Otimização da Borda fornece de serviços para última milha da rede óptica passiva (PON)

Vivemos em um mundo em rápida evolução, ávido por largura de Banda e impulsionado pela tecnologia, que exige uma largura de Banda cada vez maior para nossos escritórios e residências. É fácil esquecer a rapidez com que as coisas mudaram. Faça uma breve pausa e reflita em como a largura de banda em sua casa mudou ao longo dos anos. Qual é a largura de banda que você tem hoje? O que você tinha há 10 anos atrás? E, se você tem idade suficiente para se lembrar, o que você tinha há cerca de 20 anos, quando as redes de banda larga surgiram pela primeira vez e deixamos de usar a Internet discada? Se pensarmos bem, essas redes evoluíram consideravelmente nesse período e não há sinal de que o crescimento da largura de banda esteja diminuindo.

À medida que a demanda de capacidade nas residências supera os recursos da antiga tecnologia de assinante digital (DSL – Digital Subscriber Line) baseada em cobre, a rede óptica passiva (PON) residencial baseada em fibra para casa (FTTH) está se tornando rapidamente a tecnologia de acesso preferida em todo o mundo. Os analistas do setor da Omdia preveem que as redes PON baseadas em FTTH atingirão 57% e 66% de penetração de mercado na Europa Ocidental e Oriental, respectivamente, até 2027. Na América do Norte, a penetração de mercado acrescerá para 35%, onde o acesso a cabo baseado em HFC continua forte e a previsão é que mantenha 49% de participação nesse período.

Capitalização de investimentos em redes PON
Esse crescimento na infraestrutura PON é alimentado pelos bilhões de dólares que estão sendo investidos globalmente na infraestrutura FTTH PON, provenientes tanto de programas nacionais estratégicos de investimento liderados pelo governo, como do programa de 42,5 bilhões de dólares de Equidade, Acesso e Implementação de Banda Larga (BEAD) nos EUA, quanto de investimentos privados substanciais. A análise publicada pelas operadoras de rede mostra que até 90% do investimento em uma rede de acesso PON vai para infraestruturas de fibra única (SFW) por meio de obras civis, dutos, cabos e divisores passivos. Apenas 10% vão para o hardware PON ativo. Essencialmente, a infraestrutura SFW na borda da rede óptica impulsionada por esse aumento nas implantações de PON veio para ficar, e as operadoras de rede precisam ser capazes de capitalizar essa infraestrutura de acesso para todos os serviços, não apenas para os residenciais.

Devido ao uso de SFW na rede de acesso PON, esse domínio é geralmente considerado pela equipe de transporte de uma operadora como um domínio de acesso separado do restante da rede de transporte óptico baseada em DWDM. Esses domínios de acesso PON são vistos de forma semelhante a uma rede de acesso por rádio. Normalmente, a principal tarefa da rede DWDM é apenas fornecer recursos de backhaul para o terminal de linha óptica (OLT) PON. Da mesma forma, o domínio de acesso SFW é normalmente considerado pela equipe de acesso como uma rede de distribuição óptica (ODN) separada que dá suporte apenas à tecnologia PON, com uma transferência de backhaul para o domínio de transporte DWDM separado.

Isso cria um verdadeiro desafio para as operadoras de rede, que podem alavancar seus investimentos substanciais em infraestruturas SFW para clientes residenciais e de pequenas e médias empresas (PMEs) usando a mais recente tecnologia PON, mas podem ter dificuldades para usar esse mesmo recurso para serviços de maior capacidade, como 5G xHaul, serviços comerciais de alta capacidade para clientes corporativos maiores ou até mesmo backhaul de OLTs PON remotos. Esses serviços podem exceder a capacidade oferecida pela tecnologia PON e, normalmente, exigem DWDM usando óptica coerente. A implantação de um par de fibras dedicado por serviço pode tornar a implantação desses serviços de maior capacidade muito lenta e cara, além de caros para o cliente final. Deve haver certamente uma maneira melhor!

O desafio da óptica coerente convencional em uma rede PON
O desafio que as operadoras de rede enfrentam é que a óptica DWDM coerente de alta velocidade necessária para oferecer suporte a serviços de alta capacidade normalmente não pode ser usada em redes SFW. Isso ocorre porque a óptica coerente precisa de um oscilador local no receptor, e quase todos os equipamentos modernos usam um derivação do laser do transmissor para fornecer isso, o que bloqueia os comprimentos de onda do transmissor e do receptor na mesma frequência. As redes DWDM de 10G de menor capacidade que usam óptica de detecção direta podem usar um comprimento de onda diferente em cada direção em SFW, pois o receptor de banda larga pode receber qualquer comprimento de onda na faixa DWDM. Mas a óptica DWDM de velocidade mais alta, acima das taxas de 10G, precisa ser construída usando óptica coerente e não pode usar a mesma técnica de dois comprimentos de onda porque o receptor está bloqueado no mesmo comprimento de onda que o transmissor. O DWDM de 10G pode fornecer uma solução paliativa, mas muitas taxas de serviço e backhaul já ultrapassam 10G e, com as demandas de largura de banda crescendo tão rápido, as operadoras precisam de uma solução que possa ser dimensionada além de 10G.

No entanto, há uma luz no fim do túnel. A nova óptica XR ponto a multiponto baseada em subportadoras pode fornecer uma solução para esse dilema, e a tecnologia está despertando muito interesse por parte das operadoras de rede. A nova arquitetura oferece suporte para óptica coerente de alta capacidade sobre a infraestrutura SFW

PON, permitindo que as operadoras de rede capitalizem seus investimentos significativos em serviços residenciais baseados em PON para serviços lucrativos de maior capacidade para clientes corporativos, xHaul móvel e backhaul de dispositivos OLT remotos.

Essas novas ópticas XR ponto a multiponto usam processamento de sinal avançado no chip do processador de sinal digital (DSP) para modular um único laser em muitas subportadoras digitais individuais. Esse recurso permite que um único hub óptico de velocidade mais alta se comunique com vários sistemas de folha óptica de velocidade mais baixa. Por exemplo, em um ambiente de fibra dupla, um hub óptico de 400G teria um único laser, mas o DSP modularia o sinal em 16 subportadoras individuais de 25G. Essas subportadoras podem, então, ser roteadas para até 16 nós de folha diferentes pela infraestrutura de fibra subjacente, em que a óptica de 100G de velocidade mais baixa pode suportar de uma a quatro subportadoras que suportam serviços de 25G a 100G.

Em um ambiente SFW, podemos aproveitar essas subportadoras e usá-las seletivamente em cada direção para permitir que a óptica coerente de comprimento de onda único funcione em uma única fibra, conforme mostrado na Figura 2. De maneira semelhante à forma como a óptica DWDM de 10G usa comprimentos de onda diferentes por direção, simplesmente agora fazemos o mesmo, mas no nível de granularidade das subportadoras. Podemos então sobrepor essa capacidade a uma rede SFW existente para permitir esses serviços de alta capacidade em paralelo aos clientes residenciais e PMEs existentes baseados em PON.

A tecnologia coerente tem um preço diferente dos serviços baseados em PON, portanto, não se trata de uma tecnologia substituta para a rede PON. As duas tecnologias coexistem na mesma infraestrutura SFW para ampliar a gama de serviços possíveis na rede de acesso. Se forem necessários serviços de alta capacidade que precisam de óptica coerente, sobrepô-los à infraestrutura PON existente usando a tecnologia de subportadoras é substancialmente mais rápido e mais barato de implantar do que a alternativa de instalar um novo par de fibra dedicado do hub até o cliente apenas para suportar o requisito de fibra dupla da óptica coerente padrão.

Sobreposição de PON de alta capacidade na prática
A implantação de óptica XR baseada em subportadoras sobre PON requer simplesmente que os sinais DWDM possam ser combinados com a tecnologia PON existente e planejada em execução na SFW ODN (rede de distribuição ótica), normalmente por meio de um elemento de coexistência, conforme mostrado na Figura 3. Muitas ODNs contêm atualmente elementos de coexistência ou planejam incluí-los no futuro para permitir que a OND ofereça suporte a várias gerações de tecnologia PON, como GPON e XGS-PON.

Uma vez que o nó do hub óptico XR esteja conectado à ODN por meio do elemento de coexistência, os serviços coerentes de alta capacidade podem ser fornecidos aos nós de através da ODN usando as subportadoras coerentes. Um único hub óptico de 400G suportará até oito nós de folha com 25G por nó para o número máximo de nós, ou até dois nós de folha com 100G por nó para a maior capacidade por nó. À medida que a capacidade para nós de folha específicos aumenta, subportadoras adicionais podem ser simplesmente alocadas via software, até o máximo de 100G por folha. Como a solução se baseia na tecnologia DWDM, se for necessária uma capacidade total maior ou mais nós de folha, então, simplesmente precisamos adicionar mais hub ópticos usando diferentes comprimentos de onda DWDM.

