Encontro Nacional de Engenharia Elétrica 2015.

1. 1
Migração nas Redes Ópticas Passivas
Heitor Bruno Oliveira Galvão
Guilherme Enéas Vaz Silva

2. Sumário
1. Introdução.
2. Fibra Óptica.
3. Rede Óptica Passiva baseada em Multiplexação por Divisão no Tempo – TDM-PON.
4. Rede Óptica Passiva baseada em Multiplexação por Divisão em Comprimento de
Onda – WDM-PON.
5. Migração TDM-PON para WDM-PON.
6. Resultados da Migração TDM-PON para WDM-PON
7. Conclusão
8. Referências Bibliográficas
9. Contato
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3. 1. Introdução.
As redes de telecomunicações podem ser classificadas, de acordo com a escala, em
redes geograficamente distribuídas (Wide Area Networks – WANs), redes
metropolitanas (Metro Area Networks – MANs) e redes locais (Local Area Networks –
LANs) [Tanenbaum, 2003].
Entre as MANs e as LANs estão situadas as redes de acesso, que são responsáveis
pela conexão da central do provedor de serviço (Central Office - CO) aos assinantes
residenciais ou empresas: redes de acesso são o maior problema (“gargalo”) das
redes de telecomunicações.
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4. 1. Introdução.
Figura 1 - Representação das redes de acesso como
gargalodaInternet[D.Gutierrez,2007].
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5. 1. Introdução.
Como a largura de banda de qualquer conexão ponto-a-ponto é determinada pelo segmento
da rede com menor taxa de transferência de dados (no caso, a rede de acesso),a operação
em altas taxas por todo o caminho de rede até o usuário final ainda não é possível [D.
Gutierrez, 2007].
Dentre as configurações presentes no cenário mundial atual, a rede óptica passiva baseada
em Multiplexação por Divisão no Tempo (TDM-PON) tem ganhado espaço. Alternativamente,
a PON baseada em Multiplexação por Divisão em Comprimento de Onda (WDM-PON) é
capaz de prover uma maior demanda em comparação com a rede anterior.
Tendo esse cenário em vista, este trabalho faz uma análise comparativa de TDM-PON com
WDM-PON que permite realizar uma proposta de migração de TDM-PON para WDM-PON
para resolver o problema das redes de acesso que são o maior problema das redes de
telecomunicações.
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6. 2. Fibra Óptica.
Devido a sua alta largura de banda, as fibras ópticas têm sido tradicionalmente
usadas como meio físico para transmissão de dados em MANs e WANs [Sudhir Dixit,
2003].
Na topologia física ponto-a-ponto, o número de fibras é igual ao número de usuários,
o que torna mais difícil a instalação e manutenção, portanto, inapropriada para
desenvolvimento em massa.
Na arquitetura ponto-multiponto, diversos usuários compartilham uma fibra até um
nó remoto (RN), a partir do qual cada cliente dispõe do seu próprio enlace óptico.
O RN pode ser passivo ou ativo, dependendo se é eletricamente alimentado ou não.
Se requerer suprimento de energia, a arquitetura é chamada de Rede Óptica Ativa
(AON). Caso contrário, a arquitetura recebe o nome de Rede Óptica Passiva (PON).
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7. 2. Fibra Óptica.
Figura 2 - Topologia em árvore de uma Rede Óptica
Passiva[Silva,G.E.V.,2010].
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8. 2. Fibra Óptica.
Figura3-RedesFTTx[C.Orencia,2007]
8

9. 3. Rede óptica passiva baseada em Multiplexação
por Divisão no Tempo - TDM-PON.
A solução de acesso óptico mais difundida no mundo é a TDM-PON
No downstream, ocorre broadcast, sendo que cada ONU recebe toda a informação
provida pelo OLT e filtra os dados que lhe são destinados.
No upstream cada ONU terá uma janela temporal determinada e, durante este
intervalo, poderá usar toda a largura de banda provida pelo canal óptico. O splitter,
atuando como um combinador de potências será responsável por combinar as
janelas e mandar as informações de todos os usuários ao CO.
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10. 3. Rede óptica passiva baseada em Multiplexação
por Divisão no Tempo - TDM-PON.
O OLT é responsável por determinar as janelas temporais de cada usuário com
intuito de evitar colisões no tráfego de upstream.
Uma característica importante é a Alocação Dinâmica de Largura de Banda (DBA),
cujos algoritmos permitem uma maior eficiência da rede alocando intervalos de
tempo maiores para aqueles usuários com maior intensidade de tráfego. A faixa de
comprimento de onda utilizada no upstream varia entre 1260nm a 1360nm.
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11. 3. Rede óptica passiva baseada em Multiplexação
por Divisão no Tempo - TDM-PON.
Figura 4 - Esquema de downstream e upstream da TDM-PON
[Ferreira&Silva,2011]
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12. 4. Rede óptica passiva baseada em Multiplexação
por Divisão em Comprimento de ONDA- WDM-PON.
Vertentes do WDM-PON:
1) uso de múltiplos comprimentos de onda, todos localizados dentro da banda passante dos
divisores de potência de uma TDM-PON [F.T. Na],[Y.-L. Hsueh,2005],[Michael P. et al.,2006]
2) a segunda vertente emprega o conceito de WDM-PON para sistemas de ultralonga
distância;
3) a terceira vertente na figura 5. A topologia lógica é a ponto-a-ponto (diferentemente da
PON convencional) e o sistema reúne múltiplos comprimentos de onda tanto na direção
downstream como na upstream. Diferentes ONUs podem operar em diferentes taxas de
bits, logo uma variedade de serviços pode ser oferecida em uma mesma rede. O
equipamento principal de uma rede WDM-PON é o Arrayed Waveguide Grating (AWG),
que faz o roteamento do sinal óptico de uma dada porta de entrada para uma dada saída,
baseado no comprimento de onda do sinal[Biswanath Mukherjee, 2006].
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13. 4. Rede óptica passiva baseada em Multiplexação
por Divisão em Comprimento de ONDA- WDM-PON.
Figura 5 - Esquema simplificado de uma WDM-PON [A. Banerjee
etal.,2006]. 13

14. 5. Migração TDM-PON para WDM-PON.
Esquemas de migração de TDM-PONs para a WDM-PON simulada foram proposta
em [K.M. Choi et al., 2007]. Para realizar o upgrade sem mudar substancialmente a
estrutura da rede já instalada foi empregado um dispositivo de três portas que
combina/divide banda de comprimento de onda, representado no artigo citado e
aqui no trabalho pela sigla WC.
No esquema de migração original, o WC está presente no OLT e no RN (WC1 e WC2),
como mostra a Figura 6. A TDM-PON em questão pode ser BPON que foi o primeiro
padrão completo definido pelo International Telecomunication Union (ITU), EPON
que foi introduzido em 2004 pelo Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos
(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) e o GPON que é uma evolução
do EPON, a diferença entre eles é o comprimento de onda utilizado tanto no
downstream quanto no upstream.
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15. 5. Migração TDM-PON para WDM-PON.
Figura 6 – Estrutura de filtros utilizada no WC [K.M.
Choietal.,2007].
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16. 5. Migração TDM-PON para WDM-PON.
Figura 7 - Esquema de migração de TDM-PON para
WDM-PON 16

17. 6. Resultados da Migração TDM-PON para
WDM-PON.
Figura 8 - Taxa de erro x potência recebida
(downstream)
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18. 6. Resultados da Migração TDM-PON para
WDM-PON.
Figura 9 - Taxa de erro x potência recebida
(downstream)
18

19. 7. Conclusão.
Este trabalho mostrou uma alternativa de migração de redes TDM-PON para futuras
WDM-PON. Baseado nela foi possível inclusive propor uma nova forma para upgrade
de TDM-PONs para WDM-PONs adicionando novas ONUs à rede e duplicando a
largura de banda das ONUs já instaladas.
Para dar continuidade ao trabalho, pretende-se, ainda, discorrer sobre outra
vertente de migração de TDM-PON para WDM-PON que vem sendo estudada na
universidade de Stanford, denominada SUCCESS (Stanford University Access).
19

