DWDM

A multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) é uma técnica que permite que várias frequências (ou comprimentos de onda) sejam transmitidas pela mesma fibra simultaneamente. Isso é realizado pelo uso de transmissores ou transceptores ópticos com saídas ajustadas para comprimentos de onda individuais e específicos , de modo que haja canais de transmissão distintos e não sobrepostos.

A multiplexação espaçada por divisão de comprimento de onda (CWDM) usa comprimentos de onda entre 1260 nm e 1670 nm (as bandas de transmissão O, E, S, C, L e U) e permite que até 18 canais individuais sejam criados dentro dessa região, transportando qualquer combinação de voz, dados ou vídeo com canais espaçados por 20 nm. A CWDM é uma solução econômica para implantações de largura de banda relativamente baixa, no entanto, como os sinais da CWDM não podem ser amplificados, não há amplificadores ópticos de banda larga capazes de suportar essa faixa, sendo as distâncias limitadas a 80 km.

A multiplexação densa (dense) por divisão de comprimento de onda (DWDM) leva a WDM para o próximo nível, diminuindo o espaçamento do canal para 0,8 nm ou menos e reduzindo a faixa de comprimento de onda operacional. Isso pode produzir 80 ou mais canais ou pistas de tráfego, abrindo a porta para aplicações de alta velocidade e alta largura de banda.

Surpreendentemente, todos os comprimentos de onda DWDM residem na estreita região de 1525 nm a 1565 nm conhecida como C-Band. Esta área é utilizada devido à perda de sinal relativamente baixa (0,25 dB/km) (atenuação de fibra) em comparação com comprimentos de onda mais baixos encontrados nas bandas O ou E, por exemplo. Como resultado do espaçamento estreito do canal, são necessários lasers de precisão mais alta e processos de filtragem para manter a integridade do canal e minimizar a interferência.

A arquitetura de rede DWDM passiva começa com um transponder ou transceptor aceitando entradas de dados de vários tipos de tráfego e protocolos. Esse transponder executa a função essencial de mapear dados de entrada em um comprimento de onda DWDM individual. Cada comprimento de onda individual é alimentado em um multiplexador óptico (MUX) que filtra e combina vários comprimentos de onda em uma única porta de saída para transmissão pela fibra DWDM principal/core/comum. Na extremidade receptora, os comprimentos de onda podem então ser separados para isolar os canais individuais usando um demultiplexador óptico (de-MUX); cada canal é então roteado para a saída apropriada no lado do cliente por meio de um transponder adicional correspondente ao comprimento de onda.

Como a tecnologia DWDM sobrepõe-se à banda de frequência CWDM, uma solução “híbrida” também pode ser selecionada. Esse tipo de sistema híbrido deixa o hardware MUX e de-MUX CWDM no lugar, inserindo comprimentos de onda DWDM sobre os canais existentes na faixa de 1530 a 1550 nm, criando assim até 28 canais adicionais. Um sistema CWDM/DWDM híbrido pode fornecer um aumento de capacidade significativo sem exigir novas instalações de fibra ou mudanças na infraestrutura de atacado.

Um multiplexador óptico add/drop (OADM) é um componente opcional da arquitetura DWDM que pode ser adicionado a redes passivas ou ativas para facilitar a adição ou subtração de um comprimento de onda específico de um local de fluxo médio na fibra DWDM principal/core/comum. A arquitetura bidirecional inclui transmissores e receptores em ambas as extremidades do circuito, bem como dispositivos MUX/de-MUX combinados.

Para redes de longa distância, a arquitetura DWDM ganha complexidade com a adição de componentes ativos do sistema necessários para compensar perdas ópticas que tornarão impossível a recepção de sinais e a recuperação de dados. Um amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA) pode ser usado como amplificador de impulso ou de lançamento para aumentar os níveis de potência óptica assim que eles saem do MUX, enquanto um pré-amplificador executa a mesma função antes de entrar no de-MUX. Amplificadores em linha adicionais também podem ser incluídos. Redes passivas, sem EDFA, minimizam essa complexidade. 

Como o apetite por largura de banda continua a crescer, não é mais uma questão de “se”, mas de “como” os provedores atenderão a esses requisitos. A multiplicação da capacidade de fibra traduz-se em volume e diversidade de serviços mais altos, mais endpoints/usuários e inúmeras oportunidades de monetização. Colocar fibra adicional é uma estratégia óbvia, mas muitas vezes é a opção mais disruptiva e cara para lidar com restrições de largura de banda. Então, por que não se preocupar com os ativos existentes (fibras) já colocados?

A CWDM e a DWDM foram padronizadas em 2002 pela ITU-T G.694.2 e  G.694.1, respectivamente. Até recentemente, a instalação e as despesas operacionais contínuas associadas aos componentes de laser, transponder, MUX, de-MUX e OADM da DWDM negaram os benefícios financeiros comparativos. À medida que as economias de escala e melhorias de eficiência continuam a reduzir o custo das redes DWDM, o caso da multiplexação por divisão de ondas densas tornou-se mais premente.

Se a CWDM conseguiu acompanhar a demanda por largura de banda em alguns casos, os benefícios/razões da implantação ou conversão de DWDM podem não parecer óbvios imediatamente. Com um crescimento de 300% ao ano no tráfego de internet, os provedores estão vendo as demandas de largura de banda dobrarem a cada 6 a 9 meses. À medida que essa rampa continua a aumentar, mais desse tráfego acabará em categorias de baixa latência, como VOIP, streaming de vídeo UHD ao vivo, jogos hospedados na nuvem e aplicações emergentes de fronthaul/backhaul 5G, para coisas como veículos autônomos, que criam demandas de capacidade semelhantes. Otimizar e maximizar a largura de banda da fibra por meio dessa tecnologia é uma solução proativa e econômica para o dilema da capacidade.

A proximidade de canais vizinhos inerentes à multiplexação densa por divisão de onda introduz desafios que exigem manutenção inteligente e práticas de teste. Para manter a integridade do canal, é necessário o controle preciso da temperatura de lasers e dispositivos MUX/de-MUX DWDM confiáveis. Mesmo o menor desvio no comprimento de onda pode criar deslocamentos que interferem nos canais adjacentes e reduzem a qualidade do sinal. Os transceptores SPF/SFP+ oferecem o benefício de um preço mais baixo, mas podem ser menos eficazes no gerenciamento da integridade dos comprimentos de onda.

O ruído é um desafio adicional para redes DWDM ativas usadas para implantações metropolitanas. O EDFA e os multiplexadores add/drop ópticos reconfiguráveis (ROADM), que também contêm amplificadores, podem adicionar ruído a uma rede e há um equilíbrio fino para manter uma boa relação sinal-ruído óptico (OSNR) para maximizar a utilização da largura de banda de um canal DWDM e minimizar erros de bits que podem resultar em perdas de dados e retransmissões.

As aplicações DWDM passivas encontradas mais comumente em redes de acesso não sofrem de problemas de ruído, não há amplificadores para contribuir com ruído e a distância mais curta significa que é mais sobre minimizar a perda de potência óptica (atenuação) e obter um bom nível de potência óptica no transponder receptor/SPF/SPF+, de modo que as perdas e reflexões de fibra e conector são preocupações importantes.

A multiplexação densa por divisão de onda alinhou tecnologias de ponta de óptica, eletrônica e modulação a laser para maximizar a eficiência da transmissão de dados de fibra óptica. Essa conglomeração bem-sucedida é o subproduto de uma abordagem coordenada de ponta a ponta para práticas de desenvolvimento, instalação, teste e manutenção.

Durante todas essas fases de uma inspeção de ciclo de vida de rede de conectores e finais de fibra, é fundamental para garantir uma operação confiável. Para ser eficiente, as ferramentas de inspeção não só devem permitir que você veja o final da fibra, mas também automatizar todo o processo de teste, o microscópio FiberChek Probe é uma solução portátil capaz de foco automático, análise de aprovação/reprovação automática, armazenamento automático de dados e fluxos de trabalho de inspeção automatizada de fibra.

O teste de fibra é essencial durante a construção da rede, tanto antes quanto depois que o equipamento MUX/de-MUX é instalado, para garantir a ativação de serviço pela primeira vez e redes confiáveis. Ferramentas de teste de fibra convencionais, como VFL e ferramentas de inspeção de final de fibra, podem ser usadas com equipamentos de teste OTDR convencionais, que usam comprimentos de onda de teste padrão de 1310/1550 nm para caracterizar distâncias e perdas de pontos de conexão/emenda e encontrar problemas como perdas ópticas excessivas e curvas nas fibras principais/core/comuns em redes DWDM.

Após a conclusão das conexões MUX/de-MUX, as ferramentas OTDR padrão/convencionais tornam-se menos úteis, pois, devido à própria natureza dos dispositivos MUX/de-MUX, esses comprimentos de onda de 1310 e 1550 nm são bloqueados (filtrados). O que é necessário para caracterizar os links DWDM de ponta a ponta são OTDRs mais especializados que operam nos comprimentos de onda de serviço DWDM exatos para que possam validar rotas específicas. Por exemplo, o módulo DWDM OTDR da VIAVI é um OTDR de C-Band ajustável que fará exatamente isso e permitirá a caracterização de links DWDM de ponta a ponta por meio de MUX e de-MUX. Ter uma fonte de laser ajustável integrada (pela porta de teste OTDR) também permite um teste de continuidade básico antes do turn-up do serviço. O recurso Smart Link Mapper (SLM) oferece uma visão baseada em ícones do traço OTDR para simplificar a interpretação dos resultados de teste e identificar claramente componentes/elementos comuns de link DWDM e quaisquer falhas.

Teste de ativação de DWDM

Para verificar o desempenho do canal e o provisionamento de comprimento de onda em links de acesso/metro ao vivo, um módulo verificador de canal óptico DWDM pode ser usado para avaliar com precisão comprimentos de onda e potência em todo o espectro. 

Um analisador de espectro óptico (OSA) é uma ferramenta adicional para sistemas ativos que podem verificar comprimentos de onda e níveis de potência transmitidos e, mais importante, OSNR. O módulo OSA série OSA-110 é uma solução de teste compacta CWDM e DWDM compatível com as plataformas MTS-6000A e MTS-8000. O OSA-110 apresenta capacidade de medição de toda a faixa de banda, alta resolução óptica e calibração integrada para precisão de ± 0,05 nm.

Monitoramento de rede com um sistema de teste de fibra remoto e DWDM

Hardware: um sistema de teste de fibra remoto pode oferecer monitoramento OTDR 24 horas por dia em uma solução montada em rack.  Podem ser aplicadas unidades de teste ópticas automatizadas montadas em rack para testar a fibra que transporta transmissões DWDM via rotina de varredura ou teste sob demanda para casos de uso específicos de troubleshooting e restauração para 5G, FTTH e serviços comerciais de alta velocidade.

O equipamento de teste da VIAVI, como o OTU-5000 com 1625 – 1650 nm, foi projetado para testar comprimentos de onda fora da banda que não interferem nas transmissões ativas de DWDM. Esses comprimentos de onda são reservados para teste. O OTU-8000 com um módulo DWDM sintonizável permite testar várias ramificações em uma rede DAA, de modo que o teste possa ser realizado em banda em um comprimento de onda de transmissão específico atribuído a um node além de um de-MUX ou fora de banda com um comprimento de onda reservado para testes. Com escalabilidade além de 1000 portas, ambos os head testes ópticos liberam recursos técnicos valiosos, emitindo alertas de falha instantâneos e detalhados com informações sobre localização com funcionalidade de mapeamento integrado.

Software: o sistema de teste remoto de fibra ONMSi para aplicações de core, acesso, metro e FTTH é um  software que controla e rastreia todos os dados obtidos pelas OTUs.  Ele foi projetado para oferecer à sua equipe uma visão ampla da rede para o progresso da integridade da fibra e da resolução da equipe como uma solução de teste essencial que estabelece um portal centralizado e de alta visibilidade para dados gerais de integridade da rede. Isso inclui testes de construção, monitoramento de desempenho de longo prazo e detecção de invasão (segurança).

Para links menores, privados ou únicos na  rede, como data centers e instalações industriais, o software SmartOTU é uma solução independente para monitoramento contínuo de fibra em serviço ou fibra apagada (dark fiber) e detecção de falhas. A SmartOTU pode ser implantada pronta para uso, sem necessidade de servidor ou treinamento.

Troubleshooting DWDM

Localizar e repararlinks de rede de multiplexação densa (dense) por divisão de comprimento de onda (DWDM) rapidamente, e sem interromper o tráfego existente, são a chave para evitar excesso de tempo inativo ou penalidades de SLA. Testes OTDR em comprimentos de onda específicos podem ser realizados na rede ativa para evitar interrupção do serviço. Os verificadores de canais ópticos (OCC) e OSA também podem se tornar ferramentas valiosas de troubleshooting usando análise de potência e comprimento de onda para identificar anomalias. Soluções de teste que incluem recursos adicionais para validar transceptores SFP/SFP+ e até mesmo programar dispositivos de transceptores ajustáveis reduzirão significativamente o tempo médio de reparo (MTTR).

As soluções de teste de ponta a ponta da VIAVI são encontradas nos primeiros estágios dos ambientes de fabricação e laboratório e continuam a agregar valor ao longo do ciclo de vida da rede. Em campo, soluções remotas de teste e monitoramento de fibra, como ONMSi  e XPERTrak, ajudam a minimizar problemas de serviço contínuos, OPEX e MTTR, ajudando a localizar problemas por meio de alarmes, demarcar entre elementos de fibra e de rede e fazer troubleshooting sob demanda para comprimentos de onda específicos.

Com a capacidade de avaliar qualquer canal de forma rápida e precisa, as operadoras podem ganhar confiança em links de rede corretamente instalados e aprovação da contratada que coincide com a garantia de desempenho contínuo. Os módulos DWDM OTDR, os verificadores de canal e as soluções de teste OSA coletivamente melhoram essa certeza e aprimoraram as rates de sucesso da ativação pela primeira vez.

Ao certificar a integridade da fibra e do canal por meio do MUX/De-MUX DWDM instalado e validar o novo provisionamento de comprimento de onda, os requisitos operacionais de qualquer topologia de rede DWDM podem ser satisfeitos. Testes espectrais e de desvio em diferentes comprimentos de onda são recursos adicionais que se estendem do laboratório ao lançamento do serviço e, consequentemente, às práticas de monitoramento, manutenção e troubleshooting de rede ao vivo de uma implantação de rede DWDM bem-sucedida.

Os requisitos de desempenho para as redes atuais são mais exigentes do que nunca, e a necessidade de testes de equipamentos e redes é fundamental – do ambiente de laboratório e de produção ao longo de todo o ciclo de vida da rede.