filtro de 200GHz

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filtro de 200GHz

Soluções para redes ópticas avançadas:
Projeto GIGA
Miriam Regina Xavier de Barros*, Mônica de Lacerda Rocha, Fábio Donati Simões,
João Batista Rosolem, Sandro Marcelo Rossi e Tânia Regina Tronco Fudoli
Este documento apresenta os resultados obtidos na pesquisa e desenvolvimento de soluções para redes
ópticas com tecnologia IP/WDM, realizados no escopo do projeto GIGA. As soluções, em forma de protótipos,
buscam atualizações e melhorias no desempenho das redes, sejam de longa distância, metropolitanas e de
acesso. Um testbed experimental de alta velocidade conectando três redes metropolitanas foi projetado e
implantado para validação em campo dos protótipos desenvolvidos tanto no CPqD como em universidades e
centros de pesquisa brasileiros. As tecnologias associadas às soluções desenvolvidas estão sendo transferidas
para indústrias brasileiras, buscando a melhoria da capacidade industrial do Brasil e um aumento da oferta de
produtos de telecomunicações no país.
Palavras-chave: Rede Óptica Experimental. Testbed. IP/WDM.
1.
Introdução
Projetos de redes experimentais ou testbeds
têm sido conduzidos em vários países para realizar
testes pré-comerciais de produtos e serviços de
empresas operadoras de telecomunicações e de
seus fornecedores [1-9]. Estas iniciativas têm como
principal benefício a criação de um ambiente para
o desenvolvimento integrado das tecnologias de
redes de nova geração, bem como das tecnologias
de serviços que trafegarão por essas redes. Isso
propiciará competitividade para os vários atores
envolvidos na cadeia de valor das telecomunicações. Essas redes consistem num teste de campo
em condições reais de uso para a avaliação de
componentes, equipamentos, sistemas, serviços e
aplicações avançadas de telecomunicações.
O Projeto GIGA representa uma iniciativa
nacional de implantação e operação de uma
Rede Experimental de Alta Velocidade. O projeto
é coordenado conjuntamente pelo CPqD e pela
RNP e tem o apoio do Ministério das Comunicações e do Ministério da Ciência e Tecnologia, por
meio do FUNTTEL e FINEP [10-12]. O objetivo
deste projeto é desenvolver novas soluções para
redes IP/WDM. Um novo impulso para a convergência entre telecomunicações e tecnologia da
informação vem sendo dado pela integração das
tecnologias das Redes Ópticas WDM e da
*
tecnologia de protocolo de Internet. Além disso, a
crescente disponibilidade de banda larga estimula
o desenvolvimento de serviços e aplicações
baseadas nos protocolos de Internet.
As soluções para a Rede Experimental de
Alta Velocidade do Projeto GIGA são obtidas por
meio de subprojetos de P&D selecionados e
acompanhados por quatro Coordenações
Temáticas. A Coordenação Temática de Redes
Ópticas, tratada neste artigo, tem por objetivo
gerar soluções e tecnologias inovadoras para a
camada óptica da rede IP/WDM e suas
atualizações. A capacidade, alcance geográfico,
integração, flexibilidade, reconfigurabilidade,
confiabilidade, robustez frente a falhas e funcionalidades oferecidas são tópicos especialmente
considerados. As soluções desenvolvidas estão
sendo testadas nos laboratórios de pesquisa e
validadas na Rede Experimental de Alta
Velocidade.
As soluções desenvolvidas no contexto dos
subprojetos de P&D visam ao desenvolvimento
de protótipos de hardware e software. As
especificações desses protótipos foram feitas com
base em um levantamento do estado da arte em
comunicações ópticas, com foco nas necessidades do mercado atual de telecomunicações.
Do total de subprojetos de P&D da Coordenação
Temática de Redes Ópticas, 11 são realizados
Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: [email protected].
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 1, n. 1, p. 37-60, jan./dez. 2005
Soluções para redes ópticas avançadas: Projeto GIGA
no CPqD. Eles buscam a obtenção de sistemas
e subsistemas para a camada óptica da rede.
Os outros 21 são realizados pelas parcerias entre
o CPqD, universidades e outros centros de
pesquisa, de forma a obter simulações,
algoritmos, protocolos, sistemas de software de
controle, dispositivos e subsistemas para a
camada óptica da rede. As tecnologias dos
sistemas, subsistemas e dispositivos ópticos
desenvolvidos estão sendo transferidas para
indústrias brasileiras. O CPqD tem o papel de
integrar os resultados obtidos nos diversos
subprojetos de P&D e também de desenvolver
novas soluções e coordenar as atividades dos
grupos de P&D, estabelecendo uma ponte com
as indústrias brasileiras e operadoras de telecom.
O CPqD também realiza testes laboratoriais
sistêmicos e testes de validação dos resultados
na Rede Experimental de Alta Velocidade do
Projeto GIGA.
A Coordenação Temática de Redes
Ópticas é composta por quatro áreas de P&D,
as quais oferecem soluções para:
- Transmissão Ponto a Ponto de Longa
Distância
- Rede IP/WDM com Plano de Controle
- Redes Ópticas Metropolitanas
- Rede de Acesso
Cada uma das áreas aborda questões
específicas relacionadas às redes ópticas. A área
de Transmissão Ponto a Ponto de Longa Distância está focalizada no desenvolvimento de
soluções para aumentar o alcance e a capacidade de transmissão. A área de Rede IP/WDM
com Plano de Controle está focalizada no
desenvolvimento de soluções para prover uma
camada óptica dinâmica reconfigurável para a
rede. A área de Redes Ópticas Metropolitanas
está focalizada no desenvolvimento de soluções
de baixo custo para uma rede metropolitana
flexível. A área de Rede de Acesso está focalizada
no desenvolvimento de soluções de baixo custo
para uma rede de acesso faixa larga.
Neste trabalho, apresenta-se uma síntese
dos resultados obtidos nas diversas áreas da
Coordenação Temática de Redes Ópticas. Tais
resultados foram divulgados recentemente em
trabalhos publicados em periódicos e
conferências [10-12,14-30,34-36,49-53] (CPqD) e
[25-28,37,47] (Universidades).
2.
A Rede Experimental de Alta
Velocidade
A Rede Experimental de Alta Velocidade do
Projeto GIGA (ou Rede GIGA) é o testbed que
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permite o desenvolvimento e a demonstração das novas tecnologias, técnicas, produtos
e serviços [13] para redes do tipo IP/WDM. A
Rede GIGA começou a operar em maio de 2004
como uma operadora experimental com alcance
de aproximadamente 700 km. As fibras ópticas
usadas são cedidas pelas operadoras locais e
operadoras de longa distância, de forma similar a
outros testbeds [2].
Embora de porte reduzido, a Rede GIGA
tem grau de funcionalidade e inovação superior
ao das redes existentes nas operadoras. Tem
também uma gama de facilidades em hardware e
software que são um componente importante
atuando como um mapeamento das diversas
estratégias de transição tecnológica. O tráfego na
Rede GIGA está restrito às atividades dos
subprojetos de P&D aprovados no âmbito do
Projeto GIGA, para evitar que testes experimentais afetem o tráfego comercial.
A rede óptica IP/WDM conecta os estados
de São Paulo e Rio de Janeiro, conforme Figura
1(a). A rede inclui três sub-redes ópticas
metropolitanas (Campinas, São Paulo e Rio de
Janeiro) conectadas por dois enlaces de longa
distância (Campinas-São Paulo e São Paulo-Rio
de Janeiro). As sub-redes metropolitanas
apresentam topologia em anel com tecnologia
CWDM e os enlaces de longa distância usam
tecnologia DWDM, com 8 canais Gigabit
Ethernet.
Os anéis metropolitanos e os enlaces de
longa distância são exibidos na Figura 1(b).
Exibem-se também na figura as instituições
interligadas pela Rede GIGA.
Em cada uma das cidades foi instalado um
roteador Ethernet de núcleo. Esses roteadores/
comutadores possuem três portas DWDM para
enlace interurbano e algumas portas CWDM para
interligação das universidades e centros de
pesquisa. Nessas instituições também foram
instalados roteadores/comutadores de borda.
Dentro das instituições, cada departamento está
interligado através de um roteador/comutador
de acesso.
Os roteadores/comutadores Ethernet da
Rede GIGA permitem a criação de redes locais
virtuais, Virtual Local Area Networks (VLANs),
para cada usuário. Com a identificação das
VLANs, a rede poderá ser dividida em sub-redes,
associando-se o endereço de rede à identificação
da VLAN. Esses equipamentos podem rotear
pacotes IP para as VLANs correspondentes.
Através dos níveis de prioridade associados às
VLANs poderão ser criadas conexões com
qualidade de serviço (QoS) adequadas às
aplicações e aos serviços que serão testados
nesta rede.
(a)
(b)
Figura 1(a) Abrangência geográfica da Rede Experimental de Alta Velocidade do Projeto GIGA, indicando as cidades
conectadas à rede. (b) Topologia e instituições interligadas.
Um módulo Multiprotocol Label Switching
(MPLS) também foi inserido em cada roteador/
comutador do núcleo e da borda. Gradualmente, o MPLS traz as vantagens do ATM para o
IP. O IP/MPLS é independente dos protocolos
de camada 2, ou seja, pode operar sobre qualquer camada 2, desde Frame Relay, Ethernet até
a óptica. O IP/MPLS/Ethernet/WDM possibilita
custo competitivo, simplicidade e universalidade
em função do Ethernet. O MPLS adiciona
expansão em escala e flexibilidade ao Ethernet,
sem desprezar as melhores características do
protocolo, como velocidade, simplicidade e
compatibilidade com o tráfego IP. O IP/MPLS/
Ethernet permite que provedores de serviço
criem Label Switched Paths (LSPs) como
reservas, os quais podem ser configurados para
recuperação rápida, como em caso de quebra de
fibra. Isso aumenta a confiabilidade do serviço
como um todo e representa um grande aperfeiçoamento em relação à tecnologia spanning tree
do Ethernet. O método utilizado pelo MPLS para
conseguir recuperação do serviço geralmente
depende de se estabelecer uma rota alternativa
de reserva, em relação à rota principal. Se uma
quebra de fibra ou uma falha ocorrer na rota
principal, a rota reserva é acionada.
Atualmente, a camada óptica da rede está
operando de forma estática. Nessa fase, as
conexões são configuradas manualmente e
permanecem configuradas de forma semipermanente. Com a implementação de soluções
39
resultantes dos subprojetos de P&D, a rede
deverá passar a operar de forma dinâmica nos
enlaces interurbanos, ou seja, as conexões serão
configuradas dinamicamente, através de um
plano de controle. Isso permitirá aprovisionar
caminhos e reconfigurar rotas ópticas de forma
automática. Numa fase subseqüente, a rede deverá
funcionar de forma dinâmica nas regiões
metropolitanas.
3.
Sistemas de Longa Distância
O objetivo desta área é desenvolver
tecnologias para o aumento do alcance geográfico e da capacidade dos sistemas ópticos ponto
a ponto. O aumento da capacidade de sistemastronco é obtido pelo aumento da taxa de modulção do sinal e/ou do número de canais
multiplexados em comprimento de onda.
Atualmente, as soluções comerciais estão consolidadas para taxas de até 2,5 Gbit/s, porém
são inadequadas para operação a 10 Gbit/s, que
é necessária para atender o crescimento de
demanda por banda larga. Nessa velocidade os
produtos comerciais atualmente existentes não
atendem satisfatoriamente todos os desafios
tecnológicos, criando oportunidades para novas
soluções. As atividades nesta área abrangem
enlaces interurbanos ponto-a-ponto de longa
distância, na taxa de 10 Gbit/s. Elas visam à
criação de protótipos transferíveis para a
indústria brasileira e à evolução da Rede GIGA
de 2,5 Gbit/s para 10 Gbit/s.
A fibra óptica permite transmissão de sinais
a altas velocidades. Entretanto, apresenta sérias
limitações causadas por geração de ruído e
distorções que degradam a qualidade do sinal
e restringem a máxima distância de propagação
atingida. A partir de 10 Gbit/s, efeitos associados
à dispersão cromática e à polarização óptica da
luz na fibra tornam-se particularmente críticos.
A solução mais comumente adotada para
superar os efeitos da dispersão cromática é sua
compensação pelo uso de elementos que
introduzem atrasos temporais opostos ao gerado
pela fibra transmissora. Similarmente, a
compensação dos efeitos de polarização deve ser
feita utilizando-se uma técnica com resposta em
tempo real, considerando que o alargamento
temporal causado pela dispersão dos modos de
polarização varia temporalmente.
O aumento do número de canais requer a
utilização de amplificadores ópticos que, além de
prover ganho (G), adicionam aos sinais flutuações
indesejáveis de potência. Os efeitos desse ruído
podem ser quantificados através da figura de ruído
(NF), um parâmetro fundamental que permite
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avaliação do comportamento do ruído de amplificadores individuais e o projeto de sistemas com
amplificadores em cascata. Os dados obtidos a
partir de caracterizações experimentais dos
parâmetros NF e G viabilizam o uso de simuladores
numéricos no projeto, testes e implantação de
sistemas e subsistemas ópticos.
A escolha do método de caracterização
mais adequado à aplicação sistêmica é essencial
para a validade dos resultados da simulação. O
grande número de subprojetos na área de
Amplificação Óptica foi o motivador para a
realização de um estudo de avaliação de erros que
podem ser introduzidos por algumas simplificações ou aproximações de medida [14]. Foi
utilizado um laser de cavidade externa (ECL),
sintonizável na banda de operação dos amplificadores, na fibra dopada com Érbio, EDFAs. O
erro resultante na medida de NF desprezando a
emissão espontânea do sinal, na entrada do
amplificador, está abaixo de 1,6 dB para fonte com
nível de ruído menor do que –45 dBm/nm. Ainda
nesse experimento, foi substituído o laser de
cavidade externa (fonte monocanal) por 16 lasers
DFB (fonte multicanal), espaçados em 200 GHz
(grade da Rede GIGA, de 1534,2 nm a
1558,14 nm), para caracterização de um EDFA
projetado com um filtro do tipo “aplaina-ganho”.
Para comparação das medidas multicanal
e monocanal, as fontes DFB foram substituídas
pelo laser de cavidade externa. Os resultados
indicaram uma variação de ganho, nas medidas
multicanal, não observada na montagem
monocanal. A Figura 2(a) apresenta a variação
de ganho, medido para o canal mais alto em
relação ao ganho do canal mais baixo, em
função da potência total de entrada. A variação
do ganho está em torno de 0 dB (amplificador de
linha), de + 7,5 dB (booster) e –9 dB (préamplificador). Por outro lado, a Figura 2(a)
mostra uma variação da ordem de 2 dB
(amplificador de linha) e praticamente nula (préamplificador) quando a caracterização é feita na
configuração monocanal. Isso sugere que desconsiderar a variação de ganho em sistemas
DWDM pode levar a um erro de projeto
relevante, mesmo quando o amplificador
incorpora técnicas para redução da variação
espectral de ganho. O efeito dessa simplificação
na medida de NF também pode induzir um erro
significativo. Veja a Figura 2(b) para níveis de
potência mais altos na entrada do amplificador.
