M.Sc. Mauricio López Bonilla
Diciembre/2008
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 Introdução (Redes de Acesso);
 História das redes PON (Passive Optical Networks);
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Downstream
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Custo da OLT na GPON para igualar o custo...
Índice
 Introdução (Redes de Acesso);
 Objetivos e motivações;
 Metodologia;
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 R...
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O presente trabalho contribuiu para o esclarecimento de situações
concorrentes e atuais de GPON e EPON, e apresentou al...
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Conclusões comentários e trabalhos futuros
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EPON GPON

  1. 1. M.Sc. Mauricio López Bonilla Diciembre/2008 Análisis Crítico de Plataformas GPON e EPON para Aplicación en Redes Ópticas de Acceso de Alta Capacidad 1 1 GPON/EPON
  2. 2. ¿Por qué GPON/EPON?  Introdução (Redes de Acesso);  História das redes PON (Passive Optical Networks);  ¿Por qué GPON e EPON?  Mercado atual das Redes GPON e EPON;  Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);  Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);  Comparação entre GPON e EPON (Resultados);  Conclusões comentários e trabalhos futuros; 2
  3. 3. Introdução (Redes de acesso) 3 Casa REDE DE ACESSO (Par Trançado, Cabo Coaxial, Fibra, Rádio, Satélite, Telefonía Móvil) Nó Central de Conmutação Última Milha (Local loop)
  4. 4. Introdução (Redes de acesso) 4 PAR TRANÇADO SONNET/ SDH PON FIBRA ÓPTICASEM FIO COAXIAL & FIBRA HFC xDSL RDSI LMDS/ MMDS SATELITE/ CELULAR USUÁRIO Tipos de redes de acesso
  5. 5. Introdução (Redes de acesso) 5 PON (Passive Optical Networks) NT NT ONT ONU ONU ONT OLT Divisor Óptico (Splitter) COBRE Fibra Óptica Internet Telefonia Vídeo Conferencia TV Digital Outros Serviços FTTH FTTB FTTC FTTCab 300m 20m Divisor Óptico (Splitter) Divisor Óptico (Splitter) Divisor Óptico (Splitter)
  6. 6. GPON e EPON 6 Rede óptica Passiva (Rede externa) OPERADOR USUÁRIOS GPON Divisores Passivos (Splitters) 64 Usuários por fibra GPON OLT Até 20 km EPON Splitters EPON OLT <10 km Usando LASER de baixa potência 32 Usuários por fibra Fibras fibras ONT/ONU ONT/ONU Fibras fibras
  7. 7. Contenido  Introdução (Redes de Acesso);  História das redes PON (Passive Optical Networks);  ¿Por qué GPON e EPON?  Mercado atual das Redes GPON e EPON;  Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);  Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);  Comparação entre GPON e EPON (Resultados);  Conclusões comentários e trabalhos futuros; 7
  8. 8. História das redes PON 8
  9. 9. História das redes PON 9 BPON Funcionalidade e Banda Tempo APON GPON EPON 10G-EPON IEEE802.3av Ano 1998 Ano 2001 Ano 2004 Atualmente
  10. 10. Contenido  Introdução (Redes de Acesso);  História das redes PON (Passive Optical Networks);  ¿Por qué GPON e EPON?  Mercado atual das Redes GPON e EPON;  Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);  Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);  Comparação entre GPON e EPON (Resultados);  Conclusões comentários e trabalhos futuros; 10
  11. 11. 11 ¿Por qué GPON/EPON?
  12. 12. 12 ¿Por qué GPON/EPON?
  13. 13. Introdução (Redes de acesso) 13 Características ITU-T APON ITU-T GPON IEEE EPON Taxa de bits (Mbps) Distribuição: 622, 155 Retorno: 155 Distribuição: 2488, 1244 Retorno: 2488, 1244, 622, 155 Distribuição: 1250 Retorno: 1250 Data da padronização 1998 2003 2004 Código de Linha NRZ NRZ 8B/10B Divisão máxima 1:64 1:64 1:32 Alcance máximo 20 Km 20 Km 10 Km Protocolo básico ATM ATM Ethernet Padrões Série ITU-T G983.x Série ITU-T G984.x IEEE 802.3ah Tecnologia de acesso TDMA TDMA TDMA OAM (Operação, Administração e Manutenção) PLOAM+OMCI PLOAM+OMCI Ethernet OAM Segurança donwstream AES AES Não definida
  14. 14. Contenido  Introdução (Redes de Acesso);  História das redes PON (Passive Optical Networks);  ¿Por qué GPON e EPON?  Mercado atual das Redes GPON e EPON;  Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);  Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);  Comparação entre GPON e EPON (Resultados);  Conclusões comentários e trabalhos futuros; 14
  15. 15. Mercado atual das redes PON 15 América do Norte (GPON) • Verizon • AT&T • SBC • BellSouth (Canada) Europe (GPON) • Telekom Austria, Austria • Telefonica, Espanha • Fiberdata, Suécia • France Telecom, França • PT Luxemburg, Luxembourg Asia/Pacific (EPON) • NTT, Japão • Teknovus, Hong Kong • Korea Telecom, Coréia do Sul • Telstra, Australia • New ZealandAmerica do Sul (GPON) • Telefonica, Colômbia • PADTEC, Brasil • Motorola, Argentina
  16. 16. Contenido  Introdução (Redes de Acesso);  História das redes PON (Passive Optical Networks);  ¿Por qué GPON e EPON?  Mercado atual das Redes GPON e EPON;  Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);  Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);  Comparação entre GPON e EPON (Resultados);  Conclusões comentários e trabalhos futuros; 16
  17. 17. GPON 17 ITU-T Recomendação Especificações G.984.1 Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Especificações Gerais  Fornece resumo das características essenciais  Taxas de transmissão desde 1.244/0.155 até 2.488/2.488 Gbps  Máximo alcance físico, Máximo alcance lógico G.984.2 Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Camada PM  Fornece as especificações da camada PMD G.984.3 Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Especificações da transmissão  Fornece as especificações da camada TC  Modo ATM, Modo GEM, ou operação em modo dual  Segurança AES G.984.4 Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): ONT Interfase de controle e gerenciamento  Fornece gerenciamento da ONT G.984.5 Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON)  Melhoramento da banda G.984.6 Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON)  Extensão
  18. 18. GPON 18 Recomendação G.984.1 (Arquitetura) OLT WDM NE Função de serviço do nó WDM ONU/ ONT ONU/ ONT AF R/SSNI Splitter Rede óptica de Distribuição (ODN) S/R IFPON IFPON UNI
  19. 19. GPON 19 Características (Taxas de Transmissão) 155 Mbps (Upstream), 1,2 Gbps (Downstream). 622 Mbps (Upstream), 1,2 Gbps (Downstream). 1,2 Gbps (Upstream), 1,2 Gbps (Downstream). 155 Mbps (Upstream), 2,4 Gbps (Downstream). 622 Mbps (Upstream), 2,4 Gbps (Downstream). 1,2 Gbps (Upstream), 2,4 Gbps (Downstream). 2,4 Gbps (Upstream), 2,4 Gbps (Downstream).
  20. 20. GPON 20 Conceitos Gerais; Modelo Dúplex G.984.1 R/S SNI LT(1) PON LT(1) Service Node Switch SNI LT(0) PON LT(0) OLT S/R ODN (1) ODN (0) UNI LT PON LT(1) MUX PON LT(0) ONU
  21. 21. GPON 21 Conceitos Gerais; Possíveis configurações PON LT OLT PON LT ONU 1 1:N Splitter Óptico PON LT ONU N Sobressalente da fibra Sistema Dúplex de fibra
  22. 22. GPON 22 Conceitos Gerais; Possíveis configurações Sistema Dúplex de OLT PON LT(1) OLT PON LT ONU 1 2:N Splitter Óptico PON LT ONU N PON LT(0)
  23. 23. GPON 23 Conceitos Gerais; Possíveis configurações Sistema Full Dúplex PON LT(1) OLT PON LT(1) ONU 1 2:N Splitter Óptico PON LT(1) ONU N PON LT(0) 2:N Splitter Óptico PON LT(0) PON LT(0)
  24. 24. GPON 24 Conceitos Gerais; Possíveis configurações Sistema Parcial Dúplex PON LT(1) OLT PON LT(1) ONU 1 2:N Splitter Óptico DOBLE PON LT(1) ONU N PON LT(0) PON LT(0) PON LT(0) 1:2 Splitter Óptico DOBLE Splitter(1) Splitter(0) SplitterN(1) SplitterN(0)
  25. 25. GPON 25 Frame de dados no canal de distribuição PCBd n Payload n T frame=125µs Seção de células ATM TDM e fragmentos de dados sobre GEM 53 bytes PCBd n+1 Payload n +1 PCBd n+2
  26. 26. GPON 26 Frame de dados no canal de distribuição PCBd n Payload n T frame=125µs PSync PCBd n+1 Payload n +1 PCBd n+2 4 BYTES Ident 4 BYTES PLOAMd 13 BYTES BIP 1 BYTE Plend 4 BYTES Plend 4 BYTES BW map N*8 BYTES
  27. 27. GPON 27 Frame de dados no canal de retorno PLOu PLOAMu Payload xPLSu DBRu x DBRu y Payload y
  28. 28. GPON 28 Modo de encapsulamento GPON (GEM) PLI 12 Bits Port ID 12 Bits PTI 3 Bits HEC 13 Bits Fragment Payload L Bytes
  29. 29. Contenido  Introdução (Redes de Acesso);  História das redes PON (Passive Optical Networks);  ¿Por qué GPON e EPON?  Mercado atual das Redes GPON e EPON;  Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);  Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);  Comparação entre GPON e EPON (Resultados);  Conclusões comentários e trabalhos futuros; 29
  30. 30. EPON 30 Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Modelo de referência OSI Meio de Transmissão Meio físico dependente (Physical medium dependent PMD) Meio físico adjunto (Physical medium attachment PMA) Subcamada física de codificação (Physical coding sublayer PCS) Subcamada de reconciliação (Reconciliation sublayer RS) Controle de acesso ao medio (MAC) Controle MAC (Mac Control) Controle lógico do enlace (Logical Link Control) Camadas IEEE 802.3 Interface do meio Gigabit independente (Gigabit media independent interface GMII) Interface do meio dependente (Medium dependent interface MDI) Foco do Estudo IEEE 802.3
  31. 31. 31 Downstream Por natureza Ethernet usa broadcasting na direção de dowsntream, encaixando perfeitamente com a arquitetura EPON onde os pacotes são transmitidos por broadcast pela OLT e são extraídos seletivamente por sua respectiva ONU de destino. OLT 1 N 2 1 N 2 ONU 1 ONU 2 1 N 2 1 N 2 1 N 2 1 N 2 ONU N 1 N 2 1 N 2 Usuário 1 Usuário 2 Usuário N 1 1 2 2 N N EPON
  32. 32. 32 Upstream No canal de retorno, o comportamento da EPON é similar a uma arquitetura ponto a ponto. Não obstante, ao contrario de uma rede real ponto a ponto, na EPON todas as ONU pertencem a um mesmo domínio de colisão. OLT 1 N21 2 ONU1 ONU2 ONU N Usuário 1 Usuário 2 Usuário N 2 1 1 SLOT 1 SLOT 1 SLOT 2 SLOT N 2 2 2 SLOT 2 N 2 2 2 1 1 N SLOT N EPON
  33. 33. MPCP: Multi-Point Control Protocol O MPCP tem dois modos de operação: •Modo de alocação de banda •Modo de auto-descobrimento Para outras configurações a subcamada de controle MAC é opcional, mas para EPON é obrigatória devido a que EPON não consegue operar sem MPCP. 33 EPON
  34. 34. MPCP: alocação de banda Processo gating OLT ONU Realiza-se Realiza-se Processo reporting MENSAGEM GATE MENSAGEM REPORT Gera Gera ONU OLT Enviado para Enviado para Processo gating na ONU Analisado e demultiplexado para Processo reporting na OLT Iniciado pelo agente DBA Analisado e demultiplexado para AGENTE DBA Enviado para Enviado para A ONU Transmite A OLT toma decisões de alocação de banda *Seleciona a ordem das tramas para a transmissão. *Faz as alocações dos timeslots da próxima ronda de transmissão 34 MPCP: Alocação de banda EPON
  35. 35. 35 MPCP: Alocação do Timeslot Tempo Tempo Tempo Tempo Tempo ONU 1 ONU 2 ONU 3 ONU N dados dados dados dados dados GATE GATE GATE GATE GATE walk time walk time walk time walk time Alocação Seqüencial do Timeslot Tempo Tempo Tempo Tempo Tempo ONU 1 ONU 2 ONU 3 ONU N dados dados dados dados GATE GATE GATE GATE dados dados dados dados GATE GATE GATE GATE Alocação Canalizada do Timeslot EPON
  36. 36. 36 MPCP: Recepção da mensagem GATE Tempo Tempo Tempo OLT ONU 1 ONU 2 dados GATEn+1 dados GATEn dados GATEn+1 dados COLISÃO GATEn atrasada ATRASO EPON
  37. 37. 37 MPCP: Recepção da mensagem GATE Tempo Tempo OLT dados GATE = {Tem po de Inicio,Com prim ento} Comprimento (Length) Tempo de Inicio (startTime) ONU EPON
  38. 38. 38 MPCP: Alocação de banda Agente DBA ONU Dados de entrada Dados de saída Processo “reporting” Processo “gating” Controle de multiplexação Controle de análise Controle MAC MAC Física Agente DBA OLT Dados de entrada Dados de saída Processo “gating” Processo “reporting” Controle de multiplexação Controle de análise Controle MAC MAC Física MENSAGEM GATE MENSAGEM REPORT MEIO DE TRANSMISSÃO PadrãoIEEE802.3ahForadopadrão EPON
  39. 39. 39 MPCP: Processo de auto-descobrimento Agente DBA Agente de descobrimento ONU Dados de entrada Dados de saída Processo “discovery” Processo “reporting” Processo “gating” Controle de multiplexação Controle de análise Controle MAC MAC Física Agente DBA Agente de descobrimento OLT Dados de entrada Dados de saída Processo “discovery” Processo “gating” Processo “reporting” Controle de multiplexação Controle de análise Controle MAC MAC Física GATE, REGISTER REGISTER_REQ, REGISTER ACK MEIO DE TRANSMISSÃO PadrãoIEEE802.3ahForadopadrão EPON
  40. 40. Emulação da Topologia Lógica (LTE) Dispositivos conectados a um meio PON implementam uma função chamada emulação da topologia lógica (Logical Topology Emulation, LTE), baseado em sua configuração pode emular um meio compartilhado ou um meio ponto a ponto. LTE situa-se embaixo da subcamada MAC e tem como função rotular os frames Ethernet com etiquetas exclusivas para cada ONU. 40 EPON
  41. 41. Emulação da Topologia Lógica (LTE) Essas etiquetas são chamadas identificadores de enlace lógico (logical link indentifiers LLIDs) e são alocadas no preâmbulo ao inicio de cada frame. Para garantir a singularidade das LLIDs cada ONU tem alocada uma ou mais etiquetas pela OLT durante o processo de auto- descobrimento. 41 EPON
  42. 42. Emulação da topologia ponto-ponto (P2PE) 42 MAC MAC MAC Emulação Ponto-Ponto OLT Aloca a LLID associada a cada porta MAC P2PE MAC ONU 2 P2PE MAC ONU N P2PE MAC ONU 1 Aceita a trama se a LLID recebida é igual à LLID alocada Modo downstream de P2PE(Point to Point Emulation) EPON
  43. 43. MAC MAC MAC Emulação Ponto-Ponto OLT Demultiplexa a trama para a porta MAC correspondete baseada na LLID recebida P2PE MAC ONU 2 P2PE MAC ONU N P2PE MAC ONU 1 Inserta a LLID alocada previamente para a ONU Emulação da topologia ponto-ponto (P2PE) 43 EPON Modo upstream de P2PE(Point to Point Emulation)
  44. 44. Emulação do meio compartilhado (SME) 44 Modo downstream de SME (Shared Medium Emulation) MAC OLT Inserta a etiqueta “broadcast LLID” P2PE MAC ONU 2 P2PE MAC ONU N P2PE MAC ONU 1 Aceita as tramas com todas as LLIDs SME EPON
  45. 45. Emulação do meio compartilhado (SME) 45 MAC OLT Aceita todas as tramas e as espelha para o canal de downstream P2PE MAC ONU 2 P2PE MAC ONU N P2PE MAC ONU 1Quando recebe a trama, nao aceita quando a LLID e igual a LLID que tem alocada previamente SME EPON Modo upstream de SME (Shared Medium Emulation)
  46. 46. Combinação de P2PE e SME Solução Adotada pelo padrão IEEE 802.3ah 46 MAC Bridge 802.1D MACMAC MAC Função LTE OLT ONU 1 ONU 2 ONU 3 MAC MAC MAC Função LTE Função LTE Função LTE Porta SCB EPON
  47. 47. Combinação de P2PE e SME Formato do frame preâmbulo 47 SPD Preâmbulo Endereço de Destino Endereço de Origem Tamanho do campo de dados Dados Soma de Verificação 1 Byte 8 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46-1500 Bytes 4 Bytes FRAME 802.3 Reservado SLD Reservado LLID CRC-8 FRAME Preâmbulo EPON 2 Byes 1 Byte 2 Byes 2 Byes 1 Byte EPON
  48. 48. Combinação de P2PE e SME 48 EPON FEC - Forward Error Correction  O padrão IEEE 802.3ah adotou para FEC o esquema Reed- Solomon, RS (255,239).  Este esquema opera sob símbolos de 8 bits adicionando 16 símbolos de paridade por cada bloco [3.8].
