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19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 1/14 Cabeamento Aula 4 - Fibras Óticas e Redes sem �o na estrutura de Cabeamento para Redes INTRODUÇÃO Esta aula se destina ao estudo dos cabos de �bra ótica, abordando, inicialmente, conceitos de ondas de luz, de propagação e conceitos físicos. Veremos, ainda, os tipos de �bra e os equipamentos empregados nos canais com �bras óticas. Para �nalizar, identi�caremos algumas necessidades de adaptação da infraestrutura para dar suporte às redes sem �o. OBJETIVOS 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 2/14 De�nir conceitos de ótica aplicada à transmissão de dados; Reconhecer as características da Fibra Ótica, conectores acessórios óticos; Identi�car técnicas para medição da Atenuação em cabeamento ótico; Relacionar os tipos de Interferências em Cabeamento Ótico; Veri�car as necessidades de infraestrutura para suporte às redes sem �o. 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 3/14 FIBRAS ÓTICAS Fonte da Imagem: Designua / Shutterstock A �bra ótica é composta de material dielétrico: sílica e plástico. Consiste em uma região central – o núcleo, envolta por material dielétrico chamado de casca. Esta, com material de índice de refração ligeiramente inferior ao do núcleo, oferece a propagação de energia luminosa pelo mecanismo de re�exão total. Observe, a seguir, as propriedades das ondas de luz: Re�exão Retorno da onda luminosa ao se chocar com material re�etido. Vibração As ondas luminosas possuem frequências diferentes. Refração Mudança na direção da onda luminosa ao atravessar superfícies com diferentes densidades. A refração pode alterar o comprimento de onda, mas a frequência permanece a mesma. Interferência Adição ou subtração das amplitudes das ondas sobrepostas. Difração Ocorre quando a onda atravessa uma fenda equivalente ao seu comprimento de onda. Ângulo de Aceitação 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 4/14 Os raios de luz incidentes na �bra com inclinação superior a ele não são transmitidos pelo núcleo da �bra, mas penetram na casca onde são fortemente atenuados e desaparecem. Atenuação É um fator central no projeto. Os pontos onde podem ocorrer perdas são: os acopladores de entrada do sinal, as emendas, os conectores, os dispositivos passivos e a própria �bra. Os responsáveis pela atenuação em �bras óticas são os seguintes: absorção, espalhamento, curvaturas, projeto do guia de onda. Absorção Intrínseca Mesmo o vidro com elevadíssimo grau de pureza absorve a energia luminosa de forma signi�cativa. É muito forte na faixa de curtos comprimentos de onda (ultravioleta), designada por absorção UV. Dopante É uma substância introduzida propositalmente no vidro, com objetivo de modi�car o índice de refração. Impureza É uma substância indesejável introduzida no vidro durante o processo de fabricação. Os tipos particularmente inconvenientes são: íons metálicos e íons OH. Curvaturas Macroscópicas Referem-se àquelas de grande raio, isso ocorre quando se enrola uma �bra em um carretel ou quando a �bra deve contornar um canto. TIPOS DE FIBRAS As �bras podem ser enquadradas como Monomodo e Multimodo. As �bras multimodo podem ser classi�cadas em índice degrau ou gradual. A diferença fundamental entre esses dois tipos é que, no monomodo, ocorre apenas uma transmissão em cada �bra, oferecendo muito maior alcance; já no multímodo, são diversos sinais multiplexados na �bra. MULTIPLEXAÇÃO NA FIBRA ÓTICA Já estudamos a multiplexação TDM por tempo e FDM em frequência. Nas �bras óticas, temos um novo tipo, o WDM (glossário). 