IE008-a1_IntrodGer=f216_vF

Transcrição

IE-008
Redes de Comunica
ções Ó
pticas
Comunicações
Ópticas
Tecnologias, Sistemas
Passado, Presente e Futuro
um curso inteligente e dinâ
âmico
din
dinâmico
Felipe Rudge Barbosa
[email protected]
http://www.dsif.fee.unicamp.br/~rudge/
Save the humans
LTF-FEEC
Unicamp
BRASIL
mês/2003
Optical Communications – Introdução Geral
Introdução Geral
conceitos básicos e definições;
evolução histórica; gerações de tecnologias;
aspectos econômicos
Bases Tecnológicas
componentes ativos e passivos;
Direitos Reservados – Blue Sky Consult 2009-2010
amplificadores e roteadores óticos;
Redes Óticas de Transporte e Acesso
redes WDM (tronco e metro)
redes óticas acesso
redes fotônicas
2
1
Introdução Geral -- conceitos básicos
Definições:
Optics – “classical” manipulation of photons and waves;
Electronics -- manipulates eletrons ;
Optoelectronics -- manipulates photons and eletrons, convertions
eletrons
photons; “needs” Quantum Physics to work ...
Photonics -- manipulates photons ; (includes optoelectronics)
Electro-optics -- manipulates fotons and eletrons without
conversion (!)
Electricity -- macroscopic version of Electronics...
these are good and simple definitions !
3
Espectro Eletromagnético
Luz (ótica)
400
500
UV
Raios-X
0,1
1Å
10nm 100
600
Luz
near
mid
300 400 ... 700 800nm
próximo
1,5µm
far
RF
IV
este curso
visível
médio
3
10µm
longo
30
100
300
1000µm
1Thz
1mm
300 Ghz
100 Å
1000 Thz
700
Ótica/Fotonica:
Ótica/Fotonica:
>20nm
>20nm até
até ≈≈ 30
30 µm
µm
200 Thz
30 Thz
UV – ultra-violeta (ultra-violet UV)
IV – infra-vermelho (infra-red IR)
S=
1
ExB
c
Ē
B
4
2
Fibras Ópticas
Visível
Infra-vermelho
Atenuação (dB/km)
0.6
1a.
850
SiO2/GeO2
0.5
0.4
Rayleigh
OH 80 nm
~13 THz
λ.ν = c/n
160 nm
~20 THz
0.3
IR
0.2
2a.
3a.
0.1
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
Comprimento de Onda (nm)
5
Introdução Geral
Histórico
1958-60 - Invenção Laser
1962 - Laser Semicondutor (diodo simples, 77 K)
1970 - Laser Semicondutor Tamb (diodo DH, 300 K)
1970 - Fibra Óptica (multimodo, 20 dB/km)
1973-75 - Laser, Fibras Óticas, Sistemas (Brasil & mundo)
1980-82 - Laser 1300/1550 e Fibra Monomodo (0,25 dB/km)
1990-92 - Amplificador Ótico
1992-94 - Sistemas WDM Longa Distancia e Submar.
