De sistemas de cabo fechados para abertos

Atualmente, existem mais de 400 cabos de comunicação submarinos implantados sob os mares e oceanos do mundo. Considerando-se que um cabo típico tem uma vida útil de projeto de engenharia de pelo menos 25 anos, não é de surpreender que um determinado cabo terá a oportunidade de usar várias gerações de tecnologia de transponder ao longo de sua vida útil.

Evolução do cabo submarino Os primeiros cabos submarinos foram utilizados com transponders de detecção direta que eram suscetíveis à dispersão cromática. Várias gerações de cabos "gerenciados por dispersão" – com comprimentos alternados de fibras de dispersão positiva e negativa ao longo do comprimento do cabo – foram desenvolvidas e implantadas. Estes cabos mantêm um nível médio de dispersão em torno de zero. Mas a tecnologia coerente inclui compensação eletrônica da dispersão e opera com penalidades não lineares mais baixas se houver muita dispersão cromática na fibra. Assim, por volta de 2012, vemos o surgimento de cabos "não compensados" projetados para uma transmissão coerente. Os transponders coerentes funcionam bem com todos os tipos de cabo, mas proporcionarão um desempenho significativamente maior em cabos não compensados. Ou será que não? A figura 1 apresenta os blocos de construção de um sistema de cabos submarinos, mostrando detalhes da distribuição da planta úmida (cabo, amplificadores, unidades de ramificação) e da planta seca (gerenciamento de alta tensão, mux/demux de comprimento de onda – hoje em dia geralmente um ROADM, monitoramento de plantas úmidas, gerenciamento de potência óptica, e transponders). Quando os cabos submarinos foram implementados pela primeira vez, era prática comum ter uma única empreiteira principal para todo o sistema, incluindo os transponders, e a linguagem contratual normalmente restringiria a operadora de cabo à compra da tecnologia de transponder daquela empreiteira principal.

Por muitos anos, isso foi simplesmente tolerado como sendo "a maneira como fazemos as coisas" no mundo das comunicações submarinas, mas isso começou a mudar por volta do ano de 2009, quando os fornecedores de transponders terrestres mostraram que seus equipamentos funcionariam muito bem em cabos submarinos existentes e gerenciados por dispersão (ver barra lateral), e que eles poderiam oferecer esses transponders a preços mais baixos e com prazos de entrega mais curtos do que os fornecedores antigos. Essa ainda era a era de 10 Gb/s por comprimento de onda, transmissão não coerente, mas a tendência realmente começou a se acelerar quando transponders coerