1 WDM

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Multiplexacao por Divisao de Comprimento de Onda

Dentro do WDM, o espectro de transmissao optico e implementado em um numero deλ (ou frequencia) sem bandas sobrepostas, com cada λ comportando um unico canal decomunicacao operando na taxa desejada, em geral, na velocidade maxima dos circuitoseletronicos.

Pemitir que multiplos canais WDM existam em uma unica fibra optica, sendo que umcanal pouco representa na imensa BW,tendo ainda, os correspondentes desafios presentesna descricao e desenvolvimento de uma arquitetura de rede apropriada, de protocolos ede algoritimos. Outra vantagem esta no fato dos equipamentos WDM serem faceis deimplementar, considerando que todos os seus componentes precisam operar apenas navelocidade dos componentes eletronicos.

Pesquisas e desenvolvimento em redes WDM opticas tem amadurecido consideravel-mente sobre a ultima decada. Elas estao crescentemente, sendo exploradas pelos ope-radores de redes de telecomunicacoes em todo o mundo. A nova (proxima) geracao dainternet esta empregando backbones opticos baseados em WDM, lidando com redes IP-sobre-WDM.Nestas redes, usuarios finais - de quem a arquitetura e operacao do backbonesera transparente pelos tempos de resposta, significantemente improvaveis - ira anexara rede atraves de um no switching/routing sensıvel ao λ. O usuario final neste con-texto nao precisa necessariamente ser um terminal, mas pode agregar atividades de umacolecao de terminais - incluindo aqueles que podem, possıvelmente, ser alimentados poroutras sub-redes local e/ou regional - entao os usuarios final agregam atividades nos seustransmissores que possuem taxa proxima a maxima velocidade de circuitos eletronicos.

1.1 Faixa de Comprimento de Onda da ITU

Existe uma forte necessidade da padronizacao de sistemas WDM, desta forma compo-nentes e equipamentos WDM de diferentes fabricantes poderao operar uns com os outros.entao, padroes industriais para λ tem sido desenvolvidos com a lideranca da ITU.

Um pedrao que estabelece os λs chamado de tabela da ITUtem sido definido paracoincidir com a regiao de menor perda na fibra, 1550nm. Especificamente, esta tabelaesta ancorada na frequencia de 193,1THz (o que corresponde a λ = 1332, 52nm). existeuma tabela de 100GHz, o que significa que o espacamento entre os canais adjacentes ede 100GHz, na qual, corresponde, a um espacamento do canal de 0,8nm, ao redor dafrequencia central (193,1THz).

A figura a seguir mostra este espacamento entre canais. Para um pacote de canaisdenso, uma tabela com 50GHz de espacamento deve, tambem, ser definida, ao redorda mesma frequencia de referencia (193,1THz). Esta tabela e obtida adicionando umcanal bem no meio dos dois canais adjacentes da tabela de 100GHz. Continuando esteprocesso, uma tabela com espacamento de 25GHz pode, tambem, ser definida, e assimchegar a 600 λ.

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1.2 Problema na rede WDM 1 WDM

obs.: Se diminuido o tamanho da diferenca de canais, mais canais podem ser usados.

exemplo: se diminuido o espacamento para 25GHz, o espacamento de λ e igual a0,2nm, o que permite o uso de 600 canais.

1.2 Problema na rede WDM

Usuarios finais em uma fibra baseada em uma rede WDM pode se comunicar com outrasatraves de canais opticos (WDM), na qual sao referenciados como “percursos de luz”(lightpaths. Estes podem ligar multiplos links de fibras. Com isso, um circuito direci-onador pode interconectar dois nos na qual pode ter um grande trafego fluindo entreeles, e podem estar localizados bem distantes um do outro, dentro da topologia da rdefibra optica. Cada no intermediario dentro dos percursos de luz promove uma passagemalternativa para ajudar estes percursos.

Em uma rede optica WDM com n nos, se cada no tem n−1 transceptores, TX(lasers)e RX(filtros), e se existe λ suficientes para todos os links da fibra, entao cada no podeser conectado a um percurso de luz e nao havera problema.

Entretanto, note que o tamanho da rede (n) deve ser proporcional, e os transceptoressao relativamente caros, entao cada no e equipado com apenas alguns transceptores. Asrestricoes tecnologicas indicam que o numero de canais WDM que podem ser usados emuma fibra e limitada a W (valor, em geral, em torno de poucas dezenas). Entao, umnumero limitado de lightpaths podem ser configurados na rede.

Dado um certo numero de lightpaths que necessitam ser determinados na rede e con-siderando uma restricao no numero de λ, deve-se determinar as rotas nas quais os light-paths devem ser configurados e, tambem, determinar os λ que devem ser associados aoslightpaths, para entao, determinar o numero maximo de lightpath que podem ser estabe-lecidos. Embora, muitas vezes, as rotas mais curtas sao preferidas, algumas vezes elasdevem ser sacrificadas para permitir mais lightpaths sendo configurados.