1998 - Sistemas WDM Metropolitanos
1999-2004 - Redes Óticas (Metro-Acesso e LD)
2006- em diante... - Redes Fotônicas (globais)
6
3
Introdução Geral
Evolução
Sistemas Ópticos
Capacidade
Redes Ópticas FaixaFaixa-Larga
Transparentes aos
• Redes
Serviços
Fotônicas
Alcance e Flexibilização
das Redes de Telecomunicação
Redução de
Custos de
Transmissão e
Aumento
Capacidade
• Redes WDM
• Redes Ópticas de Acesso
• Processamento óptico
de sinais
• Optoeletrônica de
Anos 2000
alta velocidade
• Amplificação óptica
• Longos comprimentos
de onda
• Fibra monomodo
Anos 90
Anos 80
• Curtos comprimentos
de onda
• Fibra multimodo
Anos 70
Tempo
7
Introdução Geral
Redes
Ópticas
8
4
Redes Ópticas -- Dimensão Espacial
Compatibilidade horizontal (ou longitudinal)
Natureza & Extensã
Extensão das Redes –
Redes
Redes são
são formadas
formadas por
por nós
nós ee enlaces
enlaces
Distancias:
Acesso até 20 km;
Metro de 20 a 50 km;
Longa >100 km
Intercont >1000 km
9
Redes Ópticas -- Conceitos
Panorama Geral -|- Compatibilidade e Padronizaçã
o
Padronização
Atual - Geral
Modelo OTN/ ITU-T
Application
Transport
Network/IN
Link
Physical
Telecom
& Internet
Modelo OSI/ ISO
Cliente/Usuário
Application
Presentation
Serviç
ços
Servi
Serviços
Session
Transporte
G&C
Transport
Rede Óptica
Network
Planta Fí
ísica
F
Física
Physical
Link
Redes Comput
(mod. inicial)
O objetivo das Redes de Comunicações é interconectar clientes e usuários;
e a rede deve funcionar de modo transparente e ininterrupto.
Padronizaçoes (interfaces internas e externas) são sempre necessarias.
10
5
Motor Evolutivo :)
Natureza & Capacidade de Nó
Nós e Enlaces –
Hardware
& software
Hardware &
software
interagem
interagem ee criam
criam
novas
novas possibilidades
possibilidades
ee funcionalidades
funcionalidades
Toda rede
Serviços
Serviços
Transporte
Transporte
G&C
De
ma
nd
as
Po
ss
ib
ili
da
de
s
Cliente/Usuário
Cliente/Usuário
Rede Óptica
Planta Física
3
Novas tecnologias
1
2
O objetivo das Redes de Comunicações é interconectar os múltiplos usuários.
Demanda sempre crescente exige novas soluçoes e novas tecnologias.
11
Optical Communications – Histórico
Evolução Sistemas Ópticos
Anos 80
metal
muitas fibras
metal
telefonia
telefonia
regeneradores
1R = potencia
2R = + atraso
3R = + forma
Anos 90
muitas fibras
Rede Acesso
Multiserviço
cada fibra
muitos lambdas
(amplificaçao ótica)
Rede Acesso
Multiserviço
Amps óticos
12
6
Optical Communications – Redes
Redes Ópticas WDM
presente e futuro
Central N
Rede Acesso N
Rede Tronco
Central B
(Anéis SDH)
(comutação e
roteamento)
Rede Acesso A
Fibras Ópticas
Central A
(everywhere)
(comutação e
roteamento)
Rede Acesso B
Rede Acesso C
13
Redes Ópticas de Acesso
Arquitetura Atual (e futuro próximo)
Rede Publ.Serviços
HFC
Provedor
Roteador
NóOp
coax
Fibra
UR
Metal
Host Dig.
Central
ER
Comutação
e Roteam. FTTC/ FTTCb
(OLT)
Fibra
Central
par trç.
UR
(ONU)
UR
DO
FTTH/ FTTB
MultServ
BandLarg
(ONU)
FTTA
(ERB)
(ONU)
(ONU)
14
7
Introdução Geral
Enlaces Ópticos
Camada Fisica
15
Enlaces (link) Ópticos
ida
Sistema
Sistema
Transmissor
Cliente
Receptor
Fibra
Laser
Amp.
ótico
Cliente
FotoDetetor
volta
Laser Semicondutor e Led
Transmissores
Fotodetetor PIN e APD
Receptores
Amplificador Ótico
Elementos passivos
Fibra Monomodo
Fibra Multimodo
Sistemas e WDM
Redes óticas
16
8
Transmissão
Atenuaçã
o -- Fibras Ópticas
Atenuação
Visível
Infra-vermelho
Atenuação (dB/km)
0.6
1a.
