4.1. Definição

4.2. Link DWDM

4.2.1. Componentes

A) Fibras Ópticas

Banda Óptica

B) Emissores e Detectores de Luz

Emissores de luz

Detectores de luz

C) Multiplexadores e Demultiplexadores

Técnicas de multiplexação e demultiplexação

5. Recomendações ITU-T

6. CWDM X DWDM

- WWDM

- UDWDM

8. WDMA

Conclusões

10. Referências Bibliográficas

11. Perguntas

4.1. Definição

O DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing - multiplexação densa por

comprimento de onda) é uma tecnologia WDM. Segundo a ITU (International

Telecommunications Union), os sistemas DWDM podem combinar até 64 canais em

uma única fibra. No entanto, podemos encontrar, na prática, sistemas DWDM que

podem multiplexar até 128 comprimentos de onda. Além disso, foram realizados alguns

testes que provaram ser possível a multiplexação de até 206 canais.

O espaçamento entre os canais pode ser de 200 GHz (1.6 nm), 100 GHz (0,8 nm), 50

GHz (0,4 nm), podendo chegar a 25 GHz (0,2 nm). Os sistemas DWDM utilizam

comprimentos de onda entre aproximadamente 1500 nm e 1600 nm e apresentam alta

capacidade de transmissão por canal, 10 Gbps, podendo alcançar 1Tbps na transmissão

de dados sobre uma fibra óptica.

Figura 3 - Princípio do DWDM

Um sistema DWDM capaz de multiplexar 40 comprimentos de onda a 10 Gb/s por

canal, possui uma banda total de 400 Gb/s, o que é suficiente para transportar em uma

única fibra o conteúdo equivalente a mais que 1100 volumes de uma enciclopédia em

1s. Sistemas DWDM com 40 Gb/s por comprimento de onda já são realizáveis, e a

tendência é aumentar continuamente tanto a densidade de canais multiplexados quanto a

taxa de bits por canal.

O DWDM é a chave tecnológica para integração das redes de dados, voz e imagem de

altíssima capacidade. Além de ampliar exponencialmente a capacidade disponível na

fibra, o DWDM possui a vantagem de não necessitar de equipamentos finais para ser

implementado. E ainda, esta técnica de multiplexação obedece ao padrão de fibra G.652

(monomodo) que é utilizado na maioria dos backbones de fibra óptica.

Atualmente, o DWDM é utilizado principalmente em ligações ponto-a-ponto. Nessa

tecnologia, é possível que cada sinal transmitido esteja em taxas ou formatos diferentes.

Desta forma, a capacidade de transmissão de sistemas DWDM podem ser ampliadas

consideravelmente e de maneira relativamente fácil. E ainda é capaz de manter o mesmo

grau de desempenho, confiabilidade e robustez do sistema.

4.2. Link DWDM

Nas redes ópticas emprega-se a utilização de um link DWDM ponto-a-ponto. Neste

sistema, emissores de luz lançam feixes de luz na entrada do multiplexador óptico. Este

mux irá combinar os diferentes comprimentos de onda em um único caminho, sendo

então acoplados em uma fibra monomodo. No final do link, os canais ópticos são

separados pelo demultiplexador óptico e levados para os diferentes receptores. Para

links de transmissão que possuem longas distâncias, é preciso que os sinais sejam

amplificados. Para isso, utiliza-se um amplificador óptico.

Figura 4 - Enlace DWDM Ponto-a-ponto

4.2.1. Componentes

A) Fibras Ópticas

Uma fibra óptica é um fio fino feito de materiais como sílica, silicone, vidro, nylon ou

plástico. Esses materiais são dielétricos (isolantes elétricos), além de serem cristalinos e

homogêneos, o que os tornam suficientemente transparentes para guiar um feixe de luz

(visível ou infra-vermelho) através de um determinado trajeto. Assim, a luz aplicada a

uma das extremidades percorre a fibra até sair pela outra extremidade, podendo este

percurso atingir centenas de quilômetros sem a necessidade de que o sinal seja

regenerado. A estrutura básica das fibras ópticas consiste em um conjunto de cilindros

concêntricos, cada um com uma determinada espessura e determinado índice de

refração, de forma que possibilitem o fenômeno da reflexão interna total.

Figura 5 - Estrutura de uma Fibra

Óptica Figura 6 - Fenômeno da Reflexão na Fibra Óptica

Num sistema DWDM, geralmente utiliza-se fibras monomodo (SMF - Single Mode

Fiber). A construção desse tipo de fibra é realizada de tal forma que apenas o modo

fundamental de distribuição eletromagnética é guiado. Assim, evita-se os diversos

caminhos de propagação da luz no interior do núcleo e, conseqüentemente, a dispersão

do impulso luminoso é reduzida. Para isso, o diâmetro do núcleo da fibra deve ser

poucas vezes maior que o comprimento de onda da luz utilizada para a transmissão.

Normalmente, encontramos as seguintes dimensões: 2 a 10 micrômetros para o núcleo e

80 a 125 micrômetros para a casca. Os materiais mais utilizados para a fabricação desta

fibra são sílica e sílica dopada.

Figura 7- Fibra Monomodo

A seguir, é apresentado um gráfico indicando a variação da atenuação do sinal na fibra,

quando variamos o comprimento de onda, para o padrão de fibra monomodo G.652.

Analisando esse gráfico, vemos que podemos utilizar uma faixa de comprimentos de

onda entre 1280nm e 1650nm. O limite inferior dessa faixa de comprimento de onda

assume esse valor devido ao diâmetro do núcleo da fibra monomodo. Já o limite

superior dessa faixa é explicado pelo fato de que, para um valor acima deste limite, a

atenuação aumenta rapidamente.

Figura 8 - Gráfico Atenuação X Comprimento de onda para Padrões G.652

Na transmissão por fibras óticas, buscamos baixas atenuações de sinal. Por isso, utiliza-

se regiões específicas do espectro óptico, que recebem o nome de janelas óticas. Os

primeiros sistemas DWDM foram projetados para operar na primeira janela óptica,

próximo a 850 nm. Nessa janela, a atenuação é de cerca de 0.8 dB/km. Em torno de

1310 nm, temos a segunda janela (banda O), onde temos uma atenuação menor que na

primeira janela, próximo de 0.3 dB/km que possui uma em 1310 nm. Temos ainda uma

terceira janela (banda S), em torno de 1550 nm, que apresenta uma perda menor que 0.3

dB/km, e uma quarta janela, por volta de 1625 nm, que também apresenta uma pequena

atenuação.

A capacidade de transmissão ou banda passante da fibra monomodo é aproximadamente

de 50 THz. Somente uma pequena fração dessa capacidade vem sendo utilizada. Um

sinal de 2,5 Gb/s, por exemplo, usa apenas 0,005%, ao passo que um sinal de 10 Gb/s

utiliza 0,02%. Utilizando uma tecnologia de multiplexação WDM, pode-se aproveitar

ainda mais a banda passante oferecida pela fibra monomodo.

Banda Óptica

Atualmente as bandas de freqüência óptica mais utilizadas em sistemas DWDM são:

S - Band (Short Band) - vai de 1450 nm a 1500 nm.

C - Band (Conventional Band) - vai de 1530 nm a 1570 nm;

L - Band (Long Band) - está na faixa de 1570 nm a 1625 nm;

B) Emissores e Detectores de Luz

Emissores de luz

Um sistema DWDM impõe altas exigências a seus componentes, principalmente com

relação ao comprimento de onda do feixe de luz fornecido pelas fontes. A fonte utilzada

no sistema é muito importante, pois suas características geralmente atuam diretamente

no desempenho final do link óptico. Assim, esses dispositivos precisam ser compactos,

e devem emitir feixes de luz monocromática, estável, e de longa duração.

Para a emissão dos sinais de luz numa transmissão óptica, podemos utilizar dois tipos de

fontes: os diodos emissores de luz (LEDs - Light Emitting Diodes) e

os lasers semicondutores. Os LEDs são dispositivos lentos em relação aos lasers, além

de serem adequados para a utilização em taxas menores que 1 Gb/s. E ainda, possuem

um espectro largo, e são freqüentemente usados em comunicações com fibras

multimodo. Já os lasers semicondutores possuem características adequadas às

aplicações com fibras monomodo. Além disso, os lasers são capazer de emitir feixes de

luz com comprimento de onda preciso, largura de espectro limitada e potência

suficiente.

O custo dos lasers em relação aos LEDs é

maior, mas é amplamente empregado em

enlaces DWDM, já que atendem a maior parte

das exigências dessa tecnologia, que exige

ainda o controle da mudança da freqüência no

tempo. No entanto, os lasers não satisfazem

esse requisito, que pode ser afetado pelo meio

utilizado para a modulação do sinal.

Os lasers semicondutores mais usados são

os lasers Fabry-Perot e os lasers DFB

(Distribuited FeedBack). Os lasers DFB são

os mais adequados às aplicações DWDM, já

que emite feixes de luz bem semelhante à luz

monocromática e permite altas velocidades de

transmissão, além de possuir uma relação

sinal-ruído favorável e apresentar maior

linearidade. Esseslasers podem operar em

torno de 1310 nm e na faixa de 1520 nm a

1565 nm, que apresenta compatibilidade com

os amplificadores EDFAs.

Figura 9 - Laser DFB Anritsu para

Sistemas DWDM

Detectores de luz

Num sistema de transmissão de dados por fibra óptica, o receptor consiste em um

fotodiodo ou fotodetector, que é um dispositivo que emite um pulso elétrico ao ser

atingido pela luz. Normalmente, o tempo de resposta de um fotodiodo corresponde a 1

ns, fator que limita as taxas de transmissão em 1 Gb/s. Outro fator importante é o ruído

térmico. Para ser detectado, um pulso de luz precisa conduzir energia suficiente. Se o

sinal transmitido possuir potência suficiente, a taxa de erros pode se tornar pequena o

bastante, de forma que não afete a transmissão.

No caso de sistemas DWDM, é preciso que os sinais transmitidos sejam recuperados em

diferentes comprimentos de ondas sobre a fibra. Assim, os sinais ópticos são separados

(demultiplexados) antes de chegar no detector. Os fotodetectores mais usados são o PIN

(Positive-Intrinsic-Negative) e o APD (Avalanche PhotoDiode). Os fotodiodos PIN

apresentam certas vantagens, tais como baixo custo e confiabilidade, enquanto os APDs

demonstram maiores sensibilidade e precisão e alto custo.

C) Multiplexadores e Demultiplexadores

Os sistemas DWDM necessitam de equipamentos capazes de combinar sinais que

provêm de várias fontes emissoras, para que sejam transmitidos por uma única fibra.

Assim, os multiplexadores convergem sinais de diversos comprimentos de onda em um

único feixe. Nos receptores, temos equipamentos demultiplexadores, que possuem a

função de separar o feixe recebido em suas várias componentes de comprimento de

onda. A estrutura dos multiplexadores e demultiplexadores é basicamente a mesma, mas

em um enlace DWDM, são colocados em direções opostas.

Esses equipamentos podem ser classificados como passivos ou ativos. Se forem

passivos, são baseados na utilização de prismas, difração ou filtros. Se forem ativos, se

baseam na combinação de dispositivos passivos com filtros sintonizados. Nestes

dispositivos, é necessário minimizar a interferência entre canais e maximizar a

separação entre eles.

Existe um tipo especial de multiplexador denominado add/drop-multiplexer. Este

dispositivo, além de realizar a função de um multiplexador comum, permite a remoção

de um sinal e a inserção de um novo sinal, de mesmo comprimento de onda, em um

enlace de transmissão. Todos os outros comprimentos de onda passam através do

multiplexador add/drop com uma pequena perda de potência (geralmente alguns dB).

Isso facilita a evolução de links ópticos DWDM ponto-a-ponto, pois nem todos os

canais da transmissão possuem a mesma origem e o mesmo destino.

Figura 10 - Optical Add/Drop Multiplexer

Técnicas de multiplexação e demultiplexação

Uma maneira simples de multiplexação ou demultiplexação da luz poderia ser realizada

utilizando-se um prisma. Como o feixe de luz policromática incide paralelamente na

superfície do prisma, durante a demultiplexação, cada comprimento de onda é refratado

diferentemente. Assim, cada comprimento de onda é separado um do outro por um

ângulo. Então, uma lente irá focalizar cada feixe, de maneira que entrem

adequadamente na fibra. Essa mesma técnica pode ser feita para realizar a

multiplexação de diferentes comprimentos de onda dentro de uma única fibra.

Figura 11 - Multiplexação através de um Prisma

Figura 12 - Demultiplexação através de um Prisma

Uma outra técnica tem base nos princípios de difração e interferência óptica. Ao incidir

numa grade de refração, cada comprimento de onda que compõe o feixe de luz

policromática é difratado em diferentes ângulos e, assim, para pontos diferentes no

espaço. Para focalizar este feixes dentro de uma fibra, pode-se usar lentes.

Figura 13 - Multiplexação através de Grades de Difração

Figura 14 - Demultiplexação através de Grades de Difração

As grades de guias de ondas (AWGs - Arrayed WaveGuide) são dispositivos que

também se baseam nos princípios da difração. O AWG, também é conhecido como

roteador óptico de guia de onda e consiste de uma matriz de canais curvados com uma

diferença fixa no caminho entre canais adjacentes. Os AWGs são conectados àos

terminais de entrada e saída. Ao incidir no terminal de entrada, a luz é difratada e entra

na matriz de guia de ondas. Nessa matriz a diferença de comprimento óptico de cada

guia de onda produz uma diferença de fase no terminal de saída, quando acoplado uma

matriz de fibras. Isso resulta em diferentes comprimentos de onda possuindo máximos

de interferência em diferentes lugares, que correspondem às portas de saídas.

Figura 15 - Demultiplexação através da AWG

Tem-se ainda uma técnica que utiliza filtros de interferência em dispositivos

denominados filtros de filmes finos ou filtros de interferência de múltiplas camadas.

Essa técnica consiste em inserir filmes finos no caminho óptico, de forma que os

comprimentos de onda da luz policromática possam ser separados. Cada filme colocado

no caminho da luz deve transmitir um comprimento de onda e refletir todos os outros.

Colocando estes dispositivos em cascata, muitos comprimentos de onda podem ser

demultiplexados.

Figura 16 - Concepção dos Filtros de Filmes Finos

D) Amplificadores Ópticos

Em sistemas de transmissão de dados por fibras ópticas a longas distâncias, o sinal

transmitido precisa ser amplificado após percorrer uma certa extensão da fibra. Pode-se

utilizar um repetidor elétrico como amplificador. O repetidor irá converter o sinal ótico

em sinal elétrico através de um fotodiodo e irá amplificá-lo, reconvertendo-o em sinal

óptico.

No caso de sistemas DWDM, que se trata de um sistema multi-canal, temos que cada

canal requer, separadamente, uma conversão opto-elétrica, seguida da amplificação e

reconversão elétrica-ótica. Desta forma, para um sistema de n canais, serão necessários

n repetidores. Assim, é mais conveniente usar amplificadores óticos.

Os amplificadores óticos são dispositivos que têm a finalidade de amplificar um sinal

fraco e distorcido, objetivando a regeneração desse sinal. Esse equipamento realiza a

amplificação no domínio ótico, ou seja, sem realizar a conversão do sinal óptico em

pulsos elétricos. Como os amplificadores óticos operam apenas na faixa de banda

específica do espectro de freqüência, a faixa de freqüência para sistemas DWDM são

muito dependentes desses amplificadores. A amplificação ótica não depende da taxa de

transmissão de dados.

O amplificador óptico mais conhecido é o EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). O

érbio é um elemento que emite luz quando excitado. Esse amplificador, recebe um sinal

fraco e uma luz de comprimento de onda de 980 nm ou 1480 nm é injetada por um

laser. Isso estimula os átomos do érbio a liberar a energia armazenada como luz de 1550

nm. Este processo é contínuo através da fibra e, por isso, o sinal aumenta fortemente.

No entanto, as emissões espontâneas no EDFA também adicionam ruído ao sinal

transmitido.

Figura 17 - EDFA

5. Recomendações ITU-T

O comitê da ITU-T (International Telecommunications Union - Telecommunication

Standardization Sector) tem uma série de recomendações relacionadas a comunicações

por fibras ópticas, inclusive para sistemas DWDM e CWDM. A seguir, temos uma lista

com algumas dessas recomendações:

ITU-T G.652 - sofreu útima revisão em março de 2003. Essa recomendação

trata-se das características de cabos e fibras monomodos, descrevendo os

atributos geométricos e mecânicos, bem como as características de transmissão

da fibra SMF com dispersão zero e comprimento de onda em torno de 1310 nm.

Esta fibra foi otimizada para operar na região de 1310 nm, mas também pode ser

utilizada na região de 1550 nm. Essa é a mais recente revisão da recomendação

criada em 1984.

ITU-T G.653 - em dezembro de 2003 foi aprovada a quinta e mais recente

versão dessa recomendação, criada em 1988. Essa recomendação descreve as

características de fibras monomodo com dispersão zero e comprimento de onda

na região de 1550 nm.

ITU-T G.655 - em março de 2003 foi aprovada a mais recente revisão dessa

recomendação criada em 1996. A ITU-T G.655 descreve as características de

uma fibra monomodo que possui um valor absoluto do coeficiente de dispersão

cromática melhor que o de outras fibras SMF, na faixa de 1530 nm a 1565 nm.

Para essa fibra, há a redução do crescimento de efeitos não-lineares, particulares

de sistemas DWDM.

ITU-T G. 694.1 - aprovada em junho de 2002, essa recomendação fornece uma

tabela de freqüências para aplicações DWDM. Essa tabela sustenta um

espaçamento de 12.5 GHz a 100 GHz entre canais.

ITU-T G.694.2 - a primeira versão foi aprovada em junho de 2002, tendo uma

versão mais atual aprovada em dezembro de 2003. Essa recomendação fornece

uma tabela de comprimentos de onda para aplicações CWDM. Essa tabela

suporta um espaçamento de 20 nm entre os canais.

ITU-T G.695 - aprovada pela ITU-T em fevereiro de 2004, essa recomendação

complementa a recomendação existente ITU-T G.694.2 e é a mais recente das

recomendações da série G. Além disso, trata de interfaces ópticas para

aplicações CWDM que suportam até 16 canais e taxas de transmissões de até 2.5

Gb/s. As aplicações definidas usam dois métodos diferentes: um com parâmetros

de interface usando multicanal e outro com parâmetros de interface usando um

único canal. Nos dois métodos são especificados aplicações unidirecionais e

bidirecionais.

6. CWDM X DWDM

O CWDM e o DWDM, por serem tecnologias WDM, ambos apresentam o mesmo

princípio de funcionamento de combinar vários comprimentos de onda em uma única

fibra, de forma a aumentar sua capacidade. No entanto, existem algumas diferenças

básicas que serão apresentadas a seguir.

Características CWDM DWDM

Número de comprimentos de onda que podem

ser combinados em uma única fibra 16 64

Faixa de comprimento de onda 1310 nm a 1610

nm

1492.25 nm a

1611.79 nm

Espaçamento entre canais 20 nm 100 GHz (0.8 nm)

Bandas ópticas utilizadas O, E e C S, C e L

Áreas de aplicações Redes

Metropolitanas

Aplicações ponto-

a-ponto

Densidade, devido ao espaçamento entre os

canais Baixa Alta

Figura 18 - Faixa de Comprimento de Onda e Espaçamento entre Canais: CWDM X

DWDM

Na tabela apresentada acima, vemos diferenças em algumas características das

tecnologias CWDM e DWDM. Além dessas diferenças, temos outras, que também

serão citadas. Os sistemas DWDM requerem que os lasers utilizados possuam

temperaturas estáveis, além de necessitarem de filtros de banda estreita. Já os sistemas

CWDM não necessitam que os lasers utilizados possuam temperaturas estáveis e os

filtros utilizados são de banda larga. Assim, percebemos que a implementação de

sistemas DWDM é mais complexa, se comparado com o CWDM.

Geralmente, o DWDM é a melhor escolha para aplicações onde a densidade dos canais

ou a largura de banda são de maior prioridade. O CWDM, por sua vez, é uma excelente

opção onde os gastos devem ser considerados. Há uma estimativa de que o emprego do

CWDM pode economizar em até 30% dos gastos se comparado com o DWDM.

7. Outras Tecnologias WDM

- WWDM

O WWDM (Wide Wavelength Division Multiplexing) utiliza a janela óptica em 1310

nm e possui um amplo espaçamento entre os canais multiplexados. O WWDM permite

a combinação de 4 comprimentos de onda em uma única fibra. Além disso, é uma

tecnologia muito versátil, pois suporta fibras multimodo para distâncias curtas (300 m) e

fibras monomodo para longas distâncias (10 km).

O Wide WDM é amplamente aplicado a LAN's (Local Area Networks - redes locais).

Além disso, é utilizado nas especificações 10GBase-LX4/LW4 do protocolo 10 GE

(10 Gigabit Ethernet), aprovado em março de 2001 pelo comitê IEEE 802.3. Nestas

especificações se usam duas fibras monomodos ou multimodos com WWDM, no

comprimento de onda de 1310 nm. Neste caso, são multiplexados quatro comprimentos

de onda em cada fibra, espaçados de 24.5 nm. A seguir, apresentamos alguns

parâmetros desta especificação.

Meio Banda Modal (MHz.km) Distância máxima (m)

Fibra Multimodo 62,5 um 500 300

Fibra Multimodo 50 um 400 240

Fibra Multimodo 50 um 500 300

Fibra Monomodo N/A 10000

- UDWDM

O U-DWDM (Ultra - Dense Wavelength Division Multiplexing) é considerado como o

próximo estágio nas comunicações ópticas. Esta tecnologia combina 128 ou 256

comprimentos de onda em uma única fibra óptica, sendo que cada comprimento de onda

teria uma taxa de transmissão de 2.5 Gb/s, 10 Gb/s e até 40 Gb/s. No U-DWDM os

canais estão espaçados de 10 GHz, o que corresponde a 0.08 nm.

Nos Laboratórios Bell, em Holmdel, New Jersey, conseguiu-se atingir uma transmissão

de 1022 comprimentos de onda em uma única fibra óptica, utilizando-se U-DWDM.

Nessa transmissão experimental, cada comprimento de onda carregava informações

distintas. Foi utilizado um único laser de alta velocidade para gerar todos os sinais, ao

invés de usar um laser para cada comprimento de onda. como é feito nos sistemas

WDM convencionais. Cada canal carrega informações a uma taxa de 37 Mb/s,

totalizando mais de 37 Gb/s. Pesquisadores acreditam que esta taxa pode chegar a uma

ordem de Tb/s.

