universidade federal do paranÁ claudio roberto …

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

CLAUDIO ROBERTO DURIGAN SOBRINHO

MATHEUS LOPES ENOMOTO

ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA EM DIFERENTES TOPOLOGIAS DE PROJETOS DE INSTALAÇÃO FTTX COM TECNOLOGIA

GPON

CURITIBA 2017


MATHEUS LOPES ENOMOTO

ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA EM DIFERENTES TOPOLOGIAS DE PROJETOS DE INSTALAÇÃO FTTX COM TECNOLOGIA

GPON

Monografia apresentada como requisito parcial à obtenção do título

de Bacharel, Curso de Bacharelado

em Engenharia Elétrica, Setor de

Ciências Exatas, Universidade

Federal do Paraná.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Eduardo

Pellenz

CURITIBA 2017

TERMO DE APROVAÇÃO


MATHEUS LOPES ENOMOTO ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA EM DIFERENTES TOPOLOGIAS DE PROJETOS DE INSTALAÇÃO FTTX COM TECNOLOGIA GPON

Monografia aprovada como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel, Curso

de Bacharelado em Engenharia Elétrica, Setor de Ciências Exatas, Universidade

Federal do Paraná, pela seguinte banca examinadora:

_________________________________

Prof. Dr. Marcelo Eduardo Pellenz

Orientador - Departamento de Engenharia Elétrica

_________________________________

Prof. Dr. Carlos Marcelo Pedroso

Avaliador 1 - Departamento de Engenharia Elétrica

_________________________________

Prof.ª. Dr. Evelio Martín García Fernández

Avaliador 2 - Departamento de Engenharia Elétrica

“Deixe o futuro falar a verdade e classificar cada um de acordo com seu trabalho e

conquista. O tempo presente

é de cada um. Já o futuro, o

qual eu tenho realmente

trabalhado, é meu. ”

(Nikola Tesla)

AGRADECIMENTOS

Primeiramente, ao Prof. Dr. Marcelo Eduardo Pellenz, por

sempre incentivar os alunos a procurarem seus sonhos e

desenvolverem suas ideias, mas também por ter aceito o papel

de orientador do Trabalho de Conclusão de Curso.

Somos também gratos ao Centro Politécnico, campus III da

Universidade Federal do Paraná, localizado no Jardim das

Américas, e a seus elementos correlacionados (professores, alunos, cantinas, restaurante universitário, etc.) por ter nos

proporcionado diversas e mais variadas emoções no decorrer de nossa jornada acadêmica e por nos preparar como seres

humanos aptos a desempenhar nossos devidos papéis sociais.

À minha família, por sua capacidade de acreditar e investir em

mim. Mãe, seu cuidado е dedicação foi que deram, em alguns

momentos, а esperança para seguir. Pai, sua presença

significou segurança е certeza de que não estou sozinho nessa

caminhada.

Por último, e não menos relevante, ditamos a grandee

importância de termos pessoas próximas que tornaram isso

tudo possível, seja incentivando, promovendo ou patrocinando.

“[...] É uma pena que a matemática seja necessária e, ao mesmo

tempo, seja tão difícil para algumas pessoas. Costuma-se dizer

– não sei se é verdade – que, quando tentava aprender

geometria com Euclides, um rei teria reclamado que aquilo era

difícil. Euclides teria dito: “Não existe caminho real para a

geometria. ” Realmente não existe. Os físicos não podem

converter a matemática em outra linguagem. Se você quer

aprender sobre a natureza, apreciar a natureza, é necessário

entender a linguagem que ela usa. Ela oferece suas

informações somente de uma maneira. Não devemos ser

presunçosos a ponto de exigir que ela mude. [...]”

Richard Feynman

RESUMO

Nos dias de hoje, o fluxo de informações através das redes de computadores

se tornou corriqueiro, rápido, confiável e de qualidade. Devido a isso inúmeras

aplicações e tecnologias se fizeram possíveis. Agora, com o advento de aplicações

que demandam maior largura de banda para o cliente final como serviços de “triple-play” (dados, vídeo e voz), novas soluções de transmissão de dados acabaram se

tornando populares entre as Operadoras e os Internet Service Providers (ISPs) - Provedores de Serviço Internet. A tecnologia Gigabit Passive Optical Network (GPON)

tem se mostrado uma ótima solução para prover banda larga, no entanto, devido às variações dos tipos de topologias de redes passivas (PON – Passive Optical Network)

definidas com base no número de acessos, tipos de acessos e posição dos elementos

de redes, acaba criando muitos desafios do ponto de vista de otimização. O projeto

desenvolvido neste trabalho propõe melhorar o planejamento de redes FTTx através de otimização da posição dos elementos de rede e revisão técnica de viabilidade do

projeto. Hoje, todas as tarefas à serem otimizadas são feitas pelo projetista de rede

PON de forma manual e visual. A proposta principal do trabalho foi desenvolver uma

ferramenta que auxiliasse no planejamento de rede FTTx, essa ferramenta trouxe

agilidade no desenvolvimento de novos projetos e também na tomada de decisão

baseada em demonstrativos de custos. Para desenvolvimento da ferramenta foram utilizados os softwares Mathematica e Google Earth.

Palavras-chave: PON, FTTx, GPON, Topologia, Otimização, ISP e Triple-Play

ABSTRACT

Nowadays, the flow of information through computer networks has become

commonplace, fast, reliable and of high quality. Due to this numerous applications and

technologies have become possible. Now with the advent of applications that demand

greater width End-user services such as triple-play services (data, video and voice), new solutions in data transmission became popular with Operators and Internet

Service Providers (ISPs). Gigabit Passive Optical Network (GPON) technology has

proven to be a great solution to provide broadband, however, due to variations in the

Passive Optical Network (PON) topologies, based on the number of users, types of

accesses and position of network elements, created many challenges from the point

of view of optimization. This work proposes to improve the planning of FTTx networks

by optimizing the position of the network elements and the technical feasibility of the

Project. Today, all the tasks to be optimized are done manually and visually by the

PON network designer. The main proposal of the work was to develop a tool that could

help in the planning of FTTx network, this tool brought agility in the development of

new projects and in the decision-making based on cost statements. The tool was

developed using software Mathematica and geographical information from Google Earth.

Keywords: PON, FTTx, GPON, Topology, Optimization, ISP and Triple-play.

10

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Quantidade de acessos de FTTx no Brasil ................................................................. 15

Figura 2 – Refração da Luz I ............................................................................................................ 16

Figura 3 – Refração da Luz II ........................................................................................................... 17

Figura 4 – Refração da Luz III .......................................................................................................... 18

Figura 5 – Reflexão interna total na fibra óptica ............................................................................ 18

Figura 6 – Fibras monomodo e multimodo ..................................................................................... 19

Figura 7 – Diagrama de rede PON .................................................................................................. 21

Figura 8 – Topologia de rede centralizada ..................................................................................... 22

Figura 9 – Topologia de rede com convergência local ................................................................. 22

Figura 10 – Topologia de rede distribuída ...................................................................................... 23

Figura 11 – Características da tecnologia GPON ......................................................................... 25

Figura 12 – Perdas em redes FTTx ................................................................................................. 26

Figura 13 – Diagrama de rede FTTx ............................................................................................... 28

Figura 14 – Topologia de rede FTTx ............................................................................................... 30

Figura 15 - Topologia de rede FTTx com cabo Drop .................................................................... 31

Figura 16 – Diagrama de blocos da ferramenta de planejamento ............................................. 34

Figura 17 – Marcações das esquinas ............................................................................................. 38

Figura 18 – Grafo das esquinas ....................................................................................................... 39

Figura 19 – Projeto 1 (1x4 + 1x16) .................................................................................................. 43

Figura 20 – Projeto 2 (1x8 + 1x8) .................................................................................................... 44

Figura 21 – Projeto 3 (1x4 + 1x16) .................................................................................................. 46

Figura 22 – Otimização da posição do 2º nível de splitter ........................................................... 47

Figura 23 – Projeto de Eunápolis na Bahia .................................................................................... 48

Figura 24 – Projeto de Eunápolis na Bahia (elementos de rede) ............................................... 48

Figura 25 – Projeto de Eunápolis na Bahia (ferramenta de planejamento) .............................. 49

Figura 26 – Diagrama de blocos final da ferramenta de planejamento ..................................... 51

11

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Atenuação das fibras ..................................................................................................... 20

Tabela 2 – Perdas ópticas ................................................................................................................ 27

Tabela 3 – Marcação das esquinas ................................................................................................. 38

Tabela 4 – Tabela de esquinas ........................................................................................................ 41

Tabela 5 – Tabela de cabos ............................................................................................................. 41

Tabela 6 – Comparativo de topologias ........................................................................................... 42

Tabela 7 – Comparativo Real x Simulado ...................................................................................... 50

12

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 13

1.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................................................. 13

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................. 14

1.3 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................................... 14

2 REVISÃO TEÓRICA .................................................................................................... 16

2.1 FUNCIONAMENTO DA FIBRA ÓPTICA EM REDES PON .............................................. 16

2.2 REDE PON ............................................................................................................................... 20

2.3 GPON ........................................................................................................................................ 24

2.4 PERDAS ÓPTICAS ................................................................................................................. 25

2.5 PROJETO DE REDE FTTx .................................................................................................... 27

3 PROJETO .................................................................................................................... 32

3.1 SOFTWARE MATHEMATICA ............................................................................................... 32

3.2 PREMISSAS DO PROJETO .................................................................................................. 33

3.3 DIAGRAMA DE BLOCOS DA FERRAMENTA DE PLANEJAMENTO ........................... 33

3.4 ETAPAS DO PROJETO ......................................................................................................... 34

4 RESULTADOS OBTIDOS ............................................................................................ 38

4.1 PROJETO COM CLIENTES ALEATÓRIOS ........................................................................ 39

4.2 PROJETO COM CLIENTES DEFINIDOS ........................................................................... 45

4.3 COMPARATIVO COM PROJETO REAL ............................................................................. 47

5 CONCLUSÃO .............................................................................................................. 52

6 TRABALHOS FUTUROS ............................................................................................. 53

7 REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 54

8 CÓDIGO DA FERRAMENTA ........................................................................................... 57

13

1 INTRODUÇÃO

A Internet é um sistema global de redes de computadores, todos interligados para

que seja possível a troca de informações e dados através de um conjunto de

protocolos de comunicação entre redes de computadores. Desde o início da troca de

dados e informações até os dias de hoje, a demanda por largura de banda no

ambiente corporativo e residencial tem aumentado exponencialmente, devido a isso,

a inovação nos meios de comunicação para a entrega de Internet no usuário final tem

sido necessária. Por consequência das limitações das tecnologias de transmissão de

dados do provedor de internet até o cliente final fez-se necessário a evolução das

redes de transmissão via rádio, híbrida (HFC), xDSL, Satélite, Ethernet, Cable

Modem, dentre outras migrarem para atendimento com fibra óptica até o usuário. Isso

porque a tecnologia permite um aumento de banda representativo, junto com a

possibilidade de estruturar uma rede com maior vida útil de produto e tecnologia.

Para o modelo de rede PON (Passive Optical Network) seja alcançado de forma

satisfatória, tecnicamente e economicamente, um bom planejamento é necessário.

Tendo em vista a quantidade de variáveis em um projeto de rede FTTx (Fiber To The

x), conseguir projetar uma rede de forma rápida e coerente tem-se mostrado cada vez

mais interessante para os pequenos, médios e grandes provedores de Internet. Nesse

caso, uma ferramenta de projeto FTTx torna-se fundamental para estudo de

viabilidade técnica e econômica.

1.1 OBJETIVO GERAL

Desenvolver uma ferramenta de projeto de rede FTTx que possa auxiliar e agilizar o

estudo de viabilidade técnica e econômica do projeto de rede PON.

14

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Desenvolvimento de uma ferramenta para planejamento de Redes GPON.

Reduzir o investimento de implantação de uma rede GPON.

Utilizar informações geográficas da topologia de implantação da rede (posição

de postes / assinantes).

Otimizar a posição dos splitters para reduzir o comprimento total do Drop Cable.

Implementar a ferramenta de planejamento no Software Mathematica.

Ao ser levada em conta a ideia de inovação, para complementar o sistema atual

de desenvolvimento de projetos de redes FTTx, é necessário que o resultado do

programa apresente confiabilidade, podendo diminuir o número de revisões de projeto

necessárias e sua complexidade inicial. Leva-se em conta que os projetos atuais são

desenvolvidos de forma manual com cálculos padrões que podem ser automatizados,

de tal forma que as peculiaridades de qualquer projeto poderão ser incluídas nesses

cálculos de forma a se tornar uma premissa ajustável em cada caso específico. Há

também a necessidade de que a ferramenta gerada otimize de forma real o custo de

implantação da rede FTTx.

1.3 JUSTIFICATIVA

Para justificar o desenvolvimento desse projeto fez-se necessário a verificação da

quantidade de ISPs (Provedores de Internet) no Brasil que utilizam de tecnologia de

atendimento ao cliente final passível de migração para uma rede FTTx.

15

Os dados coletados na ANATEL são apresentados na Figura 1, mostram que no

Brasil nós temos uma caracterização de migração de tecnologia dos usuários final de

internet para redes com fibra óptica. Tendo em vista que esse crescimento é

acompanhado paralelamente com a necessidade de projeto de redes de FTTx, a

ferramenta para estudo de viabilidade é fundamental para otimizar as atividades de

projetistas ou consultores que atendem esse segmento.

Figura 1 – Quantidade de acessos de FTTx no Brasil

Fonte: Anatel (2017)

Torna-se essencial melhorar a maneira com que os projetos de rede FTTx são

desenvolvidos, para que a rapidez no desenvolvimento dos projetos seja compatível

com a demanda dos provedores de Internet, considerando as características de um

bom projeto de engenharia, com otimização dos custos, com a qualidade e a

viabilidade técnica da rede e econômica da rede.

16

2 REVISÃO TEÓRICA

2.1 FUNCIONAMENTO DA FIBRA ÓPTICA EM REDES PON

A fibra óptica aplicada em redes de computadores para transmissão de dados é

utilizada aplicando o princípio físico da reflexão interna total da luz. Esse princípio da

natureza explicado no livro “FUNDAMENTOS DA FÍSICA: Eletromagnetismo” é

expresso matematicamente pela equação 1.

μ1senθ1 = μ2senθ2 (1)

As variáveis μ1 e μ2 representam os índices de refração dos meios por onde o

feixe luz transita, já as variáveis θ1 e θ2 representam os ângulos medido entre o feixe

de luz e a reta normal do ponto de incidência entre os dois meios. A Figura 2 ilustra o

efeito de refração da luz ao mudar de meio de propagação.

Figura 2 – Refração da Luz I

Fonte: Elaborada pelos autores (2017)

Como ilustrado na Figura 2, no primeiro caso o feixe luz se propaga de um meio

com índice de refração menor para o meio com índice de refração maior, logo, o

ângulo entre o feixe de luz e a reta normal à superfície é maior no primeiro meio do

que no segundo.

17

Já no segundo caso, o feixe de luz se propaga de um meio com índice de refração

maior para o meio com índice de refração menor, logo, o ângulo entre o feixe de luz

e a reta normal à superfície é menor no primeiro meio do que no segundo. Por

consequência desse efeito, ao aumentarmos o ângulo de incidência do feixe de luz

no meio com maior índice de refração tem-se para um determinado ângulo de

incidência específico um feixe de luz refratado com ângulo igual à 90º. Isso significa

que o feixe de luz estaria saindo paralelamente à superfície de contato entre os meios.

A equação 1 pode ser ajustada para se encontrar o ângulo de incidência do feixe para

que esse efeito ocorra, a equação 2.2 expressa esse efeito em função dos índices de

refração dos meios.

μ1sen90º = μ2senθ2 (2)

senθ2 =μ1

μ2 (2.1)

θ2 = sen−1 μ1

μ2 (2.2)

A Figura 3 ilustra o efeito de se ter um feixe refratado com ângulo igual à 90º.

Figura 3 – Refração da Luz II


Se o ângulo de incidência do feixe de luz for maior do que o que causa um feixe

de luz refratado com ângulo de 90º o efeito causado será o de reflexão interna total.

18

Isso fará com que o feixe luz não saia do meio com índice de refração maior para o

meio com o índice de refração menor. Esse efeito é ilustrado na Figura 4.

Figura 4 – Refração da Luz III


O efeito de reflexão interna total é utilizado para transportar o sinal de luz na

fibra óptica. A fibra óptica é fabricada com um núcleo de fibra de vidro de índice de

refração determinado e uma casca que envolve a mesma possui um índice de refração

menor do que a fibra de vidro. Assim, ao ser transmitido um sinal de luz por meio da

fibra, o sinal segue o percurso delimitado pela fibra, sem que o sinal saia do meio de

transporte desejado (fibra de vidro). A Figura 5 ilustra esse efeito na fibra óptica.

Figura 5 – Reflexão interna total na fibra óptica


19

Com o mesmo conceito de propagação de luz sobre o meio da fibra óptica existem

dois modelos principais de fibra óptica utilizados para comunicação de dados, são

elas as fibras monomodo e as fibras multimodo. A fibra monomodo é produzida com

um núcleo de fibra de vidro menor do que o modelo multimodo, por consequência da

diferença de diâmetros as aplicações de cada uma também são diferentes.

No caso do modelo monomodo, ela disponibiliza um alcance maior de transporte

de luz sem dispersão do comprimento de onda, isso porque o núcleo e a casca da

fibra óptica não permitem que um ângulo de incidência na casca seja muito grande,

consequentemente, o sinal não se altera em longas distância. Já o modelo multimodo,

gera a dispersão do comprimento de onda da luz quando utilizado em distâncias mais

longas que 1 km. A Figura 6 apresenta as diferenças características entre os dois

modelos de fibra óptica.

Figura 6 – Fibras monomodo e multimodo


Quando consideramos atenuação de sinal nos dois modelos de fibra óptica, vê-

se características físicas diferentes também, sendo o modelo monomodo responsável

por uma atenuação de sinal menor do que o modelo multimodo. A Tabela 1 apresenta

as atenuações de cada um dos modelos de fibra em seus comprimentos de onda

utilizados, conforme as recomendações da ITU-T G.657 e a ITU-T G.651

20

Tabela 1 – Atenuação das fibras

Modelo de

Fibra

Comprimento de onda com atenuação

mais crítica

Atenuação

[dB/km]

Monomodo 1310 nm 0,40

1550 nm 0,22

Multimodo 850 nm 3,00

1300 nm 1,00

Fonte: Normas ITU-T G.657 e ITU-T G.651 (2017)

Na prática, visualiza-se o uso do modelo multimodo em conexões entre

datacenter ponto-a-ponto e fibra monomodo para longas distâncias. Mesmo tendo a

possibilidade de utilizar uma fibra monomodo no lugar da multimodo isso não é

realizado com frequência devido ao fato dos periféricos (componentes eletrônicos)

utilizados para cada modelo de fibra possuírem um custo menor para o modelo

multimodo.

2.2 REDE PON

Rede PON (Passive Optical Network) é definida, conforme a norma ITU-T G.984.1,

como uma rede na planta externa sem a presença de equipamentos ativos

(amplificadores, switches, pontos de distribuição, etc.). Esse modelo de rede externa

possui vantagens quando comparado com o os modelos de rede externa que

possuem equipamentos ativos na planta externa. Algumas vantagens são:

Não sofre com distúrbios elétricos da rede elétrica.

Não sofre com a falta de energia causada por agentes externos.

Não sofre com interferência eletromagnética por utilizar materiais dielétricos.

21

Além de não ser necessário nenhum tipo de equipamento ativo entre a central de

equipamentos do provedor de internet e o cliente final, com apenas uma fibra saindo

da central de equipamentos é possível atender de 1 a 128 clientes finais, dependo do

dimensionamento do projeto. Isso porque com o splitter óptico (divisor de sinal óptico)

é possível fazer com que o sinal da fibra seja dividido em outras fibras. A Figura 7

ilustra o diagrama de uma rede PON. A rede externa possui apenas elementos

passivos, que transportam o sinal de luz, sendo eles a fibra óptica e o divisor óptico.

Figura 7 – Diagrama de rede PON


Existem diversas topologias de rede PON, elas são definidas pela posição da

rede FTTx em que se coloca o splitter óptico. Esse posicionamento é determinado

conforme as necessidades técnicas e econômicas que o projeto precisa contemplar.

Algumas topologias existentes em redes PON e usualmente utilizadas são:

Centralizada, Convergência Local e Distribuída.

Na topologia Centralizada a divisão óptica do sinal é feita totalmente na central

de equipamentos, consequentemente, nesse modelo existe uma fibra dedicada para

cada assinante da central de equipamentos até o assinante final. A Figura 8 apresenta

o conceito de topologia centralizada.

22

Figura 8 – Topologia de rede centralizada


Já o modelo de Convergência Local a divisão óptica do sinal é totalmente feita

em um único ponto da planta externa, neste caso o cliente final tem uma fibra dedicada

a partir de um ponto de consolidação da rede externa. Na Figura 9 apresenta-se o

conceito de convergência local.

Figura 9 – Topologia de rede com convergência local


23

No modelo de rede Distribuída a rede possui no mínimo dois níveis de divisão

óptica, e esses níveis não precisam estar posicionados na mesma região física da

rede, podendo por exemplo ter um splitter na central e outro na planta externa de

forma a cascatear a divisão óptica, ou dois splitters cascateados na planta externa.

Uma consequência disso para a rede óptica é que ela pode ser dimensionada para

ter um cabo principal com menor quantidade de fibras ópticas do que os modelos

anteriores. A Figura 10 ilustra o modelo de topologia distribuída.

Figura 10 – Topologia de rede distribuída


Para determinar a melhor topologia a ser utilizada é necessário entender os

requisitos técnicos e financeiros que o projeto pretende cumprir. Com essas

premissas é possível projetar redes e levantar custos de implementação para cada

uma das topologias.

24

2.3 GPON

GPON (Gigabit Passive Optical Network) é uma família de recomendações

definidas pela ITU-T, suas referências são encontradas na ITU-T G.984. Com essas

recomendações é possível realizar o transporte de dados utilizando a rede PON. Os

elementos característicos da tecnologia GPON são a OLT (Optical Line Termination)

e a ONU (Optical Network Unit). Cada um dos elementos possui uma função. No caso

da OLT, a porta PON desse equipamento é responsável por enviar o sinal óptico até

o cliente final, já a ONU, a sua função é receber o sinal da OLT e filtrar apenas o que

lhe é destinado.

O GPON opera com operação full-duplex, ou seja, ele utiliza uma fibra para

realizar o a transmissão do sentido da OLT para ONU e da ONU para a OLT. Isso é

possível pois o protocolo GPON separa em comprimentos de onda eletromagnética

diferentes a operação de downstream e upstream. O sentido de downstream é emitido

da OLT para a ONU, já o upstream é a operação de sentido reverso, ou seja, da ONU

para a OLT. Os comprimentos de ondas utilizados para cada uma das transmissões

é de1490nm para downstream e 1310nm no upstream.

Uma característica importante de transmissão do protocolo GPON é que o

downstream e o upstream possuem larguras de banda assimétricas. Para o

downstream o protocolo GPON permite uma largura de banda de 2,5 Gbps, já para o

upstream a largura de banda é possível é de 1,25 Gbps. A maneira como o transporte

de dados é realizada também possui diferença, no caso do downstream, o método

utilizado é Broadcast, já no sentido de upstream o método é o TDMA.

A Figura 11 apresenta um resumo de como a transmissão em redes GPON opera,

tendo as características apresentadas anteriormente resumidas para cada um dos

sentidos de transmissão: downstream e upstream.

25

Figura 11 – Características da tecnologia GPON


A razão de divisão de atendimento por fibra em um projeto com tecnologia GPON

é limitada inicialmente para o máximo permitido pelo protocolo, nesse caso, 128. Isso

quer dizer que em uma fibra conectada à uma porta PON da OLT é possível dividir o

acesso para até 128 usuários.

Essa limitação de autenticação de ONUs por porta não deve ser o único critério

para realização de um projeto, tendo em vista que outras limitações técnicas podem

fazer com que essa quantidade de acessos não seja possível, por exemplo:

disponibilidade de largura de banda atual, disponibilidade de largura de banda para o

futuro, perdas ópticas, entre outras características de operação de rede.

2.4 PERDAS ÓPTICAS

As perdas ópticas em uma rede PON estão vinculadas principalmente à:

𝛼𝑓𝑖𝑏 - Perdas no cabo de fibra óptica [dB/km]

𝛼𝑠𝑝𝑙 - Perdas nos Splitter [dB]

𝛼𝑒𝑚 - Perdas por emendas ópticas [dB]

𝛼𝑐𝑜𝑛 - Perdas por conexões [dB]

26

Para o projeto, é possível calcular uma estimativa de atenuação do sinal da saída

da OLT até a ONU mais distante. Como em grande parte das vezes a ONU mais

distante fisicamente da OLT é a ONU com maior atenuação do sinal, através de uma

estimativa é possível estimar no desenvolvimento do projeto se o sinal que chegará

até a ONU está dentro da faixa de potência de operação da mesma. A Figura 12 ilustra

as perdas ópticas de uma rede FTTx e a faixa de potência de sinal óptico que uma

ONU precisa receber para operar de forma adequada, sendo entre -27 < ONU < -9

dBm. Já a OLT possui uma faixa de operação de sinal óptico de saída de 3 dBm.

Figura 12 – Perdas em redes FTTx


A Tabela 2 fornece algumas perdas para utilizar na equação 3 de perdas

ópticas da rede.

𝛼𝑡𝑜𝑡 = 𝛼𝑓𝑖𝑏 + 𝛼𝑠𝑝𝑙 + 𝛼𝑒𝑚 + 𝛼𝑐𝑜𝑛 (3)

27

Tabela 2 – Perdas ópticas

Fonte: Normas ITU-T G.652.B, ANATEL, EIA/TIA 568 (2017)

2.5 PROJETO DE REDE FTTx

Os projetos de rede FTTx estudados através de artigos científicos apresentam um

ponto em comum, a otimização técnica e a viabilidade econômica de um projeto de

rede FTTx são medidas que normalmente não podem ser atingidas de forma absoluta

sem prejudicar uma à outra.

Para um melhor entendimento da rede FTTx é necessário compreender a os

segmentos e regiões existentes dentro do modelo da rede, somente com essa

compreensão é possível otimizar um projeto no seu total. A Figura 13 ilustra um

diagrama de rede PON segmentada por suas regiões características.

28

Figura 13 – Diagrama de rede FTTx


O central office é a região da rede em que se posiciona uma ou mais OLTs, nessa

região da rede tem-se elementos de rede FTTx ativos e passivos. Têm-se por

Distribution Area a região da rede que está entre os elementos de rede Main Cable e

Distribution Cable. Diferente do Central Office, posiciona-se nessa região apenas

elementos passivo. Nessa região encontra-se os cabos que saem do Central Office

chamados de cabos principais, elementos como divisores ópticos de 1º nível, caixas

de distribuição e os cabos que distribuem as fibras ópticas para as regiões de

atendimento. Têm-se por Access Area a região entre o elemento de rede externa que

se conecta diretamente com o cliente final. Da mesma forma que a região de

distribuição, nessa região posiciona-se somente elementos passivos. Caixas de

atendimento, divisores ópticos e cabos Drop encontram-se nesse segmento da rede.

Para que os equilíbrios técnicos e econômicos aconteçam é necessário

primeiramente entender alguns parâmetros, por exemplo:

Região geográfica de atendimento

Quantidade de assinantes final da região de atendimento

Largura de banda média que será ofertada

29

Com os parâmetros iniciais definidos, é possível por exemplo definir se o

orçamento de potência óptica estará atendendo a faixa de operação da OLT e da

ONU. Por consequência da distância que a fibra terá que percorrer, verifica-se qual a

razão de divisão máxima para cada fibra possa ser dividida sem comprometer a

operação da rede.

Conforme apresenta-se nos artigos científicos “Towards Achieving Practical GPON

FTTH Designs” e “Design and Implementation of a Fiber to the Home FTTH Access

Network based on GPON”, em um projeto de rede FTTx o custo total de cabo Drop

pode chegar a atingir um custo três vezes maior do que o custo dos cabos principais

e de distribuição. Como o elemento da rede externa que se conecta ao cliente final,

utilizando o cabo Drop, pode ser posicionado conforme a necessidade do projeto,

otimizar o posicionamento desse elemento o mais próximo de grupos de possíveis

assinantes torna-se uma ótima maneira de reduzir o custo final da rede FTTX, tendo

em vista que o consumo de cabo Drop para o atendimento do cliente final reduzirá de

forma direta.

Na Figura 14 apresenta-se uma ilustração da distribuição de cabos desde o

Central Office, até a caixa de atendimento com o splitter de 2º nível em um diagrama

com topologia de splitter distribuído.

30

Figura 14 – Topologia de rede FTTx


Já na Figura 15, ilustra-se que a quantidade de cabo Drop, mesmo não estando

com toda a planta externa instalada, é muito maior do que a dos outros modelos de

cabos, da mesma forma que se apresenta nos artigos estudados.

31

Figura 15 - Topologia de rede FTTx com cabo Drop


32

3 PROJETO

O principal foco do projeto é desenvolver uma ferramenta que auxilie no

planejamento de uma rede FTTx com tecnologia GPON. Para isso considera-se

importante ter como resultado:

Redução do investimento de implantação de uma rede GPON. Utilizando

informações da posição geográficas de esquinas, postes e assinantes da

região de implantação da rede

Otimização da posição dos splitters de 2º nível para reduzir o comprimento total

do cabo Drop a ser utilizado. Tendo em vista que o divisor óptico estará

posicionado dentro da caixa de atendimento que se conecta ao cliente final

Uma ferramenta desenvolvida no software Mathematica capaz de ser utilizada

em outros projetos de rede FTTx

3.1 SOFTWARE MATHEMATICA

Escolheu-se o software Mathematica para desenvolvimento da ferramenta de

planejamento, pois o software possui uma linguagem de desenvolvimento de alto

nível, requerida para manipulação matemática, e otimização de informações externas

ao programa, por exemplo as premissas e parâmetros do mapa da região do projeto.

A otimização do planejamento é feita com a geração de um grafo, gerado pelo

próprio software, com base nos dados de entrada fornecidos, utiliza-se o mesmo para

fazer as otimizações através do método de clutering chamado k-means já

incorporados pelo próprio software.

Além de termos como premissa uma redução de investimento, o Mathematica

também possibilita gerar um resultado gráfico da planta do projeto inicial em conjunto

33

com os elementos de rede FTTx, dessa forma, o trabalho do projetista contará com

redução no tempo de trabalho ao utilizar a ferramenta.

3.2 PREMISSAS DO PROJETO

Para trabalhar com a ferramenta desenvolvida, estipulou-se algumas premissas,

são elas:

Definição do Central Office

Mapa aéreo com a localização dos assinantes

Rota do Cabo principal já definida.

Razão de divisão da porta PON da OLT define-se em 1x64

Delimitação da região de atendimento

3.3 DIAGRAMA DE BLOCOS DA FERRAMENTA DE PLANEJAMENTO

Desenvolveu-se a ferramenta de tal forma que a mesma pudesse apresentar

resultados parciais entre cada etapa, importante para a verificação da viabilidade

técnica. Na Figura 16 apresenta-se um diagrama das etapas para execução da

ferramenta. As etapas 1, 2 e 5 são as únicas em que o projetista da rede precisa

atuar de forma direta, as demais são realizadas automaticamente pela ferramenta.

34

Figura 16 – Diagrama de blocos da ferramenta de planejamento


3.4 ETAPAS DO PROJETO

Segmenta-se as etapas do planejamento da rede para que seja possível trabalhar

otimizando os dados que são inseridos na ferramenta.

A decisão de escolher uma região para planejar a rede FTTx pode ser tomada de

forma não técnica, tendo em vista que a própria ferramenta estará ajudando a limitar

um eventual projeto com inviabilidade técnica. A decisão pelo local utilizado (etapa 1),

inicialmente para estudo, com informações estratégicas de demanda de mercado,

como mecanismo de conversão de assinantes da concorrência para a sua operação,

entre outros fatores comerciais.

Para tornar a ferramenta de planejamento mais eficiente, definiu-se que a mesma

executaria a otimização exportando arquivos com elementos georreferenciados do

35

software Google Earth no formato KML (etapas 2 e 5), a partir disso as informações

inseridas seriam tratadas pela ferramenta.

Tendo o arquivo KML já com as todas as esquinas da região do projeto definidas

com suas respectivas marcações geográfica (etapa 3), a ferramenta conseguirá

exportar essas informações para um formato de grafo (etapa 4 e 6). É de extrema

importância nesta etapa que esses marcadores estejam devidamente alocados

conforme a região de atendimento, tal importância é dada pois todos os cálculos

subsequentes realizados pela ferramenta terão como premissa as esquinas

mapeadas pelo projetista. Utiliza-se como métrica para leitura do posicionamento das

esquinas, dos assinantes e de todos os elementos da rede as coordenadas

geográficas em latitude e longitude. Esse padrão de métrica inserido na ferramenta

deve-se ao fato de que todos os elementos marcados diretamente no Google Earth

podem ser importados pelo Mathematica, tornando os resultados dos cálculos de

otimização ainda mais realistas. Resulta-se da marcação das esquinas a possibilidade

de interconectá-las em forma de grafo. Dessa operação temos a representação das

ruas, sendo elas um possível trajeto para os elementos da rede, por exemplo, os

cabos ópticos.

Após o mapeamento dos possíveis clientes através do Google Earth exporta-se as

informações para a ferramenta de planejamento e consolida-se essas informações

junto com as informações das esquinas. Possibilita-se a partir desta etapa que a

ferramenta inicie os cálculos de otimização para a rede FTTx.

Para que seja possível a redução de cabos Drop utilizados no projeto, o

agrupamento dos assinantes mais próximos é de extrema importância para que o

splitter de 2º nível seja posicionado na melhor posição entre os possíveis assinantes

desse grupo. Desta forma a quantidade de cabo Drop será diminuída diretamente.

Nesta etapa de clustering, agrupa-se os clientes em grupos de até 8 ou 16 assinantes

(etapa7). Divide-se dessa forma para que na próxima etapa seja possível colocar um

elemento de rede a fim de atender a esse grupo de assinantes. Através cálculos

matemáticos no software Mathematica, calcula-se a melhor posição do splitter de

36

segundo nível (etapa 8). Essa etapa tem como objetivo otimizar a quantidade de cabo

Drop que será consumido para a ativação do cliente final, posicionando o splitter de

2º nível a uma distância média de todos os assinantes do cluster.

Como etapa complementar ao que foi proposto no início do projeto, a ferramenta

de planejamento também calcula o melhor posicionamento para o splitter de 1º nível.

Essa etapa tem como objetivo otimizar a quantidade de cabo de Distribuição. Desta

forma, o resultado final da otimização de rede FTTx é ainda mais completo, pois todos

os elementos da rede externa são posicionados, reduzindo o investimento no projeto.

Com as informações de melhor posição do splitter de 2º nível, a ferramenta

apresenta um grafo com as informações complementares do que já foi apresentado.

Nesta etapa, já é possível visualizar onde estarão todos os elementos de rede que

serão utilizados antes de atender um possível assinante (etapa 9). A partir do grafo

com todas as informações dos elementos de rede, a ferramenta calcula a quantidade

de cabo Drop utilizada para atender todos os assinantes, isso significa, que a

quantidade de cabo Drop é otimizada desde o momento em que se projeta a rede,

uma dificuldade atual muito grande, pelo fato de não se saber onde estarão os

possíveis novos assinantes. Neste caso, facilita-se a definição da caixa de

atendimento que conectará o assinante à rede no momento da ativação, tendo em

vista que a otimização da posição da caixa de atendimento já tem os seus possíveis

assinantes pré-determinados.

Para consolidar tecnicamente a possibilidade de implantação do projeto, na última

etapa de cálculo da ferramenta de planejamento (etapa 11), é calculado o orçamento

de potência do assinante mais crítico. Esse assinante mais crítico é o assinante mais

distante do Central Office. A ferramenta calcula de forma automática qual o cliente

mais distante e com essa informação, utiliza-se a equação 3 para estabelecer a

viabilidade técnica do projeto.

𝛼𝑡𝑜𝑡 = 𝛼𝑓𝑖𝑏 + 𝛼𝑠𝑝𝑙 + 𝛼𝑒𝑚 + 𝛼𝑐𝑜𝑛 (3)

37

O cálculo deve conter as informações de potência de saída da OLT e faixa de sinal

óptico para operação da ONU. A Figura 12 ilustra as considerações da equação 3.

Valida-se a potência óptica das OLTs e ONUs conforme o fabricante do produto,

demonstra-se essas informações nas equações 4 e 5.

𝑃𝑂𝐿𝑇 = 𝑓𝑎𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 (4)

𝑥 < 𝑃𝑂𝑁𝑈 (𝑓𝑎𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒) < 𝑦 (5)

Para exemplificação dos cálculos realizados na validação do orçamento de

potência óptica, temos as equações 6 e 7.

𝑃𝑂𝐿𝑇 = 3 𝑑𝐵𝑚 (6)

−27 < 𝑃𝑂𝑁𝑈 < −9 𝑑𝐵𝑚 (7)

Na equação 8 apresenta-se o cálculo da potência da ONU quando considerado as

variáveis de potência de saída da OLT e das perdas ópticas da rede, já na equação 9

apresenta-se a inequação final que precisa ser validada matematicamente para que a

rede possa ser considerada operável.

𝑃𝑂𝑁𝑈 = 𝑃𝑂𝐿𝑇 − 𝛼𝑡𝑜𝑡 (8)

−27 < 𝑃𝑂𝐿𝑇 − 𝛼𝑡𝑜𝑡 < −9 𝑑𝐵𝑚 (9)

Com os cálculos de otimização realizados, a ferramenta apresenta os resultados

para que possa ser feito a comparação entre os diferentes projetos. Desta forma é

possível escolher a topologia mais adequada baseando-se nas informações técnicas

e econômicas obtidas.

38

4 RESULTADOS OBTIDOS

Apresenta-se nesta etapa os resultados obtidos em cada um dos segmentos da

ferramenta. Todo o código desenvolvido está disponível no apêndice.

Validou-se a ferramenta com um pré-projeto para o bairro do Ouro Verde,

localizado no município de Campo Largo. Obteve-se como resultados as informações

apresentadas nesta sessão.

A Figura 17 apresenta a marcação das esquinas feita através do Google Earth.

Como resultado da importação desse arquivo para a ferramenta de planejamento,

teve-se como resposta do programa a Tabela 3.

Figura 17 – Marcações das esquinas


Tabela 3 – Marcação das esquinas


39

Resultou-se da operação um grafo com 55 posições, sendo essas as esquinas

demarcadas no Google Earth. O programa também delimitou automaticamente a área

em que terá os seus cálculos realizados. Estabeleceu-se nesta etapa um nome para

cada uma das 55 esquinas demarcadas, dessa forma, teve-se a formação visual de

cada um dos pontos em forma de números. A Figura 18 apresenta o resultado da

operação realizada pela ferramenta.

Figura 18 – Grafo das esquinas


4.1 PROJETO COM CLIENTES ALEATÓRIOS

Inseriu-se de forma aleatória 40 clientes no grafo, porém, para um projeto real, é

possível importar direto do Google Earth um arquivo com as marcações da posição

dos possíveis assinantes, semelhante ao processo de importação dos pontos

geográficos das esquinas. Nesta etapa, toda a vez que a ferramenta é executada,

40

teremos uma informação diferente, tendo em vista que a operação de inserção de

possíveis assinantes foi feita de forma aleatória. É possível operar a ferramenta de

forma a validar qualquer distribuição de clientes pois a ferramenta permite inserir a

posição dos assinantes de forma manual e real.

Definiu-se para os projetos, splitter de primeiro nível 1x4 e 1x8, agrupamentos de

até 16 e 8 assinantes respectivamente. Esses agrupamentos foram definidos para que

todos pudessem ser atendidos por um único splitter de 2º nível. A operação de

clustering foi realizada pelo Mathematica com ferramentas de otimização próprias.

O clustering utilizado pela ferramenta segue o método de k-means. O método

objetiva particionar “n” observações dentre k grupos onde cada observação pertence

ao grupo mais próximo da média. Isso resulta em uma divisão do espaço de dados, o

Diagrama de Voronoy. O diagrama é um tipo especial de decomposição do espaço,

por exemplo, um espaço métrico, determinado pela distância para uma família de

elementos no espaço.

O método k-means define k centros, um para cada cluster. Esses centros são

posicionados de forma variada pelo próprio programa de forma a causar resultados

diferentes nos agrupamentos dos elementos agrupados. Após variar as posições dos

centroides e calcular os agrupamentos possíveis, finalmente, esse algoritmo visa

minimizar uma função objetiva conhecida como função de erro ao quadrado. As

vantagens desse método é que ele é robusto e eficiente para as premissas da

ferramenta. Porém, uma das desvantagens do método é que ele requer uma

especificação a priori do número de centros de cluster.

A ferramenta otimizou com base nas informações geográficas dos assinantes as

melhores posições geográficas para se colocar os splitters de 1º e 2º nível. Com as

melhores posições geográficas para os splitters definidas, a ferramenta de

planejamento encontrou as melhores esquinas, essas são as mais próximas às

melhores posições geográficas calculadas na etapa 8, para posicionar esses

elementos no grafo. A Tabela 4 apresenta o resultado coletado da ferramenta.

41

Tabela 4 – Tabela de esquinas


Para apresentar a quantidade de cabos utilizados nos projetos, a ferramenta

gerou de forma separada a quantidade de cabo principal, distribuição e Drop. Na

Tabela 5 é apresentado o resultado dessa operação realizada pela ferramenta.

Tabela 5 – Tabela de cabos


A ferramenta calculou também as perdas ópticas e os custos financeiros de

ambas as topologias estudadas. Realizou-se a sumarização de todas as informações

dos projetos e a ferramenta de planejamento gerou a Tabela 6. A Figura 19 e a Figura

20 foram geradas pela ferramenta de planejamento para ilustrar todas as posições

dos elementos de rede.

