COMUNICAÇÕES ÓTICAS PARA TRANSMISSÃO DE DADOS

A fibra ótica é composta de material dielétrico: silícia e plástico.

Consiste em uma região central chamada núcleo, envolta por material dielétrico chamada casca.

A casca com material de índice de refração ligeramente inferior ao do núcleo, oferece à propagação de energia luminosa pelo mecanismo de reflexão total.

O perfil de índice de refração  é a variação do índice de refração ao longo da estrutura da fibra ótica.

Índice Degrau: índice de refração do núcleo (n1) é constante e ligeramente superior ao índice de refração da casca (n2) também constante. A fibra é chamada de fibra ID.

Índice Gradual: índice de refração do núcleo (n1) varia continuamente do centro da fibra para a casca. A fibra designada por fibra índice IG.

A capacidade de banda passante depende da geométrica e do perfil de índices da fibra ótica. As característica dependem do material dielétrico, processo de fabricação e dos revestimentos utilizados.

Angulo de Aceitação: os raios de luz incidentes na fibra com inclinação superior a ele, não são transmitidos pelo núcleo da fibra, mas penetram na casca onde são fortemente atenuados e desaparecem.

O alargamento dos pulsos é genericamente tratado como dispersão.  A atenuação está diretamente associada às perdas de transmissão.

Atenuação é um fator central no projeto. Os pontos onde podem ocorrer perdas são: acopladores de entrada do sinal, emendas, conectores, dispositivos passivos, própria fibra. Os responsáveis pela atenuação em fibras óticas são os seguintes: absorção, espalhamento, curvaturas, projeto do guia de onda.

Absorção Intrínseca: mesmo o vidro com elevadíssimo grau de pureza absorve de forma significativa a energia luminosa. É muito forte na faixa de curtos comprimentos de onda (ultravioleta), designada por absorção UV.

Dopante é uma substancia introduzida propositalmente do vidro, com objetivo de modificar o índice de refração.  Impureza é uma substância indesejável que se introduz do vidro durante o processo de fabricação. Dos tipos particularmente inconvenientes estão: íons metálicos e íons OH.

Espalhamento ocorre quando parte da energia luminosa que está se propagando ao longo da fibra ótica é convertida em modos e/ou comprimento de onda que não propagam bem pela fibra.

Espalhamento Linear: consiste no espalhamento Rayleigth e Mie. Ambos são causados por não homogeneidades aleatórias do índice de refração.  Rayleigth essas não homogeneidades são muito menores que o comprimento da onda da luz, enquanto Mie são comparáveis ou maiores que a onda da luz.

Espalhamento não Linear: gerados por campos óticos fortes nas fibras óticas. Um dos processos não lineares é o espalhamento de Brillouin, que é gerado em níveis elevados de potência pela modulação do sinal ótico propagaste por vibrações moleculares dentro do meio (vidro). Outra forma de espalhamento não linear é o espalhamento de Raman.

Curvaturas Macroscópicas: referem-se aquelas de grande raio, tais como ocorrem quando enrola uma fibra em um carretel ou quando a fibra deve contornar um canto.

Existem três mecanismo básicos de distorção em fibras óticas:

Distorção Modal: caracteriza-se por afetar a transmissão em fibras multímodo, e resulta do fato de cada modo de propagação, para um mesmo comprimento de onda, ter uma velocidade de propagação de grupo diferente.

Dispersão material e dispersão de guia de onda juntos correspondem a chamada dispersão cromática ou intramodal. A dispersão cromática é resultante da dependência da velocidade de propagação de grupo de um modo individual do comprimento de onda. Os efeitos aumentam com a largura espectral da fonte luminosa. A dispersão material é o alargamento de pulso decorrente da variação do índice de refração do material com o comprimento de onda. A dispersão por guia de onda é o alargamento de pulso decorrente do índice de refração efetivo do guia de onda com o  comprimento de onda.

A dispersão material é uma caraterística da natureza do material. A dispersão de guia de onda depende do índice de refração escolhido. Utilizando diferentes índices de refração podem ser obtidos:

Dispersão Deslocada (Dispersion Shifted DS): são fibras em que a curvatura de dispersão cromática passa pelo zero na terceira janela de transmissão.

Dispersão Plana: são fibras que para uma faixa de comprimento de onda apresentam dispersão cromática praticamente constante. Importante para sistema WDM.

Fibras multímodo suas perdas são associadas pela microcurvaturas, distorção modal, diâmetro efetivo do núcleo e abertura numérica Fibras monomodos pode afetar, principalmente as perdas por microcurvaturas e o comprimento de onda corte. O desempenho de um cabo óptico pode diminuir ao longo do tempo por 3 razões:

1.      Atenuação crescente pela presença de hidrogênio, que pode ser gerado pela corrosão metálica da estrutura de suporte físico do cabo.

2.      Fadiga estática podendo fazer com que uma fibra óptica se quebre anos após a instalação do cabo.

3.      Evelhecimento térmico da estrutura do cabo, fazendo com que a atenuação induzida por microcurvaturas aumente.

O processo de buffering de uma fibra ótica pode ser de dois tipos:

Modo solto (Loose): Um tubo longo com diâmetro interno maior que o diâmetro da fibra, contém a fibra, isolando-a das tensões mecânicas no cabo. O material do tubo loose pode ser duro, liso e flexível.  Cabo vantajoso para lugares que exigem altas tensões durante a instalação, como cabos aéreos e cabos submarinos. Também é indicado para sistemas de longa distância, onde é crítico o desempenho com baixas perdas a longo prazo.

Um Sistema de Transmissão por fibras ópticas é constituído por um transmissor óptico, um receptor óptico e um cabo de fibras ópticas. Os sistemas de transmissão por fibras ópticas podem ser classificados segundo sua tecnologia, características básicas e aplicações.  Os sistemas podem ser classificados como configuração básica ponto a ponto (conforme a Figura 1), ponto-multiponto (conforme Figura 2). Os sistemas ponto-multiponto são aplicáveis em redes locais e utilizam acopladores ópticos passivos. Os sistemas ainda são classificados segundo a sua tecnologia em analógicos e digitais, e quanto à aplicação em sistemas de longa distância e sistemas locais ou de curta distância.

Moduladores: Os moduladores são elementos que convertem um sinal óptico cw de entrada em um sinal de saída com características digitais ou analógicas. Os moduladores podem ser de 2 tipos:

Moduladores absortivos o guiamento da luz se dá por um material absorsor com tensão elétrica aplicada. Não havendo a tensão elétrica aplicada, ocorre a absorção da luz.

Moduladores eletro-ópticos um cristal de material eletro-óptico (LiNbO3, niobato de lítio) provoca a mudança de fase do sinal óptico caso seja aplicada uma tensão elétrica.

A fonte de luz é, evidentemente, o principal componente do transmissor. Os transmissores podem utilizar LEDs ou LASERs.  O LED é a fonte óptica mais comum em aplicações a curtas distâncias e com baixos requisitos de velocidade.  Os LASERs são fontes ópticas mais comuns para aplicações a longas distâncias e que exijam grandes velocidades de transmissão.

O circuito driver tem como função fornecer a corrente necessária para o emissor óptico operar. A modulação da fonte luminosa pode ser feita com sinais elétricos analógicos ou digitais

O receptor óptico é o dispositivo que detecta o sinal luminoso ao final da fibra, convertendo-o em sinal elétrico para posterior processamento em dispositivo eletrônico específico. Assim como os transmissores, no receptor óptico, uma fibra conectorizada é montada durante a sua construção.

O dispositivo interno do receptor, responsável pela detecção, é denominado fotodiodo e gera uma corrente proporcional à incidência de fótons sobre o mesmo. Esta corrente produzida é, em geral, tão pequena que é preciso uma amplificação dentro do próprio circuito interno do transmissor.

Há dois tipos de receptores, classificados de acordo com o fotodiodo empregado: o fotodiodo PIN e o fotodiodo de Avalanche (APD)

Regeneradores: nos enlaces mais longos, deve-se utilizar nas estações de passagem o equipamento repetidor ótico.  A função principal é de regenera o sinal óptico recebido na entrada e adequá-lo na saída. Os regeneradores possuem componentes ativos. Os regeneradores geralmente são do tipo 3R: reamplificação, reformatação e retemporização do sinal óptico.

Equipamentos do Sistema Óptico

ACOPLADORES ÓPTICOS: podem ser considerados como dispositivos multiportas para combinar ou separar sinais luminosos. São dispositivos puramente ópticos, operando como guias de onda luminosa ou elementos de transmissão, reflexão e refração da luz, não requerendo nenhuma alimentação externa além do feixe luminoso e não possuem nenhum dispositivo óptico ativo como foto emissores e moduladores. Principais funções: Separar ou dividir um sinal luminoso; Combinar ou misturar 2 ou mais sinais luminosos.

FILTROS ÓPTICOS: são responsáveis pela remoção de comprimentos de onda não desejados em um sinal óptico. Suas principais aplicações são em sistemas WDM, amplificadores ópticos e sistemas de supervisão de fibra óptica.

