Arquitetura de acesso distribuído

O que é a arquitetura de acesso distribuído?

A arquitetura de acesso distribuído (DAA) é um método para descentralizar redes de cabos, realocando funções que normalmente ficavam no headend ou no hub para nodes ópticos inteligentes, mais próximos do assinante. Afastar essas operações do hub ajuda a reduzir requisitos de espaço e hardware, bem como restrições de resfriamento do headend conforme a quantidade de nodes continua a crescer exponencialmente. Um enlace de fibra Ethernet de 10 Gb é usado para conectar os componentes restantes ao node inteligente, substituindo o enlace óptico analógico anterior. 

À medida que a arquitetura de acesso distribuído foi ganhando forma, apareceram variações que movem estrategicamente partes selecionadas da arquitetura na direção downstream. A arquitetura de camada física remota (R-PHY) move a modulação e a demodulação para o node óptico e deixa a outra funcionalidade no headend. A MAC-PHY remota, ou R-MACPHY, também posiciona a camada MAC de processamento no node. Isto deixa apenas os servidores, switches e roteadores no headend. 

Uma terceira abordagem conhecida como Split-MAC move a camada PHY, entretanto somente uma parte das funções da camada MAC para o node óptico. A implementação da arquitetura de R-PHY e R-MACPHY também pode ser uma abordagem escalonada, dependendo do equipamento da operadora e de suas preferências.

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O que é a arquitetura CCAP distribuída? 

A CCAP distribuída é um subconjunto da arquitetura de acesso distribuído, baseado na plataforma de acesso de cabos convergidos, introduzida em 2011. A tecnologia CCAP foi projetada para atualizar e substituir os sistemas de terminação de modem a cabo (CMTS) no headend, unificando todas as funções de comutação, de roteamento e de QAM, alem de transmitir dados e vídeo a partir do mesmo dispositivo. 

Todos os canais tornaram-se digitais e todo o tráfego passou a basear-se no IP. Tal ação eliminou a necessidade da funcionalidade de combinador no headend. Substituir o CMTS por CCAP produziu eficiências gradativas, com menos consumo de energia e melhor QoS geral; entretanto, nenhuma economia substancial de espaço ficou evidente pois o tamanho do equipamento físico não mudou significativamente.

A CCAP dá um salto considerável para o futuro por meio da implementação da arquitetura CCAP distribuída. Semelhantemente à DAA, a camada PHY, camada DOCSIS MAC ou ambas podem ser migradas para o node inteligente. Os problemas de sincronismo causados pela separação das camadas PHY e MAC podem ser eliminados, combinando essas funções no node.

Implementação da arquitetura de acesso distribuído 

A implementação da arquitetura CCAP convencional, como ela finalmente se adaptou com o início da arquitetura de acesso distribuído, oferece um exemplo para abordagens certeiras e visionárias perspicazes para a implantação, à medida que a base da tecnologia muda rapidamente. Abordagens gradativas para a implementação podem ser mais econômicas, uma vez que a logística de Opex pode se tornar cada vez mais complexa conforme mais funções são migradas do headend para os nodes. As operadoras também podem preferir se desviar dos níveis de implementação completamente, à medida que novas inovações, como a DAA virtual, aparecem.

Para apoiar esses esforços de implementação, a CableLabs passou a introduzir novas especificações para DAA e CCAP distribuída que padronizam a interoperação entre dispositivos DAA de fabricantes diferentes. A R-PHY é um bom passo de implementação de transição para muitos com potencial de ROI imediato. 

Embora a mudança nos equipamentos possa ser considerada gradativa, o ingrediente comum para qualquer implementação de arquitetura de acesso distribuído é a ampla modificação dos nodes digitais e dos trechos de fibra mais profundos que estão conectados neles. Embora as estratégias de implementação possam diferir substancialmente, a necessidade de implementação contínua da arquitetura distribuída para sustentar a demanda é uma realidade do setor. 

Benefícios da arquitetura de acesso distribuído

Os benefícios mais óbvios e importantes da arquitetura de acesso distribuído são o espaço, a potência e a redução das demandas dos equipamentos de ventilação e ar-condicionado (HVAC) no local do headend (hub). Isto se torna cada vez mais valioso à medida que as taxas de subscrição e as larguras de bandas multiplicam-se e as melhorias na eficiência e na densidade dos equipamentos no headend tradicional lutam para acompanhar o ritmo. 

O enlace óptico digital leva finalmente a custos de operação e manutenção mais baixos e melhor visibilidade da rede. Aproximar a camada PHY do usuário final também produz benefícios de qualidade e desempenho, com melhorias na velocidade, redução de ruído e modulação, tudo como resultado direto da mudança. 

Com o escopo de operações no headend reduzido, os equipamentos podem ser consolidados com mais grupos de serviço, originando-se potencialmente do mesmo espaço físico. Isto ajuda a preparar o cenário para a banda larga da ordem de gigabit+, produzindo uma arquitetura modular que se alinha com o modelo desenvolvido para FTTx. 

