Comment : Off

Aplicações da Fibra

Aplicações das fibras

Fiber Channel

Fiber Channel é a tecnologia da camada de enlace predominante de armazenamento em rede ( Storage Area Networks, SANs) com interfaces que atingem velocidades acima de 100Mbps. Ela surgiu como tecnologia substituinte dos discos SCSI (Small Computer System Interface) para backup, recuperação de dados e espelhamento ( mirroring ), graças ao seu menor custo e à sua capacidade de cobrir maiores distâncias. O Fiber Channel pode ser carregado diretamente sobre a camada óptica utilizando-se o DWDM.

Gigabit Ethernet

A tecnologia Gigabit Ethernet é um marco na história das redes locais (LANs), poir foi o primeiro sistema no qual a implementação com mídia óptica foi mais barata do que em mídia elétrica. Gigabit Ethernet é o Ethernet padrão projetado para atingir escalas de outra ordem de magnitude, chegando a taxas de transferência de 1Gbps. Por conta da capacidade da fibra de cobrir longas distâncias sem repetidores, utilizando-se o DWDM, o Gigabit Ethernet pode ser expandido para longas distâncias com grandes taxas.

-Rede telefônica

Uma das aplicações básicas onde as fibras ópticas foram utilizadas foi a rede telefônica. A fibra óptica, desenvolvendo sistemas de alta capacidade, era utilizada no chamado sistema tronco de telefonia, interligando centrais de tráfego interurbano, que podiam ter desde algumas dezenas e centenas de quilômetros.

Elas traziam vantagens em tais projetos pois, graças à sua capacidade de percorrer grandes distâncias sem a necessidade de repetidores e à sua grande capacidade de transmissão de banda, reduziam significantemente os custos em relação aos demais cabos e materiais utilizados para os mesmos fins.

Uma outra aplicação da fibra, ainda na telefonia, é na interligação de centrais telefônicas urbanas. Estas centrais não envolvem longas distâncias, mas as fibras ópticas entram como forte opção pois as redes subterrâneas estão geralmente congestionadas e porque sua grande banda passante é capaz de atender uma demanda crescente, representada pelo crescimento do número de usuários da rede.

-Rede digital de Serviços Integrados

As fibras ópticas são capazes de suportar os novos serviços de transmissão oferecidos pela rede digital de serviços integrados, graças à sua grande capacidade de transmissão. As fibras ainda não dominaram totalmente tal aplicação por conta de seu custo ainda alto, e por conta da dificuldade de realização de interfaces ópticas adequadas aos aparelhos telefônicos.

– Cabos Submarinos

Os cabos submarinos são parte integrante da rede internacional de telecomunicações, e são mais um exemplo no qual as fibras ópticas obtiveram sucesso. Os cabos convencionais utilizam cabos coaxiais de alta qualidade, com grande diâmetro para diminuir a atenuação, mas requerem repetidores separados por distâncias de 5 a 10 km. Com as fibras ópticas, essa distância entre repetidores pode ser aumentada para mais de 100km, além de oferecer outras vantagens já conhecidas como a alta banda passante e facilidades operacionais devido a suas pequenas dimensões.

O primeiro dos cabos ópticos submarino transatlântico, o TAT-8, entrou em operação em 1988, e elevou para 20000 circuitos de voz a capacidade de tráfego entre EUA e Europa graças à sua grande capacidade de transmissão e à tecnologia DWDM.

Desde então, foram instalados muitos outros cabos, criando uma forte rede de comunicações que interligam todos os 5 continentes, tendo cada cabo capacidade de transmissão da ordem de 1Tbps. Os cabos são utilizados para diferentes tarefas, como transmissão de dados, telefonia, televisão, etc.

– Televisão por Cabo (CATV)

Os atrativos da fibra óptica para os sistemas de CATV são as já conhecidas grande capacidade de transmissão e seu alcance sem repetidores. Nos sistemas de CATV com cabos coaxiais, o espaçamento entre repetidores é da ordem de 1 km e o número de repetidores está limitado a 10 por conta do ruído e da distorção aos quais tais cabos estão submetidos. Portanto, as fibras ópticas superam economicamente e com sua confiabilidade os cabos coaxiais banda-larga.

– Sensores

As fibras ópticas são utilizadas em sistemas sensores ou de instrumentação seja em aplicações industriais, médicas, automóveis e até militares. A idéia de utilizar a fibra óptica em tais ambientes vale-se de suas pequenas dimensões e da sua resistência à ambientes hostis.