Figura 21 - Pesquisadores do Bell Labs monitorando uma transmissão experimental de

1022 comprimentos de onda em uma única fibra óptica

8. WDMA

O WDMA (Wavelength Division Multiple Access) é um protocolo de acesso múltiplo

por divisão de comprimento de onda, pertencente à subcamada de controle de acesso ao

meio (MAC - Medium Access Control). Um protocolo de acesso múltiplo é usado com a

finalidade de alocação de canais de acesso múltiplo. No caso do WDMA, cada canal é

dividido em sub-canais, utilizando-se métodos de multiplexação como o FDM

(Frequency Divison Multiplexing), TDM (Time Division Multiplexing) e WDM

(Wavelength Divison Multiplexing). Esses subcanais são então alocados dinamicamente,

conforme as necessidades. Esse método é muito utilizado em LANs (Local Area

Networks - redes locais) de fibra óptica para que se possam realizar transmissões

diferentes utilizando comprimentos de onda (freqüências) distintos ao mesmo tempo.

Figura 19 - Multiplexação por Divisão de Freqüência: (a) Larguras de bandas originais;

(b) Larguras de banda aumentam de freqüência; (c) Canal multiplexado.

Para possibilitar a realização de várias transmissões ao mesmo tempo, o espectro do

sinal é dividido em canais, ou seja, bandas de comprimento de onda, conforme a Figura

19. Nesse protocolo, cada estação pertencente à LAN possui um canal estreito, que

servirá de canal de controle para a transmissão de sinais. Além desse canal, é fornecido

um canal largo, para permitir que a estação transmita quadros de dados. Asim, temos

que são atribuídos um total de dois canais a cada estação de uma LAN óptica.

Cada canal é dividido em grupos de slots de tempo. Será considerado que o número

de slots do canal de controle é m e o número de slots do canal de dados é n+1, onde os n

primeiros slots são reservados para dados e o último é destinado ao uso por uma

estação, para que ela possa informar seu status, especialmente sobre quais slots dos dois

canais não estão sendo utilizados. Nesses dois canais, repete-se indefinidamente a

seqüência de slots, e o slot 0 é marcado de forma especial para que possam ser

detectados por retardatários. Todos os canais são sincronizados através de um único

relógio global.

A seguir, apresentamos um esquema com a divisão de slots nos canais de dados e

controles.

Figura 20 - Acesso múltiplo por divisão de comprimento de onda (WDMA -

Wavelength Division Multiple Access)

Cada estação deve possuir dois transmissores e dois receptores. Um dos receptores deve

possuir comprimento de onda fixo, para que possa ouvir seu próprio canal de controle.

O outro receptor deve possuir comprimento de onda ajustável, para que seja possível a

seleção de um transmissor de dados para escuta. O mesmo ocorre com os transmissores:

um deles é ajustável para transmissão nos canais de controle de outras estações e o outro

possui comprimento de onda fixo para transmissão de quadros de dados. Assim, é

possível que cada estação detecte se existem solicitações recebidas em seu próprio canal

de controle e, em seguida seu comprimento de onda é ajustado ao comprimento de onda

do transmissor, para que possa receber os dados. Esse ajuste do comprimento de onda é

realizado por um interferômetro de Fabry-Perot ou Mach-Zehnder. Esses

interferômetros filtram todos os comprimentos de onda, com exceção da banda de

comprimento de onda desejada.

O protocolo WDMA pode aceitar três tipos de tráfego:

(1) tráfego do tipo CBR (Constant Bit Rate), ou seja, tráfego onde as conexões possuem

taxas constantes de tranmissão de dados, como, por exemplo, vídeo não compactado;

(2) tráfego VBR (Variable Bit Rate), onde as conexões apresentam taxas variáveis de

transmissão de dados, como, por exemplo, transferência de arquivos;

(3) tráfego de datagramas, como, por exemplo, pacotes UDP (User Datagram

Protocol).

Nos dois primeiros casos (tráfego VBR e CBR), para a estação A se comunicar com a

estação B, deve-se primeiramente solicitar conexão. Isso é realizado pela inserção de

um quadro CONNECTION REQUEST em um slot livre do canal de controle de B. Caso

B aceite, a comunicação no canal de dados de A poderá ser estabelecida.

Supondo que foi estabelecida uma conexão entre as estações A e B para um tráfego do

tipo VBR, temos que a estação A precisa configurar seu canal de comunicação.

Primeiramente, A deve ajustar seu receptor de dados ao canal de dados de B e aguardar

o slot de status da estação B. Esse slot informará quaisslots de controle estarão

atribuídos e quais estarão livres nesse instante. Na Figura 20, dos dezesseis slots de

controle de B, os slots 0, 3, 4, 6, 8, 11, 12 e 14 estão livres. Os restantes estão ocupados.

A estação A precisa escolher um dos slots de controle de B que estejam livres. Supõe-se

que A tenha escolhido o slot 6 e sua mensagem CONNECTION REQUEST é inserida

nesse slot. Como a estação B realiza o monitoramento de seu canal de controle

constantemente, a solicitação é detectada e, como resposta, o slot 6 é atribuído à estação

A. Essa atribuição será informada à estação A no slot de status do canal de dados de B.

Quando A vê essa informação, sabe que a conexão estabelecida é unidirecional. Caso

fosse solicitada por A uma conexão bidirecional, a estação B repetiria esse mesmo

procedimento com A.