Para valores de mais baixa potência, o erro fica
abaixo de 1 dB, mas pode chegar a quase 3 dB
conforme o amplificador opere mais saturado.
Esses resultados demonstram que o
número de canais e o regime de saturação do
amplificador podem causar um forte impacto nos
processos de equalização de canais, simulações
numéricas e desempenho sistêmico. A montagem com a utilização de um só laser não é
adequada para caracterização de amplificadores
projetados para operação DWDM.
Para superar várias limitações observadas nos
EDFAs, novas técnicas de amplificação têm sido
propostas e demonstradas, incluindo amplificadores a fibra dopada com outros elementos
terra-rara, amplificadores semicondutores, amplificadores paramétricos e amplificadores Raman.
Algumas dessas técnicas incluem funcionalidades
adicionais, como o uso combinado de uma fibra
compensadora de dispersão para prover ganho
Raman, estendendo o alcance da banda convencional, C, sem aumento de penalidade por
dispersão [15].
O uso de amplificadores favorece o
surgimento de efeitos não-lineares, em decorrência de altas potências ópticas injetadas
na fibra. Numa descrição simplificada, a alta
potência por canal pode causar automodulação
de fase e espalhamento Brillouin (SBS). A
Figura 2(a) Variação do ganho entre o canal C#16 em relação ao C#1, em função da potência total na entrada do
amplificador; (b) diferença entre as medidas de NF nas montagens monocanal (ECL) e multicanal (DFB), ambas
considerando a emissão espontânea das fontes na entrada do amplificador.
41
Figura 3 Sistema ponto-a-ponto indicando os subprojetos de P&D na área de Longa Distância
associação de alta potência óptica e baixa dispersão cromática (positiva) causa a ocorrência
de instabilidade de modulação. A combinação
de alta potência óptica com alta densidade de
canais e baixa dispersão leva à mistura de quatro
ondas e à modulação de fase cruzada. Finalmente, a incidência de alta potência óptica numa
larga faixa espectral ocupada provoca o espalhamento Raman. Embora causem degradação, os
efeitos não-lineares, quando bem controlados,
podem atuar de modo a resolver problemas de
degradação, o que constitui um campo a ser
explorado em projetos sistêmicos.
Os desafios descritos acima representam
o cenário no qual os subprojetos de P&D da
área de Longa Distância foram selecionados. As
soluções propostas serão validadas em um
sistema DWDM, em operação no CPqD, que
reproduz as condições de campo. Num segundo
estágio, serão testadas e validadas na própria
Rede. Os subprojetos estruturados são:
(i) montagem de um sistema NRZ (nãoretorno ao zero) 16 x 10 Gbit/s com
alcance de até 670 km (CPqD)
(ii) simulação e modelagem sistêmicas
de transmissão 16 x 10 Gbit/s, modulação NRZ, com todos os subsistemas
e efeitos de propagação necessários
para alcances interurbanos, e possibilidade de inclusão de novos subsistemas (Universidade Presbiteriana
Mackenzie e Instituto Militar de
Engenharia, IME)
(iii) transponder de 10 Gbit/s incorporando multiplexadores e demultiplexadores digitais 1:4 de alta velocidade,
para múltiplos protocolos, e um
módulo para correção de erro (FEC,
Forward Error Corrector) (CPqD)
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(iv) amplificadores Raman distribuídos
com redução de transientes (Universidade Federal Fluminense – UFF, Instituto Militar de Engenharia – IME,
Universidade Federal do Espírito Santo
– UFES e Universidade Presbiteriana Mackenzie)
(v) amplificadores Raman concentrados
baseados em fibras microestruturadas
(Universidade de São Paulo – USP/
São Carlos e Universidade Estadual
de São Paulo – UNESP/Araraquara)
(vi) amplificadores paramétricos (Universidade Estadual de Campinas –
Unicamp)
(vii) compensadores de dispersão cromática baseados em fibras microestruturadas (USP/São Carlos e UNESP/
Araraquara)
(viii) compensação de dispersão de modos
de polarização (PMD) multicanal
(Pontifícia Universidade Católica –
PUC /RJ) e
(ix) fusível óptico para proteção do operador e de subsistemas, no caso de
um pico de potência óptica (CPqD).
A Figura 3 exibe o diagrama simplificado
de um sistema ponto-a-ponto indicando os tópicos listados e a funcionalidade dos elementos
no sistema. A seguir, são descritos alguns
resultados recentes obtidos no subprojeto (i).
3.1. Sistema 16 x 10 Gbit/s
As características necessárias para o projeto
sistêmico do sistema 16 x 10 Gbit/s são:
(i) alcance compatível com as distâncias entre
capitais vizinhas e grandes cidades; (ii) separação
Figura 4 (a) Sinais gerados com mesma potência sofrem diferentes atenuações e
(b) são equalizados após três iterações do algoritmo desenvolvido
entre repetidores compatível com as distâncias
entre estações existentes; (iii) implantação inicial
com capacidade parcial e ativação de mais
capacidade ao longo do tempo; (iv) inserção e
derivação estáticas de tráfego ao longo dos
enlaces para atendimento de demandas locais;
(v) interfaces de entrada compatíveis com os
protocolos e serviços existentes nas redes atuais;
(vi) compatibilidade com alimentação elétrica
disponível nas operadoras, e (vii) compatibilidade
mecânica com soluções comerciais.
3.1.1.Equalização Automática de Canais
O sistema visa implantação em enlaces de
fibra monomodo convencional, que é a fibra
disponível em campo. A separação de 100 GHz
entre os 16 canais, alocados na banda C (1546,92
a 1558,98 nm), torna críticos vários parâmetros,
como a estabilidade espectral nas interfaces
ópticas, a multiplexação dos canais na
transmissão, a filtragem para seleção de canais
na recepção e o controle de efeitos de diafonia
não-linear decorrentes da propagação do sinal
na fibra. Para evitar flutuações espectrais e de
amplitude do feixe DWDM, foi desenvolvido um
algoritmo de controle dos lasers que garante a
otimização, por canal, da relação sinal-ruído
óptica. A Figura 4 ilustra sua funcionalidade
mostrando o espectro DWDM antes e depois de
três iterações do algoritmo. A partir de uma
amostra do sinal, medida por um analisador de
espectro óptico (OSA), a potência e freqüência
de emissão dos canais são otimizadas, provendo
equalização da relação sinal-ruído óptica, OSNR,
com erro de ± 500 MHz e ± 0,1 dB.
3.1.2.Anéis de Recirculação
O sistema está sendo inicialmente montado
e testado em laboratório com alcance menor, para
depois ser completado. Assim, para transmissão
por longas distâncias é utilizado um anel de
recirculação que, através de um acoplador 3 dB,
permite recircular os canais por um conjunto
‘componentes-fibra’. Os canais são acoplados ao
anel através de um par de chaves ópticas. A
primeira chave “carrega” o anel com uma seqüência
de bits e a segunda limita o tempo durante o qual
essa seqüência de bits circula. Nesse anel os
requisitos de balanço de potência, calibração e
sincronismo entre as chaves são garantidos por
um sistema de automação e aquisição de dados.
Esse sistema permitiu demonstrar a precisão da
técnica comparando-se os resultados obtidos em
duas configurações equivalentes: (i) três enlaces
de 25 km em cascata e (ii) um anel com 25 km,
através do qual o sinal circulou três vezes. Os
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resultados indicaram uma ótima concordância entre
as duas montagens [16].
Anéis de recirculação são sensíveis ao
acúmulo de efeitos de propagação, mas podem
tornar-se ineficientes para simular fenômenos
relacionados à polarização, devido às diferenças
entre as naturezas periódica e aleatória da propagação em anel e em linha reta, respectivamente.
