Módulo I – Introdução a Redes
Ópticas (Aula 02)
Rodrigo Choji de Freitas
(
[email protected]
)
Abril / 2011
• Classificação das redes ópticas.
• Gerações de redes ópticas.
Roteiro da aula de hoje
• Elementos que compõem os sistemas de
comunicações ópticas.
• Opacas
• Transparentes (totalmente ópticas)
Classificação de Redes Ópticas
• Rede Óptica Opaca
– O sinal é regenerado em todos os nós intermediários do lightpath, entre os nós origem e destino.
Classificação de Redes Ópticas
– Para que haja regeneração é preciso converter o sinal óptico em sinal elétrico (O-E-O).
– Vantagens: não há acúmulo de degradação do sinal
óptico ao longo do caminho (QoT aceitável); conversão de λλλλ.
• Rede Óptica Opaca
– Desvantagens: custo elevado, limitação na taxa de transmissão.
Classificação de Redes Ópticas
– Regeneradores 3R: amplificam; formatam e re-temporizam o pulso óptico.
– Em determinados casos, uma rede óptica opaca pode se tornar inviável.
• Rede Óptica Opaca
Classificação de Redes Ópticas
λ λ λ λ5 λ λλ λ5 λλλλ5 Regeneração em: 8, 6, 0, 5 e 4 λ λλ λ5 λ λ λ λ5 λλλλ5
• Rede Óptica Transparente
– Transportam os sinais ópticos da origem ao destino,
sem necessidade de conversão O-E-O.
Classificação de Redes Ópticas
– Vantagens com relação às opacas: economia de energia, menor custo, maior taxa de transmissão.
– Desvantagens: uso mais ineficiente dos comprimentos de onda, acúmulo de degradação de sinal.
• Rede Óptica Transparente
– As redes transparentes são consideradas a solução mais
confiável e econômica para atingir altas taxas de
transmissão com baixo custo.
Classificação de Redes Ópticas
transmissão com baixo custo.
– 2 desafios: projetar algoritmos RWA eficientes e obter OSNR (Optical Signal-to-Noise Rate) aceitável para cada sinal óptico no nó-destino.
• Rede Óptica Transparente
Classificação de Redes Ópticas
λ λ λ λ5 λ λλ λ5 λλλλ5
Não há regerenação do sinal óptico em nenhum dos nós!
λ λλ λ5 λ λ λ λ5 λλλλ5
• Rede Óptica Translúcida
– Composição de redes opacas e transparentes.
Classificação de Redes Ópticas
– Um sinal que entra em algum nó pode passar pela parte transparente ou pela parte opaca.
– Sinais degradados são candidatos a passar pela parte opaca e serem regenerados.
• Rede Óptica Translúcida
– Vantagens: baixo custo de conversão de λλλλ e
regeneração do sinal.
Classificação de Redes Ópticas
– Alvos de pesquisa, hoje: roteamento em redes translúcidas e escolha de nós translúcidos.
• Rede Óptica Translúcida
– (Ilhas de Transparência)
• Rede Óptica Translúcida
– Regeneração esparsa (distribuída)
Classificação de Redes Ópticas
• Nós opacos distribuídos (regeneração obrigatória).
• 1a. Geração
– Fibra óptica utilizada somente como meio de
transmissão, em substituição ao cabos metálicos.
– Todas as funções de processamento, regeneração,
Geração das Redes Ópticas
– Todas as funções de processamento, regeneração,
comutação e roteamento (“inteligência” da rede) eram realizadas no domínio elétrico.
• 2a. Geração
– Busca pelo aumento da capacidade de transmissão da fibra óptica.
– Incorporação de funções de comutação e roteamento
Geração das Redes Ópticas
– Incorporação de funções de comutação e roteamento
no domínio óptico.
– Queda no custo de equipamentos (regeneradores).
– Transmissão baseada na multiplexação do sinal óptico WDM (Wavelength Division Multiplexing).
• 2a. Geração
– WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• WDM é uma técnica que permite que múltiplos sinais
ópticos, de diferentes comprimentos de onda, sejam
Geração das Redes Ópticas
ópticos, de diferentes comprimentos de onda, sejam
multiplexados em uma única fibra.
• Mesmo princípio da FDM (Frequency Division Multiplexing).
• Vários sinais são transmitidos usando diferentes portadoras, ocupando partes que não se sobrepõem no espectro de
• 2a. Geração
– WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• 2a. Geração
– WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• 3a. Geração
– Tecnologias de roteamento e comutação por pacotes.
Geração das Redes Ópticas
– GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching)
• Nova tecnologia IP
• Pode incluir uma diversidade de tráfego: FDM, TDM, WDM etc.
• Fibra Óptica
– Guias de onda de forma cilíndrica feitas de SiO2 (vidro).
– Tem 2 regiões: núcleo e casca
• Fibra Óptica
– Multimodo
• Permite a propagação da luz em diversos modos (caminhos).
• Fibra Óptica
– Multimodo
• Dispersão intermodal: cada modo se propaga com velocidade diferente, alargando o pulso ao longo da propagação.
• Fibra Óptica
– Monomodo
• Apenas um modo se propaga na fibra.
Elementos de Sistemas Ópticos
• Fibra Óptica (penalidades)
– Perdas por curvatura
• Pode ocorrer “vazamento” de luz para a casca da fibra.
Elementos de Sistemas Ópticos
• As perdas devem ser de no máximo < 0,01dB. Para isso, o raio de curvatura deve ser > 4cm
• Fibra Óptica (penalidades)
– Dispersão Cromática ou Dispersão por Velocidade de Grupo (GVD)
• Causa alargamento temporal dos pulsos ópticos e interferência intersimbólica.
Elementos de Sistemas Ópticos
• Fibra Óptica (penalidades)
– PMD (Dispersão por Modo de Polarização)
• Principal causa: irregularidades no núcleo da fibra.
Elementos de Sistemas Ópticos
• Microcurvaturas, stress mecânico, torções e mudanças de temperatura, também provocam PMD.
• Fibra Óptica (penalidades)
– PMD (Dispersão por Modo de Polarização)
• Fibra Óptica (Efeitos Não-Lineares)
– Variação no índice de refração.
Elementos de Sistemas Ópticos
– (i) Auto-modulação de fase (SPM)
– (ii) Modulação de fase cruzada (XPM) – (iii) Mistura de Quatro Ondas (FWM)
• Fibra Óptica (Efeitos Não-Lineares)
– Auto-modulação de fase (SPM)
• A intensidade do pulso modula a si próprio.
Elementos de Sistemas Ópticos
• Causa o aparecimento de novas frequências e a varredura em frequência (chirp) nos pulsos ópticos.
• Fibra Óptica (Efeitos Não-Lineares)
– Auto-modulação de fase (SPM)
• Chirping
• Fibra Óptica (Efeitos Não-Lineares)
– Modulação de fase cruzada (XPM)
• Similar à SPM.
Elementos de Sistemas Ópticos
• Um pulso modula outros pulsos.
• Fibra Óptica (Efeitos Não-Lineares)
– Mistura de Quatro Ondas (FWM)
• A interação entre 3 ondas, de frequências ωωωω1, ωωωω2 e ωωωω3,
gera uma quarta onda de frequência
Elementos de Sistemas Ópticos
gera uma quarta onda de frequência ω
ωω ω
4 = ωωωω1 ±±±± ωωωω2 ±±±± ωωωω3
• Se ωωωω4 coincidir com a frequência de um canal de
• Transmissores
– Convertem o sinal elétrico contendo os bits de informação em sinal óptico para transmissão na fibra.
Elementos de Sistemas Ópticos
fibra.
– Executam as funções de:
• Codificação • Modulação
• Modulador
• Amplificadores Ópticos
– Compensam perdas ao longo do enlace (amplificador de linha)
Elementos de Sistemas Ópticos
– Ou aumentam o nível de sinal antes da inserção na linha (booster), ou antes da recepção
• Multiplexadores (MUX)
– Agregam os vários canais WDM, vindos de diferentes fontes, em uma única fibra, para transmissão.
Elementos de Sistemas Ópticos
transmissão.
• Receptores
– Convertem o sinal óptico transmitido na fibra em sinal elétrico com os bits de informação.
Elementos de Sistemas Ópticos
– Executa funções de:
• Pré-amplificação óptica. • Fotodeteção.
• Demultiplexadores (DEMUX)
– Desempenham papel oposto dos MUXs.
