As redes usam o meio físico de cobre por ser barato, fácil de instalar e ter baixa resistência à corrente elétrica. Entretanto, o meio físico de cobre é limitado por distância e interferência de sinal.
Os dados são transmitidos por cabos de cobre como pulsos elétricos. Um detector na interface da rede de um dispositivo destino deve receber um sinal que poderá ser decodificado com êxito para corresponder ao sinal enviado. No entanto, quanto maior a distância percorrida pelo sinal, mais ele se deteriora em um fenômeno chamado de atenuação de sinal. Por esse motivo, todos os meios físicos de cobre devem seguir limitações rígidas de distância, conforme especificado pelos padrões orientadores.
Os valores de tempo e de tensão dos pulsos elétricos também são suscetíveis a interferências de duas fontes:
- Interferência eletromagnética (EMI) ou interferência de radiofrequência (RFI) – os sinais EMI e RFI podem distorcer e corromper os sinais de dados transportados pelo meio físico de cobre. Fontes potenciais de EMI e RFI incluem as ondas de rádio e os dispositivos eletromagnéticos, como lâmpadas fluorescentes ou motores elétricos, conforme mostrado na figura.
- Diafonia – a diafonia é um distúrbio causado por campos elétricos ou magnéticos de um sinal em um fio ao sinal em um fio adjacente. Em circuitos de telefone, a diafonia pode fazer com que parte de outra conversa por voz seja ouvida em um circuito adjacente. Especificamente, quando uma corrente elétrica passa por um fio, cria um pequeno campo magnético circular ao redor do fio que pode ser detectado por um fio adjacente.
Reproduza a animação na figura para ver como a interferência pode afetar a transmissão de dados.
Para superar os efeitos negativos da EMI e RFI, alguns tipos de cabos de cobre são envolvidos em blindagem metálica e requerem conexões de aterramento apropriadas.
Para superar os efeitos negativos da diafonia, alguns tipos de cabos de cobre têm pares de fios de circuitos opostos trançados juntos que interrompem a interferência de modo eficaz.
A susceptibilidade dos cabos de cobre ao ruído eletrônico também pode ser limitada pelo(a):
- Seleção do tipo ou pela categoria do cabo mais adequado a um determinado ambiente de rede.
- Elaboração de uma infraestrutura de cabos para evitar fontes conhecidas e potenciais de interferência na estrutura do prédio.
- Uso de técnicas de cabeamento que incluam a correta manipulação e conexão dos cabos
Introdução:
Primeiramente, após introdução aos conceitos relativos a interferências vamos abordar tipos de cabos metálicos, sua eficácia e compará-los às fibras ópticas.
Tipos de Cabeamentos Metálicos:
Na classificação de cabos elétricos metálicos (geralmente de cobre) existem dois tipos básicos: para transmissão de energia e para comunicação. Assim, dos cabos usados para transmissão de informações com algum tipo de blindagem ou proteção, os mais comuns são os coaxiais e os de par trançado. Para os cabos trançados temos os modelos UTP (Unshielded Twisted Pair), FTP (Foiled Twisted Pair) e STP (Shielded Twisted Pair).
Cabos Coaxiais:
Cabos coaxiais são tipicamente utilizados em transmissões de sinais de vídeo de TV a cabo e dados; como os utilizados pela NET. São constituídos por um fio condutor interno revestido por um material isolante e rodeado por uma blindagem.
Recebem o nome de coaxial pela razão de que todos seus elementos constituintes estão dispostos em camadas concêntricas. Desde condutores a isolantes (condutor interno, dielétrico interno, condutor externo e capa dielétrica de proteção externa). Assim, estes compartilham o mesmo eixo (axis) geométrico.
Cabos de Par Trançado:
Os cabos de par trançado se subdividem em modelos com blindagem e sem blindagem. Os cabos para redes digitais possuem diferentes categorias. Que vão desde a categoria 3 (usados para dados) em diante. Muitos hoje já obsoletos. Temos cabos Categoria 5, 6, 7 e 8 e suas subdivisões. Entretanto, aqui neste post não vamos fazer uma análise a respeito das categorias. Embora, elas reflitam-se diretamente no tipo de cabo.
Cabos de Par Trançado Sem Blindagem:
Nos cabos UTP (Unshielded Twisted Pair) ou cabos de rede de par trançado sem blindagem ocorre o efeito de cancelamento eletromagnético. Porque ele é produzido pelos pares de fios trançados para limitar a degradação do sinal causada por EMI (electromagnetic interference) e RFI (radio frequency interference) de origem interna (diafonia).
