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Mercado de Redes Ópticas:Tendências Tecnológicas
Roberto Nakamura
II Workshop de Ciência e Tecnologia em Comunicações Ópticas16 a 19 de Novembro de 2.005
Roberto Nakamura
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Roteiro
• Introdução• Motivadores de Mercado• Tecnologia C/DWDM
– Módulos Ópticos Passivos e Ativos– Sistemas C/DWDM
• Novas Tecnologias– OTN– ASON– GPON
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Roteiro
•• IntroduçãoIntrodução• Motivadores de Mercado• Tecnologia C/DWDM
– Módulos Ópticos Passivos e Ativos– Sistemas C/DWDM
• Novas Tecnologias– OTN– ASON– GPON
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Rede – Estrutura e Serviços
Longa DistânciaTransporte Eficiente CORE
Agregação de Tráfego e Transporte
Metro/Core
Metro/AcessoTransporte e Agregação de
Serviços
AcessoServiçosVídeo
LAN/LAN Dados SDH/PDHSAN
Metro
Introdução
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Roteiro
• Introdução•• Motivadores de MercadoMotivadores de Mercado• Tecnologia C/DWDM
– Módulos Ópticos Passivos e Ativos– Sistemas C/DWDM
• Novas Tecnologias– OTN– ASON– GPON
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Broadband DSL subscribers has grown extensively over the last 2 years. ~14M at the end of January, 2004
Penetração da Banda Larga no Japão
0
2M
4M
6M
8M
10M
12M
99-3 99-6 99-9 99-12 00-3 00-6 00-9 00-12 01-3 01-6 01-9 01-12 02-3 02-6 02-9 02-12 03-3 03-6 03-9 03-12
0
100k200k300k400k500k600k700k800k900k
00-9 01-3 01-9 02-3 02-9 03-3 03-9
Optical Fiber for mass users Subscribers: ~961k(End-Jan. 2004)
Optical Fiber for mass users Subscribers: ~961k(End-Jan. 2004)
WirelessSubscribers: ~33k(End-Nov. 2003)
WirelessSubscribers: ~33k(End-Nov. 2003)
DSLSubscribers: ~10,6M(End-Jan. 2004)
DSLSubscribers: ~10,6M(End-Jan. 2004)
Cable InternetSubscribers: ~2,5M(End-Jan. 2004)
Cable InternetSubscribers: ~2,5M(End-Jan. 2004)
33k
961k 10,6M
2,5M
Source: Yasu Taniwaki, Japan Embassy, Mar/04
Motivadores de Mercado
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0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
jan/98
jan/99
jan/00
jan/01
jan/02
jan/03
jan/04
jan/05
Data
Ho
sts/
100k
02468101214161820
Po
siçã
o e
m R
elaç
ão a
O
utr
os
Paí
ses
Crescimento da Internet no Brasil
Fonte: Network Wizards 2005
Pos
ição
em
Rel
ação
a
Out
ros
Paí
ses
Hos
ts /
100k
Data
Introdução
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Evolução da Telefonia no Brasil
Ano
0
10
20
30
40
50
60
2000 2001 2002 2003 2004 20050
10
20
30
40
50
60
70
80
Ace
ssos
Fix
os /
1M
Ace
ssos
Móv
eis
/ 1M
Fonte: Anatel 2005
Introdução
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Drastic Change of market Structure
The age of “Everything over IP”(eg.) VoIP is not the replacement of traditional telephony.
Transition from PSTN age to IP age
voice data video “packet based”
wired wireless “ubiquitous”
local Long-Distance international “communication”
IP Age
Source: Yasu Taniwaki, Japan Embassy, Mar/04
Motivadores de Mercado
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Increase of value added in telecommunications services
Procurement of optimal network for content delivery
Emergence of a variety of
business models
Physical Network
layer
TelecomService
layer
Platform layer
Content and applications
layer
Integrated services by a
single independent
company
IP age
Entry into broadband(high speed, high volume)
Digitization of content(voice + data + video) Functionality
Unbundling
Authentication, billing, content delivery, copyright management, etc.
Telephone age
Modelo de Competição em Camadas
Diversification of vertically integrated
business models
Source: Yasu Taniwaki, Japan Embassy, Mar/04
Motivadores de Mercado
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Roteiro
• Introdução• Motivadores de Mercado•• Tecnologia C/DWDMTecnologia C/DWDM
–– Módulos Ópticos Passivos e AtivosMódulos Ópticos Passivos e Ativos– Sistemas C/DWDM
• Novas Tecnologias– OTN– ASON– GPON
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Módulos Ópticos Passivos
• Baseados em óptica passiva: ausência de conversão opto-elétrica e eletro-óptica
• Completa transparência à taxa e ao formato de modulação• Baixa perda de inserção• Alto isolamento entre os canais
Optical Add Drop Multiplexer (OADM)
OADM Single Homing OADM Dual Homing
Tecnologia C/DWDM
ExemploExemplo
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Módulos Ópticos Ativos
• Tempo de comutação menor que 10 ms• Transparente a protocolos, taxas e número de
comprimentos de onda
Tecnologia C/DWDM
ExemploExemplo
Sistema de Proteção Óptica
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Amplificadores Ópticos
• Operação na janela de 1550nm• Modelos:
– Amplificadores a Fibra Dopada com Érbio • Amplificadores de potência – Booster (B)• Amplificadores de Linha (L)• Pré-amplificadores (P)
– Amplificadores Raman (R)
Tecnologia C/DWDM
ExemploExemplo
Módulos Ópticos Ativos
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Roteiro
• Introdução• Motivadores de Mercado•• Tecnologia C/DWDMTecnologia C/DWDM
– Módulos Ópticos Passivos e Ativos–– Sistemas C/DWDMSistemas C/DWDM
• Novas Tecnologias– OTN– ASON– GPON
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Transmissão de múltiplos canais ópticos em um par de fibrasGrade do ITU-T
Tecnologia C/DWDM
CWDM: Coarse Wavelength Division MultiplexingDWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing
Sistemas xWDM
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Sistemas xWDM
DE
MU
X D
WD
M
MU
X D
WD
M
DWDM na banda C
CWDM + DWDM
T
T Mux de banda
MU
X C
WD
M
DE
MU
X C
WD
MCWDM
exceto banda C
T
T
Integração de CWDM e DWDM
Tecnologia C/DWDM
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Sistemas xWDM
Canal CWDM OcupadoCanal CWDM DisponívelCanal CWDM Não Disponível
Canais DWDM – Banda C
Canais DWDM – Banda L
1310 1330 1350 14501430141013901370 1470 1550153015101490 1570 1590 1610
a) Sistema CWDM com 4 Canais ocupados e 8 disponíveis
1310 1330 1350 14501430141013901370 1470 1550153015101490 1570 1590 1610
b) Sistema CWDM evoluindo para DWDM na Banda C até 40canais DWDM
1310 1330 1350 14501430141013901370 1470 1550153015101490 1570 1590 1610
c) Sistema CWDM evoluindo para DWDM na Banda L até 40 canais DWDM
Integração CWDM e DWDM
Tecnologia C/DWDM
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Sistemas xWDM
Plataforma CWDM
• Baixo custo• Até 16 comprimentos de onda em fibras tipo ZWP e em
fibras STD (STD até 10 km) • Até 12 comprimentos de onda em fibras STD para rotas
mais longas• Velocidades de 2 Mbit/s a 2,5 Gbit/s• Transparente às taxas e protocolos• Proteção de canal óptico (OSNC) ou de rota óptica• Integração com OADM
Tecnologia C/DWDM
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Sistemas xWDM
Plataforma DWDM
• Até 40 canais na banda C e mais 40 canais na banda L• Sem restrições de distâncias ou tipos de fibra, incluindo
amplificadores ópticos• Transparente às taxas e protocolos• Taxas de 2 Mbit/s a 10 Gbit/s• Sistema unidirecional ou bidirecional• Proteção de canal óptico (OSNC) ou rota óptica• Ideal para transporte de redes SAN, SDH etc., onde a
distância ou a quantidade de canais ópticos não são atendidas por CWDM
• Integração com OADM
Tecnologia C/DWDM
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Características • Conversão de ? de 1a, 2a e 3a janela para a
3a, segundo a grade ITU-T para C/DWDM
Transponder
Receptor• Fotodiodo PINFET ou APD• Fibra multi ou monomodo• Transparente ao protocolo – 2R• Com re-sincronização – 3R• Decodificador do FEC
Transmissor• ? na grade ITU-T compatível com C/DWDM• Laser DFB• Modulação direta ou integrada• Codificador do FEC
Fotodiodo
Amplificadores