850
Espaçamento dos canais ópticos
25-50-100-200 GHz
SiO2/GeO2
0.5
0.4
Rayleigh
SOA
OH 80 nm
13 THz
AFDE
60 + 40 + 60 nm
160 nm
0.3
20 THz
IR
0.2
2a.
3a.
0.1
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
Comprimento de Onda (nm)
17
Transmission media -- evolution
Banda Passante – transmissão cabeada
Absorption
and
Attenuation
Bandwidth
(dB/km)
Twisted
pair
100
Coax
10
MM Fiber
1
SM Fiber
0.1
1
10
MHz
100
1
10
GHz
∞
Transmission
Frequency
(Hz)
⇒diferentes meios de transmissão podem coexistir na mesma rede ,
mas muito cuidado nas interfaces !! .
18
9
Transmission media -- evolution
Sistemas WDM em Fibras Ópticas
Wavelength Division Multiplexing – multiplexação por divisão de
comprimentos de onda (lambda);
cada fibra (monomodo) suporta dezenas de lambdas, até >1 centena;
cada lambda suporta dezenas de Gb/s...
portanto, sendo 100λx10G=1000, UMA fibra suporta >Terabit/s de informação !!
λ1
λ2
λ3
λκ
λn
uma fibra
cabos de fibras contém dezenas até centenas de fibras (12, 18, 36, 72, 144)
mas, cada fibra requer UM amplificador optico.
19
Transmission media – evolution !!
Optical Fibers
Transforming
Chaos
into
Order
De poucos kb/s
para > varios Tb/s
12 fi x 12 λ x 10 G = 1,4 Tb
20
10
Panorama Mundial
Fonte: Alcatel ; 2011
21
Meios Transmissao – evolution !!
Navio lançador
Fonte: FranceTelecom - Orange ; 2013
22
11
Panorama Nacional (parcial)
Rede Óptica de Transporte da Embratel
Ano 2010
AM
PA
MT
BA
2004-2009
MG
MS
Na verdade tudo isso, e até mais,
está implantado e operando!
O proprietário da rede era o Governo
brasileiro, que hoje “apenas” controla
a prestação de serviço.
A concessão é vendida a quem
quiser (dentro de regras...);
Embratel hoje é empresa mexicana).
23
Redes Ópticas -- Conceitos
Transporte
(algum detalhamento)
24
12
Introdução Geral -
Camadas & Interfaces -- Importancia de Padronização
Devido á multiplicidade de idéias e de fabricantes, sempre cada um
achando que a sua própria é muito boa, talvez a melhor...
Torna-se necessário haver padrões (standards), a fim de que
equipamentos e sistemas diferentes possam se interconectar...
Alem disso, ao mudar de local ou equipamento os usuários não podem
(não devem) ficar inoperantes ou incomunicáveis.
Os sistemas de padronizaçao visam especificar as tecnologias (sistemas
e equipamentos) e as suas interfaces, para uso geral.
Assim, fabricantes e fornecedores podem explorar sua criatividade e suprir o
mercado de modo amplo e permanente.
Inovação e renovaçao devem (na medida do possivel) buscar
compatibilidade com os sistemas em operaçao; qdo. não é possivel
ocorrem quebras de paradigma, que são revoluçoes (ás vezes guerra!).
Sistemas de Comunicação Ótica representaram uma revolução!
25
Introdução Geral – Protocolos de Rede
Camadas & Interfaces
(dimensão vertical) Cenário Atual – Redes Óticas
Serviços
Serviços (3P): voz; dados [Internet, imagem]; video
Wireless
__________
IP
Transporte
__________
Ethernet
ATM
PDH
HFC
Rede óptica
GMPLS
SDH
OTN
WDM Optical Network
=> tudo sobre Redes Óticas !!
26
13
-- Sistemas Ópticos -Protocolos de Transporte em Redes Óticas (padronizados)
Telecom
PDH – hierarquia digital plesiócrona (final 1970-1980-1990)
SONET -- rede ótica síncrona (meados 1980-1990-2000..)
