Infra-Estrutura de Redes

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1 Faculdade Anhanguera de São Caetano do Sul Infra-Estrutura de Redes Curso: Tecnologia em Redes de Computadores Prof:Eduardo M. de Araujo Site-

2 Fibras Óticas Enquanto os cabos de cobre transportam corrente elétrica, os cabos de fibra óptica transportam luz, divido a isso apresentam imunidade a interferências eletromagnéticas e de rádio freqüência. A isenção de ruídos internos possibilita um maior alcance do sinal com integridade. Também pelo fato de não transportarem sinais elétricos, são ideais para interligação entre prédios e até em Backbones de cabeamento vertical entre andares de um mesmo prédio. Um cabo de fibra óptica possui dois condutores (TX e RX), com dois conectores separados em cada extremidade. Cabos com várias fibras também são muito comuns, assim como cabos para ambientes úmidos, cabos auto-sustentáveis ( para lances em posteamento ), etc.

3 Fibra Ótica

4 Fibra Ótica a) Bomba dosadora; b) Filtro; c) Solução para fiação; d) Gás aquecido; e) Fieira; f) Câmara de fiação aquecida; g) Início da torção; h) Câmara com comprimento de 4 a 8 m; i) Exaustão do gás aquecido; k) Gás fresco; l) Sistema falso de torção; m) Acabamento; n) Polia de retirada; o) inversor; p) Sistema enrolador.

5 Fibras Óticas Tipos de fibra óptica A fibra óptica pode ser utilizada tanto para a Cabeação Horizontal como para a Vertical. A fibra para Cabeação Horizontal é do tipo multimodo de 62,5/125m m com um mínimo de duas fibras. A Cabeação Vertical ou Backbone utiliza fibras dos tipos multimodo de 62,5/125m m e monomodo formados em grupos de 6 ou 12 fibras. Cabo de Fibra ótica Conector de Fibra ótica

6 Conectores

7 Cabos Ópticos

8 Fibras Óticas Patch Cable Ótico Distribuidor Interno Ótico

9 Fibras Óticas Fibra Multimodo Possui largura de banda reduzida. Baixas velocidades. Pequenas distâncias. Cabeamento vertical e horizontal. Fibra Monomodo Maior largura de banda. Velocidades entre 2Mbps e 1Gbps. Maiores distâncias. Cabeamento vertical (Backbone).

10 Fibras Óticas Multimodo Largura de banda - 1GHz Distância de transmissão m

11 Fibras Óticas Monomodo Largura de banda - maior que 100GHz Distância de transmissão m

12 Tipos de Fibra As fibras opticas estão em contato com a estrutura do cabo optico. Possuem elementos de tração bem resistentes A camada extra (tight) protege as fibras contra microdobras. Sua aplicação ideal esta em ambientes internos (cordões de manobra). Sua utilização e restrita a instalações externas muito severas ou muito longas

13 Multimodo Fibra Multimodo de Índice Degrau: Pode ser de vários materiais como plástico e vidro. Essas fibras são limitadas quanto à transmissão, Atenuação elevada, por isso são utilizadas em transmissão de dados em curtas distâncias. Fibra Multimodo de Índice Gradual: Esse tipo de fibra tem seu núcleo composto por vidros especiais com diferentes valores de índice de refração, os quais tem o objetivo de diminuir as diferenças de tempos de propagação da luz no núcleo, diminuindo a dispersão do impulso e aumentando a largura de banda passante da fibra óptica.

14 Fibra óptica de plástico É uma fibra óptica de multimodo degrau com núcleo grande, geralmente 1 mm. Suas características possibilitam melhor manuseio e acoplamento de conectores sem que seja necessário grande precisão. Possuem uma performance muito mais baixa que as fibras de vidro, apresentam uma perda de 0,15 a 0,20 db por metro a 650 nm e sua largura de banda é limitada. Sua grande vantagem é o baixo custo, ao passo que a sua desvantagem é a enorme perda na transmissão e a não tão boa eficiência em altas temperaturas.

