Aspectos Estruturais

As fibras ´oticas apresentam uma s´erie de vantagens amplamente conhecidas [23, 145]. Primeiramente, deve-se destacar a baixa atenua¸c˜ao que representa em verdade uma economia significativa para as conex˜oes de longa distˆancia dada a redu¸c˜ao do n´umero de repetidores/regeneradores de sinal necess´arios. As fibras apresentam, ainda, a vantagem de n˜ao serem afetadas por interferˆencias eletromagn´eticas ou mesmo queda no fornecimento de energia (exceto em suas extremidades onde a luz ´e emitida e/ou captada). Al´em disso, elas s˜ao imunes `a a¸c˜ao corrosiva de v´arios elementos qu´ımicos presentes no ar e, consequentemente, se adaptam muito bem `as mais diversas situa¸c˜oes e/ou regi˜oes, incluindo ´areas industriais.

Al´em disso, para os projetistas e implementadores de redes, as fibras apresentam outras duas grandes vantagens: elas s˜ao finas e leves – o que contribui para o ba- rateamento da instala¸c˜ao de novas rotas e, at´e mesmo, da substitui¸c˜ao das antigas; por fim, se mostram muito mais seguras contra eventuais invas˜oes ativas ou passivas (escutas ou “grampos”) dos sistemas de comunica¸c˜ao, uma vez que n˜ao desperdi¸cam luz e dificilmente s˜ao interceptadas. “A raz˜ao para que a fibra seja melhor do que o cobre ´e inerente `as quest˜oes f´ısicas subjacentes a esses dois materiais” [145]. Ao se utilizar o cobre, os el´etrons dentro do fio afetam e s˜ao afetados ao se deslocarem – devido `a intera¸c˜ao eletromagn´etica – n˜ao s´o por outros el´etrons do pr´oprio fio, mas tamb´em por aqueles existentes fora deste. J´a na fibra, tais interferˆencias s˜ao minimizadas, uma vez que os f´otons s˜ao totalmente desprovidos de carga.

Ainda segundo [145], outro fator de grande importˆancia no planejamento e pro- jeto de sistemas de comunica¸c˜ao s˜ao as economias de escala. Notadamente o custo para instala¸c˜ao e manuten¸c˜ao (ou melhor, os custos decorrentes da instala¸c˜ao pro- priamente e n˜ao do uso de cabos de cobre ou fibras ´oticas) de um tronco (liga¸c˜ao) de banda larga ou de banda estreita entre duas centrais de comuta¸c˜ao (centro de fios) nas redes telefˆonicas ´e praticamente o mesmo [145]. Como consequˆencia as operadoras de telecomunica¸c˜oes tˆem desenvolvido ao longo dos anos – juntamente com a comunidade acadˆemica – esquemas elaborados para se multiplexar muitas conversa¸c˜oes em um ´unico tronco (liga¸c˜ao) f´ısico, podendo se observar a ocorrˆencia

do mesmo em redes de computadores.

Entre tais esquemas de multiplexa¸c˜ao duas categorias b´asicas merecem destaque: a multiplexa¸c˜ao por divis˜ao de frequˆencia – FDM (Frequency Division Multiplexing) e a multiplexa¸c˜ao por divis˜ao de tempo – TDM (Time Division Multiplexing). Na primeira, o espectro de frequˆencia eletromagn´etico ´e dividido em canais l´ogicos em que cada usu´ario (ou grupo de usu´arios) tem a posse exclusiva de um faixa de frequˆencia. J´a na segunda, os usu´arios (ou grupos de usu´arios) se revezam e cada um deles periodicamente obt´em (ou melhor, pode utilizar) toda a largura da banda de comunica¸c˜ao por um determinado per´ıodo de tempo. No caso das redes ´oticas e, mais especificamente, de canais de fibra ´otica, utiliza-se uma varia¸c˜ao da mul- tiplexa¸c˜ao por divis˜ao de frequˆencia, conhecida como multiplexa¸c˜ao por divis˜ao de comprimento de onda – WDM (Wavelength Division Multiplexing). N˜ao h´a efetiva- mente nada de novo em tal processo, contudo, diferentemente do que ocorre com a FDM “eletromagn´etica”, a WDM pode ser realizada por um sistema passivo2 _(como

uma grade de difra¸c˜ao) e, portanto, consegue ser altamente veloz e confi´avel. Os sistemas do in´ıcio do s´eculo XXI j´a eram capazes de fornecer cerca de uma centena de canais de 10 Gbps e a introdu¸c˜ao de melhorias tecnol´ogicas indicam que esta capacidade tende a aumentar j´a em um futuro bem pr´oximo [41]3_.

Em verdade, nos ´ultimos anos uma s´erie de equipamentos para conex˜ao ponto- a-ponto utilizando a tecnologia WDM tˆem sido lan¸cados no mercado e utilizados na implementa¸c˜ao da infraestrutura de diversas redes, principalmente de longa distˆancia (incluindo a pr´opria Internet). O grande aumento da largura de banda propor- cionado pela WDM tem demonstrado a necessidade da ado¸c˜ao de mecanismos de comuta¸c˜ao mais r´apidos e eficientes, principalmente entre os elementos centrais das redes, backbone elements (aqueles por onde passa a maior parte do tr´afego). Mais ainda, a r´apida evolu¸c˜ao das tecnologias utilizadas nas redes ´oticas tem possibilitado uma migra¸c˜ao sistem´atica e paulatina dos sistemas de transmiss˜ao WDM ponto-a- ponto para uma estrutura em que um backbone totalmente ´otico ´e formado por um conjunto de comutadores ´oticos (Optical Cross-Connects – OXCs).

Cada OXC ´e capaz de comutar um sinal ´otico que chega em um dado compri- mento de onda atrav´es de uma fibra de entrada para o mesmo comprimento de onda em uma fibra ´otica de sa´ıda atrav´es do roteamento por comprimento de onda (Wa- velength Routing – WR). Um OXC pode, ainda, ser equipado com conversores de modo a permitir que o comprimento de onda de um sinal ´otico recebido em uma fibra de entrada seja substitu´ıdo por outro quando esse sinal ´e enviado atrav´es da fibra de sa´ıda (Wavelength Translating – WT ). O principal mecanismo de transporte nesse tipo de rede ´e denominado lightpath que representa um canal de comunica¸c˜ao estabelecido atrav´es da rede de OXCs entre dois elementos situados na “borda” (ou fronteira) da rede de comutadores ´oticos, podendo passar por v´arias fibras (enlaces f´ısicos – physical hops).

O lan¸camento comercial de sistemas WDM tem tornado aparente o fato de que

2_{Sem a utiliza¸c˜ao de processamento eletro-eletrˆonico.}

3_{A despeito dos recentes resultados sobre o limite da largura de banda de transmiss˜ao de uma}

fibra [110], com a tecnologia j´a dispon´ıvel no in´ıcio do s´eculo XXI, uma boa fonte de laser era capaz

de emitir 1016_{f´otons por segundo enquanto que um bom detector – capaz de captar um bit a cada}

10 f´otons – possibilitaria, pelo menos em tese, uma largura da banda de transmiss˜ao da ordem de

1.1. MOTIVA ¸C ˜AO 5 o custo dos elementos de rede, em especial dos equipamentos de termina¸c˜ao de linha (Line Terminating Equipments – LTEs), dominam os demais custos de “constru¸c˜ao” de uma rede ´otica [45]. Dessa forma, o n´umero de LTEs representa uma m´etrica mais significativa a se otimizar que, por exemplo, o n´umero de comprimentos de onda dispon´ıveis e/ou utilizados, apesar de no passado (n˜ao muito remoto) esse ´ultimo ter sido geralmente empregado como m´etrica padr˜ao e a maioria dos trabalhos de pesquisa realizados, at´e ent˜ao, ter buscado a sua redu¸c˜ao.

Al´em disso, utilizando a tecnologia do in´ıcio deste s´eculo, cada comprimento de onda pode operar a uma taxa da ordem de 2,5 a 10 Gbps (Gigabits por segundo), ao passo que canais (comprimentos de onda) operando a 40 Gbps estar˜ao dispon´ıveis comercialmente em um futuro pr´oximo. Contudo, a necessidade de banda associada a um tr´afego individualmente (uma conex˜ao de dados ou voz) ´e, via de regra, muito pequena se comparada a tais valores. Da´ı surge o conceito de Traffic Grooming, que se refere ao uso de t´ecnicas de multiplexa¸c˜ao para combinar tr´afegos de baixa velocidade (que necessitam de pouca largura de banda), de modo a utilizar os ca- nais (comprimentos de onda) dispon´ıveis da melhor forma, ou, ainda, procurando-se atender a um determinado objetivo durante o projeto da rede como minimizar seus custos de implanta¸c˜ao e/ou configura¸c˜ao.

A partir da segunda metade da d´ecada de 90, o problema de Traffic Grooming (Traffic Grooming Problem – TGP) tem recebido consider´avel aten¸c˜ao na literatura especialmente enfocando redes com topologia em anel, uma vez que o emprego de an´eis ´oticos SONET/SDH tem se tornado muito comum desde ent˜ao. Alguns desses estudos procuram minimizar o custo diretamente a partir da minimiza¸c˜ao da quan- tidade de multiplexadores de inser¸c˜ao-retirada (Add-Drop Multiplexers – ADMs) utilizados na rede SONET/SDH; enquanto outros o fazem indiretamente atrav´es da redu¸c˜ao dos custos associados a comuta¸c˜ao (roteamento) eletro-eletrˆonica.

Mais recente, o TGP em redes com topologia f´ısica irregular vem despertando o interesse da comunidade cient´ıfica. Isto se deve n˜ao s´o `a melhor aderˆencia deste tipo de topologia `a realidade, mas principalmente ao fato de tal topologia apresentar uma melhor escalabilidade quando comparada a uma rede em anel. Al´em disso, como muitas das redes ´oticas atuais apresentam topologia f´ısica em anel, ´e razo´avel esperar que em um futuro n˜ao muito distante tais an´eis sejam conectados uns aos outros de modo a formar uma rede de an´eis interconectados (em verdade, j´a ´e poss´ıvel se encontrar tais situa¸c˜oes, por exemplo, em grandes regi˜oes metropolitanas).