AMPLIFICADORES ÓPTICOS: são aqueles que amplificam exclusivamente as Radiações Luminosas, na forma de Fótons. Sua finalidade básica é a de promover a amplificação óptica dos sinais entrantes, de forma transparente, independente do tipo de modulação ou protocolo utilizado.

Portanto, com o uso de AO´s, um sinal óptico poderá ser transmitido a distâncias muito maiores, sem necessidade de Regeneradores. O amplificador Raman utiliza o  efeito de espalhamento Raman (Raman Scattering), que ocorre, quando radiações luminosas interagem com as vibrações dos átomos dos elementos constituintes da fibra  óptica. Estes átomos absorvem as radiações luminosas e, rapidamente, as reemitem na forma de fótons. A energia vibracional dos referidos  átomos, dependendo do caso, propicia um aumento ou inflige uma diminuição dos níveis de energia, que estes fótons originariamente possuíam.

WDM: é uma tecnologia onde os sinais que transportam a informação em diferentes comprimentos de onda óptica são combinados em um multiplexador óptico e transportados através de um único par de fibras, a fim de aumentar a capacidade de transmissão e, consequentemente, usar a largura de banda da fibra óptica de uma maneira mais adequada.

DWDM: Processo de transmissão de diferentes comprimentos de onda sobre uma fibra, é um revolucionário desenvolvimento do WDM. O desenvolvimento de amplificadores ópticos que operam a 1550 nm junto com a mais baixa perda daquela janela proporcionaram o desenvolvimento do sistema DWDM.

CWDM: é de baixo custo e de fácil fabricação, indicado preferencialmente para uso em Redes Metropolitanas e de Acesso. Ao utilizar estes dispositivos, devem ser levados em conta dois aspectos fundamentais. O primeiro é que estes equipamentos somente permitem ampliação de um número muito reduzido de canais. O segundo é que, como são passivos, estes dispositivos introduzem atenuações adicionais, indesejáveis, que podem inviabilizar uma interconexão caso a atenuação deste enlace já esteja no limite ou próxima dele.

OPTICAL ADD-DROP(OADM): Permite que comprimentos de onda fossem retirados e, ou adicionados, em pontos ao longo de um enlace DWDM. Estes primeiros sistemas eram do denominado tipo estático, isto é, os comprimentos de onda retirados e inseridos eram fixos.

CHAVES ÓPTICAS: são elementos responsáveis pelo chaveamento ou redirecionamento de sinais ópticos. São utilizados na redundância de operação de equipamentos de transmissão, em sistemas de supervisão óptica e em cross-connects ópticos. O funcionamento das chaves ópticas pode ser feito por solenóides, motor de passo ou chaves integradas feitas de guias ópticos, que direcionam o feixe luminoso da porta óptica de entrada para a porta óptica de saída.

Medidas ópticas em fibras ópticas

Quando as fibras ópticas são fabricadas, é necessário verificar em laboratório se as características estão dentro das especificações requeridas, destacando-se os seguintes parâmetros: Diâmetro do núcleo, diâmetro da casca, abertura numérica, atenuação por inserção e retroespalhamento, perfil do índice de refração, dispersão cromática, largura de banda, comprimento de onda de corte, diâmetro do campo modal, características geométricas, atenuação espectral, tensão de ruptura.

Os principais testes mecânicos realizados em cabos de fibra óptica são:

Teste de tração, curvatura, compressão, impacto.

TESTES DE ATENUAÇÃO ABSOLUTA: objetivo é determinar quanto de potência óptica é perdida em um determinado enlace. Esses testes são executados  por meio dos equipamentos denominados medidores de potência (Optical Power Meter), que funcionam pela injeção de luz de uma fonte luminosa em uma extremidade de um enlace óptico e, na outra extremidade, a luz proveniente do enlace óptico é medida com o medidor de potência. Com estes equipamentos mede-se a atenuação espectral da fibra, também denominada de  atenuação de inserção.

TESTES ANALÍTICOS – OTDR: Os testes analíticos são executados por equipamentos denominados reflectômetros ópticos no domínio do tempo (OTDR-Optical Time Domain Reflectometer), cujo funcionamento se baseia na emissão de pulsos de luz de curta duração com comprimentos de onda determinados (850, 1.300, 1.310, 1.330 e 1.550 nm), e tem como princípio o efeito causado pelo espalhamento de Rayleigh e a reflexão de fresnel.

Reflexão de Fresnel: Ocorrem reflexões internas no núcleo advindas de diversos fenômenos e se estendem ao longo de toda a fibra. Ocorrem também reflexões no fim da fibra (interface vidro/ar) e em outras interfaces como, por exemplo, conectores, emendas mecânicas e também em locais onde a densidade do material da fibra varia. Se a interface no conector for ideal, isto é, clivada perpendicularmente ao eixo do núcleo, então o coeficiente da luz refletida não excederá 4%.

O pulso de luz é refletido e essa reflexão é conhecida como uma reflexão de Fresnel. Detectando-se essa reflexão na tela do OTDR, pode-se calcular a sua distância em relação ao inicio da fibra.

RETROESPALHAMENTO: Os feixes de luz que viajam pelo núcleo da fibra são espalhados pelo material. Como consequência destes espalhamentos, ocorrerão perdas que incluem reduções na amplitude do campo guiado por mudanças na direção de propagação, causadas pelo próprio material  e por  imperfeições no núcleo da fibra.

Zona morta: A zona morta é definida como a distância entre o início de um evento e o ponto onde um evento consecutivo pode ser detectado. A zona morta é também conhecida como resolução espacial entre dois pontos, pois determina o espaçamento mínimo que pode ser medido entre dois eventos.

ZME ou EDZ: Define a distância mínima a partir de um ponto onde ocorre um evento, até outro ponto onde outro evento de mesma natureza pode ser detectado. Entretanto, esse evento só pode ser detectado e não se pode medir a perda associada a ele. Quanto a sua natureza, os eventos podem ser reflexivos (quando há reflexões de Fresnel) ou não reflexivos (quando há degraus por variação do nível do sinal retroespalhado).

ZMA ou ADZ: Define a distância mínima do ponto a partir do início de uma reflexão com o ponto onde o traço do retroespalhamento pode voltar a ser detectado, podendo ser realizadas medidas para a verificação da localização de eventos discretos (não reflexivos). Esta distância é medida no ponto onde a curva tenha retornado a 0,5dB acima do nível da curva retroespalhada, extrapolada para a esquerda, considerando uma reflectância de 30dB. Geralmente, quanto maior a potência refletida, maior será a zona morta.

Para a aceitação de emendas, o valor analisado é a média aritmética entre as medidas de atenuação realizadas nos dois sentidos. A medição nos dois sentidos se faz obrigatória. O valor da medida de atenuação que é apresentado pelo OTDR é resultante das diferenças observadas na curva do OTDR antes e após a emenda. Esta curva é gerada pelo sinal retroespalhado, e este não varia apenas de acordo com o nível do sinal incidente, mas também com o coeficiente de retroespalhamento dos trechos de fibras em análise. Se houver diferenças entre estes coeficientes, o valor medido pelo OTDR não será a perda real da emenda. Entretanto, quando realizamos a medida nos dois sentidos e calculamos a média aritmética, estas diferenças se cancelam e o valor obtido é o valor médio, real, da atenuação na emenda.

Emenda com ganho: A explicação para este ganho é que a fibra que está após a emenda está retroespalhando mais luz do que a fibra que está antes da emenda. Isto pode ocorrer mesmo que haja perda na emenda. Quando se faz a medida em sentido contrário, inverte-se a situação do sinal retroespalhado e a média aritmética das duas medidas deverá sempre ser uma atenuação, pois uma emenda é um elemento passivo e nunca irá amplificar a luz que está sendo transmitida. Entretanto, a imprecisão do OTDR e a falta de cuidado do operador na inserção dos dados no OTDR podem resultar em uma conclusão de que a emenda está amplificando o sinal.

Analisador de espectro óptico: MWM - Medidor de multicomprimento de onda, MWM - Medidor de multicomprimento de onda, Medidor de PMD.

Geradores ópticos: são equipamentos que fornecem um sinal óptico de nível ajustável em sua saída, podendo ser modulado internamente de maneira analógica ou digital. São úteis para o levantamento de suas características de linearidade nos componentes e dispositivos dos receptores e para determinação do valor mínimo de um receptor digital que garanta a taxa de bit especificada.

Clivador: é utilizado para cortar a extremidade da fibra, de forma a deixá-la lisa. O processo da clivagem é muito importante para obtermos um bom acoplamento entre as fibras ópticas, tanto em emendas mecânicas quanto em emendas por fusão.

Acrilato da fibra: Os removedores de acrilato têm precisão micrométrica, retirando os revestimentos sem atingir a fibra.

Máquina de polir: Quando é necessário o processo de conectorização dos cordões e cabos de fibras ópticas, é necessário remover o excesso de fibra na extremidade do conector e, após sua remoção, faz-se necessário o polimento da extremidade. Este polimento pode ser feito manualmente ou através de uma máquina de polir à qual o conector é adaptado e a extremidade do conector é polida através de uma lixa.

As emendas por fusão são feitas elevando-se a temperatura das extremidades da fibra óptica até o ponto de fusão do vidro. Esse aumento de temperatura é obtido através de uma descarga elétrica entre as extremidades das fibras. Para a realização dessa emenda, utiliza-se um equipamento denominado máquina de emenda óptica, onde as fibras a serem emendadas são acomodadas em V-grooves existentes na máquina, após terem sido devidamente preparadas.

Para se obter uma emenda com baixa atenuação, as fibras têm que estar alinhadas. Nas máquinas de emenda de 1a. geração isto era feito com um microscópio, nas máquinas de 2a. geração este processo é automático.

Portas do enlace óptico: São estações pertencentes ao enlace óptico, onde são inseridos/retirados canais ou tributários, destinados à estações ou estações “satélites”, a elas interligadas, sob o aspecto de transmissão. São estações que possuem tráfego intenso (tandens) e situam-se em pontos estratégicos na rota do meio óptico.

Estações Telefônicas de passagem: São estações situadas no enlace óptico, cuja função principal é a regeneração do sinal óptico, através da utilização de equipamento intermediário de linha óptica.

Estações “satélite”: São estações que se situam fora do enlace óptico e se interligam a este através de portas de enlace óptico, utilizando meios de transmissão existentes ou não.

Trecho de rota: Interligação entre estações adjacentes que é, ou faz parte, de uma rota digital.

Janela de fibra óptica: São faixas caracterizadas pelo comprimento de onda, em torno do qual é mais conveniente a utilização da fibra para

Cabos de Fibra óptica limitantes: São cabos, cujas fibras ópticas, em função do comprimento determinado da rota e outros parâmetros do projeto (nível de recepção, taxa de erro, taxa de bits...), apresentam valor de atenuação/Km máximo e/ou valor de banda de passagem mínima admissível para este trecho da rota.

Canalização do trecho de rota: É a quantidade total de troncos ( ou canais digitais ) entre duas estações adjacentes, englobando a quantidade de troncos diretos entre as estações e a quantidade de troncos de passagem por trecho de rota.

y(gama): É o fator de concatenação da banda de passagem da fibra óptica, limitando a dispersão modal. Situa-se entre 0,5 e 1.

Hierarquia de transmissão digital:  A transmissão de informações através de pulsos se enquadra nas técnicas de transmissão digital. O sinal a ser transmitido através da fibra óptica é obtida pela multiplexação temporal de equipamento de 1a. (2048 Kbps) e 2a. (8448 Kbps) hierarquias PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy).

Sistema de ópticos de longa distância:

A)    Recomenda-se que os equipamentos ELO-34, ROT45 e cabos de fibra instalados nas estações sejam terminados em um distribuidor intermediário óptico (DIO).

B)    O DIO, da mesma forma que o DID adiciona flexibilidade, facilita a manutenção, permite medidas no sistema óptico, passagem para o sistema reserva.

C)     O DIO apresenta dois lados : o lado de equipamentos, onde são terminados os cabos ópticos flexíveis (pig-tail ou cordão óptico) provenientes dos ELOs. e o lado de linha, onde são terminadas as fibras do cabo óptico.

Beo-bastidor de emenda óptica: A interligação do equipamento de linha óptica (por exemplo o ELO-34) com o cabo óptico é feita através de conectores. A necessidade de utilização do BEO foi devido às dificuldades para confecção de conectores para interligar as fibras monomodo. Utiliza-se um cordão monofibra, com conectores em suas pontas, para se interligar o equipamento ao DIO. A conexão entre o DIO e o BEO se faz através de uma de um cordão monofibra com o conector em apenas uma ponta.

Os sistemas, usando Laser e fibra multímodo, têm dispersão cromática muito menor que a dispersão modal, devido à pequena largura espectral do laser. O cálculo pode levar em conta apenas a dispersão modal. Utilizando fibras monomodo, o efeito da dispersão modal torna-se nulo, para efeito de cálculo consideraremos apenas a dispersão cromática. Os sistemas utilizando LED na janela de 850 nm, aliado ao largo espectro do LED, tem a dispersão cromática dominando a dispersão modal.

As redes SDH possuem taxas de transmissão variando desde 51 Mbit/s (denominado STM-0) até 40 Gbit/s (STM-256), conforme ilustra a Tabela.

A maioria das alternativas à rede SDH tradicional envolvem formas de combinar tráfego de dados e tráfego TDM dentro de um único payload do SDH. Isso pode ser efetuado de 2 modos:

Dedicar containers virtuais inteiros ao tráfego IP ou ATM. Este modo utiliza um payload inteiro do SDH para enviar pacotes IP ou células ATM e abandona o suporte ao tráfego E1/E3 (2Mbit/s/34Mbit/s). A informação E1/E3 é transportada via emulação de circuito sobre redes ATM.

Usar concatenação virtual para agregar containers virtuais de tal forma que um payload  não seja totalmente dedicado a um só tipo de tráfego.

Os VPs (Virtual Path) do ATM podem ser mapeados nos containers virtuais do SDH, indicados na Tabela 4, com as taxas correspondentes indicadas na Tabela 4. Da mesma forma, os pacotes IP também podem ser mapeados nestes mesmos containers. Para suportar variedade de tráfego, a emulação de circuito no ATM é usada para transportar o tráfego TDM, e os pacotes de dados são transmitidos usando encapsulamento de multiprotocolo sobre ATM ou outros protocolos de interconexão tal como Frame Relay sobre ATM (FR-5 ou 8).

Na Tabela, VC-4-Xc ou VC-4-Xv significa ter o VC-4 concatenado X vezes na forma contígua ou virtual. No processo de concatenação, a capacidade de transporte considerada para uma aplicação, é “igual” a  X VC-

4. VC-2-mc ou VC-2-Xv significa ter o VC-2 concatenado m vezes, na forma contígua ou virtual. A capacidade de transporte considerada para uma aplicação é “igual” a  m vezes VC-2.

Infelizmente, uma porcentagem significativa do tráfego de dados consiste de pequenos pacotes IP com cerca de 40 bytes. Usando o IP sobre ATM (RFC 2684 – Multiprotocol Encapsulation over ATM AAL5), o tamanho do payload é ligeiramente superior ao tamanho de uma célula ATM. Como resultado, o payload requer duas células ATM, a segunda célula contendo em grande parte bytes de preenchimento e os bytes do cabeçalho. Isso, combinado com o cabeçalho da primeira célula, resulta numa baixa eficiência para o  transporte de dados.

Esse método em geral pressupõe que o tráfego E1 e E3 seja transportado via emulação de circuito, significando perder o suporte nativo deste tipo de serviço, aumenta o potencial para jitter e introduz cabeçalhos adicionais.

“Coarse wavelength-division multiplexing, CWDM” é uma alternativa às arquiteturas DWDM caras e complexas pois provê a oportunidade de continuar o momentum criado pela tecnologia DWDM em direção a uma rede totalmente óptica. Os sistemas DWDM metropolitanos são muitas vezes vistos como inadequados para o espaço metropolitano, pois eles foram originalmente projetados para atender às demandas das operadoras de longa distância. A vantagem do DWDM ao eliminar os caros regeneradores nas redes de longa distância não se aplica às redes metropolitanas, onde os amplificadores ópticos ou não são necessários ou blocos de ganho de baixo custo, empregando lasers de bombeio baratos, sem cooler, facilmente atendem aos requisitos impostos pelas distâncias dos anéis metropolitanos.

Desta forma, a tecnologia CWDM promete contribuir significativamente para o crescimento das redes ópticas por prover uma alternativa barata ao desenvolvimento em massa de equipamentos WDM que as redes metropolitanas requerem.

Os sistemas baseados em CWDM são tipicamente projetados para ter comprimentos de onda bastante espaçados entre si, desde 1300 até 1620 nm. Tais sistemas lembram seu “primo de alta densidade”, o DWDM pois possuem fontes operando em diferentes comprimentos de onda, um filtro para combinar todos os canais numa única fibra e outro filtro para separá-los no lado do receptor. Além disso, a adição e remoção de canais no meio do sistema pode ser feita pela mesma tecnologia usada nos sistemas DWDM. A principal diferença é que no DWDM o espaçamento entre canais pode ser tão pequeno quanto 0,2 nm (25 GHz), enquanto no CWDM, o espaçamento típico entre canais é de 20 nm.

A tecnologia anterior (ATM/SDH/DWDM) usa os recursos de maneira ineficiente, tem grande overhead de administração constituindo-se uma tecnologia cara e complexa, principalmente se tiver que carregar o IP como cliente. Pode-se diminuir a complexidade com a remoção do ATM e trabalhar com o IP diretamente sobre o SDH na arquitetura IP/SDH/DWDM. Esta arquitetura é mais eficiente, os equipamentos já estão no mercado incentivados pelos principais produtores de roteadores IP. Entretanto é inadequado para serviços multimídia com banda variável.

