{"id":5122,"date":"2020-10-26T11:07:02","date_gmt":"2020-10-26T11:07:02","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ispblog.com.br\/?p=5122"},"modified":"2020-10-26T11:07:02","modified_gmt":"2020-10-26T11:07:02","slug":"pon-de-proxima-geracao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/?p=5122","title":{"rendered":"PON de Pr\u00f3xima Gera\u00e7\u00e3o"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"wp-block-paragraph\">As redes \u00f3pticas passivas (<em>Passive Optical Networks<\/em> \u2013 PON) tornaram-se uma solu\u00e7\u00e3o popular de rede de acesso devido \u00e0 sua transpar\u00eancia nos servi\u00e7os, custo-benef\u00edcio, economia de energia e maior seguran\u00e7a em rela\u00e7\u00e3o a outras redes de acesso que utilizam cabos met\u00e1licos ou radiofrequ\u00eancia.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Entretanto, mesmos idealizados para atender uma ampla gama de servi\u00e7os com base no protocolo IP (<em>Internet Protocol<\/em>), com o r\u00e1pido crescimento do tr\u00e1fego da Internet, impulsionado principalmente pelos novos servi\u00e7os multim\u00eddia em banda larga, como TV em ultra alta defini\u00e7\u00e3o, cinema digital, educa\u00e7\u00e3o \u00e0 dist\u00e2ncia e sob demanda, esquemas de vigil\u00e2ncia on-line, jogos on-line interativos, entre outros, maiores taxas de dados e melhor qualidade nos servi\u00e7os agregados passaram a ser exigidos dessas redes. Por esse motivo, as redes PON atuais podem apresentar gargalos de transmiss\u00e3o devido \u00e0s novas exig\u00eancias de maior largura de banda dedicada por usu\u00e1rio. A Figura 1 apresenta um diagrama simplificado de uma rede PON.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"505\" height=\"188\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5123\" srcset=\"https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image.png 505w, https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-300x112.png 300w, https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-150x56.png 150w\" sizes=\"auto, (max-width: 505px) 100vw, 505px\" \/><figcaption>Figura 1 &#8211; PON B\u00e1sica<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">As chamadas PON de pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o, ou <em>Next-gen<\/em> PON, buscam solucionar esses gargalos mostrando uma tend\u00eancia para a transmiss\u00e3o de dados com largura de banda agregada em 40Gbps ou superior, e incluem servi\u00e7os de gerenciamento de banda e facilidade no uso m\u00faltiplo de banda larga, transporte de informa\u00e7\u00e3o ao longo da rede com controle da qualidade de servi\u00e7o (<em>Quality of Service<\/em> \u2013 QoS), sendo que as fun\u00e7\u00f5es de ger\u00eancia tramitam junto com a rede, independentes do tr\u00e1fego de dados. Os diversos servi\u00e7os podem ser providos aos usu\u00e1rios com total mobilidade, sem qualquer restri\u00e7\u00e3o e com a garantia de estarem dispon\u00edveis onde necess\u00e1rio.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">A utiliza\u00e7\u00e3o da comunica\u00e7\u00e3o de dados, voz e v\u00eddeo (<em>triple play<\/em>) em um mesmo canal \u00e9 um ponto de evolu\u00e7\u00e3o proposto como conceito para essas novas redes.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Entretanto, uma quest\u00e3o fundamental para o desenvolvimento de PON\u2019s de pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o, capazes de suportar essas taxas elevadas de divis\u00e3o, est\u00e1 no n\u00edvel de multiplexa\u00e7\u00e3o exigido para lidar com todos os fluxos de dados das conex\u00f5es individuais transportados pelo enlace \u00f3ptico. Essas redes incluem novas estruturas de hardware e software e utilizam diferentes t\u00e9cnicas de multiplexa\u00e7\u00e3o dos sinais \u00f3pticos.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Neste artigo vamos apresentar alguns aspectos da arquitetura WDM-PON (<em>Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network<\/em>), uma solu\u00e7\u00e3o tecnol\u00f3gica de rede de acesso de pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\" type=\"1\"><li><strong>Breve Hist\u00f3rico<\/strong><\/li><\/ol>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Uma das primeiras iniciativas de rede WDM-PON data do ano de 1991 e ficou conhecida como CPON (<em>Composite<\/em> PON). Essa solu\u00e7\u00e3o tem como principal caracter\u00edstica o uso de fontes \u00f3pticas de alto custo na ONU\/ONT (<em>Optical Network Unit\/Optical Network Terminal<\/em>), com comprimentos de onda bem definidos. A Figura 2 apresenta o diagrama de uma rede CPON.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"510\" height=\"235\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-1.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5124\" srcset=\"https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-1.png 510w, https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-1-300x138.png 300w, https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-1-150x69.png 150w\" sizes=\"auto, (max-width: 510px) 100vw, 510px\" \/><figcaption>Figura 2 &#8211; Rede CPON<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Outra solu\u00e7\u00e3o proposta foi a arquitetura LARNet (<em>Local Access Router Network<\/em>), que busca solucionar o problema da limita\u00e7\u00e3o da fonte \u00f3ptica na CPON, empregando fonte de luz de amplo espectro na ONU\/ONT, uma fonte de baixo custo com diodo emissor de luz (LED), cujo espectro utiliza diferentes bandas \u00f3pticas na dire\u00e7\u00e3o de <em>upstream<\/em>. A Figura 3 apresenta essa solu\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-2.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5125\"\/><figcaption>Figura 3 &#8211; Rede LARNet<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<pre class=\"wp-block-preformatted\">\n<\/pre>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Outra Solu\u00e7\u00e3o, conhecida como RiteNet <em>(Remote Interrogation of Terminal Network)<\/em>, foi proposta em 1994, visando a eliminar a necessidade das fontes \u00f3pticas de alto custo na ONU\/ONT. Na ONU\/ONT, a luz passa por um divisor passivo e uma por\u00e7\u00e3o da luz \u00e9 detectada pelo receptor. O sinal da OLT \u00e9 compartilhado nos sentidos de <em>downstream<\/em> e <em>upstream <\/em>no conceito de compartilhamento de tempo. A figura 4 apresenta a topologia simplificada dessa rede.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-3.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5126\"\/><figcaption>Figura 4 &#8211; Rede RiteNet<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Outras solu\u00e7\u00f5es vem sendo estudadas atualmente visando resolver problemas do uso de fontes sem cor no terminal do usu\u00e1rio, bem como a quest\u00e3o do alto custo de produ\u00e7\u00e3o e manuten\u00e7\u00e3o dos dispositivos, que inibem seu uso mais intenso.<\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\" type=\"1\"><li><strong>Arquitetura WDM-PON<\/strong><\/li><\/ol>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Diferentemente da EPON (<em>Ethernet Passive Optical Network<\/em>) e da GPON (<em>Gigabit Passive Optical Network<\/em>), que fazem a divis\u00e3o por usu\u00e1rio no dom\u00ednio do tempo, o conceito utilizado pela arquitetura WDM-PON \u00e9 baseado na divis\u00e3o por usu\u00e1rio no dom\u00ednio da frequ\u00eancia. Nessa arquitetura, padronizada pelo ITU-T (<em>International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector<\/em>), atrav\u00e9s da norma G.694.1 (<em>Dense Wavelength Division Multiplexing<\/em> &#8211; DWDM), que permite combinar at\u00e9 320 canais por fibra \u00f3ptica, e pela norma G.694.2 (<em>Coarse Wavelenthg Division Multiplexing<\/em> &#8211; CWDM), que permite combinar at\u00e9 18 canais por fibra \u00f3ptica, cada terminal \u00f3ptico recebe um canal separado com comprimento de onda distinto, por meio de um demultiplexador de comprimento de onda passivo no local de divis\u00e3o da PON. Essa transmiss\u00e3o paralela da informa\u00e7\u00e3o em diferentes comprimentos de onda permite uma melhor ocupa\u00e7\u00e3o das fibras existentes e, nesse caso, a capacidade da rede de alimenta\u00e7\u00e3o da PON \u00e9 compartilhada com maior seguran\u00e7a por mais usu\u00e1rios.