Cabos de Par Trançado Com Blindagem:
Exitem três modelos: STP (Shielded Twisted Pair) e FTP (Foiled Twisted Pair) SSTP (Screened Shielded Twisted Pair). Combinam as técnicas de blindagem, cancelamento e trançamento de fios. Os pares de fios são envolvidos por uma malha metálica independentemente ou coletivamente, dependendo do tipo de cabo.
Eles reduzem a interferência eletromagnética de origem externa. Os ruídos externos são também conhecidos como EMI (Interferência Eletromagnética) e RFI (Interferência por Rádio Frequência). Há também a redução da diafonia (crosstalk) pelo trançado dos pares.
Cabos de Par Trançado FTP (Foiled Twisted Pair):
Cabos FTP (Foiled Twisted Pair) são os que utilizam a blindagem mais simples. Neles, uma fina folha de aço ou de liga de alumínio envolve todos os pares do cabo, protegendo-os contra interferências externas, mas sem fazer nada com relação ao crosstalk, sendo isso resolvido pela trançagem realizada nos pares.
Cabos de Par Trançado STP (Shielded Twisted Pair):
Os cabos STP (Shielded Twisted Pair) possuem uma blindagem individual para cada par de fios. Isso reduz o crosstalk e melhora a tolerância do cabo com relação à distância, o que pode ser usado em situações onde for necessário usar cabos fora do padrão, com pouco mais de 100 metros. Ou onde o nível de interferência seja significativo.
Cabos de Par Trançado SSTP (Screened Shielded Twisted Pair):
Finalmente, temos os cabos SSTP (Screened Shielded Twisted Pair) que combinam a blindagem individual para cada par de cabos com uma segunda blindagem externa, envolvendo todos os cabos. Isso torna os cabos especialmente resistentes a interferências externas. Eles são mais adequados a ambientes com fortes fontes de interferências.
Portanto, para melhores resultados, os cabos blindados devem ser combinados com conectores RJ-45 blindados. Assim, eles incluem uma proteção metálica que protege a parte destrançada do cabo que vai dentro do conector, evitando que ela se torne o elo mais fraco da cadeia.
Porquê Fibra Óptica?
A fibra óptica é um composto de sílica (vidro) ou de plástico, de forma cilíndrica com um grande grau de pureza. Nele são transmitidos sinais luminosos, na sua grande maioria compostos por luz laser.
Um cabo de fibra ótica é composto basicamente por três partes. Mais ao centro, temos o núcleo (core) por onde a luz se propaga. Envolvendo o núcleo, está um revestimento que chamamos de casca, interface ou cladding. Finalmente, temos a cobertura de plástico (jacket) que é utilizada para proteger o revestimento interior.
Funcionalmente, existem dois tipos de fibras ópticas, as fibras multimodo (mais antigas) e as monomodo. Na atualidade as aplicações, em sua grande maioria usam fibras monomodo. Fibras multimodo estão em desuso. Assim, fibras monomodo, devido a grandes vantagens e redução significativa de custos, estão substituindo as fibras multimodo em aplicações onde elas reinavam em absoluto.
Fibras Ópticas MultimodoFibras multimodo possuem o diâmetro do núcleo maior em comparação a monomodo. Assim, isso faz com que a luz percorra o interior da fibra óptica por diversos caminhos (múltiplos modos de propagação). Esse tipo de problema é chamado de dispersão Modal.
Os múltiplos modos de propagação dentro da fibra multimodo fazem com que o sinal de entrada chegue à outra extremidade em momentos diferentes, causando assim o aumento de perdas durante a transmissão. Portanto, haverá redução da distância possível em virtude destes atrasos.
Fibras Ópticas MonomodoJá fibras monomodo, possuem um núcleo mais fino (aproximadamente 8 vezes menor). Assim, permitem que a luz possua um único modo de propagação e não apresentem perdas significativas durante o trajeto. Por esse motivo é que elas são adequadas para aplicações que envolvam grandes distâncias.
Uma das maiores vantagens das fibras ópticas reside o fato de que elas não sofrem e não causam interferências eletromagnéticas. Como não são condutores de sinais elétricos (e sim de luz), portanto, isolantes, não estão sujeitas aos problemas de interferências apresentados por estes. Assim, isso permite uma boa utilização dela, mesmo em ambientes excessivamente ruidosos.
As fibras adjacentes em um cabo óptico não interferem umas nas outras. Porque não irradiam luz externamente e se isso ocorrer, ainda assim esta não influirá. Portanto, na fibra óptica, não há diafonia, além é claro das dimensões reduzidas e da capacidade de transmissão extremamente elevada. Não ocorrendo o mesmo nos cabos metálicos, que naturalmente geram ondas eletromagnéticas que interferem entre pares metálicos adjacentes ocasionando o fenômeno crosstalk.