A transição para fibra digital permite a multiplexação de mais comprimentos de onda ópticos e ordem mais elevada de QAM para maior eficiência espectral que incrementa a capacidade da rede geral à medida que a fibra migra mais profundamente na rede. O cabo digital também é capaz de cobrir maiores distâncias (80 km) com maior capacidade do que seus predecessores analógicos.

Desafios da arquitetura de acesso distribuído

Como ocorre com qualquer avanço significativo, a arquitetura de acesso distribuído também cria desafios específicos que precisam ser superados. O headend saturado da arquitetura convencional ainda pode ser benéfico devido a alguns aspectos de logística de manutenção, pois os equipamentos e as conexões estão centralizados. A DAA aumenta a importância e a funcionalidade dos nodes ópticos como troubleshooting e atualizações, que já eram realizados em um único local e agora estão separados geograficamente. 

Agora, essas posições de nodes incluirão diversas instalações em áreas externas com condições ambientais inerentemente mais agressivas que, algumas vezes, podem ser menos propícias para manutenção. O teste ambiental dos equipamentos é de fundamental importância para minimizar essas novas limitações. A descentralização inerente à DAA também produz oportunidade em potencial para ações de vandalismo, roubo ou outros danos em campo, com maiores consequências para a QoS e a área financeira. 

Outros desafios da arquitetura de acesso distribuído incluem a interoperabilidade e o sincronismo dos elementos de hardware que anteriormente ficavam juntos, mas agora podem estar separados por quilômetros ou centenas de quilômetros de distância. Esses desafios em potencial são amplamente superados pelos benefícios da DAA, embora novos modos de planejamento e de especialização sejam essenciais para uma implementação bem-sucedida. 

Aprofundamento da fibra e arquitetura de acesso distribuído

O processo de levar a fibra óptica digital mais para perto do cliente, para melhorar a eficiência e o desempenho, é conhecido como aprofundamento da fibra. O node+0 é a forma mais extrema de aprofundamento da fibra, significando que a fibra óptica estende-se amplamente do headend até o node óptico do último quilômetro, que fornece serviço ao usuário final, e todos os amplificadores são removidos das linhas, exceto aqueles que estão nos próprios nodes. Pouquíssimas operadoras têm planos significativos para o node+0 hoje, e a maioria está reduzindo as cascatas de amplificadores até o node+3 com planos para avaliar o aspecto econômico do n+0 em relação à fibra até a residência (FTTH) como o próximo passo.  

O aprofundamento da fibra em conjunto com a arquitetura de acesso distribuído produz uma alternativa viável à FTTH com menos alteração invasiva na infraestrutura existente, necessária para a implementação. Ao mesmo tempo, muitas operadoras de cabo escolheram o compromisso com uma ampla transição de FTTH. A DOCSIS 3.1, a DAA e o aprofundamento da fibra deram mais poder à infraestrutura híbrida de fibra/coaxial (HFC) para oferecer serviços da ordem de gigabits e manter o ritmo com as demandas de velocidade e de largura de banda.

Arquitetura de acesso centralizado x distribuído

Mesmo a despeito das inúmeras vantagens da arquitetura de acesso distribuído, algumas operadoras adotaram uma abordagem mensurada para a adoção. O investimento irrecuperável feito na infraestrutura da arquitetura centralizada existente pode influenciar o planejamento da transição, a partir do ROI ou das perspectivas de custo. A segurança é outro fator importante influenciando algumas em favor de uma abordagem centralizada. O local do headend central pode ser protegido com segurança e o acesso pode ser monitorado detalhadamente para prevenir o roubo de equipamentos ou de dados e sabotagem. As responsabilidades de manutenção e reparos associadas à DAA também podem ser um fator decisivo considerando-se que a abordagem de arquitetura de acesso distribuído poderia vir a exigir deslocamentos a uma ampla área geográfica para tarefas de recuperação que antes eram realizadas em um local central e controlado. 

A escalada contínua na demanda por serviços de dados de alta velocidade certamente vai expor os pontos de estrangulamentos que apenas se tornam mais intransponíveis conforme o uso cresce. Para as operadoras de cabo, o fardo na arquitetura do headend torna-se um dos obstáculos mais desafiadores a superar. 

A redução e a integração dos equipamentos eletrônicos pode levar um bom tempo para resolver essas preocupações, entretanto as pressões na capacidade no headend acelerou tão rapidamente que foi necessária uma mudança completa de paradigma. A arquitetura de acesso distribuído, arquitetura CCAP distribuída e o aprofundamento da fibra não apenas eliminam os pontos de estrangulamentos, mudando funcionalidades essenciais na direção downstream, mas também melhoram a QoS e introduzem fatores de modularidade para proteger esta arquitetura contra obsolescência à medida que a demanda inevitavelmente cresce. 

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Recursos para arquitetura de acesso distribuído:

R PHY Poster

Demystifying DAA Turn-Up and Test

How to Effectively Operationalize DAA

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Exploring Distributed Access Architectures Webinar

CableLabs, VIAVI, and other industry experts explore improving network efficiency with DAA.

Problemas resolvidos e problemas causados pela DAA