Fibra óptica, meio de transmissão que viabiliza a comunicação em alta velocidade, seu impacto nas camadas de rede e requerimentos de prontidão para o futuro.

Não há como entregar soluções de alta velocidade sem o uso de fibras ópticas e sistemas passivos e/ou ativos associados. À medida que as demandas por alta velocidade se aproximam do usuário final (Serviços 5G e Internet ultra rápida, por exemplo), os sistemas ópticos deixam de ter uma atuação mais de núcleo de rede, onde o tráfego já está bastante consolidado/agregado e se estende para as pontas onde se trata o acesso e agregação do tráfego.

Para o mais desavisado pode não parecer uma evolução, uma vez que a fibra é um meio confinado de transmissão de dados, que requer cabeamento físico e lidar com os desafios associados, mas não há outra maneira de entregar banda passante quase que ilimitada e com imunidade a interferências eletromagnéticas. Nesse tocante, pode-se citar o exemplo dos cabos terra que interligam as torres de transmissão elétrica (Cabos OPGW¹), cujo objetivo principal é proteger as linhas de transmissão quanto às descargas atmosféricas, no entanto carregam em seu interior cabos de fibra óptica responsávéis pela comunicação de alta capacidade entre duas localidades e que não sofrem perturbação mesmo quando da ocorrência de descargas na linha de transmissão.

Especificidades do emprego das fibras ópticas nas diferentes porções de rede …

As fibras ópticas hoje são fundamentais também nas redes de acesso, não importa o tipo de serviço (móvel ou fixo). O acesso impõe o desafio da capilaridade. Serviços de acesso à internet em banda larga são, atualmente, majoritariamente atendidos pela arquitetura óptica passiva de acesso múltiplo ao meio conhecida como GPON² (… e suas variantes), onde se viabiliza o acesso de vários usuários finais através de uma única fibra. Serviços móveis possuem requerimentos especiais, como sincronismo, que dificultam adoção do GPON, ainda que não inviabilize se empregado os padrões mais modernos como XGS-PON, no entanto alguma solução óptica precisa ser empregada para coletar o tráfego das células do sistema móvel, em especial os sistemas 5G.

Dependendo da porção da rede, o emprego da fibra óptica e sistemas associados pode requerer mais ou menos inteligência das camadas superiores de transporte. É muito comum encontrar-se soluções em fibra escura (“Dark fiber”), onde as camadas superiores de transporte, camada IP quase que invariavelmente, utilizam a fibra sem a necessidade de adaptação, multiplexação ou amplificação óptica. Uma realidade cada vez mais presente com o advento dos plugáveis ópticos coerentes, que oferecem altíssima velocidade (400Gb/s +), com grande tolerância as restrições de transmissão das fibras.

No entanto, à medida que se adentra a rede pela agregação, metro core e longa distância, o uso otimizado da fibra óptica requer a implementação de técnicas e blocos funcionais oferecidos por soluções ópticas de comunicação.

Como já comentado, no acesso o desafio é a capilaridade, mas não se exige muito da performance e velocidade, o que torna a fibra um recurso escarço. Já nas porções mais interiores da rede, exige-se performance e capacidade de transmissão, mas não se requer muita capilaridade. O desenho de uma rede óptica passa, portanto, pelo entendimento do objetivo da rede.

Requerimentos e aspectos operacionais de redes à fibra óptica modernas …

Entendendo-se que as fibras ópticas são a base de todos os sistemas de comunicação de alta velocidade, é importante que se tenha um olhar mais cuidadoso para os parâmetros de transmissão que podem impactar a performance dos sistemas, como atenuação (pela propagação ou conexão), dispersão (Cromática ou por PMD⁵) ou mesmo os de natureza não linear, seja por situações de saturação de potência ou fenômenos de espalhamento induzidos ou não.

A atenuação excessiva, por baixa qualidade nas conexões ópticas pode não ser um problema nos enlaces de curta/média distância num primeiro momento, por exemplo, mas nos enlaces de longa distância podem afetar o regime de operação dos amplificadores ópticos utilizados. Nos últimos anos difundiu-se bastante a utilização de amplificação Raman, que utiliza a própria fibra para produzir amplificação ao sinal óptico, através do fenômeno de espalhamento Raman, que é induzido por bombeamento de frequências ópticas específicas. O emprego deste método distribuído de amplificação introduz muito menos ruído óptico no sistema, em comparação aos EDFA’s⁶ clássicos, o que é muito importante à medida que se transmite em velocidades cada vez maiores com consequente redução da tolerância a razão sinal-ruído óptica (OSNR). No entanto, o ganho da amplificação Raman é diretamente dependente da perda óptica que o sinal de bombeamento sofre ao longo da região de amplificação.

Ou seja, tomando esse caso como exemplo, é cada vez mais importante que os sistemas ópticos tenham mecanismos automáticos de detecção da degradação seja por envelhecimento ou por eventos de manutenção da fibra óptica.

Os principais fornecedores de sistema ópticos, já incorporam em suas soluções mecanismos não invasivos de monitoração da qualidade da fibra, como OTDR’s³, que utilizam o fenômeno de retro-espalhamento natural da fibra para avaliar a atenuação, perdas e reflexões nas emendas ou nas conexões ao longo do percurso da fibra. No passado, requeria-se monitoração “out of band” (utilização de uma fibra do mesmo cabo, dedicada para monitoração) e um sistema a parte de gerenciamento. O avanço das soluções ópticas, principalmente com o advento dos sistemas coerentes de comunicação trouxerem a possibilidade de monitoração de outros parâmetros diretamente ligados a performance do canal óptico (CD⁴, PMD⁵, OSNR, …) na fibra.

Hoje, um sistema óptico bem desenhado é capaz de expor as condições de operação do meio óptico, através de interfaces programáveis (API’s), por exemplo, o que permite a coleta de dados da rede e implantação de mecanismos de monitoração (Telemetria), onde eventos e fatores de qualidade podem ser capturados em tempo real. Com uma base de dados confiável, pode-se atuar de maneira pró-ativa na rede e evitar manutenções reativas, durante a ocorrência de falhas, o que traz significativa economia de OPEX a rede.

As redes a fibra requerem maior automação e integração com as camadas superiores de rede …

As redes a fibra que já são realidade há décadas, se colocam ainda mais relevantes daqui por diante com a perspectiva de crescimento exponencial do tráfego, assim como o aumento de penetração das redes ópticas. Esse aumento de volume de tráfego e a natural necessidade de racionalização dos investimentos por parte das operadoras, exigem projetos de rede óptica capazes de endereçar não só os requisitos tradicionais de capacidade e distância, mas também que levem em consideração o comportamento das fibras ao longo da vida útil da rede. Automação e integração com os sistemas de rede é uma necessidade quase que mandatória para uma rede óptica preparada para o futuro.

Legenda:

1 – OPGW: OPtical Ground Wire cable

2 – GPON: Gigabit Passive Optical Network

3 – OTDR: Optical Time Domain Reflectometer

4 – CD: Chromatic Dispersion

5 – PMD: Polarization Mode Dispersion

6 – EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier