Pequeno histórico da
Evolução das Redes de
Transmissão
PDH – SDH – PTN – DWDM
– GPON
1. Introdução
A evolução das redes ópticas ocorreu de forma mais acentuada a partir dos anos 90 e acompanhou a
demanda de novos serviços e a onda de novas tecnologias surgidas nessa década.
A área de
telecomunicações sofreu uma verdadeira revolução industrial nos últimos 20 anos
A rede de telecomunicações utilizada na década de 80 era o PDH (Hierarquia Digital Plesiócrona) com taxas
de transmissão de até 140 Mbps.
Nos anos 90 foi a vez do SDH (Hierarquia Digital Síncrona) que revolucionou o modo de transmissão de
dados, bem como possibilitou que a rede pudesse ser gerenciada como nunca antes – aqui entrou o conceito
de redes DCN. Com o SDH as taxas já podiam atingir até 10Gbps (STM-64).
Ainda no final da década de 90 a redes WDM entram no mercado possibilitando transmitir vários sinais em
uma só fibra óptica no domínio da frequência e as taxas de transmissão já podiam alcançar centenas de
Gbps.
Após o ano 2000 as redes se tornaram mais inteligentes. Surge o PTN (Packet Transport Network), uma
tecnologia que possui a capacidade de rotear as informações e otimizar as redes de forma revolucionária.
Em meio a essas explosões de novas tecnologias surge uma inovação no mercado chamada PON (Passive
Optical Network), uma rede óptica totalmente passiva, em que o sinal passa pela rede sem a necessidade de
energia elétrica.
A seguir serão descritas todas essas redes e como elas são aplicadas nos serviços de telecomunicações atuais.
2. Redes PDH
As redes PDH surgiram nos anos 80 e ainda hoje existem muitos equipamentos PDH instalados e funcionando
na planta. A sigla PDH significa Hierarquia Digital Plesiócrona (“Plesiochronous Digital Hierarchy, em inglês),
onde a palavra “plesiócrona” significa “quase” síncrona. A rede PDH consiste em multiplexadores que
“misturam” os sinais de 4 origens distintas bit a bit.
As redes PDH surgiram nos anos 80 e ainda hoje existem muitos equipamentos PDH instalados e funcionando
na planta. A sigla PDH significa Hierarquia Digital Plesiócrona (“Plesiochronous Digital Hierarchy, em inglês),
onde a palavra “plesiócrona” significa “quase” síncrona.
O princípio de funcionamento consiste na multiplexação bit-a-bit de 4 canais denominados tributários
resultando em um canal com uma taxa aproximada de 4 vezes a taxa de cada canal – esse canal multiplexado
é chamado de agregado.
O PDH inicia com uma taxa de transmissão de 2Mbps. Quatro sinais de 2Mbps chega no multiplexador 2/8
(4 canais de 2Mbps serão multiplexados e vão gerar um canal de 8Mbps). Os quatro canais não chegam ao
mesmo tempo no multiplexador.
Por isso quando o bit do primeiro tributário, por exemplo, chega ao equipamento ele fica em um buffer
aguardando os bits dos outros 3 canais chegarem (daí o nome “quase” síncrono). Assim que todos os bits
chegam ao mux, ocorre a multiplexação bit a bit.
O bit do tributário 1 é jogado na saída, depois o bit do
tributário 2, depois do 3 e finalmente do 4. O processo se repete até que a transmissão termine. Os bits são
então transportados até o destino onde ocorre a demultiplexação bit a bit e a informação é recuperada.
O PDH também comporta taxas de transmissão de tributários de 8, 34 e 140Mbps. Todos os multiplexadores
funcionando da mesma forma. Os sinais são multiplexados em taxas cada vez mais altas.
Para se obter o
sinal original todo o processo deve ser feito de forma inversa. Assim, para se obter um sinal de 2Mbps que
foi multiplexado em um mux 2/8 e depois em um mux 8/34 e finalmente em um mux 34/140, temos que
demultiplexar esse 140 Mbps em 34 Mbps, depois em 8 Mbps e finalmente em 2Mbps. A figura abaixo
demonstra essa lógica.
Estrutura de multiplexação do PDH
O problema do PDH é que para se obter um sinal multiplexado, é fundamental comprar todos os
equipamentos para realizar demultiplexação. Pois essa era a única forma de juntar todos os bits misturados
no sinal de multiplexado. Isso tornava a rede mais cara. No SDH esse problema já não existia, pois nessa
tecnologia existe uma facilidade denominada ponteiro que consegue identificar todas as partes do sinal
dentro de um sinal multiplexado.
Padrões de PDH no mundo
O PDH foi desenvolvido em 3 padrões diferentes, com taxas diferentes. Nos Estados Unidos e Canadá, por
exemplo, o padrão foi definido pelo ANSI (American National Standard Institute) e das taxas de transmissão
foram definidas como 1,5Mbps, 6Mbps, 45 Mbps e 275 Mbps. O padrão adotado no Brasil e no resto do
mundo foi o padrão europeu, definido pelo CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications
Administrations).
- Redes SDH
A crescente demanda de novos serviços, bem como a necessidade de compatibilidade entre diferentes
padrões de transmissão em todo mundo impulsionaram a criação de uma rede que pudesse atender de
forma satisfatória todas as mudanças proporcionadas pelo surgimento de novas tecnologias. Surgiu então
um modo de transmissão que revolucionou o mundo das telecomunicações. Esse novo padrão conhecido
como SDH, ou hierarquia digital síncrona mudou significativamente a forma de projetar e implantar as redes
em todo o mundo.
O SDH possui taxas de transmissão que variam de 155Mbps – STM-1 até 10Gbps – STM-64. A estrutura
denominada STM – Syncronous Transport Module é um quadro de dados contendo informações que são
provenientes do PDH.
Os sinais de 2Mbps entram no SDH a partir de uma estrutura denominada VC-12 (Virtual Container), os sinais
de 34Mbps entram a partir de uma estrutura denominada VC-3 e os de 140Mbps entram no SDH a partir de
um VC-4.
Todas essas estruturas em Virtual Containers entram na estrutura do SDH que somadas a bytes de
gerenciamento (SOH – Section Overhead) e do Ponteiro (PTR) compõe o STM.
Estruturas de mapeamento dentro do STM:
Cada quadro do STM do SDH dura 125 s. Isto é, um quadro STM-1 dura 125 s e quando ele é multiplexado
byte a byte gerando um quadro 4 vezes maior – um STM-4, o quadro resultante também vai ter 125 s. O
mesmo ocorre com o STM-16 e o STM-64.
STM- 1 – 155 Mbps
STM – 4 – 622 Mbps
STM- 16 – 2,5G Mbps
STM- 64 – 10 Gbps
A estrutura do SDH normalmente é em anel como abaixo. Mas também pode ser configurado ponto a ponto.
As redes SDH possuem configurações de proteção que não existiam no PDH e o controle da rede é muito
mais eficiente, pois os bytes de overhead são transportados com todas as informações necessárias à gerência
de rede – Rede DCN.
O SDH foi uma grande revolução na história das telecomunicações, mas as redes ganharam uma versatilid
O SDH foi uma grande revolução na história das telecomunicações, mas as redes ganharam uma versatilidade
muito maior após a chegada de uma outra rede que consegue atuar juntamente com o SDH e é capaz de
transportar sinais na ordem de Tbps. É a rede DWDM, tema do nosso próximo item.
4. Redes PTN
As redes de transporte atuais proporcionam uma transmissão transparente de dados que podem estabelecer
conexões ponto a ponto ou ponto multiponto oferecendo facilidades de gerência e proteção.
Essas redes são extremamente úteis para uma infinidade de serviços. O SDH é um exemplo disso. Contudo,
nos últimos anos, os serviços baseados em redes de pacotes aumentaram drasticamente e continuam a
oferecer uma infinidade de novas possibilidades a todos os clientes. As operadoras de telefonia sempre
enxergaram esses novos serviços como um grande potencial de novas tecnologias e serviços que podem ser
oferecidos. A ideia então é unir as facilidades oferecidas nas redes de transporte convencionais com os novos
serviços oferecidos pela rede IP.
Para suprir essa demanda a tecnologia PTN (Packet Transport Network) foi criada. O PTN é uma tecnologia
baseada em MPLS, porém adequada à realidade das redes de transporte – MPLS – TP (Transport Profile).
A rede PTN é então baseada em redes MPLS-TP (Transport Profile). O desafio dessas redes é acomodar o
legado das redes de transporte convencionais e desenvolver novas funcionalidades.
Para configurar os circuitos na rede PTN é necessário atribuir valores a todos os parâmetros do circuito.
Pode-se configurar o QoS (Qualidade de Serviço), taxas de transmissão mínima e máxima e etc.
As taxas de transmissão no PTN são tipicamente: – 2Mbps/100Mbps/1Gbps/10Gbps
5. Redes DWDM
As redes DWDM surgiram com o intuito de aumentar a capacidade de transmissão das fibras ópticas. O
DWDM consiste basicamente em atribuir uma frequência (ou comprimento de onda) a cada usuário (canal)
dentro do espectro e transportar a informação no domínio da frequência. Inicialmente testes foram
realizados colocando-se dois comprimentos de onda na mesma fibra óptica. Ainda na década de 80, os testes
evoluiram e chegou-se a 4 canais transportados simultaneamente.
A tecnologia, inicialmente era chamada de WDM (Wavelength Division Multiplexing) ou multiplexação por
divisão de comprimento de onda. Com a adição de mais canais, o espectro passou a ficar mais denso e então
acrescentou-se um “D” de denso no início. Daí o nome DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing).
Existe ainda uma denominação conhecida como CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) que é
utilizada quando o espectro possui até 8 canais somente.
O DWDM é uma tecnologia largamente utilizada no mundo inteiro e pode ser usada juntamente com outras
redes.
Princípio de funcionamento
Na rede DWDM não há tratamento de bits. Toda a transmissão é realizada no domínio da frequência. A
banda de utilização do DWDM é de 1528,77nm a 1560,61nm.
Segue uma comparação dos tipos de transmissão:
TDM – Time Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão de Tempo
No TDM, a cada usuário é designado um time-slot. Dessa maneira o tempo de transmissão é dividido por
todos os usuários.
FDM – Frequency Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão de Frequência
No FDM a cada usuário é designado uma frequency-slot. Dessa maneira a largura de banda pode ser
dividida por todos os usuários.
WDM – Wavelengh Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão de comprimento de onda.
De forma muito similar ao FDM, o WDM dedica uma fração do espectro a cada usuário. A diferença, porém,
é que no WDM os sinais possuem uma frequência muito maior e estão confinados dentro de uma fibra
óptica.
Vantagens do DWDM:
A vantagem do DWDM é a transmissão simultânea de vários sinais em uma mesma fibra óptica. Os sinais
podem ser totalmente distintos, pois são transportados em frequências diferentes. Assim, pode-se
transportar em uma fibra, um sinal SDH em um canal e um PDH em outro, por exemplo. Abaixo uma
demonstração de como uma rede DWDM pode otimizar um sistema de telecomunicações.
Rede sem DWDM:
Rede com DWDM:
Transponder
Como já mencionado, a banda disponível para alocação dos canais DWDM está definida entre 1528,77nm a
1560,61nm. Nem todos os equipamentos trabalham com lasers nessas frequências. Por isso existe uma placa
nos equipamentos DWDM chamada Transponder cuja função é modular o sinal proveniente de outros
equipamentos (PDH, SDH, PTN, ATM, etc.) em um comprimento de onda dentro da banda do DWDM.
Quando o sinal está na banda do DWDM ele é comumente chamado de “colorido” ou interface “colorida”.
Perdas nos enlaces DWDM
Conforme abordado no item sobre perdas nas fibras ópticas, existem diversos fatores que degradam o sinal
de propagação que podem ser inerentes do material usado na fabricação da fibra óptica ou causados por
alguma característica do meio ou até mesmo pelo tipo de sinal que está sendo transmitido.
No DWDM como as taxas de transmissão são muito maiores que nos sistemas convencionais, a luz se
comporta de uma forma diferenciada causando além dos problemas já conhecidos efeitos que degradam o
sinal e comprometem a qualidade de transmissão.
Atenuação
A atenuação do sinal no DWDM ocorre de forma similar que nos sistemas convencionais. Ou seja, atenuação
por absorção de energia, macro e microcurvaturas ocorrem da mesma forma.
Dispersão
No DWDM ocorre a dispersão cromática e o PMD de forma mais acentuada que nos sistemas convencionais.
Já a dispersão modal é extremamente rara no DWDM, pois dificilmente os enlaces DWDM utilizam fibras
multimodo.
Espalhamento
No DWDM também ocorrem os espalhamentos Rayleigh e Mie. Contudo, os espalhamentos Raman e Brilloin
são os mais ofensivos nessas taxas de transmissão.
Espalhamento Raman Estimulado
O Espalhamento Raman estimulado é um fenômeno que ocorrem somente no DWDM e é explicado
em detalhes pela física quântica. O que ocorre é uma interação de energia e matéria, onde há uma
transferência de energia de uma para outra. Na prática o que ocorre é uma transferência de energia
dentre canais trafegando na mesma fibra. Canais de alta frequência (baixo comprimento de onda)
perdem energia para canais de menor frequência (maior comprimento de onda).
A figura abaixo demonstra esse princípio:
Espalhamento Brillouin Estimulado
O Espalhamento Brillouin Estimulado, como no Raman, ocorre em níveis quânticos. É um fenômeno
decorrente do choque de um fóton (luz) com um fônon acústico (uma vibração energética em nível
atômico). Na prática ocorre um espalhamento do sinal no sentido oposto da propagação e uma
distorção do sinal no sentido da propagação. Em uma simulação pode-se verificar esse fenômeno.