42

Tabela 6 – Comparativo de topologias


43

Figura 19 – Projeto 1 (1x4 + 1x16)


44



45

A análise de validação dos projetos propostos foi feita considerando dois pontos

principais, viabilidade técnica e viabilidade econômica. Foi possível verificar que

ambos os projetos são viáveis do ponto de vista técnico, tendo em vista que o cálculo

de potência óptica não detectou nenhum possível assinante que estivesse fora do

alcance de atendimento por limitação de sinal óptico.

No comparativo de custo de projeto foi verificado uma diferença entre os custos

finais, teve-se para a topologia com 1º nível de divisão óptica 1x4 um custo total de

R$ 23.997,80, já considerando o a topologia com 1º nível de divisão 1x8 um custo de

R$ 22.994,30. Essa diferença de quase 5% no custo final se deve à diferença da

quantidade de cabo Drop necessária em cada topologia. A topologia com o 1º nível

1x8 fez com que fossem necessárias mais caixas de atendimento com o 2º nível de

1x8. Consequentemente, foi possível aproximar esse elemento de rede (splitter de 2º

nível) ainda mais do cliente final quando comparado com a outra topologia, logo, com

essa aproximação teve-se dois impactos diretos, aumento do cabo de distribuição e

a diminuição da quantidade de cabo Drop necessários para a implantação do projeto.

Essa diferença entre os dois modelos de cabo é responsável por ocasionar um a

redução de quase 5% para o Projeto 2.

4.2 PROJETO COM CLIENTES DEFINIDOS

Para validação da ferramenta de otimização, realizamos um terceiro projeto,

nele definimos posições para os clientes na região de atendimento através de

marcadores georreferenciados no Google Earth, como seria feito em um projeto real.

Considerando distribuição de 55 clientes pela região, o resultado obtido para a região

com razão de divisão de primeiro nível de 1x4 e segundo nível 1x16 pode ser

visualizado na Figura 21.

46



Neste terceiro projeto é possível visualizar que após os agrupamentos dos

clientes a ferramenta de planejamento posicionou o splitter de segundo nível de forma

47

a otimizar a quantidade de cabo Drop necessário para implantação do projeto. A

Figura 22 apresenta o posicionamento de um splitter de segundo nível mais próximo

de 6 clientes do que de outros 3, dessa forma o consumo médio de cabo necessário

foi reduzido.

Figura 22 – Otimização da posição do 2º nível de splitter


4.3 COMPARATIVO COM PROJETO REAL

Para comparar os resultados com um projeto real, foi utilizado uma rede FTTx

projetada por uma equipe de projetistas. O projeto foi feito com interesse em utilizar a

rede na cidade de Eunápolis na Bahia. O projeto está apresentado na Figura 23. A

Figura 24 é apresentada para facilitar a visualização dos elementos de rede contidos

no projeto. Removeu-se as imagens do que não se refere à rede FTTx. Os resultados

obtidos através da ferramenta de planejamento podem ser visualizados na Figura 25.

48

Figura 23 – Projeto de Eunápolis na Bahia

Fonte: (2017)

Figura 24 – Projeto de Eunápolis na Bahia (elementos de rede)

Fonte: (2017)

49

Figura 25 – Projeto de Eunápolis na Bahia (ferramenta de planejamento)


Verificou-se diferenças entre os projetos feitos pelo projetista e pela

ferramenta. Percebe-se visualmente diferenças entre as posições dos elementos de

rede, como as rotas dos cabos e as posições dos divisores de sinais ópticos. A Tabela

7 apresenta as diferenças entre os dois projetos.

50

Tabela 7 – Comparativo Real x Simulado


Além da diferença visual entre os projetos notou-se a diferença de custo final para

implantação. Isso deve se por dois pontos, o primeiro foi a redução de todos cabos

necessários para a implantação da rede. O segundo se trata do custo para se projetar

uma rede FTTx com um projetista capacitado contra a ferramenta de planejamento.

O custo é baseado na quantidade em metros de cabo principal e de distribuição

projetados, o dado levantado de mercado é que os projetistas cobram em média 1,20

R$/m, logo, para o modelo feito manualmente verifica-se um custo de R$ 3.602,34,

para a ferramenta de planejamento consideramos um custo de 0,60 R$/m, tendo em

vista que não há a necessidade de um projetista especialista em redes de FTTx, mas

existe a necessidade de pagar a licença do software utilizado e o custo de fazer o

mapeamento da área no Google Earth. A diferença de custo total entre os dois

projetos ficou igual à R$ 3.705,62, esse montante representa 10% do custo do projeto

desenvolvido manualmente. Notou-se uma redução no tempo execução do projeto,

51

sendo que o modelo manual foi realizado em aproximadamente 1 hora e 30 minutos

e o realizado pela ferramenta de planejamento em aproximadamente 40 minutos.

O diagrama de blocos final do projeto pode ser visualizado na Figura 26. As novas

funções estão descritas nos blocos verdes do diagrama, as etapas 9, 12, 14 e 15

tornaram o resultado final da ferramenta ainda mais efetivo no aspecto técnico e

econômico.

Figura 26 – Diagrama de blocos final da ferramenta de planejamento


52

5 CONCLUSÃO

A ferramenta de planejamento conseguiu realizar as tarefas propostas

inicialmente na Figura 16. Durante o desenvolvimento do projeto teve-se o interesse

e a necessidade de implementar algumas tarefas complementares.

Dentro dos projetos simulados pelo próprio programa foi possível verificar a

otimização entre diferentes topologias, essa resposta já foi suficiente para um

planejamento mais adequado e com redução de custos. Verifica-se com isso uma

maior agilidade na tomada de decisão quanto à topologia mais adequada para a região

de implantação da rede FTTx, visto que de atualmente é necessário dimensionar

manualmente ambos os projetos antes de uma decisão final.

Com a confirmação de que a ferramenta de planejamento pode melhorar a posição

dos elementos de rede visando a redução de custo, pode-se dizer que a ferramenta

tem espaço no mercado para projetistas de redes FTTx. Considerando que é possível

fazer uma comparação entre projetos, da mesma forma como foi feito com o projeto

de Eunápolis-BA, torna-se viável a utilização da ferramenta para melhorar projetos

em andamento, sem comprometer a rede já implantada.

53

6 TRABALHOS FUTUROS

Nota-se para um futuro desenvolvimento a possibilidade de melhorar a ferramenta

de planejamento. Identifica-se que poderia ser feito o aperfeiçoamento do parâmetro

limite de clientes, atual de 64, para um número maior de forma a possibilitar o

planejamento de projetos de tamanhos variáveis. Com essa possibilidade seria

interessante a implementação da razão de divisão da rede para 1x128, permitido pela

família de recomendações da rede GPON. Tendo em vista que esse aumento de

assinantes poderia alterar os resultados dos agrupamentos de clientes obtidos com

sucesso pelo método k-means utilizado na ferramenta de planejamento atual, nota-se

a possibilidade de implementar outros métodos de agrupamentos na ferramenta para

comparação com o modelo atual. Como a ferramenta de planejamento tem a

necessidade de ser executada diretamente no Software Mathematica, existe

oportunidade de desenvolver uma interface gráfica de forma a tornar mais amigável a

utilização da ferramenta para o projetista ou usuário final. Visto também que a

usabilidade da ferramenta necessita da utilização de outro software, o Google Earth,

para implementação das marcações das posições geográficas de esquinas, postes e

assinantes, tem-se a necessidade de desenvolver um complemento para a ferramenta

que possibilite a execução dessas tarefas diretamente na ferramenta de

planejamento.

54

7 REFERÊNCIAS

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Eletromagnetismo - Vol. 1. 7ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. 5 v

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5.v. Cap.14

HAYT, J. W. H, BUCK, J. A. ELETROMAGNETISMO - 7ª. ed. Porto Alegre, Mc

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REITZ, J. R., MILFORD, R. J., Christy, R. W., Fundamentos da Teoria

Eletromagnética, 3 ed., Editora Campos, Rio de Janeiro, 1988

INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION. G.984.1: Gigabit-capable

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ODOM, W. Cisco CCNA Routing and Switching ICND2 200-201 Official Cert

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2014

55

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Segarra, J., Sales, V. and Prat, J. Planning and Designing FTTH Networks:

Elements, Tools and Practical Issues, 2012 IEEE, Universitat Politècnica de

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K. Casier, S. Verbrugge, R. Meersman, D. Colle, M. Pickavet and P. Demeester,

A clear and balanced view on FTTH deployment costs, J. Inst. Telecommun.

Prof., vol. 2, no. 3, pp. 2730, 2008.

