1 WDM
1 WDM
Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda
Dentro do WDM, o espectro de transmissão óptico é implementado em um número de
λ (ou frequência) sem bandas sobrepostas, com cada λ comportando um único canal de
comunicação operando na taxa desejada, em geral, na velocidade máxima dos circuitos
eletrônicos.
Pemitir que múltiplos canais WDM existam em uma única fibra óptica, sendo que um
canal pouco representa na imensa BW,tendo ainda, os correspondentes desafios presentes
na descrição e desenvolvimento de uma arquitetura de rede apropriada, de protocolos e
de algoritimos. Outra vantagem está no fato dos equipamentos WDM serem fáceis de
implementar, considerando que todos os seus componentes precisam operar apenas na
velocidade dos componentes eletrônicos.
Pesquisas e desenvolvimento em redes WDM ópticas têm amadurecido consideravelmente sobre a última década. Elas estão crescentemente, sendo exploradas pelos operadores de redes de telecomunicações em todo o mundo. A nova (próxima) geração da
internet está empregando backbones ópticos baseados em WDM, lidando com redes IPsobre-WDM.Nestas redes, usuários finais - de quem a arquitetura e operação do backbone
será transparente pelos tempos de resposta, significantemente improváveis - irá anexar
à rede através de um nó switching/routing sensı́vel ao λ. O usuário final neste contexto não precisa necessariamente ser um terminal, mas pode agregar atividades de uma
coleção de terminais - incluindo aqueles que podem, possı́velmente, ser alimentados por
outras sub-redes local e/ou regional - então os usuários final agregam atividades nos seus
transmissores que possuem taxa próxima a máxima velocidade de circuitos eletrônicos.
1.1 Faixa de Comprimento de Onda da ITU
Existe uma forte necessidade da padronização de sistemas WDM, desta forma componentes e equipamentos WDM de diferentes fabricantes poderão operar uns com os outros.
então, padrões industriais para λ tem sido desenvolvidos com a liderança da ITU.
Um pedrão que estabelece os λs chamado de tabela da ITUtem sido definido para
coincidir com a região de menor perda na fibra, 1550nm. Especificamente, esta tabela
está ancorada na frequência de 193,1THz (o que corresponde a λ = 1332, 52nm). existe
uma tabela de 100GHz, o que significa que o espaçamento entre os canais adjacentes é
de 100GHz, na qual, corresponde, a um espaçamento do canal de 0,8nm, ao redor da
frequência central (193,1THz).
A figura a seguir mostra este espaçamento entre canais. Para um pacote de canais
denso, uma tabela com 50GHz de espaçamento deve, também, ser definida, ao redor
da mesma frequência de referência (193,1THz). Esta tabela é obtida adicionando um
canal bem no meio dos dois canais adjacentes da tabela de 100GHz. Continuando este
processo, uma tabela com espaçamento de 25GHz pode, também, ser definida, e assim
chegar a 600 λ.
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1.2 Problema na rede WDM
1 WDM
obs.: Se diminuido o tamanho da diferença de canais, mais canais podem ser usados.
exemplo: se diminuido o espaçamento para 25GHz, o espaçamento de λ é igual a
0,2nm, o que permite o uso de 600 canais.
1.2 Problema na rede WDM
Usuários finais em uma fibra baseada em uma rede WDM pode se comunicar com outras
através de canais ópticos (WDM), na qual são referenciados como “percursos de luz”
(lightpaths. Estes podem ligar múltiplos links de fibras. Com isso, um circuito direcionador pode interconectar dois nós na qual pode ter um grande tráfego fluindo entre
eles, e podem estar localizados bem distantes um do outro, dentro da topologia da rde
fibra óptica. Cada nó intermediário dentro dos percursos de luz promove uma passagem
alternativa para ajudar estes percursos.
Em uma rede óptica WDM com n nós, se cada nó tem n − 1 transceptores, TX(lasers)
e RX(filtros), e se existe λ suficientes para todos os links da fibra, então cada nó pode
ser conectado a um percurso de luz e não haverá problema.
Entretanto, note que o tamanho da rede (n) deve ser proporcional, e os transceptores
são relativamente caros, então cada nó é equipado com apenas alguns transceptores. As
restrições tecnológicas indicam que o número de canais WDM que podem ser usados em
uma fibra é limitada a W (valor, em geral, em torno de poucas dezenas). Então, um
número limitado de lightpaths podem ser configurados na rede.
Dado um certo número de lightpaths que necessitam ser determinados na rede e considerando uma restrição no número de λ, deve-se determinar as rotas nas quais os lightpaths devem ser configurados e, também, determinar os λ que devem ser associados aos
lightpaths, para então, determinar o número máximo de lightpath que podem ser estabelecidos. Embora, muitas vezes, as rotas mais curtas são preferidas, algumas vezes elas
devem ser sacrificadas para permitir mais lightpaths sendo configurados.