Laser
Re-sincronizador
FEC
Tecnologia C/DWDM
Sistemas xWDM
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Sistemas xWDM
Muxponder4xSTM16 OTU2
• Multiplexação de 4 sinais STM16 em um sinal colorido OTU2• FEC, Reed Solomon, G.709 na interface OTU2• Funcionalidades para gerência de desempenho e de falha dos sinais
OTU2 e STM16 seguindo as recomendações do ITU-T• Características funcionais de acordo com as recomendações G.783 e
G.798 do ITU-T• Transparência para as arquiteturas de proteção SDH (MSP, SNCP e
MS-SPRing)• Transparência para informações de gerenciamento de redes SDH
Tecnologia C/DWDM
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Sistemas xWDM
Combiner 2xGbE/FC/Ficon/Escon STM16
• Multiplexação de 2 sinais clientes em um STM16• Cada cliente pode ser:
– GbE– Fiber Channel– Ficon– Escon
• Funcionalidades para gerência de desempenho e de falha do STM16 seguindo as recomendações do ITU-T
• Suporte a GFP, VCAT e LCAS
Tecnologia C/DWDM
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Roteiro
• Introdução• Motivadores de Mercado• Tecnologia C/DWDM
– Módulos Ópticos Passivos e Ativos– Sistemas C/DWDM
•• Novas TecnologiasNovas Tecnologias–– OTNOTN– ASON– GPON
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OTN
Novas Tecnologias
• Nova camada da rede de transporte• Suporte à crescente demanda por banda
– Tbit/s por fibra em enlaces DWDM
• Suporte a novos serviços de banda larga– Serviços a 2,5Gbit/s, 10Gbit/s, 40Gbit/s– SDH, Ethernet, ATM, IP (IP ? OTN ? Fibra)
• Gerenciamento de redes DWDM semelhante ao de redes SDH
• Funcionalidades avançadas de OAM para todos os serviços– Detecção de falha e degradação– Verificação de SLA
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OTN
G.959.1Interfaces Físicas
G.8201Desempenho de Erro
G.8251Desempenho de Jitter & Wander
G.874Funções de Gerência de Equipamentos
G.798Equipamentos
G.709Interfaces, Taxas de bit, Estruturas
G.872Arquitetura de Rede
Novas Tecnologias
Recomendações do ITU-T (Exemplos)
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OTN
3825
4080
Align
1 7 8 14 15 16 17
3824
1
2
3
4
OPU k PayloadO
PU
kO
H
OPUk - Optical Channel Payload Unit
ODUk
ODUk - Optical Channel Data Unit
Client Signalmapped in
OPUk Payload
Client Signal
OTUkFEC
OTUkOH
OTUk - Optical Channel Transport Unit
k = 1 (2,5G), 2 (10G), 3 (40G)
Estrutura de Quadro da Interface OTUk
Fonte: ITU-T Rec. G.709
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OTN
R RRT ClienteT
OTU OTU OTU OTU
ODU
OPU – Cliente
T
R
Transponder OTN Terminal
Transponder OTN Regenerador
Mux/Demux DWDM
Amplificador Óptico
Cliente
Novas Tecnologias
Aplicação
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• Gerência de falha e desempenho OTN• FEC, RS (255,239)• Seleção do Modo de Operação
–SDH (STM16 ou STM64)–GbE (10GbE)–Seleção automática entre SDH (STM16 ou STM64) e GbE (10GbE)
OTN
Novas Tecnologias
Transponders OTN
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OTN
SDH ou GbE OTN
OTN OTN
• Transponder Bidirecional– Terminal
– Regenerador
• Interface SDH ou GbE– Selecionada sem intervenção do Sistema de Gerência– STM16, 2,5Gbit/s ou– STM64, 9,95 Gbit/s ou– 10GbE LAN, 10,3 Gbit/s
• Interface OTN– OTU2 (SDH), 10,7 Gbit/s– OTU2’ (GbE), 11,1Gbit/s– DWDM, 100GHz
Novas Tecnologias
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Roteiro
• Introdução• Motivadores de Mercado• Tecnologia C/DWDM
– Módulos Ópticos Passivos e Ativos– Sistemas C/DWDM
•• Novas TecnologiasNovas Tecnologias– OTN–– ASONASON– GPON
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ASON – Automatic Switched Optical Network
Propósito• Facilitar a configuração rápida e eficiente de conexões
dentro de uma rede de transporte para suportar conexões comutadas e soft permanentes
• Reconfigurar ou modificar conexões para suportar chamadas previamente estabelecidas
• Realizar a função de restabelecimento
ASON
Novas Tecnologias
Fonte: ITU-T Rec. G.8080
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IP
SDH
DWDM
ATM
Cam
ada
de
Tra
nsp
ort
eC
amad
a d
e S
ervi
ços
Optical TransportNetworking
IP/MPLS
• IP/MPLSAtributos combinados de IP e ATM
