DC-UFRPE/Licenciatura Plena em Computação/Redes de Computadores/8. Redes de acesso

Fibra óptica

As fibras ópticas são filamentos transparentes capazes de refletir a luz por diversas vezes em seu interior.

As fibras ópticas utilizam princípios da óptica geométrica para transmitirem dados em grandes velocidades.

As fibras óticas são filamentos flexíveis fabricados em materiais transparentes como fibras de vidro ou plástico e que são utilizadas como meio de propagação da luz. As fibras ópticas são geralmente muito finas, com apenas alguns micrômetros de espessura (10-6 m), mas podem ter vários quilômetros de comprimento. Fibras ópticas têm diversas aplicações, sendo a transmissão de dados uma das mais comuns. As fibras ópticas são formadas por um núcleo transparente de alto índice de refração revestido por camadas plásticas transparentes cujos índices de refração são mais baixos que os do núcleo. O fenômeno físico que permite a utilização das fibras ópticas é a reflexão interna total da luz.

Para que ocorra a sua reflexão interna total, a luz é emitida para o interior do núcleo da fibra óptica em um ângulo mínimo de incidência, chamado de ângulo limite (também chamado de ângulo crítico), medido em relação à interface entre o núcleo e seu revestimento. Tal ângulo permite que a luz sofra sucessivas reflexões internas no interior da fibra óptica sem que ela escape de lá.

Dessa forma, a luz pode ser propagada por longas distâncias, com perdas mínimas em sua intensidade, além de acompanhar o formato em que os cabos de fibra óptica estão dispostos.

Monomodo e Multimodo

Temos que entender as diferenças das fibras para até saber onde utilizar pois vai interferir na distancia e na instalação para o cliente final, temos o tipo de fibra Monomodo e a fibra Multimodo.

Na fibra multimodo possui um diâmetro do núcleo mais largo, por isso a luz propaga-se de forma mais dispersa, diminuindo a velocidade da transmissão.

Dispersão cromática em SM OFC A dispersão cromática ocorre no cabo de fibra óptica devido a diferenças nas velocidades de transmissão de vários comprimentos de onda nos meios OFC (Cabo de Fibra Óptica). Assim, um pulso estreito de luz tenderia a ficar mais largo à medida que viaja através do comprimento do OFC (Cabo de Fibra óptica). Isso ocorreria mesmo na fibra de modo único, onde apenas um único raio de luz (mas compreendendo vários comprimentos de onda) é passado.

O diâmetro do núcleo de uma fibra multimodo pode variar em 62,5 ou 50 micrômetros, com diâmetro do revestimento em 125µm. Por isso, em alguns cabos/patch cords, pode-se encontrar a informação do tipo de fibra através do código 62,5/125µm ou 50/125µm. A fibra multimodo alcança distâncias menores, quando comparado a Monomodo, geralmente até 2km, porém a distância máxima pode variar de acordo com o fabricante. Sendo mais indicada para ambientes internos.

Já a fibra Monomodo, possui um núcleo bem menor, variando entre 8 e 10 micrômetros, normalmente 9µm, com diâmetro do revestimento em 125µm. Por isso, a propagação da luz ocorre de forma direta, o que promove mais segurança na transmissão de dados, já que existe menos possibilidades que eles sejam corrompidos ou vazados. Além disso, a fibra Monomodo atinge distâncias bem maiores em relação a multimodo, por isso é mais indicada para áreas externas, sendo bastante utilizada por empresas de telefonia já que é possível alcançar maiores distâncias, e maior banda.

Propagação da luz através de uma fibra óptica multimodo (fibra de índice de passo).

Meios de chegar a fibra até o usuário

FTTB (Fiber To The Building) – A rede de fibra óptica chega até a entrada de um edifício. Em um terminal, o acesso será distribuído via cabo metálico para seus usuários;
FTTA (Fiber To The Apartment) – A fibra óptica chega até uma central no edifício, e a partir dela o sinal ótico é dividido com splitters para chegar até seus usuários;
FTTH (Fiber To The Home) – A rede de fibra óptica chega até a casa de seu usuário em um receptor ótico

Tabela comparativa de Fibra Óptica Multi-Modo e Mono-Modo

✔️ Vejamos Agora as Vantagens Da Fibra Ótica ✔️

👍 Vantagem: Maior Largura de Banda e Grande Capacidade de Comunicação

A largura de banda disponível para a fibra é de cerca de 50000GHz. Sistema de comunicação por fibra ótica de 1.7Gb/s adotado em 1987, no qual um par de fibras pode transmitir simultaneamente 24 192 canais de telefones; sistema de 2.4GB/s pode transmitir 30 000 canais de telefones. A largura de banda desempenha um papel fundamental na transmissão de vários tipos de informação em banda larga. Caso contrário, não satisfará as necessidades da futura Rede Digital de Serviços Integrados de Banda Larga (B-ISDN).

👍 Vantagem: Baixa perda e longa distância de transmissão sem repetidor

A perda de fibra é muito baixa. Quando o comprimento de onda ótico é cerca de 1.55μm, a perda de fibra de sílica é inferior a 0.2dB/km, o que é inferior a qualquer meio de transmissão. Assim, a distância de transmissão sem repetidor pode chegar a dezenas ou centenas de milhas. Devido à baixa perda de fibra, a transmissão a longa distância sem repetidor pode ser alcançada. No sistema de comunicação por fibra ótica composto por fibras de sílica, a distância de transmissão sem repetidor pode chegar a mais de 2000 km.

👍 Vantagem: Interferência Anti-Electromagnética

A fibra óptica pertence ao material isolante, não interferindo por trovoadas, pela variação da ionosfera, pela atividade das manchas solares; bem como não interferindo por equipamentos industriais, tais como cabos ferroviários eletrificados, dispositivos de alta tensão, etc.

👍 Vantagem: Sinais luminosos

Semelhantes aos sinais eléctricos transmitidos em fios de cobre, os sinais luminosos de uma fibra não interferem com os de outras fibras no mesmo cabo de fibra. Isto significa conversas telefónicas mais claras ou recepção de TV.

👍 Vantagem: Velocidade

Um dos maiores benefícios da utilização de sistemas de fibra óptica é a capacidade e velocidade de um sistema deste tipo. A luz viaja mais rapidamente do que os impulsos eléctricos que permitem uma entrega e recepção de informação mais rápidas. Os cabos de fibra óptica têm também uma capacidade de largura de banda muito superior à dos cabos de cobre mais tradicionais.

👍 Vantagem: Tempo de vida longo

As fibras ópticas de longa duração têm normalmente um ciclo de vida mais longo durante mais de 100 anos.

👍 Vantagem: Prevenção de incêndios

A transmissão por fio de cobre pode gerar faíscas, causando escassez e mesmo incêndio. Como os fios de fibra óptica utilizam a luz em vez da eletricidade para transportar sinais, a hipótese de um incêndio eléctrico é eliminada. Isto torna a fibra óptica uma forma excepcionalmente segura e uma das formas mais seguras de transmissão de dados.

👍 Vantagem: Leve em Peso e Curto em Diâmetro

O diâmetro da fibra ótica é muito curto, 0,1 mm, apenas 1% de um dos cabos coaxiais de um tubo. Além disso, o diâmetro do cabo de fibra ótica também é curto. O diâmetro da secção transversal do cabo de fibra ótica com 8 fibras é de 10 mm; enquanto um dos cabos coaxiais standard é de 47 mm. Ao fazer uso desta vantagem, o espaço do sistema de transmissão pode ser reduzido para que se possa resolver uma questão de apinhamento de tubos subterrâneos e os custos de construção de tubos também sejam poupados. Além disso, os cabos de fibra são mais leves do que os cabos em peso. Até certo ponto, é mais fácil de produzir e instalar.

👍 Vantagem: Transmissão de Sinal de Longa Distância

A baixa atenuação e a superior capacidade de sinal encontrada nos sistemas óticos permitem intervalos de transmissão de sinal muito mais longos do que os sistemas de base metálica. Os sistemas de base metálica requerem repetidores de sinal para funcionarem de forma satisfatória. Os cabos de fibra ótica podem transmitir ao longo de centenas de quilómetros sem qualquer problema. Estão a ser investigadas distâncias ainda maiores para o futuro.

