Redes metropolitanas com tecnologia GPON descentralizada para triple play

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I - INTRODUÇÃO

Prover o acesso dos serviços de conteúdo e tecnologia ofertados pelas empresas de telecomunicações  tem-se tornado a grande discussão no que se refere às redes de acesso. As tecnologias como XDSL, cable modem, HFC, WIMAX não suportarão a demanda de banda para o atendimento dos serviços  triple play como VoIP (Voz sobre IP), dados (jogos interativos e transferência de arquivos em cloud computing) e vídeo (HDTV, videoconferência, IPTV, e Videossegurança).

Ainda podemos ressaltar que mecanismos de controle, gerenciamento e qualidade de serviço serão cada vez mais exigidos já que, o tráfego e outros serviços aumentarão de forma significativa.  Fatores como a topologia de rede, o tamanho da área atendida,  segurança, a disponibilidade dos serviços serão determinantes na escolha da tecnologia para atender o cliente final.

As redes baseadas em tecnologia PON (Passive Optical Network) utilizando componentes passivos em sua infraestrutura proporciona o atendimento da ultima milha com grande largura de banda. Dentre os tipos de PONs temos Apon, Epon e Gpon. Basicamente a rede de acesso PON é formada por componentes passivos, ou seja, não requerem alimentação elétrica.

Para pequenas áreas, o projeto padrão GPON centralizado consegue atender a maioria dos clientes oferecendo banda passante e garantia de acesso aos serviços triple play. No entanto, para cenários mais dispersos (cidades metropolitanas, incluindo a zona rural e condomínios afastados)  este modelo não é adequado.  Assim a grande concentração das fibras em uma única Central Office (CO), a complexidade da topologia com muitas ramificações e derivações em todo perímetro urbano corroboram para um descontrole da planta de acesso.  

Nesse trabalho propõe-se um novo desenho para redes ópticas com tecnologia GPON totalmente descentralizada em formato de células interconectadas em anel oferecendo redundância e minimizando o impacto de falha  proporcionando um melhor gerenciamento, controle de toda infraestrutura da rede e otimização da malha óptica na projeção de sua topologia.

II -  EVOLUÇÃO DA  INFRAESTRUTURA DA REDE ÓPTICA DE ACESSO

Dentre as tecnologias de transmissão de dados, a utilização de fibra óptica, tem-se tornado o meio com maiores benefícios em relação a qualquer outro. Além de possuir uma grande largura de banda também não sofre com fatores externos, como a interferência eletromagnética, descargas atmosféricas  e temperatura, que interferem na qualidade do serviço.

A tendência de escassez de materiais condutores como o cobre, o alto custo na manutenção de redes de acesso em cobre, bem como os constantes furtos de cabos telefônicos estão modificando a maneira como as redes de acesso estão sendo projetadas.

As redes ópticas de acesso evoluem de forma significativa para atender à necessidade do mercado e exigem desempenho, qualidade e segurança no atendimento dos serviços de transmissão de dados em longa distância. Com isso projetos com fibra óptica, ainda que em proporções menores, estão surgindo para estender essas redes em ambientes corporativos.

 Em grandes centros e cidades metropolitanas as operadoras de telecomunicações e provedoras de serviços de comunicação multimídia levam fibra óptica em um sistema tipo ponto a ponto desde a sua central até o cliente final. A figura 01 mostra um exemplo de enlace ponto a ponto que ainda é praticado por operadoras em todo o Brasil na comercialização de link^[1] dedicado.

Figura 01 – Enlace ponto a ponto de fibra óptica dedicada

No entanto,  levar fibra óptica do nó de acesso até o cliente final é usualmente complexo, dispendiosa e cara. E para minimizar a quantidade de fibras que partem da central, foi elaborado outro diagrama de rede onde surgiu o conceito de rede óptica ativa Metro Ethernet ilustrado na figura 02.

Figura 02 - Exemplo de Rede Óptica Ativa Metro Ethernet

Neste exemplo observa-se a diminuição significativa da concentração de fibras na central, saindo somente  uma ou duas fibras até um switch Ethernet para o atendimento de N nós.

As tecnologias envolvidas são apresentadas nas sessões seguintes. São cobertos os  padrões e características, a topologia convencional^[2], as perdas ao longo da rede, as adaptações para o aumento de alcance e sua evolução.  Também é apresentado o serviço triple play, visto que é a principal motivação para a proposta deste trabalho.

III - TECNOLOGIA PON

A rede PON é concebida para ser uma rede multisserviços, permitindo transportar todos os tipos de serviços, incluindo Ethernet, linhas de telefonia analógica (POTS), tráfego E1, T1, ATM 155Mbps tráfego de alta velocidade.

 A arquitetura básica de  rede que utiliza a tecnologia PON é apresentada na figura 03 com os equipamentos ativos OLT e ONT e sua rede passiva (ODN) com as fibras e os divisores.

Figura 03 – Arquitetura básica da solução PON

Nesta figura temos  o cenário básico para a rede PON com um nível de derivação na proporção 1:4 (uma entrada e quatro saídas).

Podendo ainda estender até um determinado ponto e  a partir desse ponto continuar com outro tipo de tecnologia como o cobre ou coaxial. As siglas seguintes são utilizadas para caracterizar as topologias.

FTTB (Fiber to the Business ou Building): refere-se ao emprego de fibra óptica da estação da operadora até uma Empresa.

FTTC (Fiber to the Curb): refere-se à topologia utilizando fibra da estação da operadora até um armário que contém um  Óptical Network Terminal  (ONT), estendendo rede de cobre ou cabo coaxial em 300m até o cliente.

FTTH (Fiber to the Home): refere-se a emprego da extensão da fibra óptica da estação da operadora até o cliente.

FTTN (Fiber to the neighborhood): é um caso estendido do FTTC para 1 (um) quilômetro de cobre ou cabo coaxial.

A figura 04 mostra as possibilidades de implementações  PON coexistindo com  outras tecnologias em meios guiados diferentes da fibra óptica. O trabalho está enquadrado na FTTH onde o meio é todo em fibra óptica.

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  As redes denominadas como passivas (xPON) são caracterizadas pelo uso de elementos passivos ao longo de sua infraestrutura de fibra óptica por não necessitarem de alimentação elétrica e basicamente são formadas pelos seguintes elementos: