Sistemas DWDM de baixo custo
A tecnologia DWDM consegue transmitir quantidades incríveis de banda utilizando uma única fibra. Tudo depende da capacidade de investimento, que pode chegar facilmente a dezenas de milhões, de acordo com distância e quantidade e largura dos canais.
Rinaldo Vaz, Especialista em redes ópticas de longa distância, sistemas DWDM e roteamento Inter-AS
O futuro chegou. Altas quantidades de tráfego deixaram de ser uma demanda exclusiva das grandes operadoras. É cada vez mais comum ver médios e até mesmo pequenos ISPs – provedores de serviços de Internet construindo redes ópticas metropolitanas e de longa distância.
Mesmo em um mercado acirrado entre os fornecedores/fabricantes de cabos ópticos, os custos de lançamento acabam sendo uma fração significativa nas obras de backbone óptico. Neste atual cenário, obras em conjunto, seja entre empresas parceiras ou até mesmo concorrentes, estão ajudando a viabilizar muitas dessas expansões, onde ao final, cada empresa fica com parte das fibras.
Embora apenas algumas fibras em um cabo pareçam insuficientes, a tecnologia DWDM consegue transmitir quantidades incríveis de banda utilizando uma única fibra. Tudo depende da capacidade de investimento, que pode chegar facilmente a dezenas de milhões, de acordo com distância e quantidade e largura dos canais.
Sistemas mais modernos conseguem facilmente entregar 80 canais de 200 G acima de 10 mil quilômetros de distância óptica, sem a necessidade de regeneração de sinal.
Regeneração x repetição
Uma das principais variáveis que deve ser considerada na hora de projetar uma rede DWDM é a atenuação óptica. É com base na atenuação que os projetistas definem quais níveis de potência devem ser aplicados ao sinal óptico. Contudo, amplificar sinais ópticos também traz efeitos colaterais na forma de ruído. Quanto maior a potência (ganho) aplicada, maior o nível de ruído incrementado e, consequentemente, mais dificuldade imposta ao receptor remoto.
Os projetos de longas distâncias precisam estar sempre alinhados a um parâmetro chamado relação sinal x ruído (OSNR), que é, em outras palavras, a parte do sinal que pode de fato ser compreendido pelo receptor, como mostra a figura abaixo.
A medida que o sinal degrada, em virtude da atenuação óptica, ele pode ser “repetido” (re-amplificado) e, novamente, injetado na fibra para que percorra um novo trecho. De acordo com o tipo de modulação e a qualidade dos transponders receptores, há um limiar em que novas repetições se tornam inviáveis pela incidência cada vez maior de ruído, que reduz OSNR, causando “biterrors”.
Faz-se necessário, assim, um processo de regeneração completa do sinal, que é convertido novamente em sinal elétrico e em seguida submetido a mecanismos de correção de erros, chamados de FEC – Forward Error Correction.
Em outras palavras, sistemas de longas distâncias, ainda nos dias de hoje, incrementam, além de altos custos, uma grande complexidade. Por outro lado, demandas mais simples próximas têm contado cada vez mais com soluções de menor custo e fáceis de projetar, já que dispensam preocupação com OSNR e outros fenômenos como a dispersão da onda causada pela distância.
Projetos para curtas distâncias
Praticamente, toda a atenção requerida se limita ao fator atenuação, que vai desde a fibra óptica até aos demais passivos (DIO, MUX, DEMUX e conectores). Uma das características que mais favoreceu o crescimento desses projetos, foi o surgimento de tranceivers de lambda fixa, que podem ser utilizados diretamente em interfaces SFP/SFP+ dos roteadores/switches. Esses tranceivers são bastante similares aos de já existente padrão ZR 1550nm. Esses modulam no padrão 10 G Ethernet, mas em vez de 1550 nm, podem variar entre 1520,25 a 1570,03 nm de acordo com o respectivo canal, que é padronizado pelo ITU-T.
Além do “orçamento de potência”, é preciso ficar atento ao tipo de MUX/DEMUX que será utilizado. A escolha dos comprimentos de onda (canais) deve obedecer, rigorosamente, à posição/porta do MUX/DEMUX onde esse sinal vai ser injetado, pois se trata de uma restrição física. Ou seja, uma porta do MUX/DEMUX descrita como canal 21, só vai deixar passar o comprimento de onda 1560.61 nm.
O principal fator responsável pelo baixo custo desse tipo de projeto é modular sinais no padrão Ethernet 10G, ou seja, ele transmite quadros Ethernet e não OTN. Outro fator decisivo é a capacidade que o próprio tranceiver tem de vencer a atenuação, sem a necessidade de amplificadores ópticos, que além de elevar o custo, incrementa níveis de complexidade como “alinhamento de canais” e degradações de OSNR.
Como calcular atenuação
Para calcular corretamente a atenuação é preciso ter os seguintes dados:
- Potência de saída do laser. Os mais comuns encontrados no mercado têm potência de saída em torno de +1dBm.
- Atenuação total da fibra. Este fator é mais importante que a distância propriamente dita, pois podemos ter fibras em bom ou em mal estado. Uma fibra com atenuação aceitável vai ter, em média, uma atenuação de 0,25 dB a cada km.
- Atenuação do MUX/DEMUX. A quantidade total de canais desse tipo de sistema está diretamente relacionada com o tipo de MUX/DEMUX. Quanto maior a quantidade de canais suportados, maior vai ser a atenuação causada pela inserção desse canal. Um MUX/DEMUX de oito canais por exemplo, vai causar uma atenuação aproximada de 2,8 dB, no processo de multiplexação, e outros 2,8 dB, na demultiplexação, já um MUX/DEMUX de 40 canais pode chegar facilmente a 7dB em cada fase.
- Atenuação dos conectores. Bons conectores não devem passar de 0,5 dB.
- Sensibilidade do receptor. A maioria desses modelos apresenta sensibilidade de -24 dBm em seus datasheets, ou seja, de acordo com o fabricante, um sinal abaixo desse nível, não poderá ser interpretado corretamente pelo receptor, causando “biterrors”.
Calculando o sinal esperado
Caraterísticas do projeto
Distância óptica: 60 km
Atenuação da fibra: 0,25 dB/km
Potência de saída: +1 dBm
Sensibilidade do receptor: -24 dBm
MUX/DEMUX: 8 canais, 2.8 dB de insertion Loss (incluindo conector)
Atenuação total = (distância óptica x atenuação) + perdas do MUX + perdas do DEMUX + perdas de conectores*
* Vamos considerar 0,5 dB do conector do MUX para o DIO e 0,5 dB do DIO para o DEMUX do lado remoto, totalizando 1 dB.
Atenuação total = (60 x 0,25) + 2,8 + 2,8 + 1 => 21,6 dB
Sinal esperado = potência de saída – atenuação total => +1 dBm – 21,6 = -20,6 dBm
De acordo com os cálculos acima, o sinal esperado ficou mais alto que a sensibilidade do receptor (- 24dBm), garantindo assim, o pleno funcionamento do sistema **.
** O exemplo em questão, por dispensar o uso de amplificadores ópticos, não requer preocupações com fatores de OSNR. Assim, o nível de sinal na recepção é o único fator a ser levado em conta.
Conclusão
A distância máxima que podemos alcançar está diretamente relacionada ao nível de atenuação óptica, cabendo ao projetista, considerar sempre este nível de atenuação em vez distância.
Projetos como esse podem ser implementados por qualquer técnico com experiência básica em fibra óptica, pois de maneira geral, a atenuação é praticamente o único fator a ser considerado.
Quando as distâncias superam a marca de 100 km, fenômenos como dispersão cromática (principalmente em sinais de 10 G), PMD, ruído e outros passam a influenciar cada vez mais o sinal. A partir desses níveis, torna-se comum o uso de transponders, que viabilizam o uso da camada OTN, cujo FEC é um dos maiores benefícios.
A partir de então, a rede DWDM se torna de fato uma camada transparente, podendo transportar outras tecnologias além do Ethernet, como fiberchannel, STM-64, etc. É altamente recomendado que redes desse nível, sejam projetadas pelo próprio fabricante da solução.
