Redes ópticas de alto desempenho

As redes externas de cabeamento metálico se caracterizam como o grande limitante para um maior desenvolvimento, tanto em largura de banda como em termos de custos de implantação, para as novas tecnologias de redes de comunicação. Os sistemas de cabeamento utilizando redes ópticas passivas ou Passive Optics Networks (PON) e os seus modelos conhecidos como "Fiber To The x" (FTTx - onde "x" pode ser H de Home, B de Building, N de Node, C de Curb, D de Desk etc.), termo genérico para designar arquiteturas de redes de transmissão de alto desempenho utilizando fibras ópticas, podem reduzir significativamente o custo de escalabilidade, expansão e gerenciamento de uma rede de comunicação.

Redes Ópticas Passivas

Como estratégia de evolução tecnológica, as redes ópticas passivas podem ser utilizadas para aproveitar a base instalada de cabos de cobre e cabos coaxiais nas redes de acesso. Por esse motivo, estão se firmando como uma solução de grande potencial para as redes de acesso local. O acréscimo de serviços numa rede PON é simples. A principal vantagem da sua arquitetura está na redução dos custos de implantação e de manutenção, pela ampliação da largura de banda disponível sem a necessidade de aumento no número de componentes ativos na rede.

Fisicamente, distinguem-se entre si no ponto de encontro entre a rede de fibra óptica (operadora de serviços) e a rede do assinante. Pequenas e grandes empresas de telecomunicações como operadoras, provedores de serviços de Internet (ISP’s) e integradores de soluções para condomínios horizontais vêm investindo nesses sistemas ópticos.

O sistema de transmissão de uma PON apresenta três componentes fundamentais:

• Terminal de linha óptica (OLT);
• Unidade de rede óptica (ONT);
• Rede de distribuição óptica (ODN).

A OLT e a ONT contém componentes ópticos e eletrônicos ativos, enquanto a ODN constitui a rede de distribuição passiva contendo a fibra, os divisores, os conectores, etc. A OLT é responsável pela gerência do sistema e pelo provimento de uma interface ao restante da rede, podendo ser localizada na central ou remotamente, servindo de interface com a central ou um concentrador remoto. O sinal óptico é transmitido pelo OLT através da rede de distribuição óptica (ODN). Na fibra óptica são feitas derivações através do uso de divisores ópticos passivos, os Passive Optical Splitter (POS)

Instalar a fibra óptica até o local onde se encontra o assinante traz inúmeras vantagens, como largura de banda praticamente ilimitada e provimento de serviços de que necessitam de altas bandas de transmissão. De modo geral, a partir de um ponto de centralização conhecido como Central Office (CO), o sinal é transmitido por uma rede óptica onde, numa região mais próxima do assinante, este é dividido por meio dos divisores ópticos, os splitters e, posteriormente, encaminhado à respectiva tomada de telecomunicações ou Optical Network Terminal (ONT), localizada no ambiente dos assinantes.

Figura 1 - Arquitetura de transmissão PON

No modelo da Figura 1, o CO envia através de um OLT (Optical Line Terminal) o sinal que é direcionado para os assinantes. Para os assinantes receberem o sinal, utilizam um equipamento chamado ONU (Optical Network Unit, também chamado de ONT, Optical Network Terminal) o qual é responsável pela conversão de sinais ópticos para sinais elétricos. Para atingir vários clientes, utilizam-se diversos divisores ópticos (splitter’s), que são elementos passivos, pequenos e de baixo custo. O fator determinante do alcance físico máximo de uma rede PON é o número de divisores ópticos usados no segmento da rede de acesso.