Existem técnicas de embaralhamento (scrambling)
dos estados de polarização, recentemente
propostas, que solucionam esse problema. Isso
permitiu a implementação nesse anel. Neste
processo, foi observada a ocorrência de perda
do grau de polarização da luz recirculada, possivelmente devido ao acúmulo de ruído, cujos mecanismos ainda não são bem compreendidos.
Esta investigação permitiu propor um modelo
matemático para a estatística de degree of
polarization (DOP) em anéis de recirculação
[17,18] que aumenta a precisão dos resultados
que eles geram.
3.1.3. Demonstração em campo
O alcance final previsto para o sistema
16 x 10 Gbit/s corresponde aproximadamente
à distância especificada pelo ITU-T para sistema
de longa distância com até 16 canais (640 km).
Seguindo a estratégia de iniciar buscando
soluções para enlaces de menor alcance, foi
escolhido um enlace de 150 km, correspondente à distância entre Campinas e São Paulo na
Rede GIGA. Nesta condição, foram analisadas
várias configurações de amplificação e compensação de dispersão. A Figura 5 apresenta o
diagrama da primeira demonstração de uma
transmissão na Rede, onde dois canais (#3 e
#4), modulados a 10 Gbit/s, viajaram 300 km
entre Campinas e São Paulo, ida-e-volta, sem
interrupção dos seis canais GbE restantes, permitindo o teste de diversos módulos comerciais
compensadores de dispersão, projetados para
compensar a dispersão de enlaces com diferentes comprimentos [19].
Em São Paulo, foi utilizada uma composição para compensação completa de 140 km.
Em Campinas, foram testados os esquemas
indicados na Figura 6. A Figura 6(a) indica que
a compensação completa no canal #3 ocorreu
com o uso, em CAS, de um módulo para 130 km,
correspondendo à compensação completa de
270 km. Na realidade o enlace compreende
300 km. Além disso, para o canal #4, na Figura
6(b), a compensação ótima é obtida utilizandose, em CAS, um módulo para 100 km, ou seja,
compensando-se completamente 240 km. Os
diagramas de olho ilustram as mudanças no
canal #4 para dois esquemas: a forma do pulso
é mais afetada pela subcompensação, mas o
fator Q é mais alto neste caso. As diferenças
entre o esperado e o observado devem-se à
presença de chirp nos moduladores MachZehnder (MZ) em niobato de lítio.
Por meio de simulações numéricas,
moduladores de eletroabsorção (EAM) foram
comparados em seus desempenhos com o de
moduladores MZ [20]. Nos primeiros, o prechirping permite otimizar a transmissão, de
forma controlada, para determinados mapas de
dispersão. Isso permite reduzir penalidades e
melhorar a tolerância a variações do mapa de
dispersão. A utilização de um MZ permite
Figura 5 Diagrama sistêmico para transmissão 2 x 10 Gbit/s e 6 x GbE pela Rede GIGA.
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Figura 6 Compensação para os canais: (a) #3, indicando a definição do fator Q, e
(b) #4, também mostrando os diagramas de olho para compensação completa
em (140 + 100) km e (100 + 130) km.
demonstrar a ocorrência de penalidades positivas
e negativas associadas a interações entre a
dispersão da fibra e o chirp induzido na modulação
[21-23].
O controle exercido no transmissor para
reduzir penalidades sistêmicas pode ser
adicionado ao refinamento de funcionalidades
do receptor, como demonstrado em um estudo
da influência das características dos filtros de
recepção, do tipo Bessel, Butterworth e
Chebyshev, sobre a taxa de erros de um sistema
NRZ. Por meio de simulações e com base nas
características de freqüência de corte, ordem do
filtro e relação sinal-ruído, ficou demonstrado
como melhorar o desempenho sistêmico pela
escolha apropriada das características do filtro
[24].
3.2. Simulação e Modelagem Sistêmica
As atividades de simulação e modelagem
sistêmica buscam a determinação da condição
de operação do anel óptico de recirculação (RCL)
e do sistema ponto-a-ponto ou em linha reta
(LR) com o uso do simulador OptiSystem3.0 da
empresa Optiwave e do simulador VPItransmission
Maker da Virtual Photonics. Para cada elemento
do sistema real, um modelo numérico é criado nos
simuladores, de modo que estes estão ajustados
para reprodução das configurações de campo e
de laboratório.
3.3. Amplificador Raman distribuído com
controle de transientes
O subprojeto do amplificador Raman
distribuído com redução de transientes obteve,
em simulação, os parâmetros ótimos do
amplificador, tais como o comprimento de fibra
e potências e comprimento de onda de bombeio
[25]. O protótipo do amplificador inclui fibras
DCF e considera sua operação com equalização
de ganho (controle automático de ganho – AGC).
As próximas etapas incluem o projeto, montagem
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e caracterização do protótipo, utilizando bombeio
co-propagante e contrapropagante e a
determinação da técnica de AGC a ser implementada. Estudos de efeitos transientes e da
dinâmica de ganho nos amplificadores Raman
distribuídos (DRAs) também serão realizados
antes do projeto de eletrônica de controle do
AGC.
3.4. Amplificadores paramétricos
Na atividade de desenvolvimento de
amplificadores paramétricos, várias técnicas de
amplificação paramétrica (FOPA) são estudadas
teoricamente por meio de modelagem matemática. Isso inclui os efeitos de flutuação de
parâmetros de dispersão ao longo da fibra. A
validação desse modelo é feita experimentalmente e por meio da comparação com
resultados de sistemas de software comerciais.
O desempenho sistêmico de dispositivos paramétricos está sendo avaliado em laboratório, de
forma a otimizar soluções para contornar SBS,
PDG e diafonia, o que definirá as especificações
do protótipo montado, caracterizado e testado
no sistema DWDM.
3.5. Amplificador Raman concentrado com
compensação de dispersão
No subprojeto de amplificador Raman
concentrado e compensador de dispersão
baseados em fibra microestruturada, duas
atividades podem ser agrupadas em uma única:
o estudo de fibras microestruturadas objetivando
o desenvolvimento de um amplificador Raman
concentrado e um compensador de dispersão
[26].
3.6. Compensador de PMD Multicanal
Para o desenvolvimento do compensador
de PMD multicanal, realizou-se a modelagem
da PMD com base na variação aleatória da
birrefringência ao longo de uma fibra óptica. O
modelo foi validado pela comparação com os
resultados previstos na modelagem convencional,
que usa a variação espectral [27,28]. A partir daí foi
estudada a distorção do sinal em função do canal
WDM por simulação. Realizaram-se medidas de
distorção de sinal de RF para comparação com os
resultados simulados. A atividade em medidas
experimentais de DOP, em andamento, busca avaliar
a possibilidade de se compensar a PMD para todos
os canais simultaneamente, ao longo do enlace. A
partir dessas medidas serão testados os protótipos
para compensação parcial da PMD, o que deverá
resultar numa tecnologia inovadora, pois a compensação multicanal ainda não foi demonstrada.
3.7. Fusível óptico
O objetivo do subprojeto de fusível óptico
é desenvolver um dispositivo que bloqueia rapidamente a passagem do sinal, quando sua potência
aumenta acima de um limiar definido. Essa
solução deverá proteger os subsistemas e fibras
sensíveis de altas potências presentes na rede.
4.
Rede IP/WDM com Plano de Controle
O objetivo desta área é desenvolver tecnologias e mecanismos que permitam o aprovisionamento sob demanda e recuperação automática de falhas de rotas ópticas de forma
integrada com as camadas IP e de Gerência.
Trata-se da área de maior desafio do projeto,
Figura 7 Tópicos abordados na área de Rede IP/WDM com Plano de Controle.