O material dielétrico que compõe a fibra proporciona um isolamento elétrico entre os transceptores ou estações interligadas. Em contrapartida, ao contrário dos dispositivos metálicos, as fibras ópticas não possuem problemas de aterramento.
Atenuação (Relação sinal/ruído)Outro motivo imediato que justifica o uso de fibras ópticas em substituição aos cabos metálicos é a perda na potência do sinal transmitido. Os sinais transmitidos por fibras ópticas possuem menor atenuação (ou perda de potência do sinal) e, portanto, podem trafegar por distâncias muito maiores. Mesmo em distâncias relativamente curtas as fibras ópticas ainda se sobressaem aos cabos de cobre mais avançados. É claro que as fibras ópticas apresentam atenuação com a distância, mas nada comparadas aos elementos metálicos.
Os cabos metálicos estão rapidamente sendo substituídos por fibras ópticas, além da questão das interferências, por diversas razões. Então, por meio do uso de fibras ópticas um sistema de comunicação possuirá maior capacidade de transmissão de informação (ou largura de banda). Largura de banda é a medida da capacidade de um elemento de transmitir dados. Além de uma maior largura de banda, as fibras ópticas podem transmitir dados numa velocidade muito maior.
Comparação EPON/GPON com Cabos Metálicos (xDSL)
Acompanhe a comparação da Largura de Banda versus distância de tecnologias xDSL (pares de fios) e de estruturas ópticas tipo PON. Perceba que, se mantidas as premissas do projeto e sensibilidade à distância não afeta a largura de banda de sistemas ópticos, enquanto elementos metálicos tem queda de velocidade exponencial com a distância.
Em ambientes domésticos ou corporativos, com o cabeamento tradicional temos que observar a distância entre os cabos metálicos, assim guardando distâncias padronizadas entre cabos individuais para dados, vídeo e telefonia, além da rede elétrica para poder controlar as interferências.
Isso gera problemas consideráveis no ato da instalação, especialmente em empresas, acarretando demora ou impossibilidades técnicas e eventualmente um encarecimento significativo da infraestrutura, no custo de mão de obra e o tempo necessário para execução.
Vantagens das Fibras Ópticas
A velocidade, a taxa, a distância e capacidade de transmitir informações por uma fibra óptica é maior que qualquer sistema baseado em cabos metálicos. Assim, podemos afirmar que a fibra óptica transmite muito mais informação, em largura de banda e distâncias muito maiores.
Adicionalmente, apenas como curiosidade, uma fibra óptica, cujo diâmetro pode ser comparado com o de um fio de cabelo, pode transmitir em torno de 2 milhões de chamadas telefônicas simultaneamente. Portanto, um cabo de cobre com a mesma capacidade teria que ter um diâmetro da ordem de 6 metros!
Além disso, nas cidades mais populosas, a infraestrutura já instalada para cabos de cobre não oferece mais espaço para a adição de novos cabos. Porque comparado com os cabos de cobre, os cabos de fibra óptica são mais leves e de fácil instalação. Além disso, para sistemas de mesma capacidade, os cabos de fibras exigem muito menos conexões.
Vida útil, segurança, OPEX e imunidade a ruídosSe instaladas corretamente, as fibras ópticas sofrem menor deterioração do que os fios de cobre (inclusive em ambientes agressivos, por exemplo, como locais onde exista maresia), são mais seguras e reduzem significativamente os custos com manutenção, também são imunes a radiação eletromagnética. Assim, os sinais propagados pelas fibras ópticas não sofrem interferências de geradores elétricos, motores, linhas elétricas de alta potência, raios (Pulsos Eletromagnéticos – PEM). Estes são frequentemente causadores de interferências nas linhas de transmissão baseadas em cabos de cobre.
Conclusão:
Então, verifica-se que os sistemas metálicos chegaram praticamente a um esgotamento das estruturas, tornando-se demasiadamente caros quando falamos em maiores distâncias e capacidades de banda.
Entretanto, as velocidades de banda em fibras ópticas estão ainda “engatinhando”. Comparando cabos metálicos e fibras ópticas quanto à velocidade vê-se que o primeiro já está esgotado enquanto o segundo tem ainda um longo caminho a percorrer.
Como resultado, fibras ópticas em comparação aos cabos metálicos são mais econômicas no custo, na instalação e na manutenção, além de permitirem maiores distâncias, com maior velocidade (largura de banda) e confiabilidade. Enfim, a utilização de fibras ópticas permite transporte de informações com segurança e qualidade, livre de interferências. Portanto, são de fácil instalação tanto aérea, como subterrânea e tem se intensificado nos últimos anos devido à progressiva redução de custos. Acesse a parte 1 deste artigo clicando aqui!
Autor: Fernando César Morellato
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