Enviado em 10.04.2019

Evolução das Fibras Ópticas aplicadas em Data Centers

Para abordarmos os tipos de fibras e sua evolução com foco em Data Centers, faremos um apanhado conceitual básico em sistema de comunicação óptica e em alguns detalhes construtivos das fibras para uma base referencial.

Para abordarmos os tipos de fibras e sua evolução com foco em Data Centers, faremos um apanhado conceitual básico em sistema de comunicação óptica e em alguns detalhes construtivos das fibras para uma base referencial.

Um sistema de comunicação óptica é composto de três etapas, ou seja, um bloco emissor, o meio físico de transporte e um bloco receptor. As fibras estão na etapa “meio físico”, e o sistema funciona assim:

 

 

No bloco transmissor há a conversão de um sinal elétrico de entrada em sinal óptico, momento onde gera-se um determinado nível de ruído em função do processamento eletrônico. Este ruído gerado é somado ao sinal de entrada e transmitido até a outra extremidade, quando o sinal atinge o seu destino, o bloco receptor. Na recepção, o sistema faz a regeneração do sinal que não está mais “puro”, atenuado e distorcido em fase, transformando o sinal óptico em elétrico novamente.

O mercado de Telecom trabalha com dois tipos básicos de fibras: a Multimodo (MM) e a Monomodo (SM). Veja abaixo a constituição das fibras.

Dados Construtivos das Fibras Ópticas

As fibras ópticas são constituídas por 3 elementos básicos: núcleo, casca e acrilato. São feitas de materiais dielétricos (sílica), possuem formato circular e, dependendo do tipo de fibra, têm núcleos de dimensões variadas: entre 8, 50 e 62,5 mícrons. O núcleo é por onde passa a luz, baseado na teoria da Reflexão total da luz. A casca, em geral, possui o diâmetro de 125 mícrons. Estas são as dimensões das fibras ópticas mais comercializadas e utilizadas em Telecomunicações.

Para se compreender melhor como funcionam as fibras, sugiro a leitura do capítulo 4 do e-book “O que você precisa saber sobre Cabeamento Estruturado”, de minha autoria e disponível para download em www.rvconsultoria.com.br.

Estrutura, Dimensões e Propagação da Luz nas Fibras Ópticas

AS FIBRAS

Quando falamos em fibras ópticas precisamos saber que a fibra óptica em si não produz nada, é um elemento inerte, portanto necessita de uma fonte luminosa (vide Figura 1) para que seja útil de fato. Outros aspectos tão importantes quanto o tipo de fibra são: o tipo de conector, o tipo de polimento deste conector, a abertura numérica, o spot size, largura de banda, taxa de transmissão, atenuação, comprimento de onda, tipo de emissor de luz (LED, Laser ou VCSEL), sem citar as várias características construtivas dos cabos, etc. Cada característica citada deve ser compatível com o tipo de fibra escolhida, ou seja, deve haver um cuidado especial nas escolhas. Vamos dar uma olhada agora nos tipos de fibras.

Fibras Monomodo

As fibras Monomodo (SM) são as que possuem o menor diâmetro de núcleo, e por terem o núcleo tão estreito e devido à sua forma construtiva não há reflexões da luz internamente ao núcleo, ou existe em proporções desprezíveis. Desta maneira, a luz “viaja” de forma direta (um único modo) entre a fonte luminosa e a recepção, conseguindo atingir longas distâncias (vários quilômetros) sem repetição do sinal de entrada. Porém, os equipamentos ativos, que possuem processamento de sinais, tornam-se mais caros. A inteligência embarcada e a precisão da eletrônica deixam, obviamente, a solução ativa mais onerosa ao consumidor.

As fibras SM têm uma capacidade enorme de transmissão de dados, na casa dos Terabits por segundo (Tbps), utilizando comprimentos de onda de 1310 e 1550 nm. São largamente utilizadas em backbones, sejam estes em LANs, CANs ou em MANs.

Fibras Multimodo

Já as fibras Multimodo (MM) são aquelas com núcleos maiores, 50 e 62,5 µm, com larguras de banda e taxas de transmissão variáveis. Hoje existem 5 tipos de fibras Multimodo: OM1, OM2, OM3, OM4 e OM5.