SDH -- hierarquia digital síncrona (meados 1980-1990-2000..)
ATM – modo transferencia assincrona (final 1980-2000..)
Redes Dados (computadores/Internet)
Ethernet
TCP-UDP/ IP
e mais uma “infinidade”...
Redes Fotonicas (convergencia de redes sobre Redes Óticas !)
GMPLS e ASON
OTN
27
Sistemas Ópticos - Transporte
Evolução Capacidade – tecnologias convergentes
Canais de
Voz (*)
PDH
Taxa
Sigla
(Mb/s)
E-0
0,064
1
E-1
2,048
30
STM-1
OC-3
155,52
--
OC-9
466,56
SONET
Taxa
Sigla
Sigla
(Mb/s)
(64k)
“STM 0”
OC-1
51,84
672 (810#)
1920
SDH
E-2
8,448
120
E-3
34,368
480
E-4
139,264
(*) equivalencia exata.
1920
Ethernet
Taxa
Sigla
(Mb/s)
10 base T
10
Fast Eth
100
GbE
1 Gb/s
10 GE
10 Gb/s
100 GE
100 Gb/s
(1)*
(2)*
Canais Voz
STM-4
OC-12
622,08
7680
STM-16
OC-48
STM-64
OC-192
STM-256
OC-768
2488,32
(2,5 Gb/s)
9953,28
(10 Gb/s)
39813,12
(40 Gb/s)
30720
(**)
122880
(**)
491520
(**)
(**) equivalencia ilustrativa apenas.
(#) comunicação digital pura
*1-transiçao histórica
*2-uniáo historica !
28
14
Sistemas Ópticos
Evolução Histórica = Capacidade
Multichannel
(WDM)
Terabit Capacity
OPTICAL
FIBER
SYSTEMS
Singlechannel
(EDM)
Gigabit Capacity
“killer technology”
Communication
Satellites
Megabit Capacity
sistemas avançados
coaxiais e satélite
primeiros sistemas coaxiais
multiplex 12 linhas telefone em par cobre
primeiras linhas telefone
=> Optical Communication systems represent a revolution in
all Telecommunications, (not just an evolution).
a Killer technology surpasses by far all the competing alternatives.
29
Aspectos Econômico-Financeiros
=> mas quanto custa isso ??
The Money
$$$
Grana
... quem paga a conta?
30
15
The Money --
Sociedade
Interaçao e Percepçao de Valor
Ciência
Tecnologia
Conhecimento
Aplicações
Mercado
Produtos
Quem paga a
conta ??
Paga quem
compra !!
31
Aspectos Sócio-Economicos
Teoria e Prática do Conhecimento -- uma pincelada...
O conhecimento inquisitivo, que abrange P&D e Inovação, se concentra nas
universidades e laboratorios (de empresas e do governo) ; esse tipo de
atividade consome recursos, que eventualmente se tornarão beneficios p/
sociedade -- direta ou indiretamente;
O conhecimento aplicativo, é a transposição do conhecimento inquisitivo
para o setor produtivo; esse deve trazer beneficios diretos p/ empresas e
p/ os segmentos interessados da sociedade;
Em ambos os casos, há que se considerar a dualidade custo-beneficio e
o necessario retorno do investimento; mesmo qdo. se considera "fundo
perdido" este tem que ser dimensionado dentro de limites aceitáveis.
Numa terceira vertente, temos a atividade financeira, que difere em
essencia das duas anteriores; isso sem considerar questoes sócio-politicas e
aspectos de poder e influencias/tendencias internas e externas;
32
16
Redes Ópticas => Investimentos
Cenário Mundial Transporte -- atual e futuro
CapEx Trends -- a multi-Billion market ...
Optical vs Routers and Switch Revenue ($ales
Revenue (US$ Millions)
$40,000
$30,000
& Installation)
100%
Estabiliz./Crescim.