46
em termos de dificuldade e esforço, pois envolve a
concepção e o desenvolvimento de arquiteturas e
protótipos de hardware e software que têm funções
e papéis distintos, mas que deveriam trabalhar em
conjunto para atingir um objetivo único.
Para isso estão sendo desenvolvidos subprojetos de P&D nos seguintes tópicos (Figura 7):
• Cross-connect óptico (OXC): subsistema de hardware necessário para
comutar de forma dinâmica e totalmente transparente os sinais ópticos, sem
conversão de comprimento de onda,
através da rede WDM
• Amplificador óptico com controle automático de ganho (OA-AGC) [29,30]:
subsistema de hardware necessário
para amplificar os sinais ópticos e
conter os efeitos de saturação cruzada
de ganho, os quais podem ocorrer
quando os comprimentos de onda são
inseridos ou derivados dinamicamente
[31,32]. Tais efeitos podem levar a altas
taxas de erro (BER) ou até completa
falha de sinal nos receptores ópticos
• Equalizador dinâmico de potência óptica
de canais (EDPO): subsistema de
hardware necessário para combater o
desbalanceamento de potência do sinal
óptico nos diferentes comprimentos de onda. Esse desbalanceamento
pode ocorrer quando os comprimentos
de onda se propagam através de enlaces de fibra óptica e atravessam
dispositivos ópticos com diferentes
valores de atenuação, ou quando os
comprimentos de onda são inseridos
ou derivados dinamicamente [31]. Tal
desbalanceamento pode levar a altas
BERs ou até à completa falha de sinal
nos receptores ópticos
• Plano de controle da rede óptica e
integração com plano de controle da
rede IP [33]: sistema de software
necessário para coordenar o estabelecimento e encerramento de rotas
ópticas, em resposta às requisições da
Gerência, e a recuperação automática
de falhas nessas rotas.
A seguir, descreve-se cada um dos subprojetos em desenvolvimento.
4.1. Cross Connect Óptico
A principal função do OXC é permitir a
reconfiguração da camada óptica por meio do
chaveamento espacial dos canais presentes na
rede. A Figura 8 (a) mostra a arquitetura do OXC
em desenvolvimento no CPqD, composto de
chaves termo-ópticas e multiplexadores/demultiplexadores ópticos passivos. Este tem
suporte para até três pares de portas de fibra
(entrada/saída), para interconexão com os OXCs
vizinhos, e mais um par de portas para inserção/
derivação (add/drop) dos canais ópticos. Cada
porta de fibra pode transportar até oito
comprimentos de onda na banda C. Também
foi desenvolvida uma placa eletrônica de controle
que permite a configuração remota das chaves
ópticas através de uma porta Ethernet conforme
mostra a Figura 8(b).
(b)
Figura 8 (a) Arquitetura do Cross-connect óptico (OXC) em desenvolvimento;
(b) protótipo da placa eletrônica de controle do OXC.
47
4.2. Amplificador óptico com controle
automático de ganho
Como a reconfiguração dos caminhos
ópticos envolve alteração do número de canais
e, por conseqüência, da potência óptica em cada
enlace de fibra, é essencial que os amplificadores
ópticos possuam controle automático de ganho,
para compensar as variações de ganho
decorrentes desta reconfiguração. O AO-AGC
sendo desenvolvido no CPqD em parceria com
a Unicamp utiliza fibra dopada com Érbio e um
laser de bombeio para fornecer ganho ao sinal
óptico. Várias soluções para o controle automático de ganho estão sendo consideradas:
controle totalmente óptico, controle eletrônico
e controle híbrido óptico-eletrônico1.
O primeiro protótipo desenvolvido utiliza
o controle totalmente óptico, que é baseado em
um mecanismo de realimentação do ruído de
emissão espontânea estimulada (ASE),
formando uma cavidade laser conforme indicado
na Figura 9. Com um ajuste adequado do
atenuador variável (VOA) e do filtro óptico
sintonizável, é possível manter o ganho do
amplificador em um valor predeterminado.
Estudos e experimentos foram realizados
até que se obtivesse o valor ótimo do atenuador
e do filtro óptico para diferentes ganhos e
potência de sinal na entrada do amplificador
[34,35]. Na referência [36], apresentam-se o
projeto e os resultados de caracterização do OAAGC totalmente óptico utilizando um VOA com
tempo de resposta rápido. Os resultados obtidos
mostram que um alto nível de equalização do
ganho (variação abaixo de 0,8 dB em toda
banda C), baixa figura de ruído (~ 5,3 dB)
e praticamente ausência de oscilações de
relaxação podem ser obtidos para ganhos entre
16 e 23 dB.
A Figura 10 exibe os resultados da
caracterização do amplificador óptico (para um
ganho G = 21 dB) no pior caso, ou seja, quando
31 dos 32 canais na sua entrada são retirados
(desligados). Na Figura 10 (a) pode-se observar
o espectro do sinal óptico na saída do
amplificador quando os 32 canais estão
presentes (curva em azul) juntamente com 16
espectros ópticos para diferentes posições
(canais ímpares) do canal sobrevivente (curvas
em vermelho). O pico de potência mais à
esquerda é o canal de controle gerado a partir
do ruído ASE do amplificador. A Figura 10 (b)
mostra o ganho e variação de ganho do
amplificador quando 31 dos 32 canais são
retirados. Pode-se observar que a máxima
variação de ganho ficou abaixo de 0,8 dB ao
longo de praticamente toda a banda C. Se
considerarmos a banda ocupada pelos canais
na Rede GIGA, de 1546,92 a 1558,98 nm, a
máxima variação do ganho do amplificador fica
abaixo de 0,4 dB.
A Figura 11 mostra uma foto do amplificador com controle automático de ganho
totalmente óptico desenvolvido no CPqD.
O amplificador é dividido em dois módulos.
O módulo da esquerda é o módulo eletrônico,
para alimentação e controle dos lasers de
bombeio e para monitoração das potências
ópticas envolvidas. O módulo da direita é o
módulo óptico, que provê o ganho para os canais
WDM.
Figura 9 Diagrama esquemático do amplificador a fibra dopada com Érbio
com controle automático de ganho totalmente óptico
1
Pedido de patente em submissão.
48
Figura 10 (a) Espectros do sinal óptico na saída do amplificador para 32 canais e para os canais sobreviventes
em diferentes posições; (b) ganho e variação de ganho do amplificador quando 31 de 32 canais na sua entrada
são retirados (desligados). Potência de entrada Pin = -25 dB/canal e ganho G = 21dB
Figura 11 Protótipo do amplificador óptico com controle automático de ganho (OA-AGC) totalmente óptico
4.3. Equalizador dinâmico de potência óptica
de canais
As alterações do número de canais em
cada enlace e as diferentes atenuações sofridas
por cada canal ao longo de sua propagação
pelos diferentes trechos de fibras e dispositivos
ópticos produzem variações espectrais das
potências ópticas. Essas variações devem ser
compensadas, canal a canal, por um equalizador
dinâmico de potência óptica. O EDPO está sendo
desenvolvido pelo CEFET-PR e é composto de
um array de oito atenuadores ópticos variáveis
(VOA), um para cada canal, os quais serão
49
Figura 12 Diagrama esquemático do Equalizador Dinâmico de Potência Óptica [37].
Figura 13 Modelo de arquitetura da Rede Óptica mostrando a interconexão com a Rede IP
dinamicamente ajustados para manter a potência
óptica de saída continuamente no valor desejado
[37]. A Figura 12 exibe um diagrama esquemático
do EDPO.
4.4. Plano de controle da rede óptica
Os projetos de P&D devem seguir os padrões
já definidos por órgãos de padronização, tais como
Internet Engineering Task Force (IETF) e Optical
Internetworking Forum (OIF). Garante-se, assim,
uma maior interoperabilidade entre equipamentos
de diferentes fabricantes e diminui-se o tempo
de desenvolvimento e colocação do produto no
mercado.
Foi definido que o plano de controle da
rede óptica deveria ser desenvolvido seguindo
a arquitetura Generalized Multiprotocol Label
Switching (GMPLS) [38,39]. Devido à
complexidade deste tópico, este subprojeto está
sendo desenvolvido em parceria com várias
universidades, a saber, Unicamp, UFES, USPSão Carlos e UFPE. A implementação deste
modelo envolve os seguintes componentes:
50
• Interface de serviço da rede óptica (UNI)
[40] através da qual a rede IP solicita
serviços da rede óptica WDM
• Protocolo de gerenciamento de enlaces
(LMP) [41], cujas principais funções são
o gerenciamento do canal de controle e
a correlação das propriedades do enlace.
Além destas, duas outras funções
opcionais são definidas: a verificação da
conectividade do enlace e o gerenciamento de falhas
• Protocolos de sinalização e recuperação
de falhas (RSVP-TE) [42]
• Protocolos de roteamento (OSPF-TE) [4345] para descoberta automática de
topologia e recursos da rede, além de
divulgação de informações de alcance
• Algoritmos de roteamento e alocação
de comprimento de onda (RWA) que
considerem os requisitos do cliente, as
políticas definidas pela gerência e as
limitações da camada física [46,47].
A interconexão entre os planos de controle
da rede óptica e da rede IP cliente segue o
modelo de serviço overlay. Neste modelo, as
redes de borda agem como redes clientes da
rede óptica de transporte. A comunicação entre
as duas redes é realizada através da interface
de serviço (UNI). O protocolo de roteamento
Border Gateway Protocol (BGP) será usado para
descoberta de vizinhos e o RSVP-TE para GMPLS
[48], para a sinalização entre os lados cliente (UNIC) e provedor (UNI-N) da interface usuário-rede
[36].
Devem ser consideradas as características e
limitações dos equipamentos da Rede GIGA, uma
vez que os subsistemas desenvolvidos deverão ser
validados nesta rede.
A Figura 13 exibe o modelo de arquitetura
da rede que foi definido como guia das atividades
desta área. Os equipamentos exibidos estão em
desenvolvimento em subprojetos associados de
P&D, com exceção dos equipamentos clientes
IP e os computadores que conterão, respectivamente, as instâncias da UNI-C e UNI-N. Os
roteadores IP não possuem implementação da
UNI-C, por isso será utilizado um servidor (PC
de alto desempenho) como roteador entre a rede
IP e a rede óptica, onde será implementada a
UNI-C. Uma vez que os roteadores IP tenham
implementado a UNI-C, este servidor não será
mais necessário. A UNI-N, bem como os outros
protocolos do plano de controle, serão
implementados na unidade de controle (PC
industrial) situada na borda da rede óptica.
5.
Redes Ópticas Metropolitanas
O objetivo desta área de trabalho é o
desenvolvimento de soluções de baixo custo para
redes ópticas metropolitanas que apresentem
flexibilidade das interfaces quanto aos serviços
e protocolos para uso em nós de sistemas
ópticos metropolitanos baseados em DWDM e
CWDM.
Do ponto de vista de aplicações, as redes
metropolitanas se dividem em redes núcleo
(core) e redes de borda (edge). As redes
metropolitanas núcleo são as redes utilizadas
para transporte de tráfego entre estações,
ligações entre operadoras, além de fazer a
conexão entre as redes interurbanas de longa
distância e o acesso. Seu perímetro máximo é
cerca de 300 km. Nas redes metropolitanas
núcleo os sistemas DWDM são mais utilizados.
As redes metropolitanas de borda são as redes
utilizadas para transporte de tráfego entre
estações e grandes clientes, tais como bancos,
shopping-centers, grandes empresas, além de
fazer a conexão entre as redes metropolitanas
núcleo e o acesso. Seu perímetro máximo é de
aproximadamente 150 km. Nas redes metropolitanas de borda os sistemas CWDM são mais
utilizados. A Figura 14 mostra a topologia em anel
destas redes.
As seguintes linhas de desenvolvimento
estão em andamento na área metropolitana do
projeto GIGA.
• Interfaces de entrada óptica variável e
saída óptica na grade CWDM (transponders).
• Amplificação óptica banda larga para
CWDM cobrindo as bandas S, C e L.
• Amplificação de baixo custo para a
banda C para DWDM.
• Analisadores de canais ópticos.
• Analisadores de diagrama de olho.
Figura 14 Redes metropolitanas DWDM e CWDM na topologia em anel
51
• Multiplexadores Ópticos de Inserção/
Derivação para CWDM (OADM).
• Conversores de comprimentos de onda
totalmente ópticos baseados em
amplificadores semicondutores (SOA).
• Atenuadores ópticos variáveis.
5.1. Interfaces de entrada óptica variável e
saída óptica na grade CWDM
As interfaces de entrada óptica variável e
saída óptica CWDM estão sendo desenvolvidas no
CPqD e são constituídas por um sistema de até 16
transponders CWDM para operação em até
2,5 Gbit/s. O sistema é baseado na tecnologia de
tranceivers Small Form Pluggable (SFP). A unidade
de transmissão de estação é baseada em um
gabinete 19" x 1U (1" ¾), que abriga até 16
transceivers SMA CWDM, além de duas fontes e
uma placa de supervisão. Um módulo de
multiplexação óptica para até 16 canais em
empacotamento 1 U deverá na estação receber
os 16 canais e multiplexá-los em uma única fibra,
que levará o sinal de descida para os clientes. A
unidade de acesso é composta por um subbastidor de 19" x 3 U (5" ¼) que abriga até 8
tranceivers de acesso e até 8 OADMs CWDM, além
de duas fontes e uma placa de supervisão. A Figura
15 (a) exibe um detalhe da placa do módulo de
transmissão contendo 16 tranceivers SFP e a Figura
15 (b) o espectro de saída dos 16 lasers CWDM
multiplexados.
5.2. Amplificação óptica para CWDM e DWDM
Na área de Redes Metropolitanas do projeto
GIGA, vários tipos de amplificadores ópticos
estão sendo desenvolvidos. No CPqD, desenvolve-se o amplificador óptico baseado
somente em fibras dopadas com Érbio para
operar entre 1490 e 1610 nm, cobrindo sete
canais da grade CWDM2 [49-52]. Na Figura 16(a),
exibe-se o empacotamento mecânico desse
amplificador e, na Figura 16(b), uma curva
espectral da saída do amplificador. Outros
projetos de amplificadores estão sendo
desenvolvidos em universidades associadas. A
USP de São Carlos em parceria com a UNESP
de Araraquara desenvolve um amplificador óptico em fibras de germanato. Esse
desenvolvimento está atualmente na fase de
obtenção de fibras de germanato com baixas
Figura 15 (a) Transceivers SFP CWDM do módulo de transmissão CWDM e
(b) espectro de saída dos 16 lasers multiplexados
Figura 16 (a) Empacotamento mecânico do amplificador óptico para CWDM e (b) curva espectral da saída do amplificador
2
Pedido de patente depositado.
52
perdas para posterior dopagem com o material
Túlio. A Universidade Presbiteriana Mackenzie de
São Paulo desenvolve o amplificador Raman para
uso em redes CWDM. O uso de amplificação em
sistemas CWDM permite a extensão destas redes
a distâncias superiores a 100 km, compensando
ainda as perdas dos dispositivos de remoção ou
inserção de sinal (AODMs). A UFPE desenvolve o
amplificador em guias dopados com Érbio (EDWA)
para aplicações de baixo custo em DWDM.
