Desde que foram desenvolvidas, as Fibras Ópticas representaram uma grande revolução na forma de transmitir informações, superando diversas restrições dos cabos de cobre tradicionais.
A utilização da luz como meio de propagação permitiu a comunicação de alta velocidade em distâncias que antes eram inimagináveis, preservando a integridade dos dados transmitidos.
Essa tecnologia transformou a infraestrutura das redes de comunicação, trazendo benefícios significativos, como uma maior largura de banda e resistência a interferências eletromagnéticas.
Neste artigo, vamos explorar como a fibra óptica é utilizada em Sistemas de Cabeamento de Rede.
Vamos explorar os princípios técnicos que permitem a transmissão de dados via fibra óptica, sua implementação em sistemas de rede e seu impacto na eficiência das redes. Destacaremos a relevância da fibra óptica na infraestrutura de comunicação atual e seu papel na definição do futuro da transmissão de dados.
Confira!
O que é Fibra Óptica?
A fibra óptica é uma tecnologia de transmissão de dados que utiliza pulsos de luz para transportar informações digitais através de cabos com núcleos extremamente finos, feitos de vidro ou plástico transparente.
A camada externa é geralmente feita de polímero ou PVC para proteger o cabo contra danos causados por impactos, umidade e temperaturas extremas. Logo abaixo da camada externa está uma camada de força que ajuda a suportar a tensão do cabo durante a instalação.
Dentro do cabo, há uma ou mais fibras ópticas que são usadas para transmitir os sinais. Cada fibra é composta por um núcleo ultrafino que é revestido por uma camada de revestimento ou casca (cladding), que ajuda a refletir a luz de volta para o núcleo para evitar perdas de sinal.
Como funciona a Fibra Óptica?
O funcionamento da fibra óptica é baseado em um fenômeno físico conhecido como reflexão interna total.
Este fenômeno ocorre quando a luz, viajando em um meio com um índice de refração maior (o núcleo da fibra), atinge a fronteira com um meio de índice de refração menor (a casca da fibra) em um ângulo maior que o ângulo crítico.
Nesse caso, toda a luz é refletida de volta ao núcleo, permitindo que ela viaje ao longo da fibra sem escapar, possibilitando a transmissão de dados por distâncias muito maiores do que seria possível com os cabos de cobre.
Tipos de Fibras Ópticas
As fibras ópticas são categorizadas principalmente em dois tipos: multimodo e monomodo, diferenciando-se pelo tamanho do núcleo, por onde a luz se propaga na fibra.
Multimodo (MMF)
Os cabos de fibra óptica multimodo possuem um núcleo de fibra mais espesso, geralmente com diâmetro de 50 µm ou 62,5 µm, permitindo a propagação de múltiplos feixes de luz em diferentes direções.
Quando a luz é acoplada ao núcleo, ela se propaga em diversos feixes, cada um seguindo um caminho distinto, caracterizado por um ângulo específico.
Esta diversidade de trajetórias, ou modos, resulta em uma variedade de caminhos de transmissão dentro da fibra.
As fibras multimodo são subdivididas em cinco categorias: OM1, OM2, OM3, OM4 e OM5. Essas categorias se distinguem principalmente pelo diâmetro do núcleo e pela largura de banda.
Fibras com classificação OM1 possuem diâmetros de núcleo de 62,5 mícrons, enquanto as classificadas como OM2, OM3, OM4 e OM5 possuem diâmetros de 50 mícrons.
A largura de banda varia entre essas categorias, sendo as fibras OM3, OM4 e OM5 mais adequadas para velocidades gigabit devido à sua maior capacidade de largura de banda.
Monomodo (SMF)
Os cabos de fibra óptica monomodo, por sua vez, possuem um núcleo de fibra muito mais fino, geralmente com diâmetro de 9 µm, que permite a transmissão da luz em uma única direção. Este tipo de fibra é comumente usado em redes de longa distância.
As fibras monomodo são classificadas em OS1, OS1a e OS2, diferenciando-se pela especificação de atenuação em diferentes comprimentos de onda.
Em ambos os tipos, a casca, também feita de vidro, tem um diâmetro de 125 mícrons. A escolha entre fibra multimodo e monomodo depende das necessidades específicas de uma rede, incluindo fatores como distância de transmissão e orçamento.
Diferenças entre a Transmissão de Fibras Ópticas Multimodo e Monomodo
A transmissão de dados em redes de fibra óptica depende fortemente do tipo de equipamento de transmissão utilizado, que varia entre fibras multimodo e monomodo.
Para fibras multimodo, a fonte de luz pode ser um dispositivo mais simples e econômico, como um LED ou um laser de cavidade vertical de emissão superficial (VCSEL):
- Os LEDs são usados em sistemas de fibra óptica que não exigem altas velocidades de transmissão de dados. Eles são mais baratos e mais fáceis de usar do que os VCSELs, mas não são tão rápidos.
- Os VCSELs são comumente usados em sistemas de fibra óptica de alta velocidade porque podem transmitir dados rapidamente e com eficiência.
Já as fibras monomodo necessitam de um emissor de luz capaz de concentrar toda a sua energia em um espaço de apenas nove mícrons. Neste caso, a única opção viável é um transmissor a laser, que é consideravelmente mais caro do que transmissores LED ou VCSEL.
Portanto, existe uma diferença substancial nos custos dos equipamentos de transmissão para fibras multimodo e monomodo, sendo um fator determinante na escolha do tipo de fibra a ser utilizado em uma rede específica.
- Switches
- Roteadores
- Modems
- Access Points
- Transceivers
- Conversores de Mídia
Embora a fibra multimodo ofereça maior flexibilidade na transmissão devido à presença de múltiplos caminhos de luz, isso também pode levar a certos desafios. Um desses desafios é a dispersão modal, que pode afetar a qualidade e a eficiência da transmissão de dados.
Dispersão Modal
A dispersão modal é um fenômeno que ocorre exclusivamente em fibras ópticas multimodo. Os sinais de luz que seguem diferentes modos podem chegar ao receptor em momentos diferentes, o que pode afetar a qualidade e a eficiência da transmissão de dados, pois pode levar à distorção do sinal.
Isso ocorre porque os sinais que chegam em momentos diferentes podem se sobrepor, tornando difícil para o receptor distinguir os sinais individuais.
Este fenômeno é diretamente proporcional ao comprimento da fibra, limitando assim a distância máxima que a fibra multimodo pode alcançar.
Na prática, o alcance máximo da fibra multimodo geralmente não ultrapassa dois quilômetros. Para redes Ethernet gigabit, esse alcance pode ser reduzido para apenas algumas centenas de metros. Para aplicações de alta velocidade, como 100 gigabits por segundo, o alcance pode ser ainda menor, inferior a 100 metros, devido principalmente à dispersão modal.
Em contraste, a fibra monomodo, que possui apenas um modo de transmissão, não sofre de dispersão modal. Isso permite que a fibra monomodo tenha um alcance de vários quilômetros, dependendo da potência do transmissor.
Portanto, os equipamentos de transmissão monomodo, devido ao seu maior alcance, necessariamente possuem mais potência, contribuindo para a diferença de preço entre fibras multimodo e monomodo.
Em termos de aplicações de dados Ethernet, todas as velocidades Ethernet disponíveis atualmente, até 100 gigabits por segundo, têm disponibilidade de equipamentos para transmissão tanto em monomodo quanto multimodo.
A escolha entre fibra multimodo e monomodo será determinada principalmente pela velocidade e distância da transmissão. Para transmissões mais curtas, de algumas centenas ou dezenas de metros, a fibra multimodo geralmente oferece um melhor custo-benefício, pois os equipamentos de transmissão são mais baratos.
No entanto, para links mais longos, onde a multimodo não pode ser utilizada devido à sua dispersão modal, a única opção é a monomodo. Embora a solução como um todo possa ser consideravelmente mais cara, é a única viável.
Comprimentos de Onda
Outro aspecto crucial na análise das fibras ópticas multimodo e monomodo é o comprimento de onda da luz empregada na transmissão de dados.
Geralmente as fibras ópticas são fabricadas para operar em um comprimento de onda específico, que deve ser compatível com o comprimento de onda do transmissor utilizado. Mas existem exceções, que permitem a utilização da técnica de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM). Isso permite que uma única fibra possa operar em múltiplos comprimentos de onda simultaneamente.
No contexto da arquitetura Ethernet, as janelas típicas de transmissão para fibras multimodo são 850 nanômetros e 1300 nanômetros. Para as fibras monomodo, as janelas são de 1310 nanômetros e 1550 nanômetros.
No entanto, existem fibras ópticas especiais que permitem a utilização da técnica de Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM), como a MZ DSF.
Esta técnica possibilita que múltiplos sinais ópticos, cada um operando em um comprimento de onda diferente, transmitam informações simultaneamente através da fibra, resultando em múltiplos fluxos de dados trafegando na fibra ao mesmo tempo.
As fibras ópticas tradicionais que não suportam a técnica WDM normalmente permitem apenas a transmissão de dados em uma única direção. Portanto, em transmissões usando essas fibras, geralmente é necessário um par de fibras ópticas – uma para a transmissão de dados e outra para a recepção de dados.
Agora, se uma fibra óptica que suporta a técnica WDM for utilizada, pode ser possível usar apenas uma única fibra, pois essa fibra permitirá fluxos separados e comprimentos de onda separados para a transmissão e recepção de dados.
Atenuação
A atenuação específica da fibra é outra diferença importante entre as fibras multimodo e monomodo. Nas fibras multimodo, a atenuação é aproximadamente entre 3 e 3,5 dB por quilômetro quando medidos a 850 nm, e de 1 a 1,5 dB por km quando medidos a 1300 nanômetros.
No caso da fibra monomodo, o tipo OS1 tem uma atenuação máxima de aproximadamente 1 dB/km, enquanto a OS2, mais adequada para ambientes externos, tem uma atenuação máxima de 0,4 dB/km.
Esta diferença na atenuação é um fator determinante na capacidade das fibras monomodo de transmitir dados em distâncias mais longas em comparação com as fibras multimodo.
Principais Aplicações de Fibra Óptica em Redes
Os cabos de fibra óptica representam uma parte essencial das redes de comunicação modernas, oferecendo velocidade, confiabilidade e eficiência incomparáveis.
Nesta seção, falaremos sobre as principais aplicações das fibras ópticas em redes de computadores e as considerações essenciais para a seleção do tipo adequado para cada ambiente específico.
Redes Locais (LANs)
As fibras ópticas são frequentemente utilizadas como a infraestrutura principal, ou backbone, de uma rede de telecomunicações.
O cabeamento de backbone é uma parte essencial de um Sistema de Cabeamento Estruturado. Dentro de tal sistema, existem dois tipos principais de cabeamento: o Cabeamento Horizontal e o Cabeamento de Backbone.
Diferentemente do cabeamento horizontal, que interconecta os dispositivos finais aos pontos de rede, o cabeamento de Backbone tem a função de conectar as salas de telecomunicações e as salas de equipamentos.
“O objetivo principal do cabeamento de Backbone é conectar os equipamentos de comunicação distribuídos nas instalações.”
Os cabos de backbone de fibra óptica partem de um ponto central, conhecido como Distribuidor de Campus (CD), e se dirigem aos edifícios que compõem a instalação, geralmente seguindo uma topologia em estrela.
Ao chegar nos edifícios, o Backbone de Campus é terminado e conectorizado em Distribuidores de Andar (FD) ou distribuidores de edifícios (BD).
Backbone de Campus
O segundo nível de backbone é conhecido como Backbone do Edifício. O backbone do edifício interliga o distribuidor do edifício, que fica no térreo, a cada sala de telecomunicações que atende os pavimentos.
Backbone do Edifício
Nos Distribuidores de Campus e Distribuidores dos Edifícios, temos alguns ativos de rede – normalmente switches core que ficam no distribuidor de campus, e switches de borda que ficam nos distribuidores de piso.
Redes de Área Ampla (WANs)
As Redes de Área Ampla (WANs) são estruturas de rede que interconectam redes locais (LANs) em uma escala geográfica extensa, abrangendo cidades, países ou até mesmo continentes.
A fibra óptica, devido à sua capacidade superior de transmissão de dados e baixa atenuação de sinal, é frequentemente empregada na infraestrutura dessas redes.
Um exemplo comum de uma WAN seria uma empresa com uma sede em São Paulo e uma unidade fabril na Zona Franca de Manaus. Nesse cenário, a empresa pode utilizar cabos de fibra óptica para interconectar as redes dessas duas unidades.
Isso permitiria que os usuários de ambas as localidades acessassem e compartilhassem dados de maneira bastante eficiente, como se estivessem fisicamente no mesmo local.
Redes Fiber to the Premises (FTTP)
As redes FTTP, ou Fiber-to-the-Premises, são uma aplicação específica da tecnologia de fibra óptica em redes de área ampla. Nessa arquitetura de rede, a fibra óptica é estendida diretamente da central da operadora até a residência ou negócio do usuário final.
A arquitetura FTTP é caracterizada por uma infraestrutura de rede ponto-a-multiponto. A central da operadora, também conhecida como Terminal de Linha Óptica (OLT), envia sinais de dados para múltiplas residências ou unidades de negócios, cada uma equipada com um Terminal de Rede Óptica (ONT) ou uma Unidade de Rede Óptica (ONU).
A comunicação de dados na rede FTTP é realizada através de uma Rede Óptica Passiva (PON).
Uma PON utiliza elementos passivos – splitters ópticos, para dividir o sinal óptico da OLT para várias ONTs/ONUs. Isso faz com que uma única fibra óptica possa servir múltiplos usuários, otimizando a utilização da infraestrutura e reduzindo custos.
Fiber-to-the-Home (FTTH)
A expansão das redes Fiber-to-the-Home ou FTTH (um tipo de rede FTTP) no brasil tem sido fundamental para suportar o crescente uso de serviços online, como streaming de vídeos, jogos online, trabalho remoto e ensino à distância, que exigem uma conexão de internet robusta e de alta velocidade.
É importante notar que nem todos os provedores de internet oferecem uma conexão 100% em fibra óptica (fibra óptica estendida diretamente do provedor até a residência do usuário).
A infraestrutura utilizada e o tipo de rede empregada podem afetar diretamente o desempenho da sua conexão e a qualidade do serviço que você recebe.
Embora a arquitetura FTTP seja a mais avançada e ofereça as maiores velocidades, existem outras arquiteturas de rede baseadas em fibra óptica que são usadas quando a instalação direta de fibra óptica até a residência do usuário não é possível.
Fiber-to-the-Node (FTTN)
As redes FTTN, ou Fiber-to-the-Node, utilizam fibra óptica para transmitir dados até um ponto central, conhecido como nó.
A partir desse nó, que geralmente está localizado em uma caixa de distribuição na rua, a conexão é distribuída para os usuários finais através de cabos de cobre tradicionais.
A velocidade da conexão pode ser afetada pela distância entre o nó e o usuário final, uma vez que os cabos de cobre têm uma capacidade de transmissão limitada.
Fiber-to-the-Curb/Cabinet (FTTC)
As redes FTTC, ou Fiber to the Curb, utilizam fibra óptica até o poste/calçada (curb) e o acesso do cliente se dá em duas etapas.
A primeira, via fibra óptica, vai da central da empresa até um armário ou caixa de fibra estrategicamente posicionados próximos ao cliente (quase sempre na rua).
De lá, segue até a casa do contratante através da tecnologia VDSL2, que utiliza a mesma rede de cabos metálicos de cobre que servem para a telefonia fixa.
Embora a FTTC possa oferecer velocidades de conexão mais altas do que a FTTN, a qualidade do sinal ainda é afetada pela distância entre o armário e a residência do usuário.
Redes Submarinas
As redes submarinas são sistemas de cabos de fibra óptica que são colocados no fundo do mar para fornecer conectividade de rede entre diferentes continentes e países. Esses cabos submarinos desempenham um papel crucial na infraestrutura global da internet, transportando a maior parte do tráfego internacional de dados.
Os cabos submarinos são compostos por pares de fibras ópticas, cada um capaz de transportar vários terabits de dados por segundo. Cada cabo é protegido por várias camadas de material isolante e armadura para protegê-lo contra danos físicos e interferências eletromagnéticas.
A instalação de cabos submarinos é um processo complexo e caro que envolve o mapeamento do leito marinho, a fabricação do cabo, e a instalação do cabo usando navios especialmente equipados. Apesar do alto custo, a capacidade superior de transmissão de dados e a confiabilidade das redes submarinas fazem delas uma solução ideal para a conectividade de rede em longas distâncias.
Atualmente, existem mais de 360 cabos submarinos em funcionamento, totalizando mais de 800 mil quilômetros, extensão capaz de dar 20 voltas em torno da Terra. Alguns são bastante curtos, como o cabo CeltixConnect de 131 quilômetros — entre a Irlanda e o Reino Unido. Outros são enormes, como o Asia America Gateway, de 20 mil quilômetros.