Na indústria, as fibras ópticas são utilizadas principalmente em sistemas de telemetria, graças à resistência da fibra a diferentes condições de temperatura, pressão, e outros, e supervisão de controle de processos.

Na área médica há um vasto número de aplicações, destacando-se o primitivo Fiberscope, a primeira aplicação prática na qual uma fibra óptica foi utilizada. Em tais aplicações, o objetivo é observar e iluminar o interior do corpo humano. Hoje em dia, há, além dos aparelhos de imagens, sensores de temperatura, pressão, pH, e de vazão sanguínea. A área médica ainda conta com as redes de comunicações locais ou redes de distribuição de recursos, que realizam teleconferências, e outras transferências de dados em alta velocidade.

Na automobilística, as aplicações das fibras vão desde o controle do motor e da transmissão até os acessórios secundários (controle de janelas e portas, aquecimento e refrigeração de ar, entre outros. As vantagens da fibra de ser imune à interferências, ter dimensões pequenas e isolamento elétrico, auxiliaram para que ela conquistasse mais este tipo de aplicações.

Serviços Banda Larga REDES PON

O sistema GPON é composto por um Terminal de Linha Óptica (Optical Line Terminal – OLT), instalado num site central da operadora, e por diversos Terminais de Rede Óptica (Optical Network Terminal – ONT), instalados nos sites dos diversos Clientes. Opcionalmente, podem ser usadas Unidades de Rede Óptica (Optical Network Unit – ONU) para chegar até os sites dos Clientes com outra tecnologia, por exemplo, o VDSL2. Esses dispositivos (ONU e VSDL2) são ativos (unidades eletrônicas) e necessitam de fontes de alimentação. Ao invés de utilizar sistemas eletrônicos na Rede de Distribuição Óptica (ODN), o uso de divisores passivos permite dividir a largura de banda disponível para atender a vários usuários.

Desta forma, não existem componentes ativos (unidades eletrônicas) entre o site central da operadora e as instalações dos clientes. Isto reduz tanto os investimentos em rede (Capital Expenditures – CAPEX) como as despesas operacionais (Operational Expenditures – OPEX), já que os componentes passivos utilizados na rede não necessitam de fontes de alimentação para funcionar. Eles também geralmente são mais baratos para a implantação e manutenção inicial da rede externa. Como vários usuários compartilham parte da rede de distribuição, diminui a necessidade de espaço para racks de interfaces ópticas e de quadros ópticos de distribuição nos bastidores do site central.

A figura 3 mostra os diferentes tipos de usos do GPON. Quando a ODN está presente em todo o trajeto até o usuário final, como é o caso de serviços implementados em FTTH, usa-se o CPE denominado Terminal de Rede Óptica (Optical Network Terminal – ONT). Caso seja usada uma tecnologia alternativa para atender o usuário final, como o cobre ou o rádio, usa-se a Unidade de Rede Óptica (Optical Network Unit – ONU).

Com o ONU, diversas arquiteturas podem ser utilizadas em função da distância do ONU até o usuário final: FTTB (Fiber To The Building, ou fibra até o prédio), para as distâncias mais curtas, e FTTN (Fiber To The Node, ou de fibra até o nó de rede), para as distâncias mais longas, usando o FTTC para distâncias intermediárias e para a instalação e posicionamento do ONU.

 

Figura 3: Tipos de uso do GPON.

O padrão atual do GPON permite o compartilhamento do ODN por enlaces com diferentes orçamentos de potência (link-budget) e, conseqüentemente, com alcance e capacidade distintos.

A tabela 2 apresenta as características mais importantes do GPON.

Tabela 2: Resumo das principais características técnicas do GPON [1].
Tipo Valor Comentários
Link-budget 28 dB Classe B+ óptica (orçamento de potência)
Distância da Fibra 20 km Valor típico, dependendo da taxa de divisão (split ratio), das perdas dos conectores e da margem do sistema
Taxa de divisão 1:32 Valores com 1:16 e 1:64 são comuns
Capacidade por PON 2488 Mbit/s
1244 Mbit/s
Downstream (DS)
Upstream (US)
Comprimento de Onda 1.490 nm
1.310 nm
DS e US para GPON de 1-fibra.

 

Para o ODN, os divisores podem ser implantados de forma centralizada (por exemplo, um local físico com um divisor 1:32) ou distribuída (por exemplo, dois locais físicos, sendo o primeiro com um divisor 1:4 e a seguir outro com quatro divisores 1:8).

Os divisores distribuídos permitem, em teoria, otimizar a colocação dos divisores para otimizar também as distâncias dos cabos de fibra. Na prática, isso pode ser difícil de conseguir, e o uso de divisores centralizados facilita a sua manutenção e atualização.

Evidentemente, o uso de divisores centralizados pode ser realizado com vários estágios de divisão num site, ou seja, um estágio com divisor 1:4 seguido por outro estágio com divisor 1:8 separadores, para atingir uma taxa de divisão total de 1:32.

Serviços Residenciais

Muitas operadoras vêem o GPON como uma solução ideal para aplicações residenciais do tipo FTTH. O compartilhamento da infra-estrutura passiva e da OLT é uma solução boa para atender a demanda de capacidade de pequena a média do usuário residencial típico. Para distâncias mais curtas de acesso local (<20 km), pode ser usada uma taxa de divisão (split ratio) de 1:64. Quanto maior a taxa de divisão (split ratio), menor será a capacidade dedicada ao usuário final.

Normalmente, um sistema GPON suporta os serviços de dados e de telefonia baseados em protocolo IP, serviços IPTV e serviços de entrega de conteúdos sob demanda (on demand). Um ONT residencial típico, por exemplo, do tipo SFU (Single-Family Unit, ou unidade familiar única), inclui uma série de portas Gigabit Ethernet, enquanto outros mais avançados também incluem suporte para NAT (Network Address Translation), firewalls, DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) e servidores de DNS (Domain Name Server), e etc. Os ONT’s podem ser do tipo de interno ou externo (indoor ou outdoor), em função do tipo de implantação, e podem atender um usuário individual ou vários usuários ao mesmo tempo.

 

Serviços Corporativos

Como o GPON é muito flexível na alocação de largura de banda por usuário, os usuários residenciais podem compartilhar um PON com usuários corporativos que demandam maior capacidade. Para acomodar as necessidades específicas de comunicação das empresas, existem vários tipos de SBU (Single Business Unit ou unidade corporativa única). As SBU’s suportam diversos números de portas POTS (telefonia convencional), de portas DS1/E1 e ramais PBX, e Ethernet de 100 Mbit/s ou 1 Gbit/s.

 

Backhaul VSDL2

A tecnologia DSL foi originalmente destinada a proporcionar uma conexão de dados ao longo do circuito convencional de cobre existente entre uma Central Telefônica e um assinante. Uma série de inovações tem produzido várias gerações de DSL, oferecendo taxas de bits maiores e freqüências mais altas através de circuitos de cobre cada vez mais curtos.

A tecnologia VDSL2 pode suportar até 100 Mbit/s em circuitos mais curtos, enquanto velocidades de 50 a 75 Mbit/s podem ser alcançadas em circuitos de até 1 km (dependendo do estado da rede de cobre, do comprimento dos cabos e da interferência existente). Através do uso de usar técnicas de vectoring, velocidades ainda mais elevadas são viabilizadas (tipicamente 100 Mbit/s por par de cobre em distâncias da ordem de algumas centenas de metros.

Na maioria dos casos, o número de usuários finais que pode ser alcançado diretamente pelo VDSL2 a partir da estação telefônica é bastante limitado, porque as distâncias até os assinantes são tipicamente muito longas. No entanto, o VDSL2 é uma alternativa excelente para ser usada sempre que a rede de cobre existente seja curta, por exemplo, para os serviços implantados a partir do DG de um edifício ou de um gabinete de equipamentos instalado na calçada próxima ao site do cliente. Um DSLAM (DSL Access Multiplexer ou multiplexador de acesso DSL) VDSL2 pode concentrar vários assinantes conectados por pares de cobre num link de backhaul de 1 Gbit/s de um switch Metro Ethernet, e o uso de um link backhaul GPON é uma escolha muito adequada neste caso.

 

Backhaul Móvel

Com as próximas gerações de redes de rádio, tais como as redes HSPA (High-Speed Packet Access, ou acesso de pacotes de alta velocidade) e LTE (Long Term Evolution, ou evolução de longo prazo), a capacidade de / para a estação radiobase irá aumentar significativamente em comparação com exigência atual de alguns E1/T1s.

Em alguns casos, a capacidade do backhaul para um site com três setores será da ordem de 100 a 400 Mbit/s. Para isso, serão necessários backhauls de maior capacidade. Como o tamanho da célula está diminuindo e existe muita fibra em uso na rede, o uso da tecnologia de backhaul GPON para / a partir de estações radiobase é uma opção interessante.

Fonte: http://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/wdm1/Aplicaesdasfibras.html