvolver o standard Ethernet in the first mile EFM IEEE 802 3ah A evolu o 10G EPON foi ratificada em 2
9. de onda downstream Aplica es NG PON2 Backhaul de Small Cells As Small Cells est o a ser implantadas pelos operadores m veis a uma taxa cada vez maior uma vez que aumentam o d bito e a cobertura das suas redes Small Cells permitem aos operadores m veis o aumento de d bitos em reas de alta densidade e aumentam a sua cobertura quando instaladas em zonas brancas Para que os sites de Small Cells sejam vi veis as operadoras m veis precisam de uma solu o de f cil implementa o e competitivas do ponto de vista econ mico Objetivos Atenuar preocupa es sociais sobre antenas Alavancar a infra estrutura FT Tx e Small Cells as a Service SCaaS para os MVNOs sem rede fixa Qualidade de Servi o QoS e requisitos de desempenho capacidade da Small Cell deve ser transparente para o utilizador final e Taxa de Transfer ncia pode ser ainda mais elevado em uma Small Cell quando comparado com uma Macro Cell e Baixa lat ncia Disponibilidade quando necess rio do ponto de vista da capacidade Sincroniza o alinhamento em frequ ncia com Macro e outras Small Cells mobilidade cont nua entre as camadas e Sincronismos de fase e ToD Backhaul de CPRI Common Public Radio Interface Com a evolu o das redes de banda larga sem fio impulsionadas principalmente pelo 4G e 5G espera se que venham a ser suportados d bitos at 10Gbps nos sistemas r dios de ltima gera o As Operadoras M veis ter o de
10. infra estrutura tica passiva a exist ncia ou inexist ncia de filtros de bloqueio dos comprimentos de onda nos ONTs instalados no cliente A maioria dos ONTs GPON modernos t m um filtro integrado para eliminar a interfer ncia de comprimentos de onda XG PON1 No entanto os ONTs mais antigos podem n o ter este filtro Os operadores com deployments mais antigos em que os ONTs n o possuem os filtros ter o de instalar filtros externos junto dos ONT de modo a garantir a coexist ncia das tecnologias GPON e XG PON1 A G POWN G PON upstream upstream 1260 1270 1280 1250 1300 1310 1320 1330 1340 1350 1360 ak dito 1530 a A 1534 1535 1536 id 1601 16072 cit 1604 1605 ERRA f downsiream j 1480 14950 1500 a mem 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 1600 1610 Figura 2 Plano de comprimentos de onda A classe B GPON define um power budget tico de 28dB Com a adi o do combinador WDM1r uma ligeira perda adicional adicionada ao power budget tico XG PON1 resultando em um budget equivalente de 29dB Al m disso XG PON1 especifica 31 33 e 35dB de power budgets ticos opcionais Relativamente configura o opera o e manuten o o OMCI gen rico Optical network unit management and control interface specification ITU T G 988 utilizado tanto no GPON como no XG PON1 e tamb m NG PONZ2 Fibre to the Home Council Europe 6 www ftthcouncil eu Optical fibre Single fibre transmissi
11. ltiplo ngulo crescimento do unicast v deo em alternativa ao multicast computa o em cloud teleconfer ncia e jogos de v deo HD multijogador usados em grande escala um aumento exponencial de capacidade ser exigida nas redes dos operadores A ind stria est j a trabalhar na pr xima fase que permitir um aumento exponencial de capacidade nas redes de fibra existentes Os servi os empresariais e o BackHaul das redes m veis ser o tamb m altamente beneficiados com este aumento de capacidade das redes FTTH importante entender que o aumento de capacidade nas redes de ticas de acesso s o op es de muito baixo custo e consequentemente mais atrativas quando comparadas com o recurso a linhas alugadas Drivers e Requisitos da evolu o para as novas teconolgias FTTH espect vel que os servi os empresariais e o backhaul m vel venham a solicitar larguras de banda maiores ou iguais a 1Gbps Uma vez que os clientes residenciais requerem normalmente picos de largura de banda de curta dura o os seus requisitos ser o menos exigentes Deste modo as atuais tecnologias PON s o uma boa op o para os clientes residenciais mas n o t m a capacidade necess ria para acompanhar o crescimento r pido de solicita es das redes m veis e empresariais Estas quest es ser o endere adas pelas PONSs de pr xima gera o que ir o adicionar aumento de capacidade e os n veis de qualidade de servi o exigidos Para al m disso as P