20. 8. Referências Bibliográficas.
Andrew S. Tanenbaum, Computer networks, 4ª edição, Prentice Hall, Vrije
University,Amsterdam, 2003.
A. Banerjee, Y. Park, F. Clarke, H. Song, S. Yang, G. Kramer, K. Kim, and B. Mukherjee,
"Wavelength-division-multiplexed passive optical network (WDM-PON) technologies
for broadband access: a review [Invited]," J. Opt. Netw. 4, 737-758 (2005).
Biswanath Mukherjee, Optical WDM Networks, Springer-Verlag New York, Inc.,
Secaucus, NJ, 2006.
C. Orencia, “Alocação dinâmica de largura de banda em redes EPON”, Dissertação de
mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Carlos, São
Paulo, 2007.
Chang-Hee Lee, Wayne V. Sorin, and Byoung Yoon Kim, "Fiber to the Home Using a
PON Infrastructure," J. Lightwave Technol. 24, 4568-4583 (2006). 20

21. 8. Referências Bibliográficas.
D. Gutierrez, “Next-Generation Fiber-To-The-Home Networks”, Tese de Doutorado,
Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade de Stanford, Califórnia,
dezembro de 2007.
D. Nowak and J. Murphy, “FTTH: The overview of existing technologies,” in Proc. SPIE
Optoelectronics, Photonic Devices, and Optical Networks, Opto-Ireland, 2005, vol.
5825, pp. 500–509.
F. Effenberger, D. Cleary, O.Haran, G. Kramer et al., "An Introduction to PON
Technologies", IEEE Communications Magazine, março de 2007.
Ferreira, R. J. L.; Silva, G.E.V. Redes de Acesso Óptico da Próxima Geração. In: Escola
Regional de Computação Ceará Maranhão Piauí (ERCEMAPI), Teresina, 2011.
Ferreira,R.J.L.; Silva,G.E.V.; Análises das Principais Arquiteturas em Redes Ópticas
Passivas.10ª Conferência Brasileira de Dinâmica, Controle e Aplicações. Águas de
Lindóia, São Paulo 2011.
21

22. 8. Referências Bibliográficas.
Ferreira,R.J.L.; Silva,G.E.V.; Análises das Principais Arquiteturas em Redes Ópticas
Passivas.10ª Conferência Brasileira de Dinâmica, Controle e Aplicações. Águas de
Lindóia, São Paulo 2011.
F. T. An, K. S. Kim, D. Gutierrez, S. Yam, E. Hu, K. Shrikhande, and L. G. Kazovsky,59
“SUCCESS: A next-generation hybrid WDM/TDM optical access network
architecture,” J. Lightw. Technol., vol. 22, no. 11, pp. 2557-2569, Nov. 2004.
H. Matsuda, T. Kaminogou, T. Yasui, “A challenge to access/backbone integrated
network,” IEICE Transactions on Communications, Vol. 90, No. 8, pp. 1960-1967,
January 2007
J.R. Stern, et al., “TPON-a passive optical network for telephony”, in Proc. ECOC
1988, Brighton, UK, pp. 203-206
K.M. Choi, S.M. Lee, M.H. Kim, and C.H. Lee, “An Efficient Evolution Method From
TDM-PON to Next-Generation PON”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 19, Nº
9, Setembro 2007.
22

23. 8. Referências Bibliográficas.
Michael P. MacGarry, Martin Reisslen e Martin Maier, “WDM Ethernet Passive
Optical Networks”, IEEE Optical Communications Magazine, vol. 44, Nº 2, pp. 15-22,
Fevereiro de 2006.
OptiSystem 12, http://www.optiwave.com/site/products/system.html. Acesso em:
11 de março de 2015.
Suzart, S.T. Redes Óticas de Acesso de Banda Ultra Larga: Conservação de Potência
em OLTs na arquitetura TWDM-PON.2014.32f. Trabalho de Conclusão de Curso
(Bacharel em Engenharia da Computação), Universidade Federal de Pernambuco,
UFPE, Brasil.
Silva, G. E. V. Estudo de Topologias e Arquiteturas para Redes WDM-PON. 2010.89f.
Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica), Universidade de São Paulo, USP,
Brasil.
Sudhir Dixit, “IP Over WDM: building the cnext-generation optical internet”, Wiley
Interscience, New York, NY, 2003.
23

24. 8. Referências Bibliográficas.
Teleco, http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialgmredes1/pagina_2.asp. Acesso
em: 25 de março de 2015.
Y.-L. Hsueh, “A Highly Flexible and Efficient Passive Optical Network Employing
Dynamic Wavelength Allocation,” J. Lightwave Tech., Jan. 2005.
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25. 9. Contato
heitorbrunogalvao@gmail.com
Lattes: http://lattes.cnpq.br/2259281526229375
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