5.3. Monitoração da qualidade de sinal
Dois módulos de monitoração da qualidade de sinal de baixo custo para aplicações
em redes DWDM estão sendo desenvolvidos no
CPqD. O primeiro é o Analisador de Canais
Ópticos (OCA) que permite a varredura no
espectro óptico da banca C ou L (1520 a
1600 nm), informando a potência de cada canal,
a relação sinal/ruído e o desvio de comprimento
de onda. O segundo é o Analisador de Diagrama
de Olho (ADO) [53] que permite a visualização
do sinal no domínio elétrico, informando eventuais distorções e aferindo a taxa de erro de bit
em taxas de até 10 Gbit/s. No OCA, o componente estratégico é um filtro óptico sintonizável
de grande estabilidade baseado na tecnologia
MEMS. No ADO, a técnica utilizada baseia-se na
reconstrução do diagrama de olho por meio do
uso de um sinal assíncrono e posterior tratamento
matemático. Ambos os monitores podem operar
sem causar interrupção da rede óptica. A Figura
17(a) exibe uma foto do protótipo obtido até o
momento do OCA e a Figura 17(b), uma curva
espectral também obtida do OCA. A Figura 18(a)
exibe uma foto do protótipo obtido até o momento
do ADO e a Figura 18(b), telas dos diagramas de
olho sem processamento matemático e com
processamento matemático.
Figura 17 (a) Foto do protótipo do OCA e (b) uma curva espectral obtida do OCA
Figura 18 (a) Protótipo do ADO e (b) telas do diagrama de olho antes e depois do processamento matemático
53
5.4. OADM
Ainda para redes CWDM estão sendo
desenvolvidos pelo CEFET do Paraná OADMs
baseados no uso de fibras com grade de Bragg
[54]. Esse desenvolvimento contempla não
somente a tecnologia de OADMs fixos, mas
também OADMs configuráveis para futuras
topologias de redes CWDM.
5.5. Conversores de comprimento de onda
Para redes metropolitanas baseadas em
DWDM, outros três projetos estão sendo desenvolvidos. Na Unicamp estão sendo desenvolvidos
conversores de comprimentos de onda
totalmente ópticos baseados em amplificadores
semicondutores (SOA). Neste projeto, duas
técnicas serão testadas: a técnica baseada na
modulação do ganho do SOA e a técnica
baseada na modulação cruzada de fase. A PUC/
Campinas também desenvolve o conversor de
comprimento de onda. Essa universidade utiliza,
porém, a técnica da mistura de quatro ondas.
Esse dispositivo tem aplicações em redes ópticas
em anel, para alocação de canais já em uso em
certos segmentos da rede.
5.6. Atenuador Óptico Variável
A PUC/Rio desenvolve um atenuador
óptico variável para aplicações de controle do
nível dos canais em redes DWDM. A técnica
utilizada baseia-se no uso do interferômetro de
Sagnac composto por fibras ópticas especiais
que são polarizadas quando submetidas à alta
voltagem na presença de alta temperatura. A
polarização induz uma não-linearidade óptica de
segunda ordem que é o efeito básico para o
funcionamento do dispositivo eletroóptico.
6.
Redes de Acesso
O objetivo desta área é o desenvolvimento
de soluções de baixo custo para uma rede de
acesso faixa larga para a prestação de serviços
do tipo triple play (voz, vídeo e dados). A
utilização dos meios de acesso metálicos da
telefonia tradicional busca dotar o usuário da
capacidade de usufruir aplicações de voz, vídeo e
dados, em equipamentos de acesso de nova
geração que oferecem maior largura de banda.
Além disso, esses equipamentos devem possuir
novas qualificações, entre as quais está
contemplada a Quality of Service (QoS). O
número de canais de vídeo broadcast e de
padrão MPEG2 (com possibilidade de evolução
para MPEG4) que as operadoras aspiram poder
oferecer, em média, é 3. Adicionados aos de voz
e dados, passam a exigir entre 20 a 25 Mb/s de
taxa de transmissão de cada usuário. As
tecnologias Digital Subscriber Line (DSL) utilizam
os pares de cobre das linhas telefônicas
tradicionais para transportar, através de modems,
dados de alta velocidade, tais como multimídia
e vídeo, oferecendo serviços de banda larga aos
assinantes.
Os dados dos modems são então
agrupados nos Digital Subscriber Line Access
Multiplexers (DSLAMs) e enviados à rede de
longa distância através de interfaces Gigabit
Ethernet ópticas, como ilustra a Figura 19.
Figura 19 Rede de Acesso acoplada à Rede GIGA.
54
No laboratório de serviços instalado no
CPqD, haverá uma plataforma para distribuição de
conteúdo e um sistema de gerência objetivando o
provimento de serviços triple play (broadcast TV,
vídeo sob demanda, Internet e telefonia) sobre
ADSL. A rede de transporte utilizará a tecnologia
WDM da Rede GIGA como meio físico, conforme
Figura 19.
A plataforma será composta dos seguintes
elementos:
• Headend: conjunto de equipamentos
destinados à recepção, codificação e
distribuição de sinais de vídeo. O
headend é composto dos seguintes
equipamentos: codificador de vídeo,
servidor de vídeo sob demanda,
middleware e sistema de gerência. O
middleware é um sistema que integra
os vários elementos responsáveis pelo
controle da distribuição de conteúdo.
• Rede de Transporte: conjunto de
equipamentos de rede para transportar
os sinais de vídeo do headend até o
usuário final.
• Rede de Agregação: conjunto de
equipamentos que agregam o tráfego
oriundo dos modems DSL instalados
nas residências dos usuários numa interface de rede (DSLAMs).
• Modems DSL: trata-se de um equipamento que permite a transferência digital de dados em alta velocidade por
meio de linhas telefônicas comuns.
• Set Top Boxes: equipamento instalado
no ambiente do usuário que permite a
seleção do conteúdo e que adapta o
sinal recebido do headend para TV.
O termo xDSL compreende várias formas
similares de tecnologias DSL que apresentam
características ligeiramente diferentes e que
competem entre si, dependendo da aplicação
[55]. Dentre as tecnologias xDSL, destacam-se
as seguintes:
• ADSL (G.dmt) - Opera com transmissões
assimétricas com velocidades downstream que variam de 32 kb/s até 8 Mb/s
(em múltiplos de 32 kb/s) para o usuário
e upstream de 32 kb/s até 800 kb/s (em
múltiplos de 32 kb/s) para o backbone
da rede, cobrindo distâncias de até 6 km.
Utiliza o código de linha DMT, que usa
múltiplas freqüências portadoras ou
subportadoras. Utiliza técnicas de
processamento digital de sinais, como a
transformada rápida de Fourier, para
modular dados, de 256 a 4096
•
•
•
•
subportadoras, conforme a versão de
tecnologia em questão. Os dados
são divididos nas subportadoras,
modulados em Quadrature Amplitude
Modulation (QAM) e enviados através de cada subcanal. O ADSL é
padronizado pela norma International
Telecommunications
Union
–
Telecommunication (ITU-T) G.992.1
e American National Standards Institute
(ANSI) T1.413.
ADSL (G.lite) – Trata-se de uma variação
do ADSL que oferece capacidade
máxima de download de 1,536 Mb/s.
Essa taxa é muito menor que o full rate
ADSL e taxa máxima de upstream 512
kb/s, em múltiplos inteiros de 32 kb/s.
A idéia deste padrão é ser out of the box,
sem separter e ser padrão para PCs, ou
seja, de fácil instalação na casa do
usuário. É padronizada pela norma ITUT G.992.2.
