Convergência é a palavra-chave para as redes de telecomunicações atuais. Analistas do setor apontam para o crescimento dos serviços de transporte de dados e Internet, de onde vem a maior parte da receita das operadoras e dos ISP’s. Por esse motivo, um ISP deve investir constantemente em sua infraestrutura e na modernização de sua rede de telecomunicações como um todo, buscando soluções que permitam a oferta de novos tipos de serviços (voz, dados, streaming etc.) por meio de tecnologias que ofereçam capacidade de transmissão e segurança das informações trafegadas como acontece com as redes de fibra óptica.
Embora a capacidade máxima de transmissão de uma fibra óptica ainda seja desconhecida, uma vez que ainda existam limitações tecnológicas impostas pelos equipamentos eletrônicos que codificam os pulsos luminosos, pesquisadores estimam uma capacidade máxima de transmissão para as atuais fibras ópticas em torno de 25Tbps a 50Tbps (terabits por segundo: 1Tbps = 1000Gbps), por fibra. Para compreender o que significa este valor, um cálculo aproximado mostra que a capacidade de uma única fibra óptica poderia acomodar o tráfego gerado pelo uso simultâneo de cerca de 800 milhões de telefones fixos. Cabe aqui observar que, apesar dos constantes aumentos nas velocidades das interfaces eletrônicas, os sistemas ópticos mais modernos chegam a apenas 0,04% dessa capacidade teórica das fibras.
O elemento básico de transmissão numa rede óptica é o comprimento de onda de luz. Como muitos comprimentos de onda são transportados pela rede, torna-se importante gerenciar e comutar cada comprimento de onda individualmente. Assim, no planejamento de redes ópticas, deve-se ter em mente a melhor utilização da rede, junto aos requisitos de transparência, arquitetura adequada e protocolos de comunicação eficientes. Portanto, o ponto chave no projeto de redes ópticas está nas arquiteturas e protocolos que combinem as transmissões de múltiplos feixes de luz, transportando múltiplos canais de dados por uma única fibra, o que otimiza muito o projeto, a manutenção e, consequentemente, o custo da rede.
A maneira mais eficiente de se beneficiar dessa largura de banda atualmente consiste na utilização de vários comprimentos de onda dentro da mesma fibra, o que é denominado Multiplexação por Divisão do Comprimento de Onda (Wavelength Multiplexing Division – WDM), e suas variações, a Multiplexação Densa por Divisão de Comprimento de Onda (Dense Wavelength Division Multiplexing – DWDM) e Multiplexação Esparsa por Divisão de Comprimento de Onda (Coarse Wavelength Division Multiplexing – CWDM) ou WDM Esparso.
Wavelength Division Multiplexing – WDM
A Multiplexação por Divisão do Comprimento de Onda (Wavelengh Multiplexing Division – WDM) é a técnica de transmitir vários “feixes de luz virtuais” simultaneamente dentro de uma única fibra óptica. É uma técnica para a utilização de uma fibra para transportar diversos canais ópticos separados e independentes, portanto, sem interferência. Os sinais são transmitidos em diferentes comprimentos de onda e transportam a informação através de uma única fibra com o objetivo de aumentar a capacidade de transmissão e, consequentemente, usar a largura de banda de maneira mais eficiente.
A utilização de redes WDM requer uma variedade de dispositivos passivos e ativos para combinar, distribuir, isolar e amplificar a potência óptica em comprimentos de onda diferentes. Em contrapartida, os sistemas que utilizam esta tecnologia aumentam significativamente a capacidade de transmissão de um enlace sem a necessidade de aumento do número de fibras, ou seja, economia na infraestrutura.
No WDM básico, LASER’s com diferentes comprimentos de onda são acoplados dentro da mesma fibra óptica. No receptor, um filtro óptico é usado para selecionar apenas um dos comprimentos de onda que chegam, permitindo assim a passagem de um único sinal e o estabelecimento da conexão entre fonte e destino (Figura 1).
Figura 1 – WDM
A grande vantagem associada ao WDM é a possibilidade de modular o aumento da capacidade de transmissão de acordo com a necessidade de tráfego. Atualmente, a utilização da tecnologia permite a transmissão de sinais com taxas de 400Gbps até 1Tbps atualmente. A principal razão para o uso destes sistemas é a economia. Eles permitem uma melhor relação entre custos operacionais e bits transmitidos.
Dense Wavelength Division Multiplexing – DWDM
A técnica de transmissão de Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Densa (Dense Wavelength Division Multiplexing – DWDM), emprega comprimentos de onda de luz para transportar dados em altíssima velocidade através da rede de telecomunicações.
O DWDM combina múltiplos comprimentos de onda na mesma fibra (tipicamente entre 40, 80, ou mais canais, entre 1530nm até 1560nm). A Figura 2 apresenta as bandas e espaçamento de comprimentos de onda conforme dividido pelo ITU-T.
Figura 2 – Espaçamento de canais DWDM
Com o DWDM, os ISP’s podem planejar o crescimento de largura de banda conforme o crescimento das necessidades, de forma bastante flexível, além de permitir o crescimento em partes de uma rede onde porventura estejam ocorrendo problemas de congestionamento. No DWDM, em vez de utilizar uma fibra física, torna-se possível utilizar “fibras virtuais” onde comprimentos de onda diferentes podem trafegar na mesma fibra física.
O DWDM é usado para expandir a capacidade de enlaces de telecomunicações, permitindo que um maior número de sinais transportados por diferentes comprimentos de onda seja transmitido simultaneamente numa única fibra, multiplicando assim a capacidade das redes de longa distância (terrestre e submarina), como também em aplicações em redes metropolitanas. A tecnologia atual permite que mais de 100 canais ópticos sejam multiplexados em uma única fibra (Figura 3).
Figura 3 – DWDM
Coarse Wavelength Division Multiplexing – CWDM
O desenvolvimento do CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing), tecnologia derivada do DWDM, respondeu à demanda crescente da rede de fibra óptica em redes de menor área de cobertura, como acontece normalmente em grandes centros urbanos e áreas conurbadas.
Com uma capacidade menor que o DWDM, o CWDM permite que um número menor de comprimentos de onda, tipicamente oito ou menos (1470nm, 1490nm, 1510nm, 1530nm, 1550nm, 1570nm, 1590nm, 1610nm), seja transmitido pela mesma fibra óptica, barateando o projeto dos sistemas. A Figura 4 apresenta a faixa de comprimentos de onda para operação CWDM.
Figura 4 – Faixa de comprimentos de onda do CWDM
Para reduzir o custo dos equipamentos, o CWDM utiliza LASER com tolerância de ± 3 nm. Enquanto os sistemas DWDM utilizam canais espaçados em torno de 0,4nm, o CWDM utiliza um espaçamento de 20nm. Este espaçamento acomoda as variações dos comprimentos de onda do LASER que ocorrem quando a temperatura ambiente varia.
O sistema permite tratar os dados com taxas de até 10Gbps (1.25Gbps por canal e direção). Também permite a conexão entre redes em distâncias de 50km a 70km, em média. Redes ópticas passivas e CWDM são tecnologias complementares que, utilizadas em conjunto, podem maximizar o uso da capacidade de transmissão das fibras ópticas já instaladas nas redes metropolitanas.
A Figura 5 apresenta um enlace DWDM com a multiplexação/demultiplexação de oito canais ópticos.
Figura 5 – CWDM
Podemos observar que as tecnologias de comutação totalmente ópticas tornaram-se importantes para o futuro das redes de altas velocidades e a alocação e reutilização de comprimentos de onda têm sido apresentadas como uma técnica promissora para tornar as redes ópticas mais densas, flexíveis e baratas.
Até o próximo artigo!
José Maurício – Sócio Diretor da Ratio Consultoria e Professor Universitário www.projetoderedes.com.br