Caso as estações A e C tenham solicitado no mesmo momento o mesmo slot de controle

de B, nenhuma dessas estações obterão êxito, e ambas detectarão essa falha ao

monitorarem o slot de status no canal de dados de B. Assim, as duas estações deverão

aguardar um período de tempo aleatório e, mais tarde, tentarão novamente estabelecer

uma conexão com B.

Após todo esse procedimento, cada estação terá um caminho livre de conflitos para que

possa enviar mensagens de controle à outra estação. Deste modo, para realizar uma

transferência de arquivos, A envia para B uma mensagem de controle informando a

existência de quadros de dados no slot 3 da saída de dados de A. Quando B recebe essa

mensagem de controle, seu receptor é ajustado ao canal de saída de A para que se possa

ler o quadro de dados. Dependendo do protocolo usado na camada mais alta, a estação

B pode usar esse mesmo mecanismo para o envio de uma confirmação, caso deseje. Se

as estações A e C possuírem conexões com B e ambas solicitarem que B observe o

mesmo slot 3, a estação B irá escolher uma dessas solicitações aleatoriamente, e a outra

transmissão será perdida.

Para um tráfego do tipo CBR, o procedimento realizado é parecido. Quando há o

requerimento de uma conexão pela estação A, temos o envio simultâneo de uma

solicitação para que A lhe possa enviar um quadro de dados no slot 3. Caso B não

possua nenhum compromisso anterior em relação ao slot 3, uma conexão com largura

de banda garantida será estabelecida. Caso contrário, a estação A poderá realizar uma

nova tentativa, com uma outra proposta, dependendo dos seus slots de saída que ainda

estiverem disponíveis.

Para o tráfego de datagramas, o procedimento realizado também é muito parecido. Em

vez de inserir uma mensagem do tipo CONNECTION REQUEST no slot de controle

livre que acabou de encontrar (slot 6 da estação B), a estação A vai inserir uma

mensagem DATA FOR YOU IN SLOT 3 (DADOS PARA VOCÊ NO SLOT 3). Caso B

esteja livre durante o próximo slot de dados 3, a transmissão será realizada com êxito.

Do contrário, o quadro de dados se perderá. Assim, não é necessário nenhuma outra

conexão.

É possível que se encontre diversas variações nesse protocolo, decorrentes do fato de

que foram propostos e implementados vários protocolos desse tipo. Por exemplo, ao

invés de se atribuir a cada estação seu próprio canal de controle, um único canal de

controle pode ser compartilhado por todas as estações. Assim, a cada estação será

atribuído um bloco de slots de cada grupo e será multiplexado vários canais virtuais em

um único canal físico. Além disso, também é possível usar apenas um transmissor e um

receptor, ambos ajustáveis por estação. Desta forma, o canal de cada estação estaria

dividido em m slots de controle, seguidos por n + 1 slots de dados. No entanto, nesse

caso os transmissores teriam que esperar mais tempo para solicitar um slot de controle,

e os quadros de dados consecutivos ficariam mais afastados, já que algumas

informações de controle estariam a caminho.

Conclusões

Apesar de apresentar custo elevado em relação às tecnologias usadas atualmente, as

fibras ópticas nos oferecem muitas vantagens, como, por exemplo, imunidade não só a

interferências externas, mas também a freqüências de rádio e radar e impulsos

eletromagnéticos. As fibras ópticas também apresentam baixa atenuação, imunidade a

ruídos externos e taxas de transmissão maiores.

O WDM, por sua vez, é usado para ampliar ainda mais a capacidade de transmissão da

fibra. Essa tecnologia tem como princípio, combinar vários comprimentos de onda

diferentes em uma única fibra. O WDM possui uma série de variações como o CWDM,

o DWDM e o WWDM. Futuramente teremos também o U-DWDM, que irá multiplexar

centenas de comprimentos de onda em apenas uma fibra, alcançando taxas de

transmissão na ordem de Tb/s.

Com o aumento da procura por aplicações que exigem altas taxas de transmissão de

dados, acompanhado da crescente evolução das próprias fibras e das tecnologias

aplicadas nas redes ópticas, espera-se que, brevemente, os cabos metálicos sejam

substituídos por cabos de fibra óptica.