A utilização de fibra ótica em sistemas de dados provou ser uma alternativa muito melhor aos cabos de cobre e aos cabos coaxiais. Com o desenvolvimento de novas tecnologias, a transmissão tornar-se-á ainda mais eficiente, assegurando a expansão das indústrias de telecomunicações, televisão e redes de dados.

👍 Vantagem: Abundância de Matérias-Primas para Fibra Ótica

O principal material da fibra ótica é o quartzo, que é ilimitado na terra; enquanto o cabo é feito de cobre, que é limitado. Se o cabo de fibra ótica estiver em substituição do cabo, é possível poupar quantidades de materiais metálicos.

Além disso, existem ainda outras resistências, como a alta resistência à corrosão, a resistência à radiação nuclear, o baixo consumo de recursos e assim por diante.

👍 Vantagem: A Altura e peso

Um cabo de fibra ótica tem uma seção menor do que um cabo de cobre que substitui. Assim, em relação a um cabo de par trançado da categoria 5e, um cabo de dois cabos de fibra ótica ocupa cerca de 15% menos espaço. E se for utilizada a técnica de multiplexagem por divisão do comprimento de onda, uma única fibra ótica transportará mais informação do que 8, 16, 32 … ou 256 pares torcidos! Esta redução no tamanho está em paralelo com uma redução no peso. Por exemplo, um cabo de duas fibras óticas é de 20 a 50% mais leve do que um cabo de quatro pares torcidos comparáveis. Isto é interessante no campo das redes de comunicação, tornando a fibra ótica mais leve para transportar e, portanto, mais fácil de instalar. Isto é próprio no domínio das redes integradas num automóvel ou numa aeronave comercial, ou militar.

👍 Vantagem: Sigilo das comunicações

Escondido significa indetectável. Um cabo metálico pode ser detectado, mas não pode detectar uma fibra de vidro se esta não for visível. Além disso, embora possa ser recebido à distância, um programa num cabo coaxial, não é possível numa fibra ótica porque os sinais luminosos não emitem radiação eletromagnética e, portanto, não podem ser interceptados. Finalmente, as fibras óticas são realmente difíceis de colocar em “escutas” e requer grande habilidade para evitar serem descobertas.

Caso de segurança extrema – Em casos de transporte extremamente seguro de informação – militar e de defesa secreta, financeira e bancária, indústria de alta tecnologia – a criptografia quântica, que se baseia na emissão de fotões um após o outro é uma boa resposta. Permite a implementação de chaves de criptografia privadas através de um protocolo criptográfico para o qual as leis da ótica quântica garantem a sua segurança. Um exemplo famoso é o protocolo BB84 (iniciais dos seus criadores, Charles Bennett e Gilles Brassard, e o ano da sua criação, 1984).

Note-se que em Fevereiro de 2015, os físicos da Universidade de Genebra (UNIGE) estabeleceram um novo recorde mundial de distância para a distribuição de uma chave quântica por 307 quilómetros, ponto a ponto, a mensagem codificada. Assim, a fibra ótica é o meio mais seguro disponível para o transporte de dados sensíveis.

👍 Vantagem: Segurança

Numa fibra ótica, não há transporte de corrente elétrica, pelo que não há perigo de explosão ou incêndio devido a uma faísca. Assim, as instalações das redes químicas, petroquímicas, de gás, etc., são mais fiáveis do que as redes de cobre. Além disso, os cabos de fibra ótica estão disponíveis com a mesma taxa de inflamabilidade ou extinguindo os seus homólogos de cobre para cumprir com os requisitos legais das construções de edifícios. Isto é especialmente verdade para edifícios abertos ao público com as normas para cabos de baixo fumo e excluindo os halogéneos, também chamados LSZH (low smoke – zero halogen).

❌ Vejamos Agora as Desvantagens Da Fibra Ótica❌

👎 Desvantagem: Fragilidade

É verdade que a fibra nua, construída em vidro, pode ser facilmente quebrada em dois. É por isso que ela recebe proteção como revestimento primário. Ao contrário da crença popular, uma fibra bem revestida proporciona maior resistência à tração do que um fio de cobre ou de aço com o mesmo diâmetro. É flexível e resistente a elementos corrosivos que atacam os cabos de cobre. Quando preparada sob a forma de cabos, permite-lhe resistir a abusos mecânicos, físicos ou químicos. Há mais de 45 anos, através de todas as instalações que foram realizadas em condições extremas – cabos submarinos, plataformas petrolíferas, indústrias químicas, pedreiras, etc. – A fibra ótica tem demonstrado a sua resiliência.