57

APÊNDICE

8 CÓDIGO DA FERRAMENTA

SetDirectory[NotebookDirectory[]]

Start Local

ROTINA DE IMPORTAÇÃO DO ARQUIVO GERADO PELO GOOGLE EARTH

esquinas = Import[StringJoin[NotebookDirectory[],"eunapolis.kml"],"Elements"];

esquinas = Import[StringJoin[NotebookDirectory[],"eunapolis.kml"],{"Data"}];

(*Importa dados*)

esquinas=({#[[1]],#[[2]]} & /@esquinas[[1,2,2,1,1]][[1]]) ;(*Retira altitude*)

esquinas[[All,{1,2}]]=esquinas[[All,{2,1}]];(*Troca a ordem das colunas*)

rota = Association[Thread[Range[Length[esquinas]] -> esquinas]];

(*Faz a rota entre as esquinas*)

geolist = esquinas//GeoPosition;

ESTABELECER PESOS AOS VÉRTICES COM BASE EM DISTÂNCIAS

GEOGRÁFICAS

markerString[{lat_,lng_}]:="&markers=color:blue%7C"<>ToString[lng]<>","<>ToString

[lat];

url=StringJoin[Flatten[{"http://maps.googleapis.com/maps/api/staticmap?sensor=fals

e&size=800x600&zoom=16&maptype=hybrid",markerString/@geolist[[1]]}]];

58

ggpontemp=NearestNeighborGraph[Keys[rota],{3,0.00079},DirectedEdges-

>False,DistanceFunction->(Norm[rota[#1]-rota[#2]]&),VertexCoordinates-

>Values[rota],VertexLabels-> "Name"];(*Gera grafo das esquinas*)

gponweight=(QuantityMagnitude[GeoDistance[GeoPosition[rota[#[[1]]]],GeoPosition[r

ota[#[[2]]]]]] & /@ EdgeList[ggpontemp] );(*Distancias entre as esquinas*)

ggpon=Graph[VertexList[ggpontemp],EdgeList[ggpontemp],VertexCoordinates-

>esquinas,EdgeWeight->gponweight,VertexLabels->"Name"];

ROTINA DE IMPORTAÇÃO DO ARQUIVO GERADO PELO GOOGLE EARTH

nclientes=Import[StringJoin[NotebookDirectory[],"clienteseunapolis.kml"],"Elements"]

;

nclientes=Import[StringJoin[NotebookDirectory[],"clienteseunapolis.kml"],{"Data"}];

(*Importa dados*)

nclientes=({#[[1]],#[[2]]} & /@nclientes[[1,2,2,1,1]][[1]]); (*Retira altitude*)

nclientes[[All,{1,2}]]=nclientes[[All,{2,1}]];(*Troca a ordem das colunas*)

cclientes = Association[Thread[Range[1001,1000+Length[nclientes]] -> nclientes]];

geolist = nclientes//GeoPosition;

tclientes=Length[nclientes];

CÁLCULO PARA DEFINIR O NÚMERO DE CLUSTERS DE 1X4

ONUs=cclientes;

ncluster1x4=Ceiling[tclientes/16];

maxcluster1x4=Ceiling[tclientes/ncluster1x4];splitterset1x4=FindClusters[Values[ON

Us],ncluster1x4,Method->{"KMeans","NeighborsNumber"->maxcluster1x4}];

59

CÁLCULO DA MELHOR POSIÇÃO PARA OS SPLITTERS DE 1º E 2º NÍVEL COM

PRIMEIRO NÍVEL DE DIVISÃO DE 1X4

centsplitter2N1x4=Map[RegionCentroid[Point[#]]&,splitterset1x4];(*Centro do Cluster

- Ponto ótimo para o splitter 2N*)

centsplitter1N1x4=RegionCentroid[Point[#]]&[centsplitter2N1x4];(*Centroid dos

Splitter 2N - Ponto ótimo para o splitter 1N*)

CÁLCULO PARA A MELHOR ESQUINA DE TODOS OS SPLITTERS COM


esquina1ngraf1x4=Nearest[esquinas,centsplitter1N1x4];


esquina1n1x4=Flatten[Nearest[esquinas,centsplitter1N1x4] ,1];

(*Esquina Splitter 1N - Esquina ótima para o splitter 1N*)

esquina2n1x4=Flatten[Nearest[esquinas,centsplitter2N1x4] ,1];

(*Esquinas Splitter 2N - Esquinas ótima para o splitter 2N*)

eq11x4=Query[Position[rota,Flatten[Nearest[esquinas,centsplitter1N1x4] ,1]]]@rota;

(*Key da Associação que representa o Vértice do Grafo*)

eq21x4=Query[Position[rota,#]& /@ esquina2n1x4]@rota;


keyeq11x4=Keys[eq11x4];

keyeq11x4=keyeq11x4//.{x_}:>x;

keyeq21x4=Keys[eq21x4]//.{x_Lists}:>x//Flatten;

60

CÁLCULO PARA DEFINIR O NÚMERO DE CLUSTER DE 1X8

ncluster1x8=Ceiling[tclientes/8];

maxcluster1x8=IntegerPart[tclientes/ncluster1x8];

splitterset1x8=FindClusters[Values[ONUs],ncluster1x8,Method-

>{"KMeans","NeighborsNumber"->maxcluster1x8}];

CÁLCULO DA MELHOR POSIÇÃO PARA OS SPLITTERS DE 1º E 2º NÍVEL COM


centsplitter2N1x8=Map[RegionCentroid[Point[#]]&,splitterset1x8];(*Centro do

Cluster-Ponto ótimo para o splitter 2N*)

centsplitter1N1x8=RegionCentroid[Point[#]]&[centsplitter2N1x8];(*Centroid dos

Splitter 2N-Ponto ótimo para o splitter 1N*)

CÁLCULO PARA A MELHOR ESQUINA DE TODOS OS SPLITTERS COM




esquina1n1x8=Flatten[Nearest[esquinas,centsplitter1N1x8],1];

(*Esquina Splitter 1N-Esquina ótima para o splitter 1N*)

esquina2n1x8=Flatten[Nearest[esquinas,centsplitter2N1x8],1];

(*Esquinas Splitter 2N-Esquinas ótima para o splitter 2N*)

eq11x8=Query[Position[rota,Flatten[Nearest[esquinas,centsplitter1N1x8],1]]]@rota;


eq21x8=Query[Position[rota,#]&/@esquina2n1x8]@rota;

61


keyeq11x8=Keys[eq11x8];

keyeq11x8=keyeq11x8//.{x_}:>x;

keyeq21x8=Keys[eq21x8]//.{x_Lists}:>x//Flatten;

CÁLCULO PARA CÁLCULO DAS DISTÂNCIAS ENTRE A OLT E O SPLITTER DE

1º NÍVEL E ENTRE O SPLITTER DE 1º NÍVEL E OS SPLITTERS DE 2º NÍVEL.

CONSIDERANDO O PRIMEIRO NÍVEL DE DIVISÃO DE 1X4

vOLT=22 ;(*Posição da OLT no Grafo*)

vSplitter1N1x4 = keyeq11x4;(*Posição do splitter de 2 nivel no grafo*)

vSplitter2N1x4 = keyeq21x4;(*Posição do splitter de 2 nivel no grafo*)

nS1x4sn=Count[vSplitter2N1x4,u_/;u<Length[esquinas]+1];

olt1n1x4=PathGraph[FindShortestPath[ggpon,vOLT,vSplitter1N1x4]] ;

(*Caminho olt Splitter 1n*)

n1n21x4 =PathGraph[#] & /@ (FindShortestPath[ggpon,vSplitter1N1x4,#]& /@

vSplitter2N1x4); (*Caminho Splitter 1n Splitter 2n*)

feed1x4 =GraphDistance[ggpon,vOLT,vSplitter1N1x4];

(*Quantidade de cabo do feeder*)

dist1x4=GraphDistance[ggpon,vSplitter1N1x4,#] & /@ vSplitter2N1x4;

, para cada ligação*)

totdist1x4=Total[dist1x4];(*Quantidade total de cabo de distribuiçao*)

Drop1x4=Outer[EuclideanDistance,Flatten[esquina2n1x4],splitterset1x4,2]//Flatten;

(*Quantidade total de cabo de distribuiçao*)

62

totalDrop1x4=Total[Drop1x4];

medDrop1x4=totalDrop1x4/tclientes;

CÁLCULO PARA CÁLCULO DOS CUSTOS E DAS PERDAS ÓPTICAS COMUNS

ENTRE AS TOPOLOGIAS

costroseta=tclientes*R$;(*Custo total de roseta*)

costcord=tclientes*R$;(*Custo total de cordoes*)

costonu=tclientes*R$;(*Custo total de Onu*)

costEZ=tclientes*R$;(*Custo total de EZ*)

costinstalacao=tclientes*R$;(*Custo total de instalação*)

costoutros=costroseta+costcord+costonu+costEZ+costinstalacao;

costspl1x4=R$;

costspl1x16=R$;

costspl1x8=R$;

costfeed=R$;

costdist=R$;

costDrop=R$;

opticlosscord=0.001*0.00040; (*Perda optica no cordão*)

opticlossdist=0.00035;

opticlossDrop=0.00035;

opticlossfeed=0.00040;

opticlossspl1x4=dB;(*Perda optica no splitter 1x4*)

63



opticlossemendas=7*dB;(*Perda optica nas emendas*)

CÁLCULO PARA CÁLCULO DOS CUSTOS E PERDAS ÓPTICAS


costtfeed1x4=feed1x4*costfeed ;(*Custo total de cabo Feeder*)

costtdist1x4=totdist1x4*costdist;(*Custo total de cabo de distribuição*)

costtDrop1x4=totalDrop1x4*costDrop;(*Custo total de cabo Drop*)

costspliter1n1x4=1*costspl1x4;(*Custo total de splitter 1x4*)

costspliter2n1x16=nS1x4sn*60;

custoproj1x4=(costtfeed1x4+costtdist1x4+costtDrop1x4+costoutros+costspliter1n1x4

+costspliter2n1x16); (*Custo total de cabo*)

maxdist1x4=Max[dist1x4];(*Maior comprimento de cabo de distribuição*)

maxDrop1x4=Max[Drop1x4];(*Maior comprimento de cabo Drop*)

opticlossdist1x4=maxdist1x4*opticlossdist;(*Perda optica no maior cabo de

distribuição*)

opticlossDrop1x4=maxDrop1x4*opticlossDrop;(*Perda optica no maior cabo Drop*)

opticlossfeed1x4=feed1x4*opticlossfeed;

opticloss1x4=(opticlossspl1x4+opticlossspl1x16+opticlosscord+opticlossdist1x4+opti

clossDrop1x4+opticlossfeed1x4+opticlossemendas);(*Perdas totais no sistema*)

viabilidade1x4=If[opticloss1x4<27,"Sim",{If[(opticloss1x4-5<27),"Sim com OLT

+5dB","Não"]}];

64

SUMARIZAÇÃO DO PROJETO CONSIDERANDO O PRIMEIRO NÍVEL DE

DIVISÃO DE 1X4

Parallelize[projeto1x4=HighlightGraph[ggpon,{Style[olt1n1x4,Green],Style[n1n21x4[[

1]],Orange],Style[n1n21x4[[2]],Purple],Style[n1n21x4[[3]],Cyan],Style[n1n21x4[[4]],Y

ellow],Style[vSplitter1N1x4,Magenta],Style[vOLT,Red],Style[vSplitter2N1x4,Blue]}]];

Parallelize[projeto1x4=Show[projeto1x4,ListPlot[esquina2ngraf1x4,PlotMarkers-

>""],ListPlot[esquina1ngraf1x4,PlotMarkers->""],ListPlot[splitterset1x4,PlotMarkers->

Automatic]]];

CÁLCULO PARA CÁLCULO DAS DISTÂNCIAS ENTRE A OLT E O SPLITTER DE

1º NÍVEL E ENTRE O SPLITTER DE 1º NÍVEL E OS SPLITTERS DE 2º NÍVEL.


vSplitter1N1x8=keyeq11x8;(*Posição do splitter de 2 nivel no grafo*)

vSplitter2N1x8=keyeq21x8;(*Posição do splitter de 2 nivel no grafo*)

nS1x8sn=Count[vSplitter2N1x8,u_/;u<Length[esquinas]+1];

olt1n1x8=PathGraph[FindShortestPath[ggpon,vOLT,vSplitter1N1x8]];(*Caminho

olt Splitter 1n*)

n1n21x8=PathGraph[#]&/@(FindShortestPath[ggpon,vSplitter1N1x8,#]&/@vSplitter2

N1x8);(*Caminho Splitter 1n Splitter 2n*)

feed1x8=GraphDistance[ggpon,vOLT,vSplitter1N1x8];(*Quantidade de cabo do

feeder*)

dist1x8=GraphDistance[ggpon,vSplitter1N1x8,#]&/@vSplitter2N1x8; (*Quantidade

,para cada ligação*)

totdist1x8=Total[dist1x8];(*Quantidade total de cabo de distribuiçao*)

Drop1x8=Outer[EuclideanDistance,Flatten[esquina2n1x8],splitterset1x8,1]//Flatten;(*

Quantidade total de cabo de distribuiçao*)

65

totalDrop1x8=Total[Drop1x8];

medDrop1x8=totalDrop1x8/tclientes;

CÁLCULO PARA CÁLCULO DOS CUSTOS E PERDAS ÓPTICAS


costtfeed1x8=feed1x8*costfeed ;(*Custo total de cabo Feeder*)

costtdist1x8=totdist1x8*costdist;(*Custo total de cabo de distribuição*)

costtDrop1x8=totalDrop1x8*costDrop;(*Custo total de cabo Drop*)

costspliter1n1x8=1*costspl1x8;(*Custo total de splitter 1x4*)

costspliter2n1x16=nS1x8sn*60;

custoproj1x8=(costtfeed1x8+costtdist1x8+costtDrop1x8+costoutros+costspliter1n1x8

);

(*Custo total de cabo*)

maxdist1x8=Max[dist1x8];(*Maior comprimento de cabo de distribuição*)

maxDrop1x8=Max[Drop1x8];(*Maior comprimento de cabo Drop*)

opticlossdist1x8=maxdist1x8*opticlossdist;

(*Perda optica no maior cabo de distribuição*)

opticlossDrop1x8=maxDrop1x8*opticlossDrop;(*Perda optica no maior cabo Drop*)

opticlossfeed1x8=feed1x8*opticlossfeed;

opticloss1x8=(opticlossspl1x8+opticlossspl1x8+opticlosscord+opticlossdist1x8+opticl

ossDrop1x8+opticlossfeed1x8+opticlossemendas);(*Perdas totais no sistema*)

viabilidade1x8=If[opticloss1x8<27,"Sim",{If[(opticloss1x8-5<27),"Sim com OLT

+5dB","Não"]}];

66

SUMARIZAÇÃO DO PROJETO CONSIDERANDO O PRIMEIRO NÍVEL DE

DIVISÃO DE 1X8

Parallelize[projeto1x8=HighlightGraph[ggpon,{Style[olt1n1x8,Green],Style[n1n21x8[[

1]],Orange],Style[n1n21x8[[2]],Purple],Style[n1n21x8[[3]],Cyan],Style[n1n21x8[[4]],Y

ellow],Style[n1n21x8[[5]],Orange],Style[n1n21x8[[6]],Purple],Style[n1n21x8[[7]],Cyan

],Style[n1n21x8[[8]],Yellow],Style[vSplitter1N1x8,Magenta],Style[vOLT,Red],Style[vS

plitter2N1x8,Blue]}] ;];

Parallelize[projeto1x8=Show[projeto1x8,ListPlot[esquina2ngraf1x8,PlotMarkers-

>""],ListPlot[esquina1ngraf1x8,PlotMarkers->""],ListPlot[splitterset1x8,PlotMarkers->

Automatic]]];

COMPARATIVOS ENTRE PROJETOS

final=TextGrid[{{ "Planta",projeto1x4,projeto1x8},{"Projeto","1x4","1x8"},{"Projeto

Viavel",viabilidade1x4,viabilidade1x8},{"Perdas opticas no pior

caso",opticloss1x4,opticloss1x8},{"Quantidade Feeder

(m)",feed1x4,feed1x8},{"Custo Feeder

(R$)",costtfeed1x4,costtfeed1x8},{"Quantidade Distribuição

(m)",totdist1x4,totdist1x8},{"Custo Distribuição

(R$)",costtdist1x4,costtdist1x8},{"Quantidade Drop

(m)",totalDrop1x4,totalDrop1x8},{"Quantidade Média Drop

(m)",medDrop1x4,medDrop1x8},{"Custo Drop

(R$)",costtDrop1x4,costtDrop1x8},{"Quantidade Roseta, Cordão, Onu,

EZConnector, Instalação (unidades)",tclientes,tclientes},{"Custo Roseta, Cordão,

Onu, EZConnector, Instalação (R$)",costoutros,costoutros},{"Custo Total do Projeto

(R$)",custoproj1x4,custoproj1x8}},Alignment->{{Left},{Center},{Center}}, Frame->All]

universidade federal do paranÁ claudio roberto …

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