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 5/14 Quando trabalhamos com sinais de luz, as frequências são extremamente elevadas. Nesses casos, utilizamos o comprimento de onda como referência entre ondas distintas. A frequência é inversamente proporcional ao comprimento de onda. Quanto maior frequência, menor comprimento de onda e vice-versa. Atenção , A fórmula C = F X W, onde C é igual a 3 X 10 m/s, f é a frequência (Hz) e W é o comprimento de onda., , O espectro de luz visível varia de 4,6 X 10 Hz até 6,7 X 10 Hz., , Simpli�cando ao extremo, podemos dizer que, nessas transmissões, temos diferentes sinais, cada um numa faixa de comprimento de onda, que coincide com cores diferentes (a onda é de luz!)., , Para a luz visível, a menor frequência é do vermelho e a maior é do violeta. COMPONENTES DO SISTEMA DE TRANSMISSÃO ÓTICA Além dos cabos de �bra ótica, um Sistema de Transmissão por �bras óticas é constituído por: Moduladores Os moduladores são elementos que convertem um sinal ótico CW de entrada em um sinal de saída com características digitais ou analógicas. Os moduladores podem ser de 2 tipos: Moduladores absortivos: o guiamento da luz se dá por um material absorsor com tensão elétrica aplicada. Não havendo essa tensão, ocorre a absorção da luz; Moduladores eletro-óticos: um cristal de material eletro-ótico (LiNbO3, niobato de lítio) provoca a mudança de fase do sinal ótico caso seja aplicada uma tensão elétrica. Transmissor - Tx - Fontes de Luz A fonte de luz é, evidentemente, o principal componente do transmissor. Os transmissores podem utilizar LEDs ou LASERs: O LED é a fonte ótica mais comum em aplicações a curtas distâncias e com baixos requisitos de velocidade. Os LASERs são fontes óticas mais comuns para aplicações a longas distâncias e que exijam grandes velocidades de transmissão. O circuito driver tem como função fornecer a corrente necessária para o emissor ótico operar. A modulação da fonte luminosa pode ser feita com sinais elétricos analógicos ou digitais. Receptor – Rx - Fotodiodo O receptor ótico é o dispositivo que detecta o sinal luminoso ao �nal da �bra, convertendo-o em sinal elétrico para posterior processamento em dispositivo eletrônico especí�co. Assim como os transmissores, no receptor ótico, uma �bra conectorizada é montada durante a sua construção. O dispositivo interno do receptor, responsável pela detecção, é denominado fotodiodo e gera uma corrente proporcional à incidência de fótons sobre o mesmo. Essa corrente produzida é, em geral, tão pequena que é preciso uma ampli�cação dentro do próprio circuito interno 8 14 14 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 6/14 do transmissor. Há dois tipos de receptores, classi�cados de acordo com o fotodiodo empregado: • Fotodiodo PIN; • Fotodiodo de Avalanche (APD). Regeneradores Nos enlaces mais longos, deve-se utilizar o equipamento repetidor ótico nas estações de passagem. A função principal é de regenerar o sinal ótico recebido na entrada e adequá-lo na saída. Os regeneradores possuem componentes ativos e, geralmente, são do tipo 3R: • Reampli�cação; • Reformatação; • Retemporização do sinal ótico. Os sistemas de transmissão por �bras óticas podem ser classi�cados (glossário) segundo sua tecnologia, suas características básicas e suas aplicações. EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ÓTICO Observe, abaixo, os equipamentos utilizados pelos sistemas óticos: Acopladores óticos Fonte da Imagem: Podem ser considerados como dispositivos multiportas para combinar ou separar sinais luminosos. São dispositivos puramenteóticos, operando como guias de onda luminosa ou elementos de transmissão, re�exão e refração da luz, não requerendo nenhuma alimentação externa além do feixe luminoso. Eles não possuem nenhum dispositivo ótico ativo como fotoemissores e moduladores. Principais funções: • Separar ou dividir um sinal luminoso; 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 7/14 • Combinar ou misturar 2 ou mais sinais luminosos. Filtros óticos Fonte da Imagem: São responsáveis pela remoção de comprimentos de onda não desejados em um sinal ótico. Suas principais aplicações são em sistemas WDM, ampli�cadores óticos e sistemas de supervisão de �bra ótica. Ampli�cadores óticos Fonte da Imagem: São aqueles que ampli�cam exclusivamente as Radiações Luminosas, na forma de Fótons. Sua �nalidade básica é a de promover a ampli�cação ótica dos sinais entrantes, de forma transparente, independente do tipo de modulação ou protocolo utilizado. Com um ampli�cador ótico, um sinal ótico poderá ser transmitido a distâncias muito maiores, sem necessidade de Regeneradores. TECNOLOGIAS DE CODIFICAÇÃO DOS SINAIS ÓTICOS Observe, abaixo, as tecnologias de codi�cação dos sinais óticos: 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 8/14 Saiba Mais , Ao utilizarmos os dispositivos CWDM, devemos levar em consideração dois aspectos fundamentais:, , Esses equipamentos somente permitem ampliação de um número muito reduzido de canais;, , Por serem passivos, os dispositivos introduzem atenuações adicionais, indesejáveis, que podem inviabilizar uma interconexão caso a atenuação desse enlace já esteja no limite ou próxima dele. MEDIDAS ÓTICAS EM FIBRAS ÓTICAS Quando as �bras óticas são fabricadas, é necessário veri�car em laboratório se as características estão dentro das especi�cações requeridas, destacando-se os seguintes parâmetros: • Diâmetro do núcleo; • Diâmetro da casca; • Abertura numérica; • Atenuação por inserção e retroespalhamento; • Per�l do índice de refração; • Dispersão cromática; • Largura de banda; • Comprimento de onda de corte; • Diâmetro do campo modal; • Características geométricas; • Atenuação espectral; • Tensão de ruptura. Testes Mecânicos Fonte: Mmaxer / Shutterstock 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182db… 9/14 Os principais testes mecânicos realizados em cabos de �bra ótica são testes de: Tração; Curvatura; Compressão; Impacto. Testes óticos Os testes óticos são: Testes de atenuação absoluta. (glossário) Testes analíticos. (glossário) Re�exão de Fresnel. (glossário) Retroespalhamento. (glossário) EMENDAS E CONECTORIZAÇÃO EM FIBRAS ÓTICAS Emendas Para a aceitação de emendas, o valor analisado é a média aritmética entre as medidas de atenuação realizadas nos dois sentidos. Emenda com ganho A explicação para esse ganho é que a �bra encontrada após a emenda está retroespalhando mais luz do que a �bra que está antes dela. Isso pode ocorrer mesmo que haja perda na emenda. Quando se faz a medida em sentido contrário, inverte-se a situação do sinal retroespalhado e a média aritmética das duas medidas deverá sempre ser uma atenuação, pois uma emenda é um elemento passivo e nunca irá ampli�car a luz que está sendo transmitida. Entretanto, a imprecisão do OTDR e a falta de cuidado do operador na inserção dos dados no OTDR podem resultar em uma conclusão de que a emenda está ampli�cando o sinal. Geradores óticos São equipamentos que fornecem um sinal ótico de nível ajustável em sua saída, podendo ser modulados internamente de maneira analógica ou digital. São úteis para o levantamento de suas características de linearidade nos componentes e dispositivos dos receptores e para determinação do valor mínimo de um receptor digital que garanta a taxa de bit especi�cada. 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182d… 10/14 Clivador Dispositivo utilizado para cortar a extremidade da �bra, de forma a deixá-la lisa. O processo da clivagem é muito importante para obtermos um bom acoplamento entre as �bras óticas, tanto em emendas mecânicas quanto em emendas por fusão. Máquina de polir Quando é necessário o processo de conectorização dos cordões e cabos de �bras óticas, é também necessário remover o excesso de �bra na extremidade do conector. Após sua remoção, deve-se fazer o polimento da extremidade, manualmente ou através de uma máquina de polir, à qual o conector é adaptado. A extremidade do conector é polida através de uma lixa. Emendas por fusão As emendas por fusão são feitas elevando-se a temperatura das extremidades da �bra ótica até o ponto de fusão do vidro. Esse aumento de temperatura é obtido através de uma descarga elétrica entre as extremidades das �bras. Para a realização dessa emenda, utiliza- se um equipamento denominado máquina de emenda ótica, em que as �bras a serem emendadas são acomodadas em V-grooves existentes na máquina, após terem sido devidamente preparadas. Para se obter uma emenda com baixa atenuação, as �bras têm de estar alinhadas. Nas máquinas de emenda de 1ª geração, isso era feito com um microscópio, já nas máquinas de 2ª geração, o processo é automático. Saiba Mais , Para observar uma fusão de �bra, assista ao vídeo “Entenda como se faz uma fusão em �bra óptica”. (https://www.youtube.com/watch?v=kOFjiuyOSaQ) INTERFERÊNCIAS NO CABEAMENTO ÓTICO Algumas formas de interferências em cabeamento ótico: Atenuação; Absorção; Espalhamento; Deformações Mecânicas; Dispersão. INFRAESTRUTURA PARA SUPORTE ÀS REDES SEM FIO Vamos começar sinalizando que a abordagem desse tema na aula de �bra ótica não é um engano. Já estudamos as mídias de transmissão, os cabos metálicos e as �bras óticas, resta tratar das redes sem �o, cada vez mais presentes nas redes. 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182d… 11/14 Neste tópico, observaremos alguns aspectos da infraestrutura que devem ser lembrados para permitir que sejam instalados os dispositivos das redes sem �o sem “trauma” na infraestrutura de rede local. PONTOS DE REDE PARA OS AP Fonte da Imagem: phipatbig / Shutterstock Ao realizar um levantamento para a localização de um ponto de rede, devemos testar, em diversas partes do prédio, quais as posições que permitem maior abrangência do sinal. No entanto, durante a fase de instalação da rede cabeada, nem sempre lembramos que os AP (Access Points – Pontos de Acesso) precisam estar próximos do teto e, também, de energia elétrica. Cabe destacar que, na fase de ensaio da rede sem �o, é realizado um procedimento chamado de “Site Survey”, em que posicionamos temporariamente os AP e medimos transmissão e recepção nas Áreas de Trabalho. Muitas vezes, um pequeno deslocamento do AP proporciona um grande ganho em alcance e qualidade. O limitador acaba sendo a posição das tomadas do cabeamento e da rede elétrica. Atenção , Cabos de rede e tomadas elétricas expostas ao longo das paredes expressam improvisação e podem prejudicar toda a aparência de um projeto de rede local., , Assim, recomendamos: • Posicionar pontos de rede e tomadas de energia em diversos locais das Áreas de Trabalho; • Considerar como prováveis locais os cantos de corredores, próximos de vãos entre andares e distantes de fontes de interferências, como motores ou equipamentos que operem em frequência próxima do Wi-Fi (telefones sem �o ou fornos de micro-ondas.)Fonte: gst / Shutterstock 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182d… 12/14 OUTRAS TECNOLOGIAS PARA A REDE SEM FIO Veja, a seguir, outras tecnologias para redes sem �o: POE (Power Over Ethernet) É uma tecnologia que permite transmitir energia elétrica através de um cabo de rede (onde já trafegam dados), foi especi�cada pela norma IEEE 802-3at. Essa tecnologia permite a transmissão de energia entre 25,5 e 51 W em 4 �os (2 pares). Num cabo de par trançado, em alguns arranjos Ethernet, nem todos os cabos são utilizados na transmissão e na recepção. Estes podem servir para transmitir energia. Os equipamentos são de simples instalação e realizam tarefa que pode ser comparada à multiplexação tradicional: • Um dispositivo recebe entrada de energia e uma conexão de rede; • Um cabo de rede interliga os dois dispositivos; • Outro dispositivo, junto