Outra perspectiva para diminuir a pilha de protocolos é centrar os comutadores na tecnologia ATM, removendo o SDH. Colocar switches ATM gerenciando recursos no núcleo da rede e roteadores IP nas bordas. Esta é a perspectiva mais comum na Internet de hoje, mas com poucas possibilidades para ampliação (difícil "scalability") abrindo oportunidades para as redes ópticas. IP/ATM/DWDM é mais eficiente para implementação de grooming, adaptável para voz e dados, ótimo gerenciador de qualidade de serviço, ideal para serviços tipo multimídia, forte potencial para gerenciamento da rede óptica e apresenta um relativo compromisso entre alto overhead e uma eficiente ocupação de banda. Entretanto há poucas interfaces de 2,5 Gb/s disponíveis no mercado e não está amadurecida como camada de transporte que oferece gerenciamento e proteção.

Utilizar IP diretamente sobre DWDM é a tecnologia que garante menor custo por bit. Este tipo de abordagem está sendo adotado pelos novos provedores de serviços Internet. Como esta configuração (IP/DWDM) não tem padronização, proteção e qualidade de serviço, ou estas funcionalidades ainda são muito rudimentares, não estão ganhando a confiança das operadoras de telefonia que por isto preferem continuar com as alternativas mais confiáveis e seguras. IP/DWDM se caracteriza por possuir um overhead de administração pequeno, baixo custo de operação de rede, facilita proteção e gerenciamento da rede óptica e migração para serviços baseados em IP. Entretanto usa banda ineficientemente, proteção e gerenciamento ainda imaturos. Há um número limitado de elementos de rede que são capazes de suportar 2,5Gb/s e é difícil justificar financeiramente os enlaces com taxas menores que esta consumindo um comprimento de onda só para ele. A ENRON, uma empresa de distribuição de energia nos EUA que entrou no ramo de fornecimento de infra-estrutura para empresas provedoras de serviço de Internet, é um exemplo de empresa que utiliza a arquitetura simplificada IP/DWDM.

A rede óptica de transporte está sendo padronizada pela ITU-T sendo que a recomendação que é o carro chefe no momento é a G.709 que trata do controle de erro e do mapeamento dos clientes sobre um envelope óptico. Este envelope está sendo montado para possibilitar o envio de clientes como o IP ou o ATM, ou ainda um quadro 10 GbEthernet, ou mesmo um quadro SDH por milhares de quilômetros sem conversão eletro-óptica. O envelope carrega um FEC (Forward Error Correction) poderoso capaz de trazer uma taxa de erro de 10-7 de volta aos confortáveis 10-12 das redes ópticas de curta distância. Numa rede de acesso onde a informação percorre longas distâncias sendo comutada opticamente nos OXC's ou OADM's este envelope com correção de erro pode ser também uma boa opção. A seguir apresentamos um resumo de como está sendo montado este envelope óptico da G.709.

A recomendação G.709. são definidos os módulos ópticos que constituem a interface entre nós da OTN pertencentes a diferentes domínios administrativos. Estes módulos de transporte chamados de OTM-n.m (Optical Transpor Module) são capazes de carregar clientes como datagramas IP, células ATM, quadros 10GEth sem utilizar quadros SDH intermediários. Os quadros STM-N, por sua vez, também são tratados como clientes da OTN e podem ser mapeados nos módulos OTM-n.m Nesta nomenclatura, n (n={1,2,...}) representa o número de circuitos ópticos ou comprimentos de onda presentes e m (m={1,2,3,12,13,23,123}) indica as taxas k presentes entre os n comprimentos de onda, onde k=1 representa clientes na taxa de 2,5 GB/s; k=2 representa 10 Gb/s e k=3 representa 40 Gb/s. Estas taxas não são fixadas com exatidão como no SDH, mas podem variar dentro de ± 20 ppm.

Estão previstos os cabeçalhos associados para mapeamento de clientes, monitoração de conexões e indicação de erros. Está previsto também, embora não padronizado ainda, a existência de cabeçalhos não associados que são incluídos opticamente em um canal de supervisão para gerenciamento da multiplexação e transmissão óptica. O envelope óptico é montado eletronicamente contendo os dados dos clientes, os cabeçalhos associados e um FEC. Os cabeçalhos não associados correspondem aos cabeçalhos OCh-OH, OMS-OH e OTS-OH que são transmitidos opticamente em um canal de supervisão no comprimento de onda λosc = 1510 nm (definido na G.692).

O envelope óptico é definido conforme a Figura 3, sendo constituído por 4 linhas e 4080 colunas totalizando 4x4080=16320 octetos. Deste total, carregam dados dos clientes apenas os bytes compreendidos entre a coluna 17 e a coluna 3824, totalizando 4x3807=15228 bytes. O overhead totaliza, então, 1092 bytes para cada envelope de 16320 bytes transmitidos. O conteúdo do cabeçalho ODUk-OH, da camada ODUk, está mostrado com detalhe na Figura 4. Neste cabeçalho são registrados dados para identificação e manutenção das conexões (Tandem connections). Detalhamento do cabeçalho OTUk-OH é apresentado na imagem.

1.No SDH,  um agregado STM-1 é formado por:

4) 63 x VC-12 

2. A arquitetura de anel SDH que faz proteção de via é a:

3) SNCP. 

3) Considere as seguintes afirmativas sobre aplicações DWDM metropolitano: 

Redes tronco de alta capacidade e escalabilidade

Usada para aplicações especializadas como a SAN (Storage Area Network)

4. A tecnologia de rede óptica WAN emergente com menor custo/bit para transporte IP:

1) IP sobre DWDM 

5. Um sinal óptico OTN com a designação OTM 10,12 significa:

5) 10 comprimentos de onda, com sinal cliente (ODU) de 2,5 e 10G. 

AV1

1.) FIBRA ÓTICA Pontos: 0,0  / 0,5

Na década de 80 do século passado, foi inaugurado o primeiro cabo submarino feito de fibra ótica. Atualmente todos os continentes da Terra já estão conectados por cabos submarinos feitos dessa fibra. Na comunicação por fibra ótica, o sinal se propaga obedecendo a um importante fenômeno da ótica geométrica. Assinale a alternativa que apresenta esse fenômeno.

R) Reflexão interna total

2.) NATUREZA DA LUZ Pontos: 0,5  / 0,5

Sob determinadas condições é possível ouvir o eco de um som emitido por uma pessoa. O fenômeno acústico que explica o eco é:

R) Reflexão

3.) CONCEITOS SOBRE FIBRA OPTICA Pontos: 0,5  / 0,5

Qual o princípio de transmissão de luz na fibra óptica ?

R) Reflexão devido às diferenças no índice de refração entre núcleo e casca.

4.) INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES ÓTICOS Pontos: 0,0  / 1,0

As proposições a seguir dizem respeito às dificuldades e progressos envolvidos no desenvolvimento dos sistemas de telecomunicações óticos e aos elementos básicos dos mesmos.

a) Com a invenção da lâmpada, foram desenvolvidos sistemas de comunicação ótica pelo ar. No entanto, dentre outras limitações, tais sistemas requeriam visibilidade entre transmissor e receptor.

b) Os primeiros LEDS e lasers desenvolvidos possuíam apenas a limitação de emitir com baixas potências.

c) A pureza obtida no processo de fabricação de uma fibra óptica tem relação direta com as características de atenuação e dispersão dessa fibra.

d) Um transmissor ótico restringe-se a um LED ou laser.

e) Um receptor óptico engloba, basicamente, um fotodetector e um circuito para amplificação, decisão e regeneração do sinal.

 Analise as questões acima e marque a opção correta:

Somente estão corretas aas opções: a, c, e.

5.) CONCEITOS SOBRE FIBRA ÓPTICA Pontos: 0,5  / 0,5

Com a transmissão de luz, podemos afirmar:

r) Ondas eletromagnéticas não necessitam de um meio físico para se propagar.

6.) CARACTERISTICA SOBRE FIBRA ÓPTICA Pontos: 0,0  / 1,0

Quais as partes constituintes dos cabos ópticos?

r) Capa e elemento de tração.

7.) REFRAÇÃO Pontos: 0,0  / 1,0

Sobre o fenômeno da Refração, é correto afirmar que:

r) quando a luz passa de um material onde seu índice de refração é maior para outro onde seu índice de refração é menor, aumenta o ângulo formado com a normal.

8.) CONCEITOS SOBRE FIBRA ÓPTICA Pontos: 1,0  / 1,0

Qual o tipo de dispersão que é eliminada quando usamos fibras monomodo?

R) Modal.

9.) CARACTERISTICA SOBRE FIBRA ÓPTICA Pontos: 1,0  / 1,0

Não é características da fibra óptica:

R) Pequena banda passante.

10.) CARACTERISTICA SOBRE FIBRA ÓPTICA Pontos: 1,0  / 1,0

Qual tipo de índice de refração é aceito na EIA/TIA 568 A para fibras multimodo?

R) Gradual.