• Optical Transport NetworkingFuncionalidades de redes SDH combinadas com altíssima capacidade de banda de redes DWDM
• Velocidades menores ? IP/ATM/SDH era usado
• Velocidades maiores ? POS = IP/PPP/HDLC/SDH se tornou popular• Evolução para IP over Optical Transport Networking (OTN)
ASONColapso da Pilha de Protocolos do Plano de Transporte
ASON
Novas Tecnologias
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Org. Foco dos Padrões
ITU-T ASTN/ASON requisitos, arquitetura e especificações do plano de controle (discovery, sinalização, DCN) Extensões para o roteamento baseado em IP e especificações de protocolo de sinalização para suportar o plano de controle óptico IETF Abordagens de engenharia de tráfego para redes IP, incluindo survivability
OIF Requisitos para o plano de controle óptico e especificações para UNI e NNI
ASONServiços de Conexão Comutada: Atividades de Padronização
ASON
Novas Tecnologias
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Plano de Controle
Plano de Transporte
Plano de Gerência
DCN
ASON: Relação entre Componentes da Arquitetura
ASON
Novas Tecnologias
Fonte: ITU-T Rec. G.8080
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ASON
Novas Tecnologias
ASON
Pedido de conexãoPedido de estabelecimento da conexão
NE
Plano de Transporte
UNIUNI
Plano de Controle
ConexãoComutada
Plano de Gerência
ConexãoSoft Permanente
NE NE NE
Plano de Transporte
Plano de Controle
NE NEA A B
ConexãoPermanente
ConexãoComutada
B
ConexãoPermanente
Fonte: ITU-T Rec. G.8080
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Roteiro
• Introdução• Motivadores de Mercado• Tecnologia C/DWDM
– Módulos Ópticos Passivos e Ativos– Sistemas C/DWDM
•• Novas TecnologiasNovas Tecnologias– OTN– ASON–– GPONGPON
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GPON
Tipos de PON (Passive Optical Network)
• APON: ATM PON• BPON: Broadband PON• EPON: Ethernet PON•• GPON: GPON: GigabitGigabit--capablecapable PONPON
Novas Tecnologias
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Residencial
Splitter
SplitterSplitter
Splitter
Splitter
Splitter
ONT
ONT
ONT
ONT
ONT
ONT
ONTONTONT
ONTONTONT
OpticalVideo
Transmitter
OLT
Store
Store
Splitter
GPON
Arquitetura de RedeExemplo
Novas Tecnologias
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GPON
Novas Tecnologias
Fonte: ITU-T Rec. G.984.1
Fibre
OLT
ONT
NT
NT ONU
ONU
Fibre
FibreCopper
Access NetworkHomeNetwork
FTTH
FTTB/C
FTTCab
ONU Optical Network UnitONT Optical Network TerminationOLT Optical Line TerminationNT Network Termination
FTTB Fiber to the BuildingFTTB/C Fiber to the Building/CurbFTTCab Fiber to the Cabinet
Copper
Arquitetura de Rede
UNI SNI
UNI User Network InterfaceSNI Service Network Interface
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GPON
Novas Tecnologias
XBackhaul xDSL
X
X
X
Negócios
Linha Privada
XXXPOTS e ISDN
XXXServiços de FL Simétricos (troca de arquivos, tele-medicina, jogos online, etc.)
XXXServiços de FL Assimétricos (distribuição de vídeo, VOD, etc.)
MDUs
FTTHFTTC e FTTCab
FTTB
Cenários de Serviços
FL: Faixa LargaMDU: Multi-dwelling Unit – Unidade Multi-Residencial
Fonte: ITU-T Rec. G.984.1
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GPON
Novas Tecnologias
Configuração de Referência
ONT/ONU
NE
AF
WDM
ONT
NE
WDM
SplitterÓptico
UNI SNI?1
?2
?1
?2?1 + ?2
1,2Gbit/s155Mbit/s622Mbit/s1,2Gbit/s
155Mbit/s622Mbit/s1,2Gbit/s2,4Gbit/s
2,4Gbit/s
Fonte: ITU-T Rec. G.984.1
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GPON
Novas Tecnologias
• Alcance Físico– Máxima distância física ONU/ONT? OLT
= 10 ou 20km
• Atraso Médio de Transferência do Sinal– (Round Trip Delay) / 2
= 1,5ms
• Split Ratio– Até 1:128
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Roberto NakamuraCoordenador de Projetos
Fone: (19) [email protected]
Padtec Optical Components and SystemsRod. Campinas – Moji-Mirim, km 118,513086.902 – Campinas – SPFone: +55 (19) 2104-9702Fax: +55 (19) 2104-9703www.padtec.com.br
Roberto NakamuraCoordenador de Projetos
Fone: (19) [email protected]
Padtec Optical Components and SystemsRod. Campinas – Moji-Mirim, km 118,513086.902 – Campinas – SPFone: +55 (19) 2104-9702Fax: +55 (19) 2104-9703www.padtec.com.br