Transcript Diapositiva Articulo Colcom_ID7

Multiservice hybrid WDM/TDM–PON
Dimensioning using a
Heuristic method
Arturo G. Peralta–Sevilla1, Ferney Amaya–Fernández2, Roberto Hincapié2
1GITEL
– Grupo de investigación en telecomunicaciones – UPS
2GIDATI
– Grupo de Investigación en Desarrollo y Aplicación en Telecomunicaciones e Informática – UPB
7th IEEE Colombian Conference on Communications and Computing
Agenda:
Motivación.
Introducción.
Arquitectura Red Multiservicio–PON.
Planteamiento del Problema.
Método Heurístico.
Resultados de simulación.
Conclusiones, aportes y futuros trabajos.
Referencias.
Preguntas.
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7th IEEE Colombian Conference on Communications and Computing
Motivación
 Mientras EPON y GPON
Ya
están
estandarizadas
y
emplean
TDM (Downlink) y TDMA (Uplink)
- Caso GPON mediante ITU–T  984.xx
- Caso GEPON mediante IEEE  802.3xx
¿¿¿Qué acontece con WDM y DWDM???
Todavía no se tiene una estandarización ni una
visión clara de como sería la migración hacia estas
tecnologías.
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7th IEEE Colombian Conference on Communications and Computing
Introducción
El incremento en la demanda de usuarios fijos y móviles y la
integración de las redes inteligentes (Smart Grid, SG) con las
redes
de
telecomunicaciones
existentes,
imponen
requerimientos de capacidad, latencia y escalabilidad que
deben considerarse durante el diseño, implementación y
actualización
de
la
infraestructura
de
telecomunicaciones.
SMART GRID
MICROREDES
MICRORED DE BARRIO CON RESPALDO DE
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA MEDIANTE
BATERÍAS Y PANELES SOLARES EN LAS
CUBIERTAS DE CADA VIVIENDA
MICRORED CON FUENTE
DE RESPALDO MEDIANTE
PANELES SOLARES
VEHÍCULOS ELÉCTRICOS
CONECTADOS FUENTES
DE ALMACENAMIENTO DE
ENERGÍA EN HORAS PICO
MICRORED AISLADA DEL
SISTEMA POR FALLA DEBIDA A
DISTURBIOS ATMOSFÉRICOS
GESTIÓN Y RESPUESTA A LA
DEMANDA DINÁMICA, CONTROL
A FLUCTUACIONES EN LA
CALIDAD DE LA ENERGÍA
SENSOR CON EQUIPO
DE CAMPO AÍSLA EN
CASO DE FALLAS
FUENTE EÓLICA DE
ENERGÍA RENOVABLE
OFICINA CENTRAL
DE DISTRIBUCIÓN Y
PROCESAMIENTO
CENTRAL GENERADORA
DE ENERGÍA ELÉCTRICA
PLANTA INDUSTRIAL CON
RESPALDO DE ENERGÍA
FUENTE: [2]
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7th IEEE Colombian Conference on Communications and Computing
Introducción
HAN
PAN
- Una red de acceso
multiservicio debe
integrar diferentes
tecnologías.
- Entre ellas
aplicaciones como
Infraestructura de
Medición Avanzada
(Advanced Metering
Infrastructure, AMI),
Lectura Automática
de Medidores
(Automatic Meter
Reading, AMR) y
Sistemas de Gestión
de la Energía (Energy
Management
Systems, EMS).
Centro
de
Operación
Distribuida
Smart
Meter
Centro
de
Operación
DMS
CIS
SCADA
ADR
FA
MAN
Concentrador
NAN
WAN
ZIGBEE
o
PLC
o
WiFi
4G:LTE/GSM
o
WiMAX
o
HFC
o
DSL
Centro
de
Operación
Distribuida
Centro
de
Operación
Distribuida
NAN
WAN
Central
MDMS
OMS
GIS
MAN
PON
IP–MPLS
Centro
de
Operación
Distribuida
WAN
4G:LTE/GSM
o
WiMAX
o
HFC
o
DSL
NAN
ZIGBEE
o
PLC
o
WiFi
FUENTE: [2]
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7th IEEE Colombian Conference on Communications and Computing
Arquitectura Red Multiservicio–PON
- Topología de una red
de acceso multiservicio FTTB
basada en la
arquitectura Híbrida
4G,
WDM/TDM–PON.