Existem outros fenômenos não lineares no DWDM, como a mistura de quatro ondas (FWM), a auto
modulação (SPM) ou a modulação cruzada (XPM), mas esses tópicos são objeto de um estudo
exclusivo do DWDM, pois são muito extensos e fugiria do tema de sistemas ópticos.
6. Redes PON
A crescente demanda de serviços via IP (Internet) forçaram o mercado a adequar as tecnologias e meios
disponíveis para atender os usuários cada vez mais exigentes. A proposta é, basicamente, construir redes
que possibilitem altas taxas de transmissão até a última milha. Isso significa em termos práticos que a fibra
óptica deve chegar o mais perto possível do usuário final.
Surgiram então as redes FTTx que descrevem como a rede óptica é instalada para atender o usuário final. As
redes FTTx podem ser classificadas de acordo com a aplicação:
FTTC – Fiber To The Curb – Fibra até a calçada
FTTCab – Fiber To The Cabinet – Fibra até o armário de dados
FTTB – Fiber To The Building – Fibra até o edifício
FTTH – Fiber To The Home – Fibra até o lar
As redes PON (Passive Optical Network) ou redes ópticas passivas, são redes baseadas na FTTx que foram
criadas para atender a demanda de dados exigida pelo mercado. A principal característica dessas redes é a
não utilização de energia elétrica percorrendo seu meio físico. Por isso, leva o nome de rede óptica passiva.
A topologia foi desenhada para o atendimento a vários usuários, por isso é uma topologia ponto-multiponto.
Como mostrado abaixo:
A central da operadora envia através de um OLT (Optical Line Terminal) o sinal que é transmitido para os
assinantes. Na recepção os clientes recebem o sinal através de um aparelho chamado ONU (Optical Network
Unit, também conhecido como ONT, Optical Network Terminal) que é responsável pela conversão de sinais
ópticos para sinais elétricos. Para que o sinal chegue nas pontas a rede utiliza um divisor de sinal chamado
splitter. Os splitters são elementos passivos, pequenos e de baixo custo.
Uma evolução das redes PON é o GPON (Gigabit Passive Optical Network). As velocidades de transferência
no GPON são assimétricas, ou seja, diferentes nos sentidos de downstream e upstream. No sentido
de downstream a velocidade de transferência é de 2,5Gbps e o comprimento de onda é de 1490nm, já no
sentido de upstream a velocidade de transferência é de 1,25Gbps e comprimento e onda é de 1310nm.
Na prática temos um equipamento OLT que possui várias placas com portas PON (normalmente 8 portas).
Cada porta PON, normalmente, comporta até 128 assinantes (ONUs).
7. Conclusão
Existe claramente uma tendência para que as redes de transmissão de alta velocidade migrem para o mundo
IP, como é o caso das redes PTN que utilizam o MPLS-TP. A crescente demanda de novos serviços e de uma
rede cada vez mais controlável, seja por sistemas de gerência e operação e manutenção, seja por features
que garantam QoS e demais serviços que possam surgir é uma realidade inegável. O desafio é garantir
qualidade e versatilidade entre tecnologias e operadoras.
Credito: https://instaladoresdeantenasblog.com.br/
VEJA OUTROS POST :
IA (Inteligència Artificial) é um poder que não conseguimos controlar
IA é um poder que não conseguimos controlar, alerta autor de ‘Sapiens’ (Imagem: NicoElNino/Shutt…
“A Guerra dos chips”: China usa data centers no exterior para driblar sanções dos EUA
Reportagem afirma que a China encontrou uma forma de usar os chips da Nvidia sem precisar importá-…
Rede WAN: o que é? Como modernizar sua rede remota
Créditos da imagem: Acenty Você já se perguntou como uma rede WAN funciona e por que ela é tão i…
Inteligência Artificial na Era da Internet das Coisas
A popularização acelerada da Inteligência Artificial (IA) da Internet das Coisas (IoT) está i…
Técnico em conserto de computadores e,Notbooks em Carapicuiba.
Assistências Técnicas de Computadores em Carapicuíba. Assistência técnica especializada: comput…
O que é Tecnologia da Infomação ? -TI
Isso porque os produtos e serviços ligados a tecnologia vem crescendo de forma consistente e atra…
Entre em contato conosco:
Rua:Lutercia numero 300 bairro jardim Estela Azevedo Cidade Ariston Carapicuiba
São Paulo, SP Cep;06390-540
CONTATO PELO WATSAAP