12. m n vel de divis o adicional pode ser introduzido por tr s do elemento coexist ncia CE a fim de otimizar a utiliza o de uma porta individual Este n vel de divis o adicional no entanto tem de ser tido em conta no c lculo do power budget tico Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu e g Incumbent or residential service OLT Introduction of additional split level to improve economics of orange player e g Altnet or business service Figura 6 Wavelength unbundling e separa o de servi os Os equipamentos NG PON2 suportar o os requisitos de sincronismo das redes m veis IEEE 1588v2 Boundary Clock and Transparent Clock de forma a contemplar a precis o dos requisitos de sincronismo de frequ ncia e fase As novas normas PON permitir o a coexist ncia de diferentes gera es de tecnologias PON A norma NG PONZ2 proposta um passo no caminho de maiores d bitos esperando desta forma atender s necessidades futuras dos operadores Alguns operadores planeiam evoluir diretamente de GPON para NG PON2 descartando a passagem por XG PON1 Cen rios de utiliza o Transi o suave de GPON para NG PON2 A evolu o de uma rede GPON requer um posicionamento apropriado dos elementos de coexist ncia CE bem como garantir que os ONUs GPON est o equipados com filtros WDM de acordo com a recomenda o G 984 5 do ITU T A Figura 8 mostra um cen rio t pico de uma rede GPON actual
13. on compliant with ITU T G 652 Comprimentos de d Upstream 1260nm 1280nm Downstream 1575nm 1580nm onda Downstream 10Gbps Upstream 2 4Gbps Largura de banda Suporte de dynamic bandwidth allocation DBA Gest o de Qos e filas de tr fego Nominal Line rate Upstream 2 48832Gbps Downstream 9 95328Gbps TDM Media Access Upstream TDMA Downstream Control Layer Forward Error Correction with Scrambled NRZ Line Encoding Power budget tico 29dB ou 35dB Split Ratio 1 32 1 64 scalable up to 1 256 Alcance Dist ncia diferencias de 20 Km ou 40 Kms Dist ncia l gica de at 60 kms Sincronismo Funcionalidades avan adas de sincronismo para aplica es de mobile backhauling Strong mutual authentication Autentica o das mensagens de controlo e de troca Seguran a das chaves de encripta o PON Durante as falhas de energia desligar todos os interfaces UNI que n o est o activamente a ser usados Poupan a de Dozing Desligar o transmissor e ativar apenas quando h efectivamente energia actividade Sleep mode no qual o ONU desliga o receptor e transmissor quando detecta que o utilizador n o tem actividade Figura 3 Principais funcionalidades do XG PON1 ITU T G 987 Fibre to the Home Council Europe 7 www ftthcouncil eu NG PON2 A tecnologia PON de pr xima gera o NG PONZ2 vai aumentar a capacidade at pelo menos 40 Gbps downstream e at pelo menos 10 Gbps upstream
14. rmaliza o PON caspisaisascsasdasaa resinas sas dossnd rain aii esa Diss nad a jncidda sinsa iss es 5 Figura 2 Plano de comprimentos de onda eee erra erea eee ee aa nae a eenanea 6 Figura 4 Arquitectura TWDM PON TDM PONs empilhadas rea 9 Figura 6 Wavelength unbundling e separa o de servi os ss ssssssesssrrerrrsrrrrrrerrrrrrsrrerrrerre 11 Fodar Rede CPON U Ene EEEE EE a esc sen sedes abas Menino tis sais ses Eads as tiicad Foco nais encena 12 Figura 9 Topologia de backahaul CPRI atual eee errar reeaaneenao 14 Fibre to thc Home Council Europe www ftthcouncil eu Introdu o Com a instala o cont nua e massiva de redes Fibre to the Home FT TH em todo o mundo os operadores precisam de novas tecnologias FT TH que permit o aumentar a sua capacidade e possibilitar o suporte de novos servi os coexistindo com o equipamento instalado e com toda a componente de rede passiva Esta evolu o tecnol gica uma quest o extremamente cr tica para a ind stria das telecomunica es As redes ticas de acesso suportadas em tecnologias GPON e Gigabit Ethernet GE t m vindo a disponibilizar durante os ltimos anos capacidade a pre o competitivo para clientes residenciais Com o crescimento de clientes conetados e aparecimento de novos servi os que exigem largura de banda elevada tais como o HDTV 3D TY servi os de v deo de m ltipla imagem e m
15. rvices 40 40 Gbps at 80 80 Gbps e Mobile Fronthaul PtP WDM ver cap tulo CPRI A tecnologia NG PON2 foi desenhada para permitir uma abordagem pay as you grow Na maioria dos casos os operadores n o precisar o dos 4 ou 8 pares de comprimentos de onda por ODN desde o in cio Os comprimentos de onda poder o vir a ser adicionados individualmente por PON de acordo com as necessidades Separa o de servi os podem ser realizadas usando pares de comprimentos de onda espec ficos Fibre to the Home Council Europe 9 www ftthcouncil eu do servi o para evitar potenciais problemas de desempenho ou de seguran a associados com aos sistemas TDM TDMA partilhados OLT XG PON RF Video HE OLT NG PON2 Mobilie Saciraui Bushess and Enterprise VPN L3 Access to Te mermer Local Community Schools Police Stations Residential 2Pizy and 3Play services Common Pubik Radio mtertace CPR Copper Last Mile MSAN and DSLAM aggregation Figura 5 Elemento de coexist ncia ITU T G 989 O mesmo mecanismo permite tamb m a separa o dos comprimentos de onda da rede tica passiva atrav s da atribui o de pares de comprimentos de onda individuais por operador A Figura 6 mostra como comprimentos de onda individuais podem ser atribu dos a diferentes operadores ou a diferentes servi os pelo mesmo operador Se um operador espec fico disponibilizar apenas um n mero relativamente pequeno de endpoints por PON u
16. ss V rias abordagens para ONUs colorless est o sendo investigadas permitindo novas solu es de tecnologia a ser utilizada para melhorar o desempenho e reduzir o custo A utiliza o de circuitos fot nicos integrados PICs nos ONUs deve ser tomada em considera o a fim de otimizar os custos dos componentes ticos que ir o permitir a massifica o da tecnologia Uma vez que as tecnologias atuais de sintonia dependem principalmente da varia o de temperatura o principal desafio manter o consumo de energia na ONU baixo respeitando desta forma os requisitos exigentes do acordo do C digo de Conduta Europeu Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu NOPONZ ONU 1 1 GPON ONU Figura 4 Arquitectura TWDM PON TDM PONSs empilhadas A figura 4 representa o diagrama de blocos b sicos da arquitetura PON TWDM suportada no conceito WDM O comprimento de onda do laser do ONU ajust vel enquanto o comprimento de onda do receptor do OLT fixo A tecnologia NG PONZ2 baseada numa ODN transparente a fim de coexistir com GPON e XG PON1 podendo suportar at 80 Gbps 8 comprimentos de onda x 10 Gbps capacidade por comprimento de onda Quatro topologias s o actualmente suportadas pelo ITU T para NG PONZ e Basic 40 Gbps downstream e 10 Gbps upstream usando 4 comprimentos de onda e Extended 80 Gbps downsiram e 20 Gbps upstream usando 8 comprimentos de onda e Business Symmetrical se
17. terface transportadas sobre WDM usando comprimentos de onda dispon veis no espectro NG PON2 Fibre to the Home Council Europe www ftthcouncil eu CPRI Backhaul rue Network Base Station Figura 10 Comprimentos de onda dedicado para o CPRI Com isto consegue se uma grande diminui o de jitter lt 1 us e de perda de pacotes Al m disso a normaliza o da common public r dio interface CPRI orientada para a disponibiliza o de solu es de baixo custo para suporte de topologias emergentes wireless de banda larga uma vez que esta es base r dio simples remotas podem ser localizadas em locais menos exigentes do ponto de vista ambiental sendo controladas a partir da esta o central Isto ir reduzir OPEX e CAPEX e Menos visitas s esta es base as atualiza es podem ser realizadas centralmente e Redu o de custos aluguer de sites e de constru o de novos sites e Elimina o do ar condicionado dos sites e Maior seguran a n o h sites para invadir e Melhorias do jitter e wander Desafios Pontos Cr ticos e Conclus es As PONSs atuais especialmente GPON ser o rent veis e a sua capacidade ser suficiente no curto e m dio prazo para as componentes residenciais A principal preocupa o s o as novas demandas de d bitos dos servi os empresariais e redes m veis e das futuras aplica es de altas velocidades dos utilizadores residenciais Para estes as novas
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