  49. 49. Índice  Introdução (Redes de Acesso);  Objetivos e motivações;  Metodologia;  Mercado atual das Redes GPON e EPON;  Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);  Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);  Comparação entre GPON e EPON (Resultados);  Conclusões comentários e trabalhos futuros; 49
  50. 50. Combinação de P2PE e SME 50 Comparação entre GPON e EPON (Resultados) SONET BACKBONE IP Switch Ethernet OLT 2 TDM ONU Servidor de vídeo Roteador ATM OLT 1 Multiplexador ADD/DROP ETHERNET ATM ONU ONU ATM TDM Video Ethernet IP Set-Top Box GPON
  51. 51. Combinação de P2PE e SME 51 Comparação entre GPON e EPON (Resultados) BACKBONE IP Switch Ethernet OLT 2 ONU 1 Servidor de vídeo Switch CE OLT 1 ONU 2 ONU 3 IP Set-Top Box Roteador ONU 32 Switch CE TDM Dispositivo de acesso integrado VoIP Dados EPON
  52. 52. Combinação de P2PE e SME 52 Comparação entre GPON e EPON (Resultados)
  53. 53. 53 EPON Dimensionamento da rede GPON e EPON
  54. 54. 54 Comparação entre GPON e EPON (Resultados) Dimensionamento da rede GPON e EPON Largura de Banda por usuário (Mbps) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Quantidade de ONTs GPON por PON 32 32 32 32 32 32 32 29 25 23 Quantidade de OLTs GPON por PON 313 313 313 313 313 313 313 345 400 435 Quantidade de ONTs EPON por PON 32 32 29 22 17 14 12 11 9 8 Quantidade de OLTs EPON por PON 313 313 345 455 589 715 834 910 1112 1250 Proporção entre EPON OLT e GPON OLT 1.00 1.00 1.10 1.45 1.88 2.28 2.66 2.64 2.78 2.87
  55. 55. 55 Comparação entre GPON e EPON (Resultados) Dimensionamento da rede GPON e EPON 0 5 10 15 20 25 30 35 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ONTs BW por usuário (Mbps) ONTs GPON ONTs EPON Quantidade de ONTs necessárias segundo a largura de banda por usuário.
  56. 56. 56 Comparação entre GPON e EPON (Resultados) Dimensionamento da rede GPON e EPON Quantidade de OLTs necessárias segundo a largura de banda por usuário. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 OLTs BW por usuário (Mbps) Quantidade de OLTs GPON por PON Quantidade de OLTs EPON por PON
  57. 57. 57 Comparação entre GPON e EPON (Resultados) Dimensionamento da rede GPON e EPON Custo total das redes GPON e EPON $0 $500.000 $1.000.000 $1.500.000 $2.000.000 $2.500.000 $3.000.000 $3.500.000 $4.000.000 $4.500.000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Custo$ BW por usuário (Mbps) Custos GPON ($) Custos EPON ($)
  58. 58. 58 Comparação entre GPON e EPON (Resultados) Dimensionamento da rede GPON e EPON Sensibilidade do custo da ONT na GPON com relação a EPON 0 20 40 60 80 100 120 140 160 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Custo BW por usuário (Mbps)
  59. 59. 59 Comparação entre GPON e EPON (Resultados) Dimensionamento da rede GPON e EPON Custo da OLT na GPON para igualar o custo com a rede EPON $0 $500 $1.000 $1.500 $2.000 $2.500 $3.000 $3.500 $4.000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Custo BW por usuário (Mbps)
  60. 60. Índice  Introdução (Redes de Acesso);  Objetivos e motivações;  Metodologia;  Mercado atual das Redes GPON e EPON;  Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);  Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);  Comparação entre GPON e EPON (Resultados);  Conclusões comentários e trabalhos futuros; 60
  61. 61. 61 O presente trabalho contribuiu para o esclarecimento de situações concorrentes e atuais de GPON e EPON, e apresentou algumas soluções originais ao tema. Entre elas destacamos: •Um estudo e análise atualizada e comparativa dos novos padrões GPON e EPON desde o ponto de vista tecno-econômico. Conclusões comentários e trabalhos futuros
  62. 62. 62 Conclusões comentários e trabalhos futuros Atualmente as redes ópticas passivas Gigabit (GPON) estão chegando ao mercado latino-americano, esperamos que após nosso trabalho, estar capacitados para assumir o desafio que será a massificação deste tipo de redes em nossas cidades OBRIGADO

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