XXVII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES - SBrT 2009, DE 29 DE SETEMBRO A 2 DE OUTUBRO DE 2009, BLUMENAU, SC Rede óptica passiva usando TDM e WDM José Ewerton P. de Farias, Júlio César M. Diniz e Luis H. H. de Carvalho 1 Resumo ⎯ Este artigo apresenta uma revisão sobre as alternativas tecnológicas atuais para a opticalização das redes de acesso. Apresenta também alguns resultados de uma investigação sobre uma arquitetura híbrida para as redes ópticas de acesso de segunda geração usando multiplexação por divisão no tempo (TDM) e em comprimento de onda (WDM). Indicadores de desempenho dos enlaces ópticos na direção rede- usuários (downstream) são usados para a determinação da qualidade do serviço, e do alcance da rede, isto é, distância máxima entre instalações da operadora de telecomunicações e dependências de usuários. Palavras-chaves ⎯ Redes ópticas de acesso, redes ópticas passivas, TDM-WDM-PON. I. INTRODUÇÃO As redes ópticas de acesso ora em implantação em várias regiões terão que se mostrar viáveis economicamente, além de propiciarem os benefícios sociais esperados com a eliminação (ou quase eliminação) do conhecido “gargalo” atualmente existente nos últimos 1.000-1.500 metros entre a operadora de telecomunicações e as dependências dos usuários. Velocidades de acesso da ordem de algumas dezenas de Mbps são esperadas para usuários residenciais nos próximos anos [1]. Essas novas redes ópticas de acesso deverão ser capazes de suportar uma ampla gama de serviços, entre os quais: (i) Serviço triplo (voz, dados e TV); (ii) Vídeo sob demanda; (iii) Vídeoconferência; (iv) Compartilhamento de arquivos de áudio e vídeo entre pares de pessoas; (v) TV em alta definição multicanal; (vi) Jogos multi-parceiros online; (vii) Telemedicina; (viii) Trabalho remoto; (ix) Telesupervisão, etc. Essa multiplicidade de demandas exige uma maior velocidade de conexão ou, equivalentemente, maior largura de banda. Para atender a tais necessidades, alguns padrões de redes ópticas de acesso foram desenvolvidos. Hoje, após cerca de 25 anos sendo considerada a tecnologia do futuro para as redes de acesso, a infra-estrutura FTTH (Fibra óptica até as residências), principalmente na forma de redes ópticas passivas (PONs – do inglês Passive Optical Networks), está sendo implantada em larga escala na Ásia [2] e nos Estados Unidos [3], e com menor rapidez na Europa [4]. Em fevereiro de 2009 haviam 13,2 milhões de usuários FTTH no Japão, 6,05 milhões nos Estados Unidos, 5,96 milhões na China e José Ewerton P. de Farias, Júlio César M. Diniz e Luis Henrique H. de Carvalho, Depto. de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, Brasil, E-mails: ewerton@ieee.org, julio.diniz@ee.ufcg.edu.br, luis.carvalho@ee.ufcg.edu.br. Este trabalho foi parcialmente financiado pela Fundação CPqD, através do Contrato CPqD- PaqTcPB No. 2699. 2,4 milhões na Europa. As economias asiáticas continuam a superar o resto do mundo em termos da penetração de FTTH no mercado. Na Coréia do Sul, 44 % das residências estão conectadas. Em Hong Kong, 28%. No Japão 27%. Em Taiwan, 12% [5]. O governo da Índia estabeleceu a meta de 20 milhões de usuários FTTH para o ano 2010 [6]. Em uma rede óptica passiva, os componentes localizados fora das dependências da operadora de telecomunicações e das dependências dos usuários são todos passivos, não exigindo alimentação elétrica. A escolha de uma dessas alternativas depende dos tipos de serviços pretendidos e dos custos de implantação e de manutenção da infra-estrutura. Para a primeira geração de PONs, uma implantação econômica foi o aspecto determinante no desenvolvimento das tecnologias. Por isso, foram padronizadas PONs usando uma topologia em árvore e com protocolo de controle de acesso ao meio (protocolo MAC) baseado em TDMA (múltiplo acesso por divisão do tempo). Os padrões atuais de TDM-PONs especificam taxas de transmissão de até 2,5 Gbps com alcance máximo de 20 km ou mais. Tais especificações satisfazem às necessidades de acesso de faixa larga para usuários residenciais neste momento histórico. Neste artigo é descrita e avaliada uma arquitetura de uma PON híbrida, usando TDM e WDM. Essa solução combina abundância de largura de faixa e expansibilidade, características de WDMA (acesso múltiplo WDM), com simplicidade e baixos custos inerentes ao TDMA (acesso múltiplo TDM). Na seção II é feita uma breve revisão das arquiteturas FTTH usando TDM-PON. A seção III apresenta uma discussão sobre PONs usando a solução híbrida TDM- WDM. Resultados de simulações para uma TDM-WDM- PON com 32 usuários são apresentados na seção IV. Finalmente, na seção V são incluídas as conclusões. II. ALTERNATIVAS PARA REDES ÓPTICAS PASSIVAS O compartilhamento da fibra óptica e o baixo custo de manutenção são as duas principais razões para a implantação de PONs. Diferentes métodos de multiplexação podem ser aplicados sobre uma arquitetura de PON, entre os quais TDM e WDM. Os protocolos ATM (Asynchronous Transfer Mode) e Ethernet foram incorporados em padrões denominados de APON (ou ATM-PON), BPON (Broadband PON), EPON (Ethernet PON), GPON (Gigabit-capable PON) [7]-[10], WDM-PON, [12]-[15] e 10GEPON (10 Gbit/s EPON) [16]. Uma arquitetura ponto-a-multiponto facilita o manuseio da rede e diminui custos operacionais. Nas dependências da operadora de telecomunicações há um TLO (Terminal de Linha Óptica) que gerencia a comunicação dos usuários. Nas dependências dos usuários há uma URA (Unidade de Rede de