Outra
Crise
Recuperaçao
20122012-2014
75%
Crise anterior
IP/Ethernet
IP/Ethernet
$20,000
50%
SDH remains by far
champion of
installed systems
$10,000
25%
WDM/OTN
$0
0%
CY06
CY07
WDM
CY08
CY09
CY10
CY11
SONET/SDH
CY12
CY13
Router/CES
CY14
CY15
CY16
% Router/CES
Source: Infonetics Research, Dec. 2012
Tendencias:
WDM continuará “sempre” como tecnologia dominante (layers 1,2,3);
diversos sistemas de transporte estaraõ competindo;
roteadores Ethernet/IP já superaram sistemas PDH/SDH; mas...
33
$$ The Money $$
O que aconteceu nos bastidores...
Investimentos em Telecom & TI (nã
(não Receita)
Receita)
Nasdaq
Dow-Jones
WWW
Internet
“popular”
“Quebra”
Nasdaq
Sept. 11
34
17
Optical Communications – Economics
Crise setorial
1999-2000
Optical Systems Expenditures (& revenues)
revenues)
U$ 9 bi
U$ 3,5 bi
Realizado 2000:
U$ ~ 9 bilhões
Previsões de 1998
Previsões de 2000
Realizado 2001-3
Realizado 2004-6
Prejuízo setor
acumulado
> U$ 18 bi !!
Fontes:
KMI, 2003; 2006
Pioneer 2002
2006 2007
35
The Money (cont.)
O que ocorreu bem depois...2008-09 -- (paises ricos...) !!
Nasdaq
Nasdaq
2009-2010
2009
2009-2010
Recuperação
NYSE
2009
US$ x1mi
(= bilhões dolares)
36
18
$ The Money $
.. e o reflexo (tardio) aqui !!
Indice Bovespa: industria
2010-2011
2010
2010-2011
mid-2010
70.000
60.000
37
$$ The Money $$
.. E agora, pra onde está indo a grana ?! ...
Brasil
2010
-- 2015
o
o 12,4
2015
2014-2015
continua
baixando!
industria de trasnformaçao não inclui mineraçao nem construçao civil;
=> Inclui eletro-eletronica, automotivo, peças, tudo que funciona e é útil !.
ou seja, os investimentos não estão indo pro setor produtivo industrial,
consequentemente menos ainda pra altas tecnologias !!
38
19
Introdução Geral - Conclusão p1
Reunindo todos os aspectos tecno-economicos que vimos nesta Introduçao
Geral ; pode-se concluir que, apesar de condições sociais, politicas e
geograficas. :
Sistemas Óticos são hoje a base de TODAS as Redes de Comunicações;
com os seguintes destaques :
A única opção para altíssima capacidade (Terabits) nas
Redes Longa Distancia e Metropolitanas tronco (backbone); ..
mais alta capacidade nas Redes de Acesso, interfaceando com outras
redes locais (debates nos custos, disponibilidade, flexidade)
Altíssima confiabilidade e permanência;
Elevados custos de instalaçao e operaçao, mas Banda passante maior
que qualquer outro meio => o menor (custo/ bit / assinante;
Permitiram desenvolvimento mundial da Internet como é Hoje;
(interfaceando c/ outras tecnologias) , e fazendo das Tecnologias de Informaçao
e Comunicaçao (TIC) -- a maior atividade econômica do planeta.
>>> ...
39
Introdução Geral - Conclusão p2
Comentários adicionais ...
:
Interfaceamento com outras tecnologias é sempre necessária para
múltiplas aplicações e para chegar ao usuário !
Aspectos economico-financeiros são os controladores;
e não são controlados pelas tecnologias () !!
Disponibilidade e conveniencia de investimentos são determinantes no
direcionamento e aplicaçao das evoluções tecnologicas...
“Fim”
do começo...
40
20

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