Os lightpaths (LP) que nao podem ser configurados devido resticoes no roteamentoe no λ sao ditos para serem bloqueados, entao o problema de otimizacao da rede eminimizar esta probabilidade de bloqueio.

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1.3 Evolucao da rede WDM 1 WDM

Com essa consideracao, normalmente um LP opera no mesmo λ em todo o link, nestecaso ele e dito satisfazer a restricao de continuidade de λ. Entao, dois LP que dividemum link de fibra comum nao devem ser associados com o mesmo λ.

Entretanto, se um no (switche/router) e equipado com um conversor de λ, entao arestricao de continuidade de λ desaparece, e um LP pode trocar entre diferentes λs emsua rota.

1.3 Evolucao da rede WDM

1.3.1 Sistemas WDM ponto-a-ponto

A tecnologia WDM tem sido fortemente espalhada para audio e redes compartilhadas,pela rede de telecom. Isto esta acontecendo devido a constante e crescente demandapor BW.Quando a demanda excede a capacidade das fibras, o emprego de WDM euma alternativa com melhor custo benefıcio, comparado com projetar novas fibras nosistema. Foi realizado um estudo comparando o custo relativo em aumentar a capacidadede transmissao ponto-aponto de um link de transmissao OC*-48(2,5Gbps) para OC-192(10Gbps) por tres solucoes possıveis:

• A terminologia OC-n e um jargao usado em telecom para sistemas SONET. OCsignifica canal optico, e OC-n especifica a taxa de dados de aproximadamente (n x52,84)Mbps. Assim, OC-48,OC,192 e OC-768 correspondem as respectivas taxasde 2,5Gbps, 10Gbps e 40Gbps.

a) Instalacao de fibras adicionais e de equipamentos de terminacao (uma solucaomultifibra);

b) Uma solucao WDM de 4-canais, onde um multiplexador WDM combina 4 pa-cotes de daos independentes, cada um com um unico λ, e os envia na fibra optica.Um demultiplexador no receptor separa cada pacote de dados.

c) OC-192, uma solucao com velocidades mais altas.

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1.3 Evolucao da rede WDM 1 WDM

• A solucao a) e a mais economica para distancias de ate 50Km;

• Para distancias maiores que 50Km a solucao b) e a mais barata, mas muito proximoda c).

1.3.2 Multiplexador λ subida/decida (WADM)

Um multiplexador de λ subida/decida consiste de um DEMUX, seguido por uma sequenciade switches 2x2 (um para cada λ), se guidode um MUX.

O WADM pode ser, essencialmente,inserido no link de fibra optica.Se todos os switches estao no estado “trancado”, estao todos os λ fluem atraves do

WADM sem disturbios. Entretanto, se um switch for configurado no estado “cruzado”,atraves de controle eletronico, entao o sinal com o correspondente λ cai localmente, eum novo pacote de dados pode ser adicionado no mesmo λ.

1.3.3 Desenvolvimentos em redes WDM

A primeira geracao em redes WDM foram possıveis apenas em links fısicos ponto-a-ponto, na qual eram configurados estaticamente e manualmente. Para o seu desen-volvimente foi necessario projetar e desenvolver lasers WDM e amplificadores opticos(OAMP).

A segunda geracao de WDM e capaz de estabelecer conexoes orientadas a percursosde luz fim-a-fim no circuito optico, introduzindo elementos opticos WADM e conexoescruzadas opticas (OXC).

Os percursos de luz sao operados e gerenciados baseados em uma topologia virtualsobre a topologia da fibra fısica, e a topologia virtual pode ser reconfigurada dinamica-mente em resposta as variacoes de trafego.

A terceira geracao de WDM deve comportar uma rede optica sem conexao. O principalavanco tecnologico estao no emprego de PON e switches opticos.

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2 WDM - PASSIVE OPTICAL NETWORK (PON)

2 WDM - Passive Optical Network (PON)

A forma basica de uma Rede Optica passiva (PON) emprega apenas um unico canaloptico, tendo a a largura de banda disponıvel limitada a maxima taxa de bit de umtransceptor optico. A atenuacao devido a separacao limita o numero maximo de Unida-des de Rede optica (ONU) a 64. Isso limita o escalonamento da rede.

PON esta no estagio inicial de desenvolvimento. Embora a PON possui uma grandelargura de banda (BW) comparado com a rede de fios de cobre, ainda existe a necessi-dade para novos avancos em termos de BW na PON empregando WDM. Desta formamultiplos comprimentos de onda podem ser enviados e/ou recebido. Esta tecnologia econhecida como WDM-PON.

