TREINAMENTO GPON CLEITON BADAM FUNDAMENTOS GPON v 1

TREINAMENTO GPON CLEITON BADAM

FUNDAMENTOS GPON v 1. 4 DESCRIÇÃO GERAL

HISTÓRIA DO GPON Introdução Conceito de FTTX PON – Passive Optical Network GPON – Gigabit PON Estrutura de Comunicação GPON Protocolo de Comunicação OMCI Relação entre T-CONT e GEM Classe B+ / C+ SC/UPC SC/APC

INTRODUÇÃO O grande desafio das operadoras de telefonia, provedores de internet e fabricantes de equipamentos de telecomunicações, tem sido prover ao usuário final, seja ele corporativo ou residencial, banda suficiente para utilização de aplicações triple play, que é o serviço que entrega voz, dados e imagens em um único acesso. As tecnologias atuais que utilizam par de fios de cobre trançado (x. DSL – Digital Subscriber Line) ou cabo coaxial (cable modem, baseado no DOCSIS – Data Over Cable Service Interface Specification) estão limitadas tanto pela taxa de transmissão, quanto pela distância. Estas redes já não se mostram capazes de atender a esta demanda cada vez maior por largura de banda (GREEN, 2006). Uma solução para esta demanda por banda de transmissão é a fibra óptica, que possui uma capacidade, teoricamente infinita, para transmissão de dados. Porém, a utilização da fibra óptica em uma topologia ponto nas redes de acesso, para atender ao conceito do FTTH (Fiber To The Home), ainda é uma alternativa financeiramente inviável. Nos anos 90, começou-se a estudar as redes ópticas passivas, surgindo então a tecnologia PON (Passive Optical Network). Com esta nova tecnologia a utilização da fibra óptica até o cliente passa a ser vista com mais interesse pelas operadoras e provedores, pois a tecnologia é baseada em uma topologia ponto multiponto, com divisores ópticos passivos, dispensando os amplificadores ativos existentes no HFC (hybrid fiber–coax). Conteúdo confidencial 5

CONCEITO FTTX – FIBER-TO-THE-X Uma rede FTTX é uma rede de acesso baseada em fibra óptica que conecta uma grande quantidade de usuários finais (residências, prédios, ERBs, . . . ) a um ponto central, conhecido como nó de acesso, central office ou ponto de presença (POP) de uma determinada provedora de serviços de internet. Fiber to the home (FTTH), ou fibra até a residência do usuário final. Fiber to the building (FTTB), onde a fibra vai até o prédio e a distribuição para os assinantes é feita através de uma rede Ethernet tendo como meio o cabo coaxial ou o par de cobre. Fiber to the curb (FTTC) –onde a fibra vai até um armário na rua e a distribuição para os assinantes naquela vizinhança é através de x. DSL (ADSL 2+, VDSL 2, . . . ) ou Ethernet. Existem ainda as redes Híbridas de Fibra e Cabo (HFC), arquitetura utilizada pelas operadoras de TV a Cabo. (Vivo/ Net) Conteúdo confidencial 6

PON – PASSIVE OPTICAL NETWORK SFU (Single Family Unit) A rede óptica passiva é o mais novo e crescente sistema de fibra óptica para rede de acesso Os dispositivos das tem sido adotado por operadoras de telecomunicações como metropolitana. Este método instalações do cliente solução de acesso para entrega de serviços, seja em banda larga ou de modo dedicado, em SFU são projetados para altíssima velocidade (FRENZEL, 2013). aplicações residenciais A tecnologia PON é composta por uma rede óptica geralmente ponto-multiponto, utilizando internas individuais. uma topologia em árvore, e divisores ópticos para ramificar a rede. Os elementos ativos da rede são responsáveis por realizar a transmissão e o controle do sinal óptico. A PON é composta pelos seguintes equipamentos e rede externa de fibra óptica: • ONU ou ONT (Optical Network Unit /Terminal): equipamento de acesso do usuário. • OLT (Optical Line Terminal): equipamento que concentra e distribui o tráfego proveniente das ONUs ou ONTs. Este equipamento fica na estação da operadora. • ODN (Optical Distribution Network): formada basicamente pela rede externa de fibras ópticas e divisores ópticos passivos (ITU-T Rec. G. 984. 1, 2003). Conteúdo confidencial 7

PON – PASSIVE OPTICAL NETWORK Conteúdo confidencial 8

APLICAÇÕES REDE PON ATM – PON (APON) O APON foi o primeiro padrão de redes passivas, tendo como foco a tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) que, em 1996, era o único sistema de transporte que possibilitava a transmissão de voz, dados e vídeo simultaneamente. Neste padrão, a distância entre a OLT e a ONT é de no máximo 20 km e a quantidade de ONTs por ramo é limitada em 32. No downstream, a transmissão é feita em taxas de 155 Mbps e 622 Mbps; no upstream, a 155 Mbps (GREEN, 2006). O ATM cria canais fixos entre 2 pontos para que os dados possam ser transmitidos. Esta filosofia difere da filosofia do TCP/IP no qual as mensagens são divididas em pacotes e cada pacote pode tomar uma rota diferente para alcançar o destino. Esta diferença, oferecida pelo ATM, facilita a monitoração e a cobrança pelo serviço. Broadband – PON (BPON) Como o termo APON levava ao entendimento de que somente serviços ATM poderiam ser atendidos, então o grupo FSAN (Full Service Access Network) lançou o nome BPON (Broadband PON), tendo como objetivo oferecer serviços de banda larga incluindo acesso Ethernet e distribuição de vídeo. Este padrão é baseado no APON sendo acrescentado suporte para WDM, maior alocação de largura de banda upstream e interface de gerenciamento entre OLT e ONU, chamado OMCI (ONU Management and Control Interface). No downstream a transmissão pode chegar a 1250 Mbps e no upstream a 622 Mbps (GREEN, 2006). Conteúdo confidencial 9

APLICAÇÕES REDE PON Ethernet – PON (EPON) Em 2000 foi formado pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) o grupo de estudos EFM (Ethernet in the First Mile), com o objetivo de estudar a utilização de ethernet nos links de fibra óptica. Os estudos, concluídos em 2004, estabeleceram a padronização IEEE 802. 3, onde o EFM introduz o conceito de EPON onde uma topologia de rede pontomultiponto é implementada com divisores ópticos passivos. A transmissão no EPON é simétrica (mesma taxa de transmissão em ambas as direções), com taxa de 1250 Mbps, adequada para serviços de dados (HERNÁNDEZ, 2013). Gigabit PON (GPON) O GPON foi projetado para volumosos tráfegos IP, descrito combinação dos melhores atributos Gigabit, permite o transporte IP puro sem exigir pontos ativos na rede de acesso. Conteúdo confidencial 10

GPON v 1. 4 REDES GPON/EPON/XGPON

GPON – GIGABIT PASSIVE OPTICAL NETWORK O GPON é um padrão definido pelo International Telecommunication Union (ITU-T) e suas especificações e recomendações estão definidas no G. 984. x (G. 984. 1, G. 984. 2, G. 984. 3, G. 984. 4, G. 984, 5, G. 984, 6). Algumas características: Gpon No sentido de downstream no EPON, os pacotes da OLT são enviados via broadcast para todas ONTs/ONUs, como é padrão no Ethernet, a ONT/ONU seleciona qual pacote é seu e o resto descarta. No sentido de upstream o comportamento do EPON é similar a uma arquitetura ponto: o EPON adota o TDM (Multiplexação por Divisão de Tempo), ou seja, cada ONT/ONU transmite os quadros Ethernet para a OLT com intervalos de tempo de transmissão diferentes, atribuídos pela OLT. Conteúdo confidencial 12

EPON – GIGABIT PASSIVE OPTICAL NETWORK O EPON é um padrão desenvolvido pelo Institute of Eletrical and Eletronics Engineers (IEEE). . . Epon No sentido de downstream no EPON, os pacotes da OLT são enviados via broadcast para todas ONTs/ONUs, como é padrão no Ethernet, a ONT/ONU seleciona qual pacote é seu e o resto descarta. No sentido de upstream o comportamento do EPON é similar a uma arquitetura ponto: o EPON adota o TDM (Multiplexação por Divisão de Tempo), ou seja, cada ONT/ONU transmite os quadros Ethernet para a OLT com intervalos de tempo de transmissão diferentes, atribuídos pela OLT. Conteúdo confidencial 13

GPON/EPON – GIGABIT PASSIVE OPTICAL NETWORK Conteúdo confidencial 14

XGPON – GIGABIT PASSIVE OPTICAL NETWORK A evolução da GPON é a x. GPON, também conhecida como 10 -GPON. A tecnologia foi desenvolvida pelo ITU-T e definida pela norma G. 987. Tem comprimento de onda de 1270 nm up a 1577 nm down e permite uma taxa de divisão de 1: 256. Maior capacidade por ramo de fibra da rede (10 Gbit/s em downstream e 2, 5 Gbit/s em upstream). “O investimento da operadora é protegido. É preciso trocar a placa da OLT atual e a ONU do assinante. O maior custo é passar a fibra. (Plataforma unificada para múltiplas tecnologias de acesso: suporte a XG-PON, GPON, Combo-PON, XGS-PON, EPON e 10 G-EPON. No futuro, pode ser atualizado para 50 / 100 G PON; ) Conteúdo confidencial 15

GPON – GIGABIT PASSIVE OPTICAL NETWORK Alcance: é dividido em dois tipos, sendo o primeiro o lógico, que é aquele que não depende Alcance: dos recursos da camada física, ou seja, da fibra óptica, fusões e splitters, e é limitado em 60 km. E o segundo, o alcance físico, que é aquele que depende dos recursos da camada física, e está limitado em 20 km. Split ratio: que é a relação de divisões feitas no sinal original que sai de uma porta PON. Para as operadoras quanto maior for esta divisão melhor, pois poderá inserir uma quantidade maior de clientes em uma única porta PON, porém, o aumento do split ratio implica na necessidade de aumento da potência de transmissão para que o alcance físico não seja prejudicado. Dada a tecnologia atual o split ratio está limitada em 1: 64, no entanto, antecipando a evolução contínua dos módulos ópticos, a camada GTC (Gpon Transmission Convergence) deve considerar split ratio de até 1: 128. Meio de transmissão: deve ser fibra standard ITU-T Rec. G. 652. Direção de transmissão: deve ser full duplex, sendo utilizados os termos downstream para designar o tráfego de dados no sentido OLT para ONU/ONT, e upstream para designar o tráfego de dados no sentido ONU/ONT para OLT. Método de transmissão: pode ser unidirecional, ou seja, utilizando 2 fibras ópticas ou bidirecional utilizando apenas 1 fibra óptica. No método unidirecional é utilizado o comprimento de onda de 1260 – 1360 nm para downstream e para upstream. No método bidirecional, que é o mais usual, é utilizado o comprimento de onda de 1480 – 1500 nm para downstream e de 1260 – 1360 nm para upstream. Conteúdo confidencial 16

ESTRUTURA DE COMUNICAÇÃO GPON O método de transmissão mais usual é o bidirecional (em uma única fibra), utilizando os comprimentos de onda de 1480 – 1500 nm para downstream e de 1260 – 1360 nm para upstream. No sentido de downstream os dados são enviados em broadcast (envio não direcionado). As informações de cada ONU são divididas no tempo (TDM – Time Division Multiplexing). Desta forma, toda informação provida pelo OLT é repassada a todas ONUs da rede, mas cada ONU filtra as informações que lhe são destinadas (ZTE, 2011), a figura 6 ilustra esta forma de comunicação. Uma forma para se garantir a segurança dos dados transmitidos na rede é a utilização de criptografia, sendo utilizado o algoritmo Advanced Encryption Standard (AES). Em Downstream os dados são enviados em broadcast Conteúdo confidencial 17

ESTRUTURA DE COMUNICAÇÃO GPON No sentido upstream a transmissão é feita a partir de um arranjo TDMA (Time Division Multiple Access ou Acesso Múltiplo por Divisão no Tempo). Cada ONU tem seu tempo predefinido para realizar a transmissão de seus dados para o OLT. Para evitar colisões, o OLT fica responsável por administrar o momento em que cada ONU deve realizar a transmissão, sendo que cada frame (quadro) em upstream possui um tempo de 125μs (ZTE, 2011). (125 micro segundos) Upstream a transmissão é feita a partir de um arranjo TDMA Conteúdo confidencial 18

CAMADAS DO GPON Como mostrado na figura a estrutura de camada de um GPON, tanto no OLT como na ONU, consiste, basicamente, em duas camadas: PMD (physical-medium-dependent), camada física dependente do meio padronizada pela recomendação ITU-T G. 984. 2, e a GTC, camada de convergência de transmissão padronizada pela recomendação ITU-T G. 984. 3. Elas correspondem à camada física e à camada de enlace do modelo de referência OSI, respectivamente (ITU-T Rec. G. 984. 3, 2004). Conteúdo confidencial 19

