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Passive Optical Network (PON)

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MensagemEnviada: Dom Fev 15, 2009 7:03 pm Assunto: Passive Optical Network (PON) Responder com Citação

A evolução cada vez mais rápida da internet, com a disponibilização de maior volume de conteúdo e a crescente quantidade de usuários vem demandando maiores taxas de transmissão de dados entre máquinas.

A rede óptica passiva (PON) vem se apresentar como uma opção para essa problemática. Diversas variações vêm sendo desenvolvidas para atingir um principal objetivo de maiores taxas de transmissão, naturalmente acompanhada de confiabilidade.

Pesquisadores do FTTH Council afirmam que apenas as conexões a fibra óptica serão capazes de suportar a banda necessária para as aplicações que os consumidores esperam surgir ou se intensificar na próxima década, como por exemplo HD IPTV, jogos multiplayer massivos devido ao desenvolvimento dos consoles de video-game, download de vídeos, VoIP, videoconferência, peer-to-peer e computação grid.

Os pulsos de luz que carregam as informações na fibra óptica são modulados, isso faz com que múltiplos serviços possam coexistir na mesma conexão sem disputar por banda. Como exemplo pode-se transferir vídeo em alta definição em um certo comprimento de onda e transferir dados em outro comprimento de onda para a mesma ONU (Optical Network Unit), equipamento instalado na residência ou escritório do cliente. Para se garantir atendimento a vários clientes é utilizada multiplexação no tempo, TDM (Time Division Multiplexing).

Desse modo a fibra óptica já é, a nível de camada física, intrinsecamente multi-serviço. O modelo G-PON, que será visto com mais detalhes adiante, utiliza esse recurso separando em diferentes comprimentos de onda vídeo e dados.

G-PON: Gigabit PON

A G-PON (Gigabit PON) foi normatizada pela ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) na série de normas G.984 (de 1 a 4).

o modelo GPON possui as seguintes características:

•Sentido [i]downstream
de dados: comprimento de onda 1490 nm,link budget de 28 dB e taxa de transferência de 2.488 Gb/s.

•Sentido downstream de vídeo: comprimento de onda 1550 nm.

•Sentido upstream: comprimento de onda 1310 nm, link budget de 28 dB e taxa de transferência de 1.244 Gb/s.

A G-PON possui então 3 fluxos de informação em comprimentos de onda distintos. Desse modo, os dados não disputam por banda. Repare que há uma freqüência reservada para vídeo, o que corresponde às perspectivas mundiais de que a qualidade do vídeo irá aumentar drasticamente, bem como as aplicações que fazem uso intensivo de vídeo, como conseqüência tem-se um aumento da demanda por banda.


Topologia da G-PON.

Conexão de nova ONU

O processo de conexão de uma ONU (equipamento instalado no local do cliente) ao OLT (equipamento instalado no servidor) se dá segundo os seguintes passos: ONU começa em um estado inicial de alarme depois de ligada, depois que a ONU sai do estado de alarme e começa a escutar dados, ela entra em estado de standby até escutar a mensagem Upstream-Overhead do OLT, a qual é enviada periodicamente por este. Em seguida a ONU entra num estado chamado Power-Setup na qual ela envia ao OLT uma mensagem de Serial-Number-State e aguarda a mensagem de Serial-Number-Request.

Depois de recebida esta mensagem a ONU envia seu Serial-Number, essas duas últimas etapas são repetidas até que o OLT receba duas vezes o Serial-Number da ONU. Depois disso o OLT atribui uma ONU-ID àquela ONU e a informa a através da mensagem Assign_ONU-ID.

Após esse processo de reconhecimento e identificação, entra em cena a fase de medida da distância do OLT para a ONU, chamado pela literatura de ranging. O OLT atribui a cada ONU um tempo de burst , que é o tempo que a ONU tem para enviar dados, entre o tempo de burst destinado a cada ONU, deve haver um intervalo de guarda para garantir que as informações enviadas por duas ONU's consecutivas não colidam. Tal intervalo de guarda varia de acordo com a diferença entre as distâncias do OLT para cada ONU consecutiva.

O mecanismo de medida de distância adotado pela G-PON é o Round Trip Delay (RTD), o qual leva em consideração o tempo de ida e volta do sinal, a velocidade de propagação da luz na fibra, o atraso dos transdutores óptico-elétrico e elétrico-óptico e também o tempo de processamento da ONU. Mais especificamente, o RTD mede a diferença de tempo entre o 1º bit da mensagem Ranging-Transmission e a recepção do último bit da mensagem Ranging-Transmission enviada pela ONU.

Após todo esse processo a ONU está pronta para transferir dados efetivamente com o OLT.