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">A t\u00e9cnica WDM permite que v\u00e1rios canais TDM sejam multiplexados em uma \u00fanica fibra, aumentando a capacidade de transmiss\u00e3o do sistema. A topologia l\u00f3gica da rede \u00e9 ponto-a-ponto e re\u00fane m\u00faltiplos comprimentos de onda, tanto no sentido de <em>downstream<\/em> como no sentido de <em>upstream<\/em> (Figura 5).<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-4.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5127\"\/><figcaption>Figura 5 &#8211; Estrutura WDM b\u00e1sica<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Uma rede WDM-PON permite que diferentes ONU\/ONT\u2019s possam operar em diferentes taxas de bits, fornecendo escalabilidade porque pode suportar m\u00faltiplos comprimentos de onda na mesma infraestrutura de fibra, transpar\u00eancia \u00e0 taxa de bits do canal, n\u00e3o sofre perdas de divis\u00e3o de energia e diferentes servi\u00e7os podem ser oferecidos nessa mesma rede.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">A arquitetura WDM-PON pode seguir duas estruturas b\u00e1sicas: <em>broadcast<\/em> e Arrayed Waveguide Grating (AWG).<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Em <em>broadcast<\/em>, com a subdivis\u00e3o de toda a pot\u00eancia \u00f3ptica, como ocorre na PON tradicional;<\/li><li>AWG, atrav\u00e9s da subdivis\u00e3o pela sele\u00e7\u00e3o dos comprimentos de onda individuais. Isto significa reunir, numa mesma fibra, v\u00e1rios comprimentos de onda diferentes, cada um gerado por uma fonte distinta.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Na primeira vers\u00e3o, em <em>broadcast<\/em>, o OLT (<em>Optical Line Terminal<\/em>) transmite todos os comprimentos de onda na fibra \u00f3ptica e, atrav\u00e9s dos splitters, todas as ONU\/ONT recebem o sinal, mas fazem uma \ufb01ltragem para processar apenas a frequ\u00eancia destinada a si. Ou seja, a pot\u00eancia \u00f3ptica \u00e9 subdividida para todas as ONU\/ONT e cada uma recebe um comprimento de onda espec\u00edfico.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Na segunda vers\u00e3o, existe um filtro \u00f3ptico chamado <em>Arrayed Waveguide Grating<\/em> \u2013 AWG, onde na entrada, a luz \u00e9 separada pelo seu espectro, sendo novamente reunida em outro est\u00e1gio. Um roteador \u00e9 o respons\u00e1vel pelo roteamento do sinal \u00f3ptico de uma determinada porta de entrada para uma porta espec\u00edfica na sa\u00edda, baseado no comprimento de onda do sinal. Uma fonte de m\u00faltiplos comprimentos de onda no OLT \u00e9 usada para transmitir os comprimentos de onda que ser\u00e3o roteados para as diversas ONU\/ONT\u2019s (<em>downstream<\/em>). No sentido de <em>upstream<\/em>, o OLT \u00e9 equipado com um demultiplexador WDM para receber os comprimentos de onda das ONU\/ONT\u2019s. No transmissor, m\u00faltiplos comprimentos de onda de luz s\u00e3o misturados e enviados. No receptor, os sinais s\u00e3o novamente separados e cada ONU\/ONT possui um comprimento de onda reservado para se comunicar com o OLT. As redes WDM-PON utilizam comprimentos de onda de 1500nm no sentido de <em>downstream<\/em> e 1310nm no sentido de <em>upstream<\/em>. Em cada janela, a separa\u00e7\u00e3o dos comprimentos de onda se d\u00e1 por DWDM (tipicamente na faixa de 100GHz).