CAMADAS DO GPON Camada GPON Physical-Medium-Dependent (PMD) A PMD é composta por hardware, sendo este definido pela recomendação ITU-T G. 984. 2 referentes à taxa de transmissão, método de transmissão, comprimento de onda, tipo de tráfego, split ratio, alcance lógico e físico, etc. Camada GPON Transmission Convergence (GTC) A camada GTC é dividida em duas subcamadas, como segue: Subcamada Framing GTC De acordo com as especificações do ITU-T Rec. G. 984. 3(2004), a subcamada framing GTC é responsável por realizar a multiplexação e a de multiplexação do PLOAM (Physical Layer OAM ou Operação, Administração e Manutenção da Camada Física), ATM e GEM (G-PON Encapsulation Method ou Método de Encapsulamento GPON), criação do cabeçalho do GTC no downstream e decodificação no upstream, e roteamento com base no Alloc. ID dos dados em ATM e GEM. Subcamada de Adaptação A subcamada de adaptação fornece três adaptadores de convergência de transmissão (TC): Adaptador de convergência de transmissão ATM, ATM que em conjunto com a subcamada framing (subcamada de quadros) do GTC fornece a interface ATM conforme padrão especificado na recomendação ITU-T I. 432. 1; Adaptador TC GEM que pode ser configurado para diversas interfaces de transporte como TDM, Ethernet, SDH e IP; Adaptador OMCI (ONU Management and Control Interface) que, na ONU é responsável por filtrar e desencapsular os frames no downstream e encapsular os PDUs (Protocol Data Unit) no upstream; no OLT é realizado o mesmo processo no sentido contrário, ou seja, filtrar e desencapsular os frames no upstream e encapsular os PDUs no downstream. Conteúdo confidencial 20

PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO OMCI O protocolo de comunicação utilizados nas redes GPON é conhecido como OMCI (ONT management and control interface), que é normatizado pela norma ITU-T G. 984. 4. A norma tem como objetivo padronizar o protocolo, a fim de que possa ocorrer a interoperabilidade entre diversos fabricantes de ONUs e OLTs. A ITU-T G. 984. 4 estabelece a implementação de entidades que nada mais são do que representações dos recursos e serviços oferecidos pela ONU. O OMCI tem a responsabilidade de controlar a comunicação entre a OLT e as ONUs e vice-versa, gerenciando a configuração das ONUs, as falhas, o desempenho, e a segurança do sistema GPON. Nas redes GPON, a OLT comporta-se como mestre e as ONUs como escravos. Os defeitos que podem ocorrer no sistema GPON são representadas por alarmes. Esses alarmes são tratados pela ONU, para serem enviados por mensagens via OMCI para a OLT. Funções OMCI De acordo com a especificação, o OMCI é usado para executar as seguintes funções para gerenciar as ONUs Gerenciamento de configurações Gerenciamento de falhas Gerenciamento de segurança Conteúdo confidencial 21

RELAÇÃO ENTRE T-CONT E GEM T-CONT: Um objeto portador de tráfego dentro de um ONU / ONT que representa um grupo de conexões lógicas, e é tratado como uma entidade única para o propósito de atribuição de largura de banda a montante na PON. Na direção upstream, é usado para suportar o tráfego de serviço. Cada T-CONT corresponde a um tráfego de serviço de um tipo de largura de banda. Cada tipo de largura de banda possui seu próprio recurso de Qo. S. ALLOC_ID: Cada T-CONT é identificado pelo ALLOC_ID exclusivamente. O ALLOC_ID varia de 0 a 4095. Ele é alocado por OLT, ou seja, um T-CONT só pode ser usado por uma ONU / ONT por interface PON na OLT. Porta GEM: Uma porta GPON Encapsulation Method (GEM) é uma porta virtual para executar o encapsulamento GEM para transmitir quadros entre a OLT e a ONU / ONT. Cada classe de tráfego (TC) diferente por UNI recebe uma porta GEM diferente. Cada T-CONT consiste em uma ou mais portas GEM. Cada porta GEM possui um tipo de tráfego de serviço, ou seja, um tipo T-CONT. ID da porta GEM: Cada porta GEM é identificada por uma ID de porta exclusivamente. A porta ID varia de 0 a 4095. Ela é alocada pela OLT, ou seja, uma porta GEM só pode ser usada por uma única interface ONU / ONT por PON na OLT. Conteúdo confidencial 22

CLASSE B+ / C+ Cordão Óptico Homologado SC/APC-SC/APC Cordão Óptico Homologado Sc/apc X Sc/upc Conteúdo confidencial 23