Elaboração de Projetos de Cabeamento com Fibra Óptica
Um projeto de conectividade óptica precisa ser planejado cuidadosamente. Apesar de ser uma solução conhecida pela alta velocidade no tráfego de dados e perda de sinal praticamente nula, vários aspectos devem ser considerados. Confira!
Fusão de Fibras Ópticas
A fusão ou emenda óptica é um processo que envolve a junção de dois segmentos de um cabo de fibra óptica. Na prática, o que ocorre é uma soldagem de alta precisão das fibras ópticas. Este procedimento é comumente aplicado nas seguintes situações:
- Unir um cabo de fibra a uma extensão óptica conectorizada (geralmente dentro de um Distribuidor Interno Óptico);
- Converter um tipo de cabo óptico para outro tipo de cabo óptico (por exemplo: Cabo Loose para Tight);
- Conectar um equipamento de teste;
- Prover manutenção em um cabo rompido ou dar continuidade em um lance ou bobina de cabo óptico.
Acompanhe, a seguir, as etapas necessárias nesse processo: preparação, fusão e revestimento.
Preparação
A preparação para a fusão ou emenda óptica é um processo meticuloso que envolve várias etapas. Cada segmento de fibra que será fundido deve passar por essas etapas:
- Decapagem do cabo óptico – Nesta etapa, o cabo é decapado e a fibra de aramida é removida. Cada tipo de cabo óptico requer um processo e uma ferramenta de decapagem específicos.
- Decapagem da fibra óptica – Deve-se remover o acrilato com o uso de um decapador;
- Limpeza da fibra óptica – A limpeza deve ser feita com álcool isopropílico sempre no sentido para fora da fibra;
- Clivagem – Neste processo, a fibra é cortada precisamente em um ângulo de 90 graus usando um clivador. Após esta etapa, a fibra não pode mais ser limpa.
Fusão
A fusão óptica é um processo que pode ser realizado por meio de um dispositivo especializado, conhecido como máquina de fusão. Neste dispositivo, as duas fibras ópticas são colocadas em um componente chamado motor de alinhamento, também conhecido como V-Groove, após a conclusão do procedimento de preparação.
Posteriormente, as fibras ópticas são aproximadas pelo V-Groove até uma distância de aproximadamente 1 micrômetro entre elas. As fibras são então inspecionadas pelo equipamento e fundidas. Existem normalmente dois modelos de operação para a máquina de fusão: alinhamento pelo núcleo e alinhamento pela casca.
No Alinhamento pelo Núcleo, a máquina de fusão utiliza um sistema de alinhamento de precisão para alinhar os núcleos das duas fibras ópticas antes da fusão. Este método é geralmente usado para fibras monomodo, que têm núcleos muito pequenos.
Por outro lado, no Alinhamento pela Casca, a máquina de fusão alinha as fibras ópticas pelo diâmetro externo, ou casca, das fibras. Este método é mais comumente usado para fibras multimodo, que têm núcleos maiores.
Revestimento
Durante o processo de fusão óptica, há um risco inerente de quebra nas junções. Para mitigar esse risco, a junção é revestida com um tubete de resina. Este tubete é então colocado no dispositivo de aquecimento do equipamento de fusão.
Após a colocação do tubete de resina, o equipamento de fusão é acionado para iniciar o procedimento de aquecimento. Durante este processo, o tubete de resina é moldado à fibra óptica.
Ao final do processo, o tubete de resina deve estar adequadamente moldado à fibra, fornecendo um revestimento protetor para a junção. Este revestimento ajuda a proteger a junção contra danos físicos e garante a integridade da conexão de fibra óptica.
Falhas aceitáveis e inaceitáveis na fusão de fibra óptica
No processo de fusão de fibra óptica, existem dois tipos de falhas: aceitáveis e inaceitáveis.
Falhas aceitáveis são aquelas que não comprometem a integridade da emenda nem afetam a transmissão de dados. Por exemplo, fibras dopadas com flúor ou revestidas com titânio podem apresentar linhas brancas ou pretas na emenda. No entanto, essas linhas não afetam a funcionalidade da fibra.
As falhas inaceitáveis invalidam a fusão. Essas falhas podem ser causadas por diversos fatores, como preparação inadequada da fibra, calibração incorreta da máquina de fusão ou presença de impurezas na fibra. Tais falhas podem resultar em uma emenda de baixa qualidade, afetando negativamente a transmissão de dados.
