Uma Perspectiva e o Impacto dos Amplificadores Ópticos em Redes WDM 100G

Perspectivas das Redes WDM

A taxa de transferência em redes ópticas está aumentando inexoravelmente, sendo o tráfego de backhaul gerado por serviços triple-play e de vídeo sob demanda os principais impulsionadores. Portanto, a primeira aplicação de sistemas 100G para transporte Ethernet é prevista em redes metropolitanas e redes de área de armazenamento. Uma abordagem de transmissão serial é eficaz no caso de grandes capacidades que exigem transmissão WDM, devido à redução do esforço para gerenciamento do comprimento de onda.

No entanto, a forma como os transponders de 100GbE serão implementados depende do ambiente de rede. Os requisitos para o transporte de 100GbE são diferentes para conexões ponto a ponto, redes em malha ou redes em malha com ROADMs. Para redes em malha, o alcance da transmissão é crítico devido à PMD das fibras que a compõem. Em redes em malha com ROADMs, o sinal também deve ter alta robustez contra a filtragem de banda estreita causada por ROADMs em cascata.

Em uma rede WDM, a grade de frequência comumente usada é de 50 ou 100 GHz (dentro de um MUX DWDM, 200 GHz também está disponível no FiberMart), o que terá um efeito significativo na aplicação das abordagens descritas acima. Uma operação de taxa de bits mista com canais de 10 ou 40 Gbps e canais de 100 Gbps também deve ser estudada.

É claro que 100 GbE pode invariavelmente ser alcançado com uma abordagem WDM (por exemplo, 10 × 10 Gbps), mas isso não aumentará a taxa de transferência real. Essa abordagem WDM pode ser atraente para aplicações de baixo custo, mas para redes com dimensões de uma MAN ou WAN, o esforço de gerenciamento de comprimento de onda pode ser complexo. Por exemplo, se assumirmos um usuário com ROADMs, no caso de uma abordagem WDM, vários canais precisam ser descartados simultaneamente, em vez de um único canal. Aceitamos que os processos seriais para alcançar 100 GbE serão adequados principalmente para MAN e WAN. Se for assim, esses sistemas de transmissão de 100 GbE precisam atender a vários outros requisitos das operadoras.

A Ethernet tem, em princípio, a exigência de ser uma tecnologia de baixo custo. Além das vantagens da abordagem serial, estas terão que competir com as abordagens WDM em termos de custo do equipamento terminal. Isso só será possível quando os componentes estiverem maduros e a integração estiver progredindo, como indicado no capítulo sobre componentes para sistemas 100G.

Impacto do Amplificador Óptico nas Redes WDM

O poder da luz, combinado com componentes para criá-la, modulá-la, manipulá-la e detectá-la, e suportado por fibra óptica de baixa perda para transmissão, que inaugurou uma nova era de sistemas de transmissão de informações na década de 1970, é um presente incrível para a humanidade. Dificilmente se poderia esperar mais, porém, a invenção e o desenvolvimento do amplificador óptico no final da década de 1980 e início da década de 1990 completaram o conjunto de tecnologias, liberando todo o potencial e a potência da óptica para redes de comunicação. As redes ópticas resultantes, robustas, econômicas e de alta capacidade, juntamente com as redes de dados baseadas em pacotes que as atravessam, possibilitaram a internet, que revolucionou drasticamente nossa vida cotidiana.

O crescimento global das redes ópticas WDM nos últimos 10 anos tem sido notável. Algumas redes ópticas geralmente não são diretamente visíveis para o consumidor típico; a internet, com alta visibilidade, seria impossível sem elas. Abrangendo continentes, cruzando oceanos, alcançando áreas metropolitanas e agora também fornecendo conexões diretas por fibra, sistemas de transmissão óptica comercialmente implantados com capacidade por fibra de até vários Tbps fornecem a conectividade de alta capacidade que sustenta a WWW (World Wide Web). Não mais simples enlaces ponto a ponto, as redes ópticas atuais são redes roteadas por comprimento de onda flexíveis e comutáveis, tanto em anel quanto em malha, que fornecem tubos de rede granulares de comprimento de onda dentro da fibra física com rampas de entrada e saída totalmente ópticas, de forma muito semelhante aos intervalos de tempo usados em redes de transporte baseadas em divisão de tempo.

Nada disso seria possível sem o amplificador de fibra óptica. O amplificador óptico é uma verdadeira dádiva da natureza, tão próximo do ideal quanto se poderia esperar. Ele é espectralmente compatível com a janela de baixa perda da fibra e proporciona ganho de banda larga altamente eficiente e baixo ruído. Crucial para a habilitação do WDM, ele apresenta uma resposta temporal que permite taxas de dados de sinal essencialmente ilimitadas, ao mesmo tempo em que permite a amplificação de múltiplos comprimentos de onda sem interferência entre sinais de comunicação independentes transmitidos por comprimentos de onda vizinhos.

O potencial do WDM para explorar a largura de banda da fibra, sem exigir taxas de bits altíssimas e também a eletrônica de alta velocidade necessária, é bem conhecido há algum tempo. No entanto, o WDM não era uma solução econômica para sistemas de alta capacidade, pois cada canal de comprimento de onda precisava ser separado e regenerado individualmente com um regenerador eletrônico discreto. No entanto, o amplificador óptico, utilizando sua capacidade de amplificar múltiplos comprimentos de onda simultaneamente, tornou o DWDM a abordagem econômica para a construção de sistemas de transmissão óptica de altíssima capacidade. Essa capacidade por si só foi revolucionária (demonstrada pela primeira vez em produtos comerciais em meados da década de 1990).

O que na época era bem menos óbvio para a maioria, mesmo que alguns pudessem prever, era que, ao habilitar a transmissão DWDM, o amplificador óptico parecia estar abrindo caminho para uma arquitetura de rede fundamentalmente nova, usando comprimentos de onda como parâmetro de rede, a unidade comum de "moeda" para habilitar e construir uma rede. Essas redes WDM, embora também dependessem de uma série de outras novas tecnologias, incluindo, principalmente, elementos de comutação óptica para construir os elementos de rede OADM e OXC, dependiam de amplificadores ópticos não apenas para habilitar redes WDM, mas também para compensar as perdas nesses elementos de comutação. Existem OADM CWDM e OADM DWDM na Fiber-Mart, onde você pode comprar o OADM CWDM de 4 canais, equivalente ao CWDM-OADM4-1, com excelente compatibilidade com a Cisco. As redes WDM ofereciam a possibilidade de provisionar, gerenciar e proteger a capacidade de acordo com "blocos" de comprimento de onda por meio de redes de comprimento de onda comutadas totalmente flexíveis.

Embora para muitos essa visão parecesse distante, na verdade foi uma consequência muito natural da adoção do WDM em sistemas de transmissão. No entanto, um enorme esforço de pesquisa global foi necessário para fornecer a base de conhecimento necessária para responder a perguntas-chave, inventar e desenvolver novas tecnologias, e refinar e demonstrar a proposta de valor das redes WDM para convencer provedores em todo o mundo a implantar essas redes tanto em redes de longa distância quanto em redes metropolitanas. Não se limitando a amplificadores de fibra, como, por exemplo, DWDM EDFA e amplificador de fibra Raman, eles também abordam o possível papel dos amplificadores semicondutores, com suas características temporais um pouco menos ideais, mas possíveis vantagens de custo, particularmente quando integrados em um circuito integrado fotônico juntamente com outras funções ópticas. Esse papel parece particularmente interessante para futuras aplicações metropolitanas e de acesso.