ao AP, separa os sinais de dados e de energia para ligar no AP. WDS (Wireless Distribution System – Distribuição de rede sem �o) Com WDS, é possível integrar diversos AP sem conexão a cabo, pois parte da banda é reservada para um canal de interconexão entre os AP. Nem todos os dispositivos possuem essa funcionalidade e, ainda, é possível que encontremos incompatibilidades entre diferentes fabricantes. Para esse tipo de ligação, é possível utilizar antenas com ampli�cador para aumentar o alcance e a qualidade do enlace. Convém lembrar que ampli�car o sinal é possível quando alteramos as antenas nos dois lados da conexão. Antenas ampli�cadas são ine�cazes na ligação do AP com os clientes, pois, na maior parte dos casos, não é possível ampli�car a saída do cliente, como num tablet ou smartphone. Seria como tentar estabelecer uma conversa a 100 m de distância e oferecer um megafone a apenas um dos interlocutores. 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182d… 13/14 ATIVIDADE Numa determinada rede, em ambiente industrial, há necessidade de posicionar um terminal de controle conectado à rede, bem ao lado de um grande transformador de energia. Qual solução de conexão você apresentaria? Resposta Correta Glossário WDM Wavelength Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão do Comprimento de Onda. 19/09/2019 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1854789&courseId=13444&classId=1224234&topicId=2768742&p0=03c7c0ace395d80182d… 14/14 PODEM SER CLASSIFICADOS Os sistemas podem ser classi�cados como ponto a ponto ou ponto-multiponto. • Os sistemas ponto-multiponto são aplicáveis em redes locais e utilizam acopladores óticos passivos; • Os sistemas ponto a ponto se aplicam a canais de maior alcance. Os sistemas ainda são classi�cados: • Segundo a sua tecnologia em analógicos e digitais; • Quanto à aplicação em sistemas de longa distância e sistemas locais ou de curta distância. TESTES DE ATENUAÇÃO ABSOLUTA O objetivo desses testes é determinar quanto de potência ótica é perdido em um determinado enlace. Eles são executados por meio dos equipamentos denominados medidores de potência (Optical Power Meter). Funcionam pela injeção de luz de uma fonte luminosa em uma extremidade de um enlace ótico e, na outra extremidade, a luz proveniente do enlace é calculada com o medidor de potência. Com esses equipamentos, mede-se a atenuação espectral da �bra, também denominada atenuação de inserção. TESTES ANALÍTICOS Os testes analíticos são executados por equipamentos denominados re�ectômetros óticos no domínio do tempo (OTDR - Optical Time Domain Re�ectometer), cujo funcionamento se baseia na emissão de pulsos de luz de curta duração com comprimentos de onda determinados (850, 1.300, 1.310, 1.330 e 1.550 nm), e tem como princípio o efeito causado pelo espalhamento e a re�exão. REFLEXÃO DE FRESNEL Ocorrem re�exões internas no núcleo causadas por fenômenos e se estendem ao longo de toda a �bra. Ocorrem, também, re�exões no �m da �bra (interface vidro/ar) e em outras interfaces como, por exemplo, conectores, emendas mecânicas e em locais onde a densidade do material da �bra varia. Se a interface no conector for ideal, isto é, clivada perpendicularmente ao eixo do núcleo, então, o coe�ciente da luz re�etida não excederá 4%. O pulso de luz é re�etido e essa re�exão é chamada “re�exão de Fresnel”. Detectando-se a re�exão na tela do OTDR, pode-se calcular a sua distância em relação ao início da �bra. RETROESPALHAMENTO Os feixes de luz que viajam pelo núcleo da �bra são espalhados pelo material. Como consequência desses espalhamentos, ocorrerão perdas que incluem reduções na amplitude do campo guiado por mudanças na direção de propagação, causadas pelo próprio material e por imperfeições no núcleo da �bra.
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