As novas tecnologias digitais e os diferentes serviços na Internet contribuem para mudanças nos padrões de uso e redistribuição de conteúdo nas redes de comunicação. A resposta a essa demanda crescente implica na ampliação da capacidade de transmissão das infraestruturas de rede, em especial aquelas utilizando fibras ópticas. As redes de acesso e transporte dos Provedores de Internet (ISP’s) estão no meio desse turbilhão, igualmente passando por profundas mudanças em seus processos, com a reavaliação de suas estruturas e das necessidades de seus clientes.
São redes que se encontram em contínuo crescimento, exigindo que as equipes técnicas atualizem as tecnologias de transmissão para atender às novas demandas dos usuários, que envolvem desde Internet em banda larga, transferência de imagens em tempo real, aplicações de teleconferência, mercado SOHO, IoT, teleatendimento etc.
O Circuito Óptico
Uma rede de telecomunicações pode ser dividida basicamente em duas camadas: a camada de rede de serviço e a camada de rede de transporte. A camada de rede de serviço consiste em circuitos e fluxos que fornecem ao usuário diversos serviços como telefonia, conexões ponto a ponto, Internet entre outros. A camada de rede de transporte consiste em caminhos lógicos e físicos que possibilitam a transmissão de sinais em grandes distâncias com eficiência e segurança.
Quando mencionamos redes de transporte ópticas, os sistemas de transmissão e recepção que utilizam fibras ópticas funcionam de forma similar ao esquema simplificado de transmissão óptica apresentado na Figura 1.
Um circuito (ou link óptico) consiste em um transmissor que toma uma entrada elétrica (sinal elétrico) e a converte para uma saída óptica através de um circuito eletrônico usando diodo laser ou LED. A luz do transmissor (sinal óptico) é acoplada na fibra através de conectores ópticos apropriados e então transmitida através da rede de fibras ópticas. No outro extremo, o sinal óptico é acoplado ao um receptor, onde um dispositivo eletrônico detector efetua a conversão do sinal óptico em um sinal elétrico que é então propriamente condicionado para uso do equipamento.
Multiplexação em Redes Ópticas
Os sistemas de multiplexação de sinais em redes ópticas são baseados na capacidade de uma fibra óptica de transportar diferentes comprimentos de onda de luz simultaneamente, sem interferência mútua. A principal distinção entre os vários tipos de redes ópticas baseia-se no esquema de multiplexação utilizado e suas variações:
- DWM – Wavelength Division Multiplexing;
- DWDM – Dense Wavelenght Division Multiplexing;
- CWDM – Coarse Wavelength Division Multiplexing.
WDM
O WDM é a técnica de multiplexação que consiste em transmitir simultaneamente vários feixes de luz “virtuais” dentro de uma única fibra óptica. Os sinais de luz são transmitidos em diferentes comprimentos de onda.
No WDM os sinais que transportam a informação são combinados em um multiplexador óptico e transportados através de um único par de fibras com o objetivo de aumentar a capacidade de transmissão e, consequentemente, usar a largura de banda da fibra óptica de uma maneira mais adequada. Os sistemas que utilizam esta tecnologia, usados em conjunto com amplificadores ópticos, podem aumentar significativamente a capacidade de transmissão de uma rota sem a necessidade de aumento do número de fibras.
No WDM básico, lasers com diferentes comprimentos de onda, são acoplados (transponders) dentro da mesma fibra óptica por um multiplexador óptico (Mux). No receptor, um filtro óptico no Demultiplexador (Demux) é usado para selecionar apenas um dos comprimentos de onda que chegam, permitindo assim a passagem de um único sinal (transponder) e o estabelecimento da conexão entre fonte e destino, conforme exemplifica a Figura 2.
O WDM foi criado aproveitando algumas tecnologias que estavam sendo desenvolvidas, principalmente no setor de transponders. Os transponders atuam na dispersão de banda, com capacidade de selecionar corretamente o comprimento de onda do laser. Surgiu então a ideia de colocar mais canais na mesma fibra.
As tendências recentes na aplicação WDM exigem sistemas de baixo custo e arquiteturas eficientes. Algumas das aplicações envolvem a transmissão de dados de naturezas diversas, aplicações em nuvem e gerenciamento de banco de dados. Em certas aplicações, muitas vezes é necessário extrair comprimentos de onda individualmente representando canais de informação. Dispositivos ópticos puramente passivos estão disponíveis para lidar com esta tarefa.
O uso de tecnologias WDM no projeto de redes de computadores com alto throughput é algo bastante atual. As aplicações da tecnologia incluem o aumento da capacidade de transmissão de redes ópticas em sistemas de longa distância e a resolução dos problemas resultantes da sobrecarga de rotas em Redes Metropolitanas e de Longa Distância.
DWDM
O DWDM (Multiplexação Densa por Divisão de Comprimento de Onda) é um processo de multiplexação de diferentes comprimentos de onda sobre uma única fibra. É usado para expandir a capacidade de enlaces de redes ópticas em sistemas de telecomunicações, permitindo que um maior número de sinais (transportados por diferentes comprimentos de onda) sejam transmitidos simultaneamente numa única fibra, multiplicando assim a capacidade das fibras, principalmente em redes de longa distância (terrestre e submarina), como também em aplicações em redes metropolitanas. Atualmente, com o DWDM é possível transportar mais de 100 canais ópticos independentes e bidirecionais num par de fibras.
A tecnologia combina múltiplos sinais ópticos de forma que eles possam ser amplificados como um grupo e, em seguida, possam ser transportados sobre uma única fibra, aumentando sua capacidade. Uma boa parte dos equipamentos atuais comporta cerca de 40 canais diferentes em uma mesma fibra (100Ghz) ou até 80 canais em um mesmo par de fibras (50Ghz). Dessa forma, o DWDM oferece um potencial de transmissão de terabits por segundo, podendo ser implementado simultaneamente com uma nova rede óptica ou ser usado para reequipar e atualizar redes legadas.
Comparando com aplicações baseadas em repetidor, uma infraestrutura DWDM aumenta as distâncias entre os elementos da rede, um grande benefício para provedores de serviços que reduzem seus investimentos iniciais na infraestrutura, trazendo um melhor custo-benefício ao projeto. A Figura 3 exemplifica um sistema DWDM típico.
CWDM
O CWDM (Multiplexação por Divisão de Onda Comum), opera com espaçamento de 20nm do canal, com capacidade de até 18 canais, comportando uma escala até cinco ou seis comprimentos de onda. O sistema permite tratar os dados com taxas de até 10Gbps (1.25Gbps por canal e direção). Também permite a conexão entre redes por distâncias superiores a 100 km.
No CWDM a informação é agrupada em um conjunto de canais entre os comprimentos de onda que variam tipicamente desde 1270nm a 1610nm. A multiplexação de comprimentos de onda diferentes em uma mesma fibra óptica garante um ganho muito grande da capacidade da mesma, uma vez que sua banda passante se eleva bastante.
Simplificando, o DWDM é uma implementação do WDM para redes de longa distância (interligação de WAN’s), enquanto o CWDM é uma implementação do WDM para uso em redes metropolitanas (MAN’s) e redes de acesso. Nas redes de acesso do ISP, uma parte da ligação é dividida de forma a abranger várias localizações (residências, edifícios, empresas), requerendo equipamentos mais simples que podem ser combinados com outras tecnologias de acesso.
Tanto o DWDM quanto o CWDM são tipos de WDM, diferenciando-se pelo espaçamento entre canais ópticos, conforme mostra a Figura 5.
Conclusão
Tecnologias baseadas em multiplexação óptica são cada vez mais utilizadas nas diferentes estruturas das redes de comunicação dos ISP’s com o objetivo de permitir a transmissão de diversos sinais através de uma única fibra ou par de fibras, aproveitando melhor a capacidade de transmissão da infraestrutura da rede.
Tecnologias como DWDM e CWDM possibilitam que redes de fibra óptica, que trafegam originalmente a 1.25Gbps ou 10Gbps, aumentem sua capacidade para patamares até 400Gbps utilizando a mesma infraestrutura de rede. Tais tecnologias são consideradas transparentes, pois transportam qualquer tipo de dados provenientes de interfaces ópticas digitais em seus canais.
Até o próximo artigo!