Uma vez que esse recurso tenha sido validado em um ambiente de teste para a satisfação da operadora, as equipes de vendas da operadora podem começar a promover e vender o novo recurso de serviço de alta capacidade. Nenhum hardware inicial precisa ser implantado até que um serviço seja vendido, supondo que a ODN esteja conectada ao cliente. Nesse ponto, os dispositivos ópticos hub e folha e os dispositivos host são instalados quando necessário, e as conexões são estabelecidas para oferecer suporte ao novo serviço. Todo o restante da infraestrutura SFW subjacente já está instalada a partir dos serviços PON residenciais / PME.

Garantia de uma coexistência tranquila
A óptica DWDM opera no que é conhecido como banda convencional, normalmente abreviada para banda C. A banda C se sobrepõe ao espectro upstream NG-PON2 de 1530-1540 nm e ao espectro de vídeo RF de 1550-1560 nm. Como a óptica XR é totalmente ajustável em toda a banda C, isso permite que muitos elementos de coexistência existentes utilizem essas portas existentes para novos serviços de alta velocidade. Novos elementos de coexistência também podem ser projetados com portas ópticas XR específicas que podem otimizar ainda mais o desempenho da rede.

Transformação da teoria em realidade
Então, em que ponto estamos com essa nova tecnologia óptica XR? Esta é uma nova abordagem arquitetônica, e as primeiras implementações da tecnologia óptica XR estão chegando ao mercado agora, com os primeiros módulos já enviados aos clientes no primeiro trimestre de 2023. Enquanto a tecnologia estava sendo desenvolvida, vários estudos de rede foram realizados por operadoras de rede em todo o mundo para compreender o possível impacto positivo da óptica XR ponto a multiponto em suas redes, tanto em termos de economia no custo total de propriedade quanto na habilitação de novos serviços que anteriormente não eram possíveis de implantar. Paralelamente, muitas operadoras também realizaram testes de campo para comprovar que a nova tecnologia ponto a multiponto funcionava como eles esperavam. Esses testes incluíram testes de laboratório e de campo em aplicativos de sobreposição PON, abrangendo as redes GPON e XGS-PON existentes, para provar que a tecnologia funcionava e que não afetava os serviços PON existentes. Tanto a Virgin Media quanto a American Tower apoiaram anúncios públicos de seus testes durante este período. No evento OFC 2023, a Infinera também demonstrou o aplicativo de sobreposição PON como parte da demonstração ponto a multiponto ao vivo da empresa. A demonstração apresentou serviços de alta capacidade usando óptica XR ponto a multiponto em uma variedade de aplicações, incluindo a operação em um domínio SFW PON executando GPON e XGS-PON fornecidos pela DZS.

Dentro da gama de discussões das operadoras de rede desencadeadas pela introdução da óptica ponto a multiponto, a sobreposição de PON para serviços de alta capacidade está provando ser um tópico altamente popular, uma vez que os benefícios são claros e a abordagem oferece uma solução para um desafio que muitas operadoras de rede enfrentam. A solução resolve o desafio de fornecer serviços de alta capacidade através da SFW sem a necessidade de implantar um novo par de fibras dedicado do hub para cada cliente de alta capacidade. Uma vez que a capacidade é validada pela operadora, as equipes de vendas podem promover e vender o serviço sem qualquer desembolso de capital inicial ou pré-implantação de equipamentos. Os novos recursos de serviço permitem que as operadoras de rede ofereçam suporte a uma série de recursos, incluindo:
Dar suporte às suas próprias necessidades de transporte 5G xHaul ou oferecer isso como um serviço de atacado para operadoras móveis
 Atender a grandes empresas com serviços de elevada capacidade
 Considerar novas arquiteturas PON para a próxima geração de PON residencial, onde a OLT (Optical Line Terminal) é deslocada para a planta de fibra mais próxima do cliente, com backhaul coerente sobre a infraestrutura SFW

Essencialmente, essa abordagem permite que as operadoras de rede capitalizem o seu investimento significativo na infraestrutura de acesso SFW e ofereçam perfeitamente toda a gama de serviços através da rede de fibra – desde serviços residenciais/PME usando a tecnologia PON até os serviços de maior capacidade usando a óptica XR ponto a multiponto. O futuro parece brilhante para a óptica XR em aplicações de sobreposição PON – esta é uma tecnologia a ser observada.