O OLT fala com uma ONU de cada vez, para tanto, cada pacote contém o identificador ONU-ID que é lido pelas ONU's para elas saberem se o pacote é destinado a ela ou não, visto que os pacotes enviados pelo OLT atingem todas as ONU's, como uma transmissão em broadcast. Dessa maneira apenas aqueles pacotes que contêm o seu identificador é lido pela ONU.

Segurança da rede

Apesar de que cada ONU deve escutar apenas o que é destinado a ela, existe a possibilidade da ONU ser modificada por alguém e então passar a escutar o que é enviado para outras ONU's. Ao contrário de outros tipos de redes, a topologia de PON não permite que outras ONU's vejam os dados no sentido upstream enviados pelas outras ONU's. Isso simplifica o processo de segurança de modo que a encriptação apenas necessita ser aplicada no sentido downstream e o sentido upstream pode carregar chaves de encriptação sem muita segurança.

Alocação dinâmica de banda

A norma G.983.4 especifica dois métodos para realizar a Dynamic Band Allocation (DBA).

No primeiro método a ONU tem um papel passivo. O OLT monitora quanta banda cada ONU está usando baseado na quantidade de pacotes com determinados campos vazios. Caso uma ONU envie uma quantidade de pacotes com estes campos completos acima de um certo limiar, mais banda é alocada para ela. Por aumentar a banda de um assinante entende-se aumentar o seu tempo de burst. Este método tem como vantagem não ocupar o tráfego upstream com informações de demanda por banda, entretanto tem uma resposta mais lenta por parte do OLT.

O segundo método baseia-se na ONU enviando a situação do seu buffer para o OLT. Desse modo a ONU tem um papel ativo e por isso essa estratégia chama-se Status Reporting (SR), em contraposição ao método anterior que se chama Non-Status Reporting (NSR). Nada impede também de o OLT utilizar uma perspectiva mista dos dois métodos.

Correção de erros

Para implementar a FEC (Forward Error Correction), é utilizado o código Reed Solomon (RS), mais especificamente o RS(255,239). Nesse algoritmo 16 bytes de verificação de paridade são adicionados a cada 239 bytes de dados para criar um bloco de 255 bytes.

E-PON: Ethernet PON

O modelo E-PON é padronizado pela IEEE e é especificado na norma IEEE 802.3AH. Foi criado antes de surgir a G-PON.

O modelo E-PON possui as seguintes características:

•Sentido downstream de dados: comprimento de onda 1490 nm, link budget de 29 ou 26 dB e taxa de transferência de 1 Gb/s.

•Sentido upstream : comprimento de onda 1310 nm, link budget de 29 ou 26 dB e taxa de transferência de 1 Gb/s.

•O comprimento de onda de 1550 nm é reservado e é utilizado para transmissão de vídeo, analogamente à G-PON.


Topologia da E-PON.


EPON sentido downstream.

O OLT (Optical Line Terminal) ), equipamento que fica no servidor, envia um burst (rajada) de pacotes de cada vez para cada ONU (Optical Network Unit) ), equipamento que fica no local do cliente, as quais verificam se os pacotes são destinados a ela e o lêem se for o caso.


EPON sentido upstream.

Cada ONU envia sua rajada de pacotes de cada vez, sincronizadamente, para não haver colisão. O OLT recebe todos os pacotes e reconhece cada um de acordo com o identificador existente no pacote.

O gerenciamento da rede é realizado pelo protocolo MPCP, o qual é responsável por incluir novas ONU's na rede, alocar banda para cada usuário e medir o tempo de resposta de cada ONU.

Conexão de nova ONU

Periodicamente o OLT abre uma janela de tempo destinada para as ONU's que desejam se ligar a ele se manifestarem.

Nessa janela de tempo chamada Discovery Time Window, o OLT envia uma mensagem GATE de descoberta que contém o tempo de duração da janela e o tempo de seu início, as ONU's não registradas respondem enviando uma mensagem REGISTER_REQ que contém, entre outras informações, o endereço MAC da ONU. Para evitar colisões entre mensagens REGISTER_REQ de várias ONU's, existe um algoritmo que faz com que cada uma aguarde por um tempo pseudo-aleatório para enviar sua REGISTER_REQ.

Recebida a REGISTER_REQ de uma ONU, o OLT registra seu endereço MAC e o assimila com um identificador LLID, que é informado à ONU juntamente com um sinal de sincronização. Após a ONU processar essa mensagem, ela emite um Register_ACK.

O identificador LLID é o parâmetro verificado para que tanto o OLT quanto a ONU saibam a qual ONU o pacote se refere. Existe também o LLID de broadcast , pacotes com esse identificador são lidos por todas as ONU's.

Segurança da rede

A norma da E-PON não especifica um mecanismo de segurança do tráfego downstream, ou seja, um método de proteger o tráfego de ser lido por ONU's não autorizadas. Contudo, é amplamente utilizado um protocolo gratuito de encriptação inventado pela PCM-Sierra juntamente com a NTT Communications.

Correção de erros

Para implementar a FEC (Forward Error Correction), é utilizada, assim como no modelo G-PON, o código Reed Solomon (RS), mais especificamente o RS(255,239).

Nesse algoritmo 16 bytes de verificação de paridade são adicionados a cada 239 bytes de dados para criar um bloco de 255 bytes.

10G E-PON: 10 Gigabit Ethernet PON

As arquiteturas G-PON, E-PON e 10G E-PON apresentadas utilizam basicamente TDM (Time Division Multiplexing)), e a WDM-PON realiza distribuição de um comprimento de onda por assinante. A abordagem da NG-PON é utilizar uma topologia híbrida de TDM e WDM.

Ainda não foi definido uma norma para a NG-PON, ela encontra-se em discussão em congressos internacionais e em instituições como ITU-T e IEEE. Pesquisadores do mundo todo estão propondo novas características e fazendo testes com diferentes associações entre freqüências, link budget, quantidade de ONU's, distância máxima, dispositivos nos remote nodes e no OLT, entre outros.

A implementação básica pode ser vista na Figura.

Topologia básica da Next Generation PON.

Trata-se de uma rede em anel, interligando o Central Office (CO) e os Remote Nodes (RN). Cada RN possui um AWG ou um splitter para se conectar às ONU's (Optical Network Unit) dos clientes e fazer a distribuição da freqüência de cada um. Nesse esquema existem tanto assinantes que recebem um comprimento de onda reservado para ele (círculos em verde escuro), como assinantes que compartilham um mesmo comprimento de onda através de TDM (círculos em verde claro).

A Figura mostra uma montagem semelhante, nota-se um importante ganho de alcance da rede podendo atingir 100 km. O OLT emite vários comprimentos de onda e os WR (equivalente aos remote nodes) fazem a distribuição para as ONU's dos assinantes correspondentes.


Exemplo de Next Generation PON.

Nessa configuração a quantidade de ONU's conectadas no mesmo OLT é bem mais elevada do que nos outros modelos, já que o que o OLT pode enviar uma grande quantidade de comprimentos de onda e cada um pode ser usado por mais de uma ONU por TDM.

Esse modelo de negócio exige uso de um OLT (Optical Line Terminal , equipamento que fica no CO) diferente do OLT utilizado para modelos de PON que utilizam TDM, como E-PON. Desse modo os assinantes que desejem utilizar o modelo NG-PON devem fazer um upgrade também em suas ONU's, como mostra a Figura.


Upgrade dos clientes para Next Generation PON.

Panorama mundial

A Coréia do Norte é uma das líderes mundiais na quantidade de implementações de WDM-PON utilizando spectrum slicing, onde o laser emite vários comprimentos de onda e filtros limitam a freqüência enviada.

A empresa Verizon norte americana está investindo pesado em pesquisas na área de PON e já tem muitas redes G-PON estabelecidas, estima-se que esse modelo se espalhará muito pelos EUA nos próximos dois anos.

O Japão também utiliza amplamente redes tanto E-PON quanto G-PON.


Futuro da PON.

A Figura mostra como estão posicionados os EUA e o Japão em termos de implementações de redes PON. Nota-se que as redes a fibra óptica serão implementadas no futuro inevitavelmente para poder-se alcançar maiores taxas de transferência, a qual está sendo muito cobrada pelos consumidores e provedores.
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MensagemEnviada: Seg Fev 16, 2009 11:55 pm Assunto: Responder com Citação

Muito bom velhão!

Este material deveria se tornar TUTORIAL EXPLICATIVO!

Poderíamos negociar com o chefe para criar a seção de Tutoriais de explicação.

Sobre a aplicação se meter na rede METRO ficará mole mole!

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MensagemEnviada: Ter Fev 17, 2009 11:02 am Assunto: Responder com Citação

Material “Metro Ethernet” tenho aos montes aqui em casa...negocia com tio Danilo...vc tm um poder maior de persuasão em cima dele. =D

Eu tbm pretendo (com ajuda do Furion e tua tbm,dois alunos de eng.eletrica) tentar manter a galera a par da evolução da tecnologia óptica...pesquisa e desenvolvimento de tecnologia e equipamentos...agora por exemplo to em cima da “Terabit Ethernet”...multiplexaçao por tempo de onda usando ondas femto...louco o bagulho...eu vejo q tenho uma carência de informação...a galera não temo acesso a esse tipo de informação e eu quero tentar passar um pouco dessa informação...intao ces tm q m ajudar. =D

Da uma lida nesse material aqui http://sharex.xpg.com.br/files/9814687346/8485AA3D-BDB9-137E-CB18C86643143BE
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