Figura 2 - Topologia de rede PON

• Central de Equipamentos (Headend): local onde ficam instalados os equipamentos ópticos de transmissão e o Distribuidor Geral Óptico (DGO) responsável pela interface entre os equipamentos de transmissão e os cabos ópticos de transmissão.
• Backbone Óptico (Feeder): composto basicamente por cabos ópticos que levam o sinal da central aos pontos de distribuição. Estes cabos ópticos podem ser subterrâneos ou aéreos. Para aplicação PON as fibras são do tipo monomodo.
• Pontos de Distribuição: para otimizar o uso das fibras ópticas, as redes PON apresentam-se, geralmente, em topologia estrela. Nesta configuração, os pontos de distribuição fazem a divisão do sinal óptico em áreas mais distantes da central de equipamentos, reduzindo o número de fibras ópticas para atendimento a estes acessos. Neste ponto de distribuição é realizada a divisão, distribuição e gestão do sinal óptico associado a esta área.
• Rede Óptica de Distribuição: formada por cabos ópticos, leva o sinal dos pontos de distribuição às áreas específicas de atendimento. Estes cabos geralmente são do tipo auto-sustentado com núcleo seco para facilidade de instalação. Associados a estes cabos, são utilizados caixas de emenda para derivação das fibras para uma melhor distribuição do sinal. Caixas de emenda terminal, também denominadas Network Access Point (NAP), são estrategicamente instaladas para a distribuição do sinal realizando a transição da rede óptica de backbone à rede terminal, denominada de Rede Óptica Drop.
• Rede Óptica Drop: composta por cabos ópticos auto-sustentados de baixa formação (pequeno número de fibras ópticas). A partir da caixa de emenda terminal (NAP), os cabos drop levam o sinal óptico até ao assinante propriamente dito. O elemento de sustentação geralmente é utilizado para realizar a ancoragem do cabo a casa ou prédio. Podem terminar em pequenos Distribuidores Internos Ópticos (DIO’s), na transição do cabo para cordão óptico, ou em pequenos bloqueios ópticos, para transição do cabo para extensão óptica no interior da casa ou prédio. Devido às restrições de espaço na infraestrutura das edificações, são utilizadas geralmente fibras ópticas de características especiais para se evitar perda de sinal por curvaturas acentuadas.
• Rede Interna: a partir do bloqueio óptico ou distribuidor interno óptico, são utilizadas extensões ópticas ou cordões ópticos para realizar a transição do sinal óptico da fibra ao receptor interno do assinante.

Existem alguns tipos diferentes de modelos de redes que utilizam a arquitetura básica de PON. Temos dois tipos principais de arquitetura utilizando fibra óptica: point-to-point e point-to-multipoint. A configuração point-to-multipoint utiliza-se de uma fibra compartilhada entre os assinantes e o CO (Central Office), enquanto a configuração point-to-point utiliza fibras dedicadas para cada assinante.

A rede PON com arquitetura point-to-multipoint permite que uma única fibra seja compartilhada por múltiplos pontos finais (residências e empresas), não existindo elementos ativos entre o equipamento OLT e os elementos ONU's e outras OLT's (os divisores ópticos são elementos passivos) e com isto economizando energia, espaço em sites e manutenção de equipamentos eletrônicos. Já a arquitetura point-to-point apresenta baixa penetração no mercado devido ao seu alto custo de infraestrutura quando comparada ao modelo de fibra compartilhada.

Principais Soluções

As principais soluções atualmente aplicadas definem onde o terminal óptico de recepção é instalado. Eis alguns dos modelos mais comuns na atualidade:

É uma arquitetura de rede de transmissão óptica, onde a rede drop finaliza na entrada de um edifício ou condomínio (Comercial ou Residencial). A partir deste ponto terminal, o acesso interno aos assinantes é realizado geralmente através de uma rede com cabeamento estruturado. A fibra óptica chega até o ponto de entrada existente no edifício, evitando perdas na largura de banda de transmissão (Figura 3).

Figura 3 - Arquitetura FTTB

É uma arquitetura de rede de transmissão óptica, onde a rede drop termina no edifício (Comercial ou Residencial) chegando a uma sala de equipamentos. A partir desta sala, o sinal óptico pode sofrer uma divisão do através do uso de divisores ópticos (splitters), sendo posteriormente encaminhado individualmente a cada apartamento ou escritório. É semelhante ao FTTH.

É uma arquitetura de rede de transmissão óptica, onde a rede drop termina na residência do assinante que é servido por uma fibra óptica exclusiva para este acesso. Geralmente entre a rede drop e a rede interna do assinante é utilizado um mini-DIO ou um bloqueio óptico para realizar a transição do sinal óptico para o interior da residência. Após esta transição, o sinal é disponibilizado através de uma extensão ou cordão óptico para o receptor óptico do assinante (Figura 4).

FTTC (Fiber To The Curb)

Esta arquitetura é constituída por unidades remotas que atenderão poucos assinantes a uma distância de algumas dezenas de metros. trata-se de levar a fibra até aos "armários" situados a um máximo de 300 m dos edifícios, a partir dos quais se utilizará o par metálico para transportar o sinal de dados (Figura 5).

Arquitetura utilizada onde a demanda por banda de transmissão em aplicações de videoconferência e mesmo de Internet exige uma capacidade adicional das redes locais. Trata-se de uma arquitetura usada principalmente nas redes corporativas e que permite o uso da banda larga para a transmissão de dados, voz e imagem (Figura 6).

1. FTTB (Fiber To The Building)
2. FTTA (Fiber To The Apartment)
3. FTTH (Fiber To The Home)
4. FTTD (Fiber To The Desk)
5. FTTN (Fiber To The Node)

Arquitetura usada nas redes de distribuição das operadoras de serviços de telecomunicações (TV a cabo - CATV, por exemplo), onde a fibra óptica que sai da central é conectada diretamente a um armário de rua, situado a mais de 300 metros do assinante, e depois o sinal é transformado de óptico para elétrico para ser feita distribuição em cabeamento metálico até o ponto de atendimento (Figura 7).