LTE
- Esta arquitectura
facilita la
OLT-WDM
actualización
insertando
longitudes de onda a
medida que los
usuarios requieren más
capacidad,
manteniendo las
ONUs de TDM–PON
FTTH - HAN:
- Fijo e inalámbico
- Voz, video, datos
- Red de sensores SG
ONU
Divisor
óptico
AWG
NAN
FUENTE: [9]
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Planteamiento del Problema
Poder realizar el despliegue y
dimensionamiento de una Red de
Acceso Multiservicio con soporte
para redes Smart Grid, dentro del
segmento
óptico
WAN–MAN
mediante la ubicación óptima de los
equipos y al menor costo posible en
una Red Híbrida WDM/TDM–PON.
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Método Heurístico
DELIMITAR LA REGIÓN EN ZONAS
U = 384 [Usuarios]
ξR = {1:8, 1:16, 1:32, 1:64}
┌M┐ = U/ ξ = 384/32 = 12 [ONU]
R
 = 4 [ONU/Zona]
┌P┐ = ┌M┐/  = 12 / 4 = 3 [Zonas]
Fibra Óptica Red Secundaria De Distribución
Multiplexación TDM
ZONA 1
Fibra Óptica Red Primaria De Alimentación
CUBIERTA
Multiplexación WDM
POR λ1,λ2
ONU15
ONU11
AWG 1
Relación 1:2
SP 21
Relación 1:2
λ1
SP 22
Relación 1:4
ONU13
λ1+λ2
AGRUPAMIENTO
OLT
λ3+λ4+λ5
UBICACIÓN
λ2
ONU12
ENTRADA DE DATOS
ONU14
λ3+λ4+λ5+λ6+λ7+λ8
SP 11
Relación 1:2
AWG 2
λ6+λ7+λ8
AWG 3
DESPLIEGUE
DESIGNACIÓN
ZONA 2
CUBIERTA
POR λ3,λ4,λ5
ZONA 3
CUBIERTA
POR λ6,λ7,λ8
COSTOS
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Resultados Simulación
El Método Heurístico recibe
una
red
enmallada
conformada por un grafo
G(VS,
ES),
donde
el
conjunto:
VS = {V1, V2, …, VN},
y
ES = {E1, E2, …, EL},
representan los nodos y
enlaces
que
pueden
conformar
las
intersecciones y las calles o
avenidas
en
un
área
determinada de una ciudad
o área geográfica.
4
0.9
x 10
79
78
57
56
0.95
77
55
100
1
141 113
1.1
142
1.15
1.2
107
114
144 117 116
28
17
16
121
146 124 123
132
122
3000
38
152167
172
166
165
164
64 151
63
168
169
171
13
170
12
4
3
134
133
120
147 125 126
39
153
24
14
5
85
65
40
31
154160
161
162163
66
33
32
159 156
155
67
41
25
90
103
104
158 157
68
43 42
34
27
15
91
69
35
26
86
92
46
37
36
29
6
106 105
145 118 119
2500
30
70
45 44
47
18
93
71
48
50
94
148
1.25
51
8
110
72
49
7
115
143
73
52
9
96
140 112
111
74
22 21
20
19
11
10
97
1.05
53
61
98
139
54
75
59 60 62
23
58
99
76
129
127 128
3500
84
2
89
102
82
136
88
135
131
138 137 101 87
130
81
80
4000
4500
5000
1
5500
6000
6500
7000
9
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Resultados Simulación
Dos escenarios desplegados por el método heurístico, el de la
izquierda considera la región de cobertura con un bajo nivel de
densidad y demanda teniéndose 512 potenciales usuarios con
 = 4 [ONU/Zona], el de la derecha presentaría un
nivel medio de densidad y demanda con 1024 usuarios a ser
cubiertos con  = 6 [ONU/Zona]. El número de puertos de las
ONU en ambos escenarios sería ξ3 = 1:32.
4
4
0.95
x 10
0.9
x 10
AWG
0.95
1
ONU
1
1.05
RESTRICCIONES: 1.05
Dmáx<S.T.
1.1
Atenuaciónmáx<S.T.
AWG
1.1
ONU
1.15
OLT
OLT
SP1
1.15
SP1
1.2
1.2
SP2
1.25
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
1.25
2500
SP2
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
10
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Resultados Simulación
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600
MAXIMUM ATTENUATION PATHS
[dB]
550
TOTAL COST
WDM/TDM-PON
THOUSAND DOLLARS
500
450
400
350
300
250
512 USERS-LOW DEMAND
200
1024 USERS-HALF DEMAND
150
100
2
3
4
5
6
7
1024 USERS-HALF DEMAND; OLT-->AWG
10
2048 USERS-HIGH DEMAND; OLT-->AWG
8
512 USERS-LOW DEMAND; AWG-->ONU
6
1024 USERS-HALF DEMAND; AWG-->ONU
4
2048 USERS-HIGH DEMAND; AWG-->ONU
2
2048 USERS-HIGH DEMAND
1
512 USERS-LOW DEMAND; OLT-->AWG
12
8
9
10
1
ITERACTIONS
Gráficas con 10 iteraciones
donde se puede ver la variación
de los Costos Totales de la red
y los valores de Atenuación en
los Trayectos
de Máxima
Pérdida en el presupuesto de
potencia.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ITERACTIONS
TABLA I: COSTOS Y ATENUACIONES EN SP Y AWG. FUENTE: [8]
#
PUERTOS DE
SALIDA
DIVISOR ÓPTICO
COSTO ATENUACIÓN
[$]
[DB]
COSTO
[$]
2
4
800
900
3
6
950
1100
8
1100
9
1400
16
1500
12
2000
32
2300
15
3200
64
3700
18
5600
AWG
ATENUACIÓN
[DB]
3
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7th IEEE Colombian Conference on Communications and Computing
Conclusiones, Aportes y Futuros Trabajos
En el presente trabajo se ha presentado una
metodología
para
el
despliegue
y
dimensionamiento
de
Redes
Híbridas
WDM/TDM–PON en cascada, que dan soporte
a Smart Grid, mediante Métodos Heurísticos
que buscan encontrar soluciones subóptimas al
menor
costo
posible,
mediante
una
Convergencia del Orden Polinomial, esto
sería un gran aporte para resolver el
problema en del dimensionamiento o
actualización de Redes de Acceso en el
segmento de Fibra Óptica, además se puede
abarcar gran número de Nodos y Enlaces, con
un tiempo de procesamiento no extenso.
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Conclusiones, Aportes y Futuros Trabajos
Para futuros trabajos en esta misma línea se
pretende hacer la designación de las longitudes
de onda y agregar la capacidad de tráfico en los
enlaces, es importante tener en cuenta que a
futuro esta arquitectura de red sería una muy
buena solución para la escalabilidad hacia las
redes WDM y DWDM, donde se podrían
reemplazar los SP por AWG, con lo cual se
aumentaría la capacidad ofrecida por ONU y
se
disminuirían
las
pérdidas
por
atenuación.
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7th IEEE Colombian Conference on Communications and Computing
Referencias
[1]
A. Aggarwal, S. Kunta, and P. K. Verma, “A proposed communications infrastructure for the smart grid,”
Innovative Smart Grid Technologies (ISGT), vol I, pp. 1-5, 2010.
[2]
A. Peralta–Sevilla, F. Amaya–Fernández, «Evolución de las Redes Eléctricas Hacia Smart Grid en Países de
la Región Andina,» Revista Educación en Ingeniería, vol.8, n° 15, pp. 48-61, 2013.
[3]
Z. Feng y Z. Yuexia, «Study on smart grid communications system based on new generation wireless
technology,» de Electronics, Communications and Control (ICECC), 2011 International Conference on,
2011.
[4]
M. Maier, «Survivability techniques for NG-PONs and FiWi access networks,» de Communications (ICC),
2012 IEEE International Conference on, 2012.
[5]
M. Maier, M. Levesque y L. Ivanescu, «NG-PONs 1 2 and beyond: the dawn of the uber-FiWi network,»
Network, IEEE, vol. 26, nº 2, pp. 15-21, March 2012.
[6]
A. Mitcsenkov, G. Paksy y T. Cinkler, «Topology design and capex estimation for passive optical networks,»
de Broadband Communications, Networks, and Systems, 2009. BROADNETS 2009. Sixth International
Conference on, 2009.
[7]
A. Mitcsenkov, G. Paksy y T. Cinkler, «Geography- and infrastructure-aware topology design methodology
for broadband access networks (FTTx),» Photonic Network Communications, vol. 21, nº 3, pp. 253-266,
2011.
[8]
B. Jaumard y R. Chowdhury, «An efficient optimization scheme for WDM/TDM-PON network planning,»
Computer Communications, vol. 36, nº 14, pp. 1539-1551, 2013.
[9]
A. Gómez-Martínez, F. Amaya-Fernández, R. Hincapié, J. Sierra y I. Tafur Monroy, «Optical access
multiservice architecture with support to smart grid,» de Communications and Computing (COLCOM), 2013
IEEE Colombian Conference on, 2013.
14
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