👎 Desvantagem: Instalação difícil

Isto é devido a dois problemas que são: as fibras óticas que encostam umas às outras e o raio de curvatura. No que diz respeito ao encosto de duas fibras óticas, é correto que antes, tanto a montagem dos conectores óticos como a fusão da soldadura exigiam uma certa perícia. De facto, os conectores óticos.

Hoje em dia, os conectores óticos têm poucas peças. Melhor ainda, os conectores de encrespar eliminam a necessidade de encadernação e de adesivo de tempo. E mesmo a pedido, os cabos podem ser fornecidos pré-montados ou pré-equipados com conectores óticos ou conectores óticos e testados durante a produção.

Quanto à soldadura entre duas fibras óticas, o material utilizado está, mais uma vez, a progredir de tal forma que as excelentes soldaduras são bem sucedidas apenas por um pouco de atenção e cuidado. Finalmente, no que diz respeito aos raios de curvatura, dois elementos estão corretos. Primeiro, as novas normas de cabos de cobre da categoria 7 têm tensões superiores às dos cabos de fibras óticas com a mesma capacidade. Em seguida, a nova fibra desenvolvida para redes de acesso e responder à recomendação ITU-T G.657 é largamente livre.

👎 Desvantagem: Custo elevado

É verdade que quando as taxas de transmissão eram baixas, os cabos de cobre eram muito menos caros do que as fibras óticas. Mas, com o aumento das tarifas, os fios de par trançado de cobre e componentes associados tornaram-se mais complexos e intrinsecamente mais caros. Assim, com os seus desenvolvimentos de Categoria 5, Categoria 5e e 6, e 7 (!), os cabos de cobre já não competem com as fibras óticas. Note-se que o tempo de montagem de um cabo de cobre e de um conector de categoria 7, blindado e blindado, que requer uma torção de ponta, torna-se mais longo do que o necessário para o estabelecimento de uma ficha ótica sobre uma fibra.

Além disso, o constante desenvolvimento do mercado das redes de fibra ótica, corolário das economias de escala, aliado ao desenvolvimento técnico dos produtos, tem reduzido significativamente o custo dos dispositivos ativos.

👎 Desvantagem: Solução redundante

Durante décadas, era verdade que os meios de fibra ótica eram redundantes em comparação com o cobre. Mas agora, com o aumento das aplicações de largura de banda, este preconceito está a perder a consciência. Porque ao contrário dos cabos de cobre, na melhor das hipóteses limitados a 600 MHz na categoria 7, a fibra tem uma largura de banda que permite aplicações e redes com capacidade Gigabit que são hoje comuns como as redes que transportam Gigabit Ethernet (GbE) 10 GbE, 100 GbE e 400 GbE mesmo 400 gigabytes por segundo.

Assim, dá livre curso à implantação de tais redes e aplicações informáticas pesadas, como as necessárias na indústria automóvel ou aeronáutica, farmacêutica, exploração genômica, etc., ou aplicações multimídia nas empresas, como a ressonância magnética (MRI) e outras, ou em casa com fibra até casa (fibra até casa – FTTH) 100 Mb/s ou mesmo 1 Gb/s em alguns países avançados, e combinando múltiplos serviços como o acesso à Internet, televisão, telefonia fixa, telefonia móvel, etc.

👎 Desvantagem: Atenuação e dispersão

Com a transmissão a longa distância, a luz atenuará e dispersará, o que significa que são necessários componentes adicionais como o EDFA (Erbium-doped fiber amplifier – um dispositivo repetidor ótico que é utilizado para aumentar a intensidade dos sinais óticos transportados através de um sistema de comunicações por fibra ótica)

Referencias

<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/fibra-optica.htm#SnippetTab Acessado no dia 27/02/2023>

<https://interessantissimo.pt/curiosidades/vantagens-desvantagens-fibra-optica/ Acessado no dia 28/02/2023>

<http://www.flexmedia.com.br/diferencas-entre-fibra-multimodo-e-monomodo/ Acessado no dia 27/02/2023>