10. Referências Bibliográficas

Sites

Fibras Ópticas: http://www.lucalm.hpg.ig.com.br/indice.htm

Fibras ópticas - uma realidade reconhecida e

aprovada: http://www.rnp.br/newsgen/0203/fibras_opticas.html

WDM: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialwdm/default.asp

Sistema de Transporte DWDM: http://www.poncedaher.com.br/papers/dwdm/

DWDM e CWDM - Tecnologias para Alta

Capacidade: http://www.rnp.br/_arquivo/wrnp2/2003/cwdm_dwdm.pdf

Fiber Optic Networks: http://www.fibersens.com.br/overview_aplic.htm

Artigo Técnico - Como maximizar o valor das redes

ópticas: http://www.siemens.com.br/coluna1.asp?canal=343&parent=337

Fiber Work - Optical Communications: http://www.fiberwork.com.br

Fiber Optics.info: http://www.fiber-optics.info/default.htm

Tutorial DWDM: http://us.fujitsu.com/img_asset/FNC/pdfServices/dwdm-

prereqrisite.pdf

Redes

Comutadas: http://www.ee.pucrs.br/~decastro/pdf/Redes_Comutadas_Cap3_2.p

df

IEC - Internet Engineering Consortium -

Tutorials: http://www.iec.org/online/tutorials/

MRV Communications: http://www.mrv.com/index.php

PressPool - notícias sobre

Telecomunicações: http://www.presspool.it/default.cfm?ID=926

ITU-T Recommendations - Series G - Transmission systems and media, digital

systems and

networks: http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?type=products&lang=e&p

arent=T-REC-G

Padrón 10 GE: http://www.furukawa.com.br/fcs_esp/pdf/FCS_esp_89.pdf

Net India Networking: http://zdnetindia.nc-india.com/workshop/

Characteristics of CWDM: http://www.broadcastpapers.com/

Sistemas de Comunicaciones ópticas híbridos WDM-

SCM: http://ttt.upv.es/~framos/Fibra/wdm_scm.html

Trabalho da Graduação de José Antonio Casemiro Neto -

DWDM: http://www.gta.ufrj.br/grad/02_2/dwdm/

Livros

Tanembaum, Andrew S. : "Redes de Computadores" - Editora Campus,

Tradução da 4a Edição

11. Perguntas

11.1) Qual a principal vantagem de se utilizar o WDM?

R.: A fibra óptica, por si só, apresenta uma série de vantagens, tais como a imunidade a

agentes e ruídos externos, a freqüências de rádio e de radar e a impulsos

eletromagnéticos. Além disso, as fibras também apresentam baixa atenuação e maiores

taxas de transmissão. O WDM, por sua vez, amplia a capacidade de transmissão das

fibras, já que combina diversos comprimentos de onda em uma única fibra óptica.

11.2) Cite algumas características de sistemas WDM.

R.: Em sistemas WDM, os sinais a serem transmitidos nos diferentes comprimentos de

onda podem possuir formatos e taxas de bit diferentes, promovendo uma maior

transparência aos sistemas de transporte. Além disso, apresentam flexibilidade de

capacidade, ou seja, migrações de 622 Mbps para 2,5 Gbps poderão ser realizadas sem a

necessidade de se trocar os equipamentos. Os sistemas WDM permite ainda o

crescimento gradual da capacidade de transmissão; basta apenas adicionar-se mais

canais.

11.3) Descreva sucintamente um enlace DWDM ponto-a-ponto.

R.: Em um enlace DWDM, temos emissores de luz que lançam feixes de luz na entrada

do multiplexador óptico. Este mux irá combinar os diferentes comprimentos de onda em

um único caminho, sendo então acoplados em uma única fibra monomodo. No final do

link, os canais ópticos são separados pelo demultiplexador óptico e levados para os

diferentes receptores. No caso de transmissão com longas distâncias, é preciso que os

sinais sejam amplificados através de um amplificador óptico.

11.4) Aponte as principais diferenças entre o CWDM e o DWDM.

R.: O CWDM e o DWDM, por serem baseados no WDM, possuem o mesmo princípio

de funcionamento. No entanto, apresentam algumas diferenças. No CWDM o espaço

entre os canais multiplexados é bem maior em relação ao DWDM. Isso implica em

dizer que o DWDM é mais denso, ou seja, combina um maior número de comprimentos

de onda em uma única fibra óptica. Em compensação a implementação de sistemas

DWDM é mais complexa e mais cara, quando comparado com o CWDM.

11.5) Defina WDMA.

R.: O WDMA é um protocolo de acesso múltiplo por divisão de comprimento de onda.

Este protocolo tem por finalidade alocar canais de acesso múltiplo. Cada canal é

dividido em subcanais, utilizando-se métodos de multiplexação e, em seguida, esses

subcanais são alocados dinamicamente, conforme as necessidades. Esse método é muito

utilizado em redes locais com fibras ópticas, para que se possam realizar transmissões

diferentes utilizando comprimentos de onda (freqüências) distintos ao mesmo tempo.