Redes de Acesso

3. Redes de acesso com fibra-ótica

3.1. EPON

O padrão IEEE 802.3ah estende o padrão IEEE 802.3 (Ethernet) para redes PON. Nesse novo padrão, mudanças significativas sobre como as comunicações ocorrem precisaram ser feitas. Em rede PON, tem-se uma topologia do tipo ponto-multiponto, ao contrário das topologias multiponto típicas de redes locais. Isso significa que, na rede PON, as comunicações ocorrem de um ponto central (OLT) para os demais dispositivos da rede (ONU ou ONT), e desses dispositivos para o ponto central. Assim, não tem sentido usar o método de acesso CSMA/CD, tampouco se pode permitir que os dispositivos transmitam arbitrariamente.  Além desse problema da coordenação das transmissões, outros detalhes foram tratados no padrão, tais como o endereçamento das ONU. A rede PON que usa o padrão IEEE 802.3ah passou a ser conhecida como EPON (Ethernet PON).

A tecnologia EPON apenas defina como as transmissões ocorrem na rede PON. A rede física (ODN) não sofre alterações, e segue as arquiteturas vistas na introdução sobre acesso com fibras-óticas. Isso pode ser claramente visto na figura a seguir, que mostra uma rede PON em que se usa o padrão IEEE 802.3ah. Ela não apresenta qualquer diferença em relação ao que foi visto sobre redes PON.

Uma rede EPON

O padrão IEEE 802.3av, publicado em 2009, estende as redes EPON para operarem a 10 Gbps, sendo chamadas de 10G-EPON. Esse padrão define duas configurações possíveis:

• Simétrico: possibilita taxas de 10 Gbps tanto em downstream quanto upstream
• Assimétrico: a taxa de downstream é de 10 Gbps, mas de upstream é de 1 Gbps.

A tecnologia concorrente de EPON é GPON. Em outra lição se apresentarão maiores detalhes sobre essa outra tecnologia. Por enquanto, o video a seguir ilustra as características principais de GPON e EPON:

Comunicação em uma rede EPON

• MPCP em rede EPON
• MPCP Overview

Uma rede EPON é formada por um equipamento concentrador localizado nas instalações do provedor, denominado OLT (Optical Line Terminator), e vários equipamentos terminais localizados nas dependências dos clientes, denominados ONU (Optical Network Unit) ou ONT (Optical Network Terminal). O OLT implanta a rede ótica e coordena as transmissões dos ONU. Além disso, um ONU somente pode se comunicar pela rede ótica se devidamente reconhecido e autorizado pelo OLT. Em uma rede EPON pode haver até 64 ONUs por fibra.

Para operação em modo full-duplex, os sistemas EPON multiplexam os sinais de transmissão da OLT para as ONU’s (downstream) e das ONU’s para a OLT (upstream) usando diferentes comprimentos de onda de luz: 1490nm para os sinais downstream e 1310nm para os sinais upstream (FONTE).

Como em uma rede EPON a fibra ótica entre OLT e os ONU é compartilhada, as transmissões devem seguir algumas regras. Cabe ao OLT comandar as transmissões. No caso downstream, os quadros transmitidos pelo OLT são recebidos por todos ONU. Cada ONU filtra os quadros recebidos com base em um identificador contido em cada quadro, dessa forma descartando aqueles quadros não destinados a si. No sentido upstream as transmissões ocorrem em modo TDMA, em que cada ONU transmite de acordo com um timeslot concedido pelo OLT (um timeslot possui uma duração e instante inicial). Com esse procedimento, não ocorrem colisões entre transmissões de OLT e ONUs. As figuras a seguir ilustram os casos downstream e upstream.

Downstream: todos ONU recebem os quadros enviados pelo OLT, e os filtram com base em um identificador contido nos quadros

Upstream: cada ONU transmite seus quadros de acordo com seu timeslot concedido pelo OLT

O gerenciamento dos ONU e das transmissões upstream em uma rede EPON se faz por meio do protocolo MPCP (Multi-Point Control Protocol), que estende o protocolo MAC e implementa estes serviços:

• Prover referência de tempo para sincronizar ONUs
• Controlar o processo de auto-descoberta de ONUs
• Atribuir largura de banda aos ONUs (limites de tempo de transmissão por ciclo)

No MPCP, cada ONU é identificado com um número único de 16 bits denominado LLID (Logical Link Identification), o qual é gerado dinamicamente pelo MPCP. Esse número fica no preâmbulo dos quadros, e é usado pelos ONU para filtrar os quadros recebidos do OLT. Apenas quadros rotulados com o LLID atribuído ao ONU são aceitos.

A figura a seguir detalha a comunicação entre OLT e ONUs usando o protocolo MPCP, em particular como funcionam as transmissões em upstream. O OLT transmite mensagens GRANT para os ONUs, as quais informam em que momento cada ONU poderá transmitir, e por quanto poderá usar a fibra. Esse tempo deve ser suficiente para a ativação e desativação do laser, e para a transmissão dos dados em si. No intervalo de transmissão de dados, mais de um quadro Ethernet pode ser transmitido, contanto que o tempo limite seja respeitado.

Um ciclo de transmissões em upstream: cada ONU transmite seus quadros de acordo com um tempo concedido pelo OLT

Provisionamento em redes EPON

Em Telecomunicações, provisionamento significa implantar, configurar e gerenciar o serviço para o cliente, e a sigla OAM (Operation, Administration and Maintenance) descreve suas funções. O provisionamento remoto implica existirem protocolos para realizar essas tarefas nos equipamentos dos clientes de forma automática e sem precisar da presença física de um profissional nas dependências do cliente.

No caso de EPON, o provisionamento remoto se faz com um protocolo denominado também OAM. Suas mensagens, chamadas de OAMPDU, são transportadas diretamente em quadros Ethernet. Essas mensagens possibilitam:

• Envio de alertas pela ONU, usados para monitoramento do link
• Consultas e modificações de atributos da ONU (ex: modo de operação da ONU, configuração de de interfaces de rede, configuração de VLANs, definições relacionadas a qualidade de serviço)
• Configurações específicas do fabricante

Outras referências

• Introdução a EPON
• Comparação entre EPON e GPON