Para assegurar a qualidade da emenda, é recomendado o uso de um equipamento calibrado, como o Reflectômetro Óptico no Domínio do Tempo (OTDR). Este equipamento permite verificar a qualidade da emenda e identificar possíveis falhas. Portanto, é uma ferramenta essencial para garantir a eficácia do processo de fusão de fibra óptica.
Componentes de Redes de Fibra Óptica
A instalação de uma rede estruturada com fibra óptica requer, além dos cabos, diversos acessórios para a emenda e conexão. Estes acessórios constituem uma lista de materiais que pode variar em complexidade dependendo da especificidade da rede a ser instalada.
Estes elementos formam o “hardware” do sistema de cabeamento, necessário em todos os pontos de emenda e terminação dos cabos ópticos. Este hardware inclui caixas de emendas, bandejas e organizadores de fibras, armários e painéis de conexão e pontos de terminação ópticas.
Para um hardware de cabeamento de rede específico, é necessário que o projeto identifique a quantidade de fibras necessárias e a rota do cabeamento. Os componentes e acessórios para montagem interna (hardware interno) são mais variados do que o número de componentes para montagem externa (hardware externo).
Distribuidores Internos Ópticos (DIOs)
O Distribuidor Interno Óptico (DIO) é um dispositivo essencial na infraestrutura de uma rede de fibra óptica. Sua principal função é proporcionar organização e flexibilidade aos cabos de fibra óptica, protegendo e acomodando as emendas entre extensões e cabos.
A utilização do DIO minimiza o risco de rompimento dos cabos e interferência externa. Além disso, sua implementação em um projeto está diretamente relacionada ao aumento da vida útil, eficiência e flexibilidade dos cabos.
O DIO é comumente empregado em projetos de grande escala, contribuindo para a organização do cabeamento óptico.
Ele pode ser instalado em um rack ou diretamente na parede, dentro de salas de telecomunicações ou salas de equipamentos.
Acopladores Ópticos
Um acoplador óptico, também conhecido como adaptador óptico, é um dispositivo compacto utilizado para conectar ou terminar cabos ou conectores de fibra óptica entre duas linhas de fibra óptica.
Este adaptador óptico possibilita a conexão individual de cabos de fibra óptica ou a conexão de múltiplos cabos em uma rede extensa, permitindo a comunicação simultânea de vários dispositivos.
Pigtails
Um Pigtail de Fibra Óptica é uma fibra óptica única, curta, geralmente com buffer compacto, que possui um conector óptico pré-instalado em uma extremidade e um comprimento de fibra exposta na outra extremidade.
Essa extremidade sensível é emendada por fusão em outra fibra única (ou feixe de fibras), proporcionando um link robusto e confiável entre a fibra e o dispositivo ao qual está conectada.
Conectores
Os conectores de fibra óptica desempenham um papel crucial na junção das fibras ópticas, assegurando uma transmissão de dados de alta velocidade e de alta qualidade.
O mercado oferece uma variedade de conectores, cada um com atributos distintos que se adequam a diferentes requisitos de aplicação. Os quatro tipos de conector mais frequentemente utilizados são os LC, SC, ST e MT-RJ.
Transceivers
Um transceptor óptico é um dispositivo eletrônico que integra um transmissor e um receptor óptico em uma única unidade.
Este dispositivo é responsável por converter sinais ópticos, recebidos através do cabo de fibra óptica, em sinais elétricos que são então transmitidos para os equipamentos eletrônicos correspondentes, e vice-versa. Estes módulos são componentes essenciais dos equipamentos ativos em uma rede óptica e estão disponíveis em diversos modelos padrão.
“O principal objetivo do transceiver é a conversão de sinal óptico (luz transportada através de fibra óptica) em sinal elétrico (transportado por cabos de par trançado metálico, comumente conhecidos como cabos de rede).”
Os transceivers são utilizados exclusivamente em padrões de rede que empregam cabos de fibra óptica, uma vez que nos padrões que utilizam fios de cobre, essa conversão não é necessária. Apesar de seu tamanho compacto, os transceivers frequentemente representam os componentes de maior custo na criação de um link de fibra óptica.
Conversores de Mídia
Os Conversores de Mídia são dispositivos de rede empregados em redes P2P (ponto-a-ponto) que realizam a conversão de sinais elétricos em sinais ópticos e vice-versa.
Esses equipamentos possibilitam a transformação de eletricidade em luz para a transmissão de dados, viabilizando assim a substituição de fios de cobre por fibra óptica.
Dimensionamento de Rede
O primeiro passo no dimensionamento de uma rede de fibra óptica é entender as necessidades específicas do projeto. Isso inclui a identificação do número de usuários finais, a quantidade de dados que será transmitida, a velocidade de transmissão desejada e a distância total que os dados precisarão percorrer.
O planejamento de rotas envolve a determinação do caminho que a fibra óptica seguirá. Isso pode incluir a consideração de obstáculos físicos, como edifícios e estradas, bem como a necessidade de evitar áreas de interferência eletromagnética.
A instalação da fibra deve ser realizada por profissionais treinados para garantir que a fibra seja instalada corretamente e sem danos.
Arquitetura e Topologia de Rede
A topologia da rede é um aspecto crucial no projeto de uma rede de fibra óptica, pois determina a forma como os nós da rede estão interconectados. Existem várias topologias comuns que podem ser usadas, dependendo das necessidades específicas do projeto:
Redes em Anel
Nesta topologia, cada nó está conectado a exatamente dois outros nós, formando um único caminho contínuo para o sinal através de cada nó – um anel. As redes em anel podem oferecer alta redundância, pois o sinal pode viajar em ambas as direções ao redor do anel.
Redes em Barramento
Nesta topologia, todos os nós estão conectados a uma única linha de transmissão central, ou “barramento”. As redes em barramento são simples e econômicas de instalar, mas podem ser menos confiáveis se o barramento central falhar.
Redes em Árvore
Também conhecida como topologia hierárquica, esta topologia tem um nó raiz e todos os outros nós estão conectados de forma que se parecem mais com uma árvore.
Redes em Estrela
Nesta topologia, cada nó está conectado a um nó central, como os pontos de uma estrela. As redes em estrela são fáceis de instalar e gerenciar, e a falha de um nó geralmente não afeta o restante da rede.
Cada topologia tem suas próprias vantagens e desvantagens, e a escolha da topologia correta depende de vários fatores, incluindo o tamanho e a escala da rede, os requisitos de redundância e confiabilidade, e o orçamento disponível para a instalação da rede.
Além disso, é importante notar que essas topologias não são mutuamente exclusivas. Por exemplo, uma rede de fibra óptica pode usar uma topologia em estrela para a rede principal e topologias em anel ou em árvore para sub-redes. Portanto, o projeto de uma rede de fibra óptica pode envolver a combinação de várias topologias para atender às necessidades específicas do projeto.
Cálculos de Potência Óptica
A potência óptica é um parâmetro crítico na implementação de redes de fibra óptica, especialmente em redes FTTH (Fiber to the Home). O sinal que se origina do Concentrador Óptico (também conhecido como OLT – Optical Line Terminal) e se dirige aos usuários finais (através das ONUs – Optical Network Units) não é regenerado ao longo do caminho, o que pode resultar em degradação do sinal.
Existem três fatores principais que contribuem para essa degradação:
Distância Percorrida: A atenuação do sinal aumenta com a distância que o sinal precisa percorrer. Isso é devido à dispersão e absorção que ocorrem à medida que o sinal viaja pela fibra.
Comprimento do Cabo de Fibra Óptica: O comprimento do cabo de fibra óptica também afeta a potência do sinal. Quanto maior o comprimento do cabo, maior será a atenuação do sinal.
Níveis de Divisões: Em uma rede PON, o sinal é dividido várias vezes para ser distribuído a vários usuários. Cada divisão resulta em uma redução da potência do sinal.
Portanto, é crucial calcular a potência óptica para garantir que o sinal recebido pelos usuários finais seja forte o suficiente para uma comunicação de dados eficaz. Isso geralmente é feito através de um cálculo conhecido como Link Power Budget, que leva em consideração a potência de transmissão do OLT, a sensibilidade do receptor na ONU, e todas as perdas ópticas que ocorrem ao longo do caminho, incluindo perdas por divisão, perdas por emenda, perdas por conectores e perdas inerentes à fibra óptica.
O objetivo é garantir que a potência do sinal na ONU seja maior que a sensibilidade mínima do receptor, garantindo assim uma comunicação de dados eficaz. Se a potência do sinal na ONU for menor que a sensibilidade mínima do receptor, a comunicação de dados pode ser interrompida ou a qualidade da conexão pode ser degradada. Portanto, o cálculo e a gestão da potência óptica são aspectos fundamentais no dimensionamento e na operação de redes FTTH.
Certificacão dos Links
A certificação de links de fibra óptica é um processo essencial para garantir a qualidade e o desempenho das instalações de redes de fibra óptica. Aqui estão alguns dos principais aspectos envolvidos:
Importância da Certificação: A certificação de rede de fibra óptica é um conjunto de testes e medições realizados para verificar se o desempenho da fibra óptica atende aos padrões e especificações estabelecidos pelos órgãos reguladores e pela indústria1. Essa certificação é importante porque garante que a instalação da fibra óptica está correta e que a rede está operando dentro dos parâmetros ideais de desempenho.
Equipamentos de Certificação: A certificação de rede de fibra óptica envolve o uso de equipamentos específicos, como o OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer), que emite pulsos de luz na fibra óptica e analisa os sinais de retorno. Com base nessas medições, é possível identificar problemas como atenuação excessiva, reflexões indesejadas e outros defeitos que podem comprometer o desempenho da rede.
Benefícios da Certificação: A certificação de fibra óptica oferece uma série de benefícios importantes para as instalações de fibra óptica. Alguns desses benefícios incluem: Verificação da conformidade, Identificação de problemas, e Garantia de desempenho.
Níveis de Certificação: A certificação de fibra óptica é geralmente classificada em níveis, sendo os mais comuns o Tier-1 e o Tier-21. O Tier-1 é o nível básico de certificação de fibra óptica. Nesse nível, é necessário fazer um teste bilateral, em que ambas extremidades da fibra estejam conectadas aos equipamentos a serem testados. O objetivo aqui é mediar a perda de inserção de um link óptico.
Principais Vantagens do uso de Fibras Ópticas
As fibras ópticas oferecem uma série de vantagens significativas em comparação com outros meios de transmissão de dados, como os cabos de cobre. Aqui estão algumas das principais vantagens:
- Largura de Banda Elevada: A fibra óptica suporta uma largura de banda muito maior em comparação com os cabos de cobre. Isso significa que é capaz de transmitir grandes volumes de dados em altas velocidades.
- Distâncias de Transmissão Maiores: A fibra óptica, especialmente a monomodo, é capaz de transmitir sinais por distâncias muito longas sem perda significativa de sinal. Isso a torna ideal para redes de longa distância.
- Imunidade a Interferências Eletromagnéticas (EMI) e Radiofrequências (RFI): Ao contrário dos cabos de cobre, a fibra óptica não é suscetível a interferências eletromagnéticas ou radiofrequências. Isso torna a fibra óptica mais resistente a interferências externas, proporcionando uma transmissão mais estável e confiável.
- Durabilidade e Resistência: As fibras ópticas têm elevada durabilidade e resistência às interferências externas e as ações do tempo. Elas são menos propensas a danos físicos e corrosão em comparação com os cabos de cobre.
- Integridade do Sinal: As fibras ópticas garantem uma comunicação mais clara e consistente devido à menor perda de sinal e interferência.
- Utilização de Menos Cabos e Menores Comprimentos de Cabos: As fibras ópticas permitem a utilização de menos cabos e menores comprimentos de cabos para sua transmissão de dados.
Essas características tornam a fibra óptica uma opção preferencial para aplicações que exigem a transmissão de grandes volumes de dados, como streaming de vídeo em alta definição, videoconferências e serviços baseados em nuvem.
Conclusão
A implementação de fibra óptica em sistemas de rede tem um impacto significativo na eficiência das redes, permitindo a transmissão de dados a velocidades mais altas e em maiores distâncias.
Com a crescente demanda por comunicações de alta velocidade e a necessidade de infraestruturas de rede mais robustas, a fibra óptica continuará a desempenhar um papel crucial na definição do futuro da transmissão de dados.
Portanto, a compreensão dos princípios técnicos da fibra óptica, bem como a sua implementação em sistemas de rede, é essencial para qualquer profissional que trabalhe na área de redes de comunicação.
A fibra óptica não é apenas uma tecnologia do presente, mas também uma tecnologia do futuro, com um potencial incrível para transformar ainda mais a forma como transmitimos e recebemos informações.
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