<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">A vantagem da utiliza\u00e7\u00e3o de um roteador AWG em vez de um divisor de pot\u00eancia na ONU\/ONT est\u00e1 em que a perda de inser\u00e7\u00e3o deste \u00e9 muito menor que a perda apresentada pelos divisores de pot\u00eancia \u00f3ptica (<em>splitters<\/em>) e n\u00e3o depende do n\u00famero de usu\u00e1rios. Al\u00e9m disso, como a largura de banda de cada receptor na ONU\/ONT \u00e9 igual \u00e0 largura de banda dedicada do canal, n\u00e3o h\u00e1 deteriora\u00e7\u00e3o adicional da rela\u00e7\u00e3o \u00f3ptica sinal-ru\u00eddo (OSNR) relacionada ao n\u00famero de usu\u00e1rios.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para cada ONU\/ONT \u00e9 atribu\u00eddo um comprimento de onda dedicado. Desse modo, cada usu\u00e1rio pode enviar e receber dados com o OLT a qualquer instante, independentemente da condi\u00e7\u00e3o dos outros usu\u00e1rios. Isso significa que n\u00e3o h\u00e1 distribui\u00e7\u00e3o de janelas temporais entre usu\u00e1rios distintos da rede WDM-PON. Assim, os problemas de gerenciamento da rede, ocasionados pelo seu compartilhamento, podem ser eliminados (Figura 6).<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/image-5.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5128\"\/><figcaption>Figura 6 &#8211; Arquitetura WDM-PON<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Nessa configura\u00e7\u00e3o, cada usu\u00e1rio fica com um canal \u00f3ptico l\u00f3gico ponto a ponto com o OLT, apesar de a arquitetura f\u00edsica da rede ser ponto-multiponto. Para que essa configura\u00e7\u00e3o seja poss\u00edvel, um multiplexador\/demultiplexador \u00f3ptico deve ser utilizado no ponto de distribui\u00e7\u00e3o \u00f3ptica (<em>Optical Distribution Network<\/em> &#8211; ODN) em vez do divisor de pot\u00eancia, que \u00e9 normalmente utilizado nas redes PON tradicionais. Al\u00e9m disso, o demultiplexador \u00f3ptico deve ficar localizado no OLT para separar os diversos comprimentos de onda.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Em rela\u00e7\u00e3o ao QoS, a utiliza\u00e7\u00e3o de WDM-PON utiliza algoritmos heur\u00edsticos que implementam o agendamento din\u00e2mico dos dados, que s\u00e3o comparados em termos de atraso de pacotes de alta prioridade para cargas de tr\u00e1fego vari\u00e1veis.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Isto reduz significativamente os problemas de fluxo, uma vez que a rede \u00e9 baseada em conex\u00f5es ponto a ponto dedicadas. Al\u00e9m disso, n\u00e3o h\u00e1 necessidade de transmiss\u00e3o do sinal das ONU\/ONT\u2019s em modo de rajada (<em>burst<\/em>), nem de utiliza\u00e7\u00e3o de algoritmos MAC (<em>Message Authentication Code<\/em>) para gerenciar os tempos de transmiss\u00e3o de cada ONU\/ONT. Esses fatores permitem que a opera\u00e7\u00e3o da rede WDM-PON seja bastante simples. Por\u00e9m, uma desvantagem \u00e9 a impossibilidade de realocar a banda n\u00e3o utilizada de um usu\u00e1rio para outro.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>3. O Futuro<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Futuramente, com a tecnologia e protocolos de WDM-PON atingindo uma maior maturidade, ser\u00e1 poss\u00edvel considerar sua utiliza\u00e7\u00e3o comercial em larga escala visando atender \u00e0 alta demanda por largura de banda e os novos requisitos das aplica\u00e7\u00f5es dos usu\u00e1rios nas redes de acesso.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">At\u00e9 o pr\u00f3ximo artigo!<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><em><strong>Jos\u00e9 Maur\u00edcio<\/strong> &#8211; S\u00f3cio Diretor da RATIO Consultoria e professor Universit\u00e1rio www.projetoderedes.com.br<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>As redes \u00f3pticas passivas (Passive Optical Networks \u2013 PON) tornaram-se uma solu\u00e7\u00e3o popular de rede de acesso devido \u00e0 sua transpar\u00eancia nos servi\u00e7os, custo-benef\u00edcio, economia de energia e maior 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