ADSL2 (G.dmt.bis e G.lite.bis) – Este
padrão dobra a taxa downstream e
melhora o alcance do ADSL padrão em
até 200 metros. Isto é obtido através de
uma melhor eficiência de modulação,
redução do overhead do quadro, alto
ganho de codificação, algoritmos de
processamento de sinal sofisticados e
melhorias na initialization state machine.
Além disso, possui as funções de
“economia de energia” – que reduz o
consumo de energia –, adaptação
dinâmica de taxa e enlace estendido.
Duas normas foram aprovadas
recentemente pelo ITU-T para este
padrão: a G.992.3 e a G.992.4.
ADSL2+ – É compatível com o ADSL e
ADSL2 e eleva a taxa downstream para
24 Mb/s. É padronizada pela norma
G.992.5 do ITU-T.
ADSL2++ – Um modo opcional que
quadruplica a taxa do ADSL para 50 Mb/s
(ainda em padronização).
A Figura 20 ilustra a taxa e o alcance do
ADSL2 comparados ao ADSL padrão. Em linhas
telefônicas longas, o ADSL2 provê um aumento
de taxa de 50 kb/s, o que é significativo para
alguns tipos de usuários. Esse aumento de taxa
resulta num aumento de alcance de 200 metros
aproximadamente, provocando um aumento da
área de cobertura de cerca de 6%.
Os transceivers ADSL2 incluem também
funcionalidades para diagnósticos de problemas
durante e depois da instalação e monitoração de
55
Figura 20 Comparação de taxas e alcance entre o ADLSL2 e o ADSL [55].
Tabela 1 Padrões ADSL
Tabela 2 Anexos do ADSL [55]
O uso de tons aplica-se apenas às máscaras non-overlapped PSD
* apenas ADSL2+
** Nem todos os tons são usados
desempenho em serviço. Informações sobre
a qualidade da linha e condições de ruído nas
duas extremidades da linha podem ser
interpretadas por software e utilizadas pelo
provedor de serviço para monitorar a qualidade
da conexão ADSL e prevenir falhas futuras.
Podem também ser utilizadas para o provedor
determinar se um usuário pode receber altas
taxas ou não.
A Tabela 1 ilustra um resumo dos padrões
ADSL [55].
As normas ADSL possuem anexos que
especificam a operação do ADSL para aplicações
56
particulares e certas regiões do mundo. Vários
anexos do ADSL padrão também se aplicam à
família ADSL2, incluindo ADSL2+. De modo geral,
os anexos especificam as subportadoras e os níveis
de potência associados para transmissão upstream
e downstream. A Tabela 2 sumariza os anexos do
ADSL.
O padrão Alcance Estendido (Reach
Extended ADSL2 – RE-ADSL2), definido no
Anexo L, provê aumento de desempenho sobre
linhas longas sob várias condições de crosstalk e
topologias de loop. A Figura 21 compara o
desempenho do ADSL padrão com o RE-ADSL2.
Figura 21 Desempenho do RE-ADSL2[55]
Neste caso de teste, o RE-ADSL2 amplia o
alcance de um serviço de 768 kb/s de 1 km para
6 km, aproximadamente. Isto resulta num
aumento da área de cobertura de aproximadamente 37%.
As tecnologias e os produtos selecionados
para desenvolvimento dentro da área de acesso
são um modem e um DSLAM ADSL2+
compatível com toda a família ADSL existente
(backward compatible).
Os produtos seguem os padrões G.992.1,
G.992.2, G.992.3, G.992.5 e T1.413 e anexos A,
B, C, I, J e M; possuem interfaces 10/100 Mb/s
do lado do usuário, 1 GbE do lado da rede e
canal de operação para funções de gerência
remotas. O DSLAM é modular e escalável até 48
portas.
Os principais diferenciais destes produtos
são:
• Produtos nacionais, com suporte local
e características adequadas ao mercado brasileiro.
• De fácil migração para Very High
Bit Rate Digital Subscriber Line
(VDSL2+) e compatível com toda
família ADSL.
8.
• Suporte local para futuros desenvolvimentos/customizações.
Até o momento, as especificações desses
produtos foram elaboradas e o projeto encontrase na fase de seleção de fornecedor de componentes. A transferência de tecnologia desses
produtos para a indústria está prevista para janeiro
de 2006.
7.
Conclusões
A Coordenação Temática de Redes Ópticas
do Projeto GIGA tem por objetivo gerar soluções
e tecnologias inovadoras para a camada óptica
da rede IP/WDM. Os resultados obtidos até o
momento nas diversas áreas permitem prover
melhorias e atualizações na rede, especialmente
em relação à capacidade, alcance e funcionalidades. As soluções desenvolvidas estão sendo
testadas no testbed da Rede Óptica Experimental
de Alta Velocidade e transferidas para indústrias
brasileiras.
O Projeto GIGA também tem apoio financeiro da FINEP e apoio de infra-estrutura para a
Rede Experimental das operadoras Telefonica,
Intelig, Telemar e Embratel.
Referências
[1] CA*net 4 network, Canarie, http://
www.canarie.ca/
[2] GigaPort, SurfNet, http://www.gigaport.nl/
[7] KomNet, http://www.hhi.de/komnet
[3] ACREO Testbed, http://www.acreo.se/
[4]
National
Lambda
www.nationallambdarail.org/
[6] Walf. KomNet – Scope and Recent
Accomplishments. European Conference on Optical
Communication, ECOC, Amsterdam, 2001
Rail,
[5] MONET, Multiwavelength Optical Network,
www.bell-labs.com/projects/MONET.
[8] REUNA, http://redesopticas.reuna.cl/
[9] KyaTera, http://www.kyatera.fapesp.br/portal
[10] R. R. Scarabucci, A. Paradisi, M. R. X. de
Barros, A. E. Reggiani, F. D. Simões, S. M. Rossi,
57
J. B. Rosolem, M. R. Salvador, A. C. Sachs, T. R.
T. Fudoli, J. Fanton, M. L. Rocha, R. F. da Silva, E.
Mobilon, V. Corso, L. Pezzolo, E. Bastida, J. M. D.
Mendes, A. M. O. Cabral, J. A. Matiuso, M. C. Ide,
R. Arradi, J. C. Said, J. C. R. Fernandes, M. R.
Horiuchi, M. A. D. Santos, M. F. Oliveira, A. A.
Juriollo, B. J. G. Aragão, G. Carvalho, M. Montoya.
GIGA Project: A Brazilian high-speed optical
network testbed. European Conference on Optical
Communication, ECOC, #W44. P150, pp. 768,
Estocolmo, 2004.
[11] R. R. Scarabucci, M. A. Stanton, M. R. X. de
Barros, M. R. Salvador, S. M. Rossi, F. D. Simões,
M. L. Rocha, I. L. da Silva Neto, J. B. Rosolem, T.
R. T. Fudoli, J. M. Duarte Mendes, N. F. Castro, I.
Machado, A. E. Reggiani, A. Paradisi, L. Martins.
Project GIGA - High-speed Experimental Network.
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Polarization analysis in double-pass erbium-doped
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Standards”, Revision 3, Aware, janeiro de 2004.
Abstract
This document presents the results obtained in the research and development of solutions for IP/WDM-based
optical networks, performed within the GIGA Project. The solutions seek upgrades and improvements in
networks for long distance, metropolitan, and access. A high speed experimental testbed connecting three
metropolitan networks was designed and built for providing to CPqD, research institutes and universities a
field laboratory for prototype validation. The technologies developed are being transferred to Brazilian industries,
aiming to improve the manufacture capability and to increase the offer of telecommunication products in
Brazil.
Key words: Experimental Optical Network. Testbed. IP/WDM.
60

filtro de 200GHz

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