15 Tipos de Fibra Óptica

16 Parâmetros Típicos da Fibra Tipo de Fibra / Tamanho Tipo de Fibra / Tamanho Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Atenuação (db) Atenuação (db) Largura de Banda (MHz.km) LED Largura de Banda (MHz.km) LED LASER Multimodo degrau /230um or 1mm plastico Multimodo Gradual /125um or 62.5/125um , monomodo ,5-50 GHz.km 9/125um ,2-50 GHz.km LASER Multimode, Step-Index /230um or 1mm plastic

17 Espectro de utilização

18 Características de transmissão Atenuação: A atenuação (ou as perdas de transmissão) de uma fibra óptica costuma ser definida em termos da relação de potência luminosa na entrada da fibra de comprimento L e a potência luminosa na sua saída. Os mecanismos básicos responsáveis pela atenuação em fibras ópticas são os seguintes: Absorção Espalhamento Curvaturas Projeto do guia de onda Também deve-se levar em conta as perdas causadas por emendas e conexões. Para uma fibra óptica típica existem três comprimentos de onda utilizados para transmissão: 850 nm 1300 nm 1550 nm

19 Perdas por absorção Absorção intrínseca: Este tipo de absorção depende do material usado na composição da fibra e constitui-se no principal fator físico definindo a transparência de um material de numa região espectral especificada. Absorção extrínseca: A absorção extrínseca resulta da contaminação de impurezas que o material da fibra experimenta durante seu processo de fabricação. Absorção por efeitos estruturais: A absorção por defeitos estruturais resulta do fato de a composição do material da fibra estar sujeita a imperfeições, tais como, por exemplo, a falta de moléculas ou a existência de defeitos do oxigênio na estrutura do vidro.

20 Perdas por espalhamento É o mecanismo de atenuação que exprime o desvio de parte da energia luminosa guiada pelos vários modos de propagação e várias direções. Existem alguns tipos de espalhamento: Espalhamento Rayleigh: Está sempre presente devido à existência de não homogeneidades microscópicas de dimensões menores do que o comprimento de onda, tais como flutuações de comprimento, flutuações térmicas, separação de fase, pressão e pequenas bolhas. Espalhamento Mie: Este espalhamento é verificado quando as imperfeições que causam o espalhamento citado anteriormente forem de dimensões comparáveis com o comprimento de onda guiado e principalmente quando houver sinuosamente do eixo da fibra. Espalhamento Raman e Brillouin Estimulados: Estes espalhamentos são efeitos não lineares, causados quando a intensidade de campo na fibra for muito alta.

21 Perdas por curvatura As fibras ópticas estão sujeitas a perdas de transmissão quando submetidas a curvaturas que podem ser classificadas em dois tipos: Curvaturas cujos raios de curvatura são grandes comparados com o diâmetro da fibra (ocorrem por exemplo, quando um cabo óptico dobra um canto ou uma esquina). Curvaturas microscópicas aleatórias do eixo da fibra cujos raios de curvatura são próximos ao raio do núcleo da fibra (ocorrem quando as fibras são incorporadas em cabos ópticos). R c 3n1 2 4 ( n n ) Fibra 1550 nm: Rc»15mm

22 Perdas de projeto do guia de onda A potência que se propaga numa fibra óptica não está totalmente confinado no núcleo. A parte de potência luminosa que se propaga na casca é atenuada pelas características de atenuação da casca da fibra óptica. É importante, no projeto de uma fibra óptica com baixas perdas, considerar as seguintes alternativas: Garantir que a maior parte da potência luminosa seja confinada no núcleo da fibra. Utilizar uma casca com espessura adequada e composta por um material com perdas comparáveis às do material do núcleo.

23 Dispersão São diferentes atrasos de propagação dos modos que transportam a energia luminosa, tem por efeito a distorção dos sinais transmitidos Os tipos de dispersão que predominam nas fibras são: Dispersão modal: Este tipo de dispersão só existe em fibras do tipo multimodo (degrau e gradual) e é provocada basicamente pelos vários caminhos possíveis de propagação que a luz pode ter no núcleo. Dispersão material: Como o índice de refração depende do comprimento de onda e como as fontes luminosas existentes não são ideais, ou seja, possuem uma certa largura espectral finita, temos que cada comprimento de onda enxerga um valor diferente de índice de refração num determinado ponto. Dispersão de guia de onda: É provocado por variações nas dimensões do núcleo e variações no perfil de índice de refração ao longo da fibra óptica e depende também do comprimento de onda da luz.

24 Calculo da perda ótica 3.1dB.Km (850nm) 4.96dB dB 0.5dB 2 1.0dB 2.0dB Margem de 2dB 2.0dB Total perda ótica a 850nm 9.46dB O transmissor ótico VT1505WDM fornece 16dB e o receptor tem sensibilidade de 30dB, assim tem-se 14dB para possíveis perdas. Calculando: 14(tx) 9.46(perda) = 4,54 db de guarda É habitual para incluir 2dB como margem de manutenção Em 1300nm a perda é menor.

25 Fibra Multimodo de Índice Degrau

26 Vantagens Ausência de diafonia: (linha cruzada) - As fibras ópticas não causam interferência entre si. Banda passante potencialmente enorme - A transmissão em fibras ópticas Tem uma capacidade de transmissão potencial, no mínimo vezes superior à capacidade dos atuais sistemas de microondas. Perdas de transmissão muito baixas Como possuem atenuação entre 3 e 5 db/km para operação na região de 1550 nm, as fibras ópticas apresentam atualmente perdas de transmissão extremamente baixas. Desse modo, com fibras ópticas e com a tecnologia de amplificadores ópticos, utilizando amplificadores e não tendo que utilizar repetidores. Imunidade a interferência e ao ruído - por serem feitas de material dielétrico, as fibras ópticas são totalmente imunes a ruídos em geral e interferências eletromagnéticas. Isolação elétrica - O material dielétrico (vidro ou plástico) que compõe a fibra óptica oferece uma excelente isolação elétrica entre os transceptores ou estações interligadas, não tem problemas com o aterramento e interfaces dos transceptores.

27 Vantagens Pequenas dimensões e baixo peso - O volume e o peso dos cabos ópticos é muito inferior ao dos cabos convencionais em cobre, para transportar a mesma quantidade de informações, facilitando o manuseio e a instalação dos cabos. Segurança da informação e do sistema - Qualquer tentativa captação de mensagens ao longo de uma fibra óptica é facilmente detectada, pois exige o desvio de uma porção considerável de potência luminosa transmitida. Flexibilidade na expansão da capacidade dos sistemas - Os sistemas de transmissão por fibras ópticas podem ter sua capacidade de transmissão aumentada gradualmente. Custos potencialmente baixos Para pequenas distâncias o valor ainda é elevado, mas para as distâncias mais longa compensa pela não utilização de repetidores. Alta resistência a agentes químicos e variações de temperaturas - As fibras ópticas tem uma boa tolerância a temperaturas, favorecendo sua utilização em diversas aplicações e são menos vulneráveis à ação de líquidos e gases corrosivos.

28 Desvantagens Fragilidade das fibras ópticas sem encapsulamentos - O manuseio de uma fibra óptica "nua" é bem mais delicado que no caso dos suportes metálicos. Dificuldade de conexão das fibras ópticas - As pequenas dimensões das fibras ópticas exigem procedimentos e dispositivos de alta precisão na realização das conexões e junções. Acopladores tipo T com perdas muito altas - É muito difícil se obter acopladores de derivação tipo T para fibras ópticas com baixo nível de perdas. Impossibilidade de alimentação remota de repetidores - Os sistemas com fibras ópticas requerem alimentação elétrica independente para cada repetidor. Falta de padronização dos componentes ópticos - A relativa imaturidade e o contínuo avanço tecnológico não tem facilitado o estabelecimento de padrões para os componentes de sistemas de transmissão por fibras ópticas.