 

TIPO

NÚCLEO (µm)

COMPRIMENTO (m)

TAXA TRANSMISSÃO

OM1

62,5

275

1 Gbps

OM2

50

550

1 Gbps

OM3

50

240

75

40 Gbps (SWDM4)

100 Gbps (SWDM4)

OM4

50

350

100

40 Gbps (SWDM4)

100 Gbps (SWDM4)

OM5

50

440

150

40 Gbps (SWDM4)

100 Gbps (SWDM4)

As fibras OM1 e OM2 atendem uma gama enorme de projetos baseados em redes com taxas de transmissão de 1 Gbps, mas a indústria buscou soluções para aumentar esta taxa em distâncias que variam de acordo com a necessidade. Como dito anteriormente, há de se ter um cuidado adicional nas especificações. Como exemplo, não se deve esperar que uma fibra OM3 tenha a capacidade de transmissão de 40 Gbps a uma distância de 1 km, e nem os mesmos 40 Gbps, em até 240 m, sem a tecnologia SWDM4! Deve haver compatibilidade entre “Aplicação”, “Tipo de Fibra”, “Distância”, “Comprimento de Onda” e “Tecnologia para Transmissão”, veja tabela abaixo:

Fonte: Livro Cabeamento Estruturado: Projeto e Instalação – Paulo Marin, página 288 – Tabela E.2 – referência da Norma ISO/IEC 11801)

A evolução das Fibras em Data Centers

Data Centers são ambientes de extrema criticidade que envolvem diversas disciplinas tais como: energia elétrica estabilizada, ar-condicionado de precisão, monitoramento, controle de acesso, sistema de detecção, alarme e combate a incêndio, geração de energia, segurança patrimonial e de dados, armazenamento de dados, etc. Para atender a tantas exigências um projeto bem elaborado por empresa ou profissional qualificado deve ser priorizado, do contrário problemas de toda ordem podem surgir.

A evolução das fibras trouxe consigo a possibilidade do aumento das taxas de transmissão assim como segurança dos dados, menor ocupação de espaço físico, atendimento a diversas necessidades tecnológicas e resiliência aos avanços tecnológicos.

Atualmente, a fibra mais “modesta” indicada para Data Centers é a OM3 que, pelas especificações, pode-se chegar a até 100 Gbps em comprimentos de até 75 metros com o uso de SWDM4 (Short Wavelength Division Multiplexing).

Aplicações que rodam em Data Center não exigem que as fibras sejam Monomodo, já que a capacidade e velocidade de transmissão das fibras Multimodo atendem às mais robustas aplicações. Desta forma, trabalhando com fibras Multimodo, é possível reduzir os investimentos em equipamentos ativos, já que transmissores do tipo VCSEL são mais baratos quando comparados aos lasers utilizados pelas fibras Monomodo.

Sabemos que a tecnologia avança rapidamente e não é fácil acompanhar toda evolução, basta observar como existem modelos diferentes de smartphones, assim como a quantidade de novidades que cada um destes traz aos consumidores por ano! Estes avanços se estendem para processadores de computadores, aplicativos para celulares, modelos de aparelhos de TV, e também, para a nossa nobre fibra óptica.

Sistemas que antigamente dependiam de uma “simples” fibra MM – OM2, hoje já necessitam de mais. Esta demanda foi acontecendo gradativamente, onde foram surgindo ao longo da linha do tempo as fibras do tipo OM3, OM4 e OM5. Cada uma destas tem capacidade para atender necessidades distintas dos Data Centers, como para suprir as novas imposições de volume e taxas de transmissão de dados dos mais exigentes sistemas de TI e TA (Tecnologia da Automação) tão abordadas em IaaS (Infrastructure as a Service) atualmente.

Tamanha a sede por melhorias tecnológicas a Engenharia chegou, recentemente (já prevista nas normas internacionais como TIA, ISO/IEC e ANSI), às fibras Multimodo do tipo OM5. Com o objetivo claro de ampliar a performance dos modelos anteriores (OM2, OM3 e OM4), esta nova opção permite o tráfego de dados em taxas de 40 e 100 Gbps em distâncias conforme a tabela 1. Estas fibras podem alcançar excelente desempenho e são compatíveis com as aplicações das fibras Multimodo anteriores. E, é uma tecnologia que permite tráfegos em, pelo menos, 4 curtos comprimentos de onda em janelas entre (850 e 953 nm) baseada em SWDM utilizando apenas um par de fibras, enquanto que em 100GBASE-SR4 utilizaria 4 pares! Desta forma, há uma redução no número de fibras ao atender determinada demanda, reduzindo também espaço em rack.

Portanto, após estas breves linhas, fica claro que há soluções distintas para se aplicar em Data Centers e que cabem dentro de cada bolso e necessidade. Só fica o alerta para que na hora de se decidir qual fibra utilizar, que seja bem avaliada a demanda para que não se gaste menos desejando-se mais, ou investindo mais quando se poderia gastar menos!

Reinaldo Vignoli – Engenheiro Eletricista, formado pela PUC/MG, possui MBA em Gerenciamento de Projetos, especialista em Projetos de Infraestrutura Física de Redes e Professor Universitário.

 

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