Uma WDM-PON e uma rede de acesso ponto-a-ponto, na qual existe um comprimentode onda separado, entre o Terminal de Linha Optico(OLT) e cada ONU. Cada compri-mento de onda e roteado por uma rede de vetores de comprimento de onda (AWG)passiva. Dentro de uma WDM-PON, diferentes ONUs podem trabalhar com diferentestaxa de bits, se for necessario. Cada ONU pode operar em uma taxa ate a maxima taxade bit do canal, entretanto, nao podera dividir BW com nenhuma outra ONU. O usode comprimento de onda individuais para cada ONU facilita a privacidade e reduz asrestricoes com seguranca. Devido ao roteamento periodico de uma AWG, a WDM-PONe facilmente escalonavel.

2.1 AWG

O roteamento do comprimento de onda no WDM-PON pode ser implementado atravesdo AWG. Este e um circuito passivo om uma matriz de roteamento fixa. Um AWGrealiza um rotamento fixo de um sinal optico de uma dada porta de entrada para umadeterminada porta de saıda, baseado no comprimento e onda do sinal. Sinais de dife-rentes comprimento de onda vindo de uma porta de entrada, serao roteados, cada um,para uma diferente porta de saıda. Similarmente, diferentes sinais, mas com o mesmocomprimento de onda chegando por diferentes portas de entrada, serao roteados para di-ferentes portas de saıda. Uma das principais vantagens do AWG e o seu comportamentode roteamento periodico.

Considere uma fonte optica com banda larga entrando na porta X. Para os sinaisopticos entrando na porta X. E sendo roteados para uma dada porta Y, o AWG roteiaos comprimento de onda, nos quais sao separados por um intervalo de comprimento deonda fixo, chamado de faixa espectral livre(FSR). Desta forma, considerando uma baseλ, λ0, os comprimentos de onda saindo da porta Y sao: λ0, λ0 + FSR, λ0 + 2FSR, ...para a porta de saıda y+ 1 os comprimento de onda roteados na porta X sao deslocadosde um intervalo de λ, 4λ, comparado com Y. Entao os comprimento de onda de saıdana porta Y + 1 sao: λ0 +4λ), λ0 +4λ+ FSR, λ0 +4λ+ 2FSR,...

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2.2 Arquitetura WDM-PON 3 ARQUITETURA LANET

2.2 Arquitetura WDM-PON

Toda arquitetura WDM-PON proposta na literatura emprega canais de comprimento deonda separado para cada ONU na direcao de downstream (OLT − > ONU). O upstreamse difere do downstream devido duas razoes principais. O ONU (tx) deve ser barato poise produzido em larga escala. Preferencialmente nao deve ter um comprimento de ondaespecıfico, devido a dificuldade de gerenciar e manter diferentes tipos de equipamento.

Uma das primeiras arquiteturas WDM-PON proposta empregando WDM na faixa de1550nm para downstream e um unico comprimento de onda para upstream na faixa de1300nm, dividido atravez de TDMA. O upstream e o downstream podem ser realiza-dos em uma unica fibra atraves do WDM grosso(largo) - CWDM. Esta arquitetura echamada de PON composto - CPON. Em um unico comprimento de onda, e usado umreceptor no modo rajada no OLT para receber o sinal upstream. Este modo e necessariopara sincronizar os sinais de clock oriundos de diferentes ONUs, na qual pode estar emdiferentes distancias do OLT.

Uma limitacao da arquitetura CPON e que a frequencia unica do laser na ONUpode ser economicamente inviavel. Isto pode dificultar o controle das variacoes docomprimento de onda que podem mudar devido as variacoes de temperatura.

3 Arquitetura LANET

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3 ARQUITETURA LANET

A arquitetura LARNET (Rede Remota de Acesso Local). Tenta trabalhar dentro daslimitacoes da arquitetura CPON, usando uma fonte banda larga na ONU, como o usode um led, onde o espectro e fatiado pelo roteador AWG na direcao upstream. Quandoa fonte e direcionada para uma das portas de entrada do roteador AWG, os varios λsao direcionados para diferentes portas de saıda. O led emite um espectro largo com λcentralizados ao redor de um unico λ, comparado com um laser que emite um unico λde luz.

O OLT emprega um receptor no modo rajada com banda larga, na qual pode receberqualquer componente espectral no led.O TDMA e usado para dividir o canal de upstream.A LANET e atrativa porque a tecnologia do led esta bem madura, e estes circuitos ledtem sido oferecidos comercialmente por um bom tempo.

Os led sao muito mais baratos do que ao lasers, assim ajudam a baixar o custo dosequipamentos da ONU. A limitacao esta por conta do fatiamento espectral pelo AWG,o que leva a uma perda consideravel de potencia. Outra coisa e o fato da distancia serconsideravelmente menor nessa arquitetura.

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