29 Janelas de transmissão São regiões de atenuação mínima, centradas nos comprimentos de onda de 850nm, 1300nm e 1550nm. 850 nm com atenuação típica de 3 db/km 1300 nm com atenuação típica de 0,8 db/km 1550 nm com atenuação típica de 0,2 db/km

30 Instalação Os Cabos óticos necessitam cuidados especiais para instalação, pois as fibras são materiais frágeis e quebradiços. Devemos observar que: O cabo não deve sofrer curvaturas acentuadas, o que pode provocar quebra das fibras em seu interior. O cabo não deve ser tracionado pelas fibras, e sim pelos elementos de tração ou aço do cabo. A velocidade do puxamento não pode ser elevada.. Não se deve exceder a máxima tensão de puxamento especificada para o cabo. O cabo deve ser limpo e lubrificado, a fim de diminuir o atrito de tracionamento. Puxa-se o cabo com um destorcedor, para permitir uma acomodação natural do cabo no interior do duto ou canalização.

31 Aplicações da Fibra Óptica Um sistema básico de telecomunicações é constituído de um transmissor, onde a informação é codificada, um meio de transmissão e um receptor, que decodifica ou reconstitui a informação original. Todos os sistemas de transmissão e recepção de dados funcionam de forma similar ao esquema abaixo.

32 Rede Telefônica Os sistemas troncos exigem sistemas de transmissão (em geral, digitais) de grande capacidade, envolvendo distâncias que vão, tipicamente, desde algumas dezenas até centenas de quilômetros e as fibras ópticas, com suas qualidades de grande banda passante e baixa atenuação, atendem perfeitamente a esses requisitos. A alta capacidade de transmissão e o alcance máximo sem repetidores, permitidos pelos sistemas de transmissão por fibras ópticas minimizam os custos por circuito telefônico, oferecendo vantagens econômicas significativas.

33 Cabos Submarinos Os cabos submarinos convencionais, estão limitados a espaçamentos máximos entre repetidores da ordem de 5 a 10 km. As fibras ópticas, por outro lado, considerando-se apenas os sistemas de 1310nm, permitem atualmente espaçamentos entre repetidores em torno de 60 km. Com a implantação dos sistemas de transmissão por fibras ópticas de 1550 nm, pode-se alcançar até 100 km sem repetidores.

34 Cabos Submarinos

35 Cabos Submarinos

36 Fibras Óticas Uma emenda óptica consiste na junção de 2 ou mais seguimentos de fibras, podendo ser permanente ou temporária. Servem para prolongar um cabo óptico, uma mudança de tipo de cabo, para conexão de um equipamento ativo ou efetuarmos manobras em um sistema de cabeamento estruturado. Como características básicas das emendas: - Baixa Atenuação: típica de 0,2 à 0,02dB por emenda; - Alta Estabilidade Mecânica: cerca de 4 kgf de tração; - Aplicações em Campo: requer poucos equipamentos para sua feitura.

37 Fibra Ótica Existem três tipos de emendas ópticas: - Emenda por Fusão: as fibras são fundidas entre si; - Emenda Mecânica: as fibras são unidas por meios mecânicos; - Emenda por Conectorização: são aplicados conectores ópticos, nas fibras envolvidas na emenda

38 Fibra Ótica Processo de emenda Limpeza Remoção da capa do cabo; Remoção do tubo LOOSE; Remoção do gel com o uso de álcool isopropílico,utilizando-se de papel ou gaze. Decapagem Remoção do revestimento externo de acrilato da fibra; Limpeza da fibra com álcool isopropílico; Repetir o processo até que todo o revestimento externo da fibra seja algodão, lenços removido. Clivagem ]A clivagem de uma fibra óptica consiste no corte das extremidades das fibras em um ângulo de 90º, ou seja, cada ponta da fibra deve ter sua face paralela. Esta necessidade do ângulo ser de 90º deve-se ao fato de quando fizermos sua emenda, ambas as faces deverão estar paralelas para uma perfeita emenda. É nesta etapa que devemos o máximo de cuidado com o manuseio da fibra, é desta etapa que saíra a fibra pronta para a emenda.

39 Fibra Ótica Emenda por Fusão É o processo pelo qual, 2 seguimentos de fibra são fundidos entre si, através de uma descarga elétrica produzida pelo equipamento. As etapas envolvidas são: 1 - Limpeza; 2 - Decapagem; 3 - Clivagem; 4 - Inserção do protetor de emenda, "Tubete Termo Contrátil"; 5 - Colocação das fibras no dispositivo V Groove da máquina de fusão; 6 - Aproximação das fibras até cerca de 1µm; 7 - Fusão através de arco voltaíco; 8 - Colocação do protetor e aquecimento.

40 Fibras Óticas Esquema do dispositivo de fusão das fibras Máquina de emendas por fusão

41 Fibra Ótica Emenda Ótica Mecânica. É o processo pelo qual, 2 seguimentos de fibra são unidos usando-se um Conector Óptico Mecânico. Neste tipo de emenda os processos de limpeza, decapagem e clivagem são iguais aos processo por fusão. As etapas envolvidas são: 1 - limpeza; 2 - Decapagem; 3 - Clivagem; 4 - Inserção de cada extremidade da fibra em uma extremidade do conector; 4 - Verificação da correta posição das fibras; 5 - Fechamento do conector.

42 Fibras Óticas

43 Fibra Ótica Emenda Optica por Conectorização Neste tipo de emenda, as fibras ópticas não são unidas e sim posicionadas muito perto, isto é conseguido através do uso de um outro tipo de conector chamado de Adaptador, mencionado na parte de conectores. Este tipo de emenda é executada de forma rápida, desde que os conectores já estejam instalados nos cordões ópticos. Ele é também muito usado em acessórios ópticos chamados de Distribuidores Ópticos, onde fazem a interface entre um cabo vindo de uma sala de equipamentos e os equipamentos ativos instalados noo andar, no Armário de Telecomunicações.

44 Fibras Óticas

45 O Futuro Uma fibra óptica terá a capacidade de transmissão de 300 Terabits/s em 2010 WDM Wavelength Division Multiplex

46 WDM Multiplexação por divisão de comprimento de onda Câmera coaxial T.P. 850 nm Transmitter 1300 nm Receptor 850 nm 1300 nm WDM Coupler Bi-direcional até 5 km Sistema requer vídeo mais dados duplex Transmissão Bi-direcional Monitor WDM Coupler 850 nm 1300 nm 850 nm Receptor 1300 nm Transmitter coaxial T.P. Comando Com WDM, a pode-se transferir dados com mais que um comprimento de onda na fibra.

47 WDM - Vantagens Para aplicações de pequena distância, onde regeneradores e amplificadores não são utilizados, um sistema TDM é uma solução mais viável; Para aplicações entre 120 e 300Km, a melhor solução varia de caso a caso e também dos custos de implementação; Para aplicações de longa distância, acima de 300Km, o sistema WDM se torna mais barato, pois o mesmo regenerador óptico é utilizado para um grupo de canais, reduzindo o número de regeneradores e fibras utilizados;

48 WDM - Vantagens O uso da tecnologia WDM permite não só um aumento significativo da capacidade de transmissão, mas também um aumento da capacidade de processamento (throughput) dos nós de cruzamento (cross-connect nodes) através do encaminhamento no comprimento de onda dos caminhos ópticos, eliminando o problema do engarrafamento (bottleneck) durante o processamento elétrico.

49 Bibliografia MARIN, Paulo S.. Cabeamento Estruturado : Desvendando cada Passo do Projeto à Instalação. 1ª ed. São Paulo: Érica,2008. MARIN, Paulo S.. DATA CENTERS - DESVENDANDO CADA PASSO : - CONCEITOS, PROJETO, INFRAESTRUTURA FÍSICA E EFICIÊNCIA ENERG. 1ªed.São Paulo: Érica, NETO, V.S. Redes de alta Velocidade : Cabeamento Estruturado. 5ª ed. São Paulo: Érica, Copyright 2015 Prof. Eduardo Araujo Todos direitos reservados. Reprodução ou divulgação total ou parcial deste é expressamente proíbido sem o consentimento formal, por escrito,do Professor Eduardo Araujo