Os lightpaths (LP) que não podem ser configurados devido restições no roteamento
e no λ são ditos para serem bloqueados, então o problema de otimização da rede é
minimizar esta probabilidade de bloqueio.
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1.3 Evolução da rede WDM
1 WDM
Com essa consideração, normalmente um LP opera no mesmo λ em todo o link, neste
caso ele é dito satisfazer a restrição de continuidade de λ. Então, dois LP que dividem
um link de fibra comum não devem ser associados com o mesmo λ.
Entretanto, se um nó (switche/router ) é equipado com um conversor de λ, então a
restrição de continuidade de λ desaparece, e um LP pode trocar entre diferentes λs em
sua rota.
1.3 Evolução da rede WDM
1.3.1 Sistemas WDM ponto-a-ponto
A tecnologia WDM tem sido fortemente espalhada para áudio e redes compartilhadas,
pela rede de telecom. Isto está acontecendo devido a constante e crescente demanda
por BW.Quando a demanda excede a capacidade das fibras, o emprego de WDM é
uma alternativa com melhor custo benefı́cio, comparado com projetar novas fibras no
sistema. Foi realizado um estudo comparando o custo relativo em aumentar a capacidade
de transmissão ponto-aponto de um link de transmissão OC*-48(2,5Gbps) para OC192(10Gbps) por três soluções possı́veis:
• A terminologia OC-n é um jargão usado em telecom para sistemas SONET. OC
significa canal óptico, e OC-n especifica a taxa de dados de aproximadamente (n x
52,84)Mbps. Assim, OC-48,OC,192 e OC-768 correspondem as respectivas taxas
de 2,5Gbps, 10Gbps e 40Gbps.
a) Instalação de fibras adicionais e de equipamentos de terminação (uma solução
multifibra);
b) Uma solução WDM de 4-canais, onde um multiplexador WDM combina 4 pacotes de daos independentes, cada um com um único λ, e os envia na fibra óptica.
Um demultiplexador no receptor separa cada pacote de dados.
c) OC-192, uma solução com velocidades mais altas.
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1.3 Evolução da rede WDM
1 WDM
• A solução a) é a mais econômica para distâncias de até 50Km;
• Para distâncias maiores que 50Km a solução b) é a mais barata, mas muito próximo
da c).
1.3.2 Multiplexador λ subida/decida (WADM)
Um multiplexador de λ subida/decida consiste de um DEMUX, seguido por uma sequência
de switches 2x2 (um para cada λ), se guidode um MUX.
O WADM pode ser, essencialmente,inserido no link de fibra óptica.
Se todos os switches estão no estado “trancado”, estão todos os λ fluem através do
WADM sem distúrbios. Entretanto, se um switch for configurado no estado “cruzado”,
através de controle eletrônico, então o sinal com o correspondente λ cai localmente, e
um novo pacote de dados pode ser adicionado no mesmo λ.
1.3.3 Desenvolvimentos em redes WDM
A primeira geração em redes WDM foram possı́veis apenas em links fı́sicos ponto-aponto, na qual eram configurados estaticamente e manualmente. Para o seu desenvolvimente foi necessário projetar e desenvolver lasers WDM e amplificadores ópticos
(OAMP).
A segunda geração de WDM é capaz de estabelecer conexões orientadas à percursos
de luz fim-a-fim no circuito óptico, introduzindo elementos ópticos WADM e conexões
cruzadas ópticas (OXC).
Os percursos de luz são operados e gerenciados baseados em uma topologia virtual
sobre a topologia da fibra fı́sica, e a topologia virtual pode ser reconfigurada dinamicamente em resposta as variações de tráfego.
A terceira geração de WDM deve comportar uma rede óptica sem conexão. O principal
avanço tecnológico estão no emprego de PON e switches ópticos.
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2 WDM - PASSIVE OPTICAL NETWORK (PON)
2 WDM - Passive Optical Network (PON)
A forma básica de uma Rede Óptica passiva (PON) emprega apenas um único canal
óptico, tendo a a largura de banda disponı́vel limitada a máxima taxa de bit de um
transceptor óptico. A atenuação devido a separação limita o número máximo de Unidades de Rede óptica (ONU) a 64. Isso limita o escalonamento da rede.
PON está no estágio inicial de desenvolvimento. Embora a PON possui uma grande
largura de banda (BW) comparado com a rede de fios de cobre, ainda existe a necessidade para novos avanços em termos de BW na PON empregando WDM. Desta forma
múltiplos comprimentos de onda podem ser enviados e/ou recebido. Esta tecnologia é
conhecida como WDM-PON.
Uma WDM-PON é uma rede de acesso ponto-a-ponto, na qual existe um comprimento
de onda separado, entre o Terminal de Linha Óptico(OLT) e cada ONU. Cada comprimento de onda é roteado por uma rede de vetores de comprimento de onda (AWG)
passiva. Dentro de uma WDM-PON, diferentes ONUs podem trabalhar com diferentes
taxa de bits, se for necessário. Cada ONU pode operar em uma taxa até a máxima taxa
de bit do canal, entretanto, não poderá dividir BW com nenhuma outra ONU. O uso
de comprimento de onda individuais para cada ONU facilita a privacidade e reduz as
restrições com segurança. Devido ao roteamento periódico de uma AWG, a WDM-PON
é facilmente escalonável.
2.1 AWG
O roteamento do comprimento de onda no WDM-PON pode ser implementado através
do AWG. Este é um circuito passivo om uma matriz de roteamento fixa. Um AWG
realiza um rotamento fixo de um sinal óptico de uma dada porta de entrada para uma
determinada porta de saı́da, baseado no comprimento e onda do sinal. Sinais de diferentes comprimento de onda vindo de uma porta de entrada, serão roteados, cada um,
para uma diferente porta de saı́da. Similarmente, diferentes sinais, mas com o mesmo
comprimento de onda chegando por diferentes portas de entrada, serão roteados para diferentes portas de saı́da. Uma das principais vantagens do AWG é o seu comportamento
de roteamento periódico.
Considere uma fonte óptica com banda larga entrando na porta X. Para os sinais
ópticos entrando na porta X. E sendo roteados para uma dada porta Y, o AWG roteia
os comprimento de onda, nos quais são separados por um intervalo de comprimento de
onda fixo, chamado de faixa espectral livre(FSR). Desta forma, considerando uma base
λ, λ0, os comprimentos de onda saindo da porta Y são: λ0, λ0 + F SR, λ0 + 2F SR, ...
para a porta de saı́da y + 1 os comprimento de onda roteados na porta X são deslocados
de um intervalo de λ, 4λ, comparado com Y. Então os comprimento de onda de saı́da
na porta Y + 1 são: λ0 + 4λ), λ0 + 4λ + F SR, λ0 + 4λ + 2F SR,...
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2.2 Arquitetura WDM-PON
3 ARQUITETURA LANET
2.2 Arquitetura WDM-PON
Toda arquitetura WDM-PON proposta na literatura emprega canais de comprimento de
onda separado para cada ONU na direção de downstream (OLT − > ONU). O upstream
se difere do downstream devido duas razões principais. O ONU (tx) deve ser barato pois
é produzido em larga escala. Preferencialmente não deve ter um comprimento de onda
especı́fico, devido a dificuldade de gerenciar e manter diferentes tipos de equipamento.
Uma das primeiras arquiteturas WDM-PON proposta empregando WDM na faixa de
1550nm para downstream e um único comprimento de onda para upstream na faixa de
1300nm, dividido atrávez de TDMA. O upstream e o downstream podem ser realizados em uma única fibra através do WDM grosso(largo) - CWDM. Esta arquitetura é
chamada de PON composto - CPON. Em um único comprimento de onda, é usado um
receptor no modo rajada no OLT para receber o sinal upstream. Este modo é necessário
para sincronizar os sinais de clock oriundos de diferentes ONUs, na qual pode estar em
diferentes distâncias do OLT.
Uma limitação da arquitetura CPON é que a frequência única do laser na ONU
pode ser economicamente inviável. Isto pode dificultar o controle das variações do
comprimento de onda que podem mudar devido as variações de temperatura.
3 Arquitetura LANET
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3 ARQUITETURA LANET
A arquitetura LARNET (Rede Remota de Acesso Local). Tenta trabalhar dentro das
limitações da arquitetura CPON, usando uma fonte banda larga na ONU, como o uso
de um led, onde o espectro é fatiado pelo roteador AWG na direção upstream. Quando
a fonte é direcionada para uma das portas de entrada do roteador AWG, os vários λ
são direcionados para diferentes portas de saı́da. O led emite um espectro largo com λ
centralizados ao redor de um único λ, comparado com um laser que emite um único λ
de luz.
O OLT emprega um receptor no modo rajada com banda larga, na qual pode receber
qualquer componente espectral no led.O TDMA é usado para dividir o canal de upstream.
A LANET é atrativa porque a tecnologia do led está bem madura, e estes circuitos led
têm sido oferecidos comercialmente por um bom tempo.
Os led são muito mais baratos do que ao lasers, assim ajudam a baixar o custo dos
equipamentos da ONU. A limitação está por conta do fatiamento espectral pelo AWG,
o que leva a uma perda considerável de potência. Outra coisa é o fato da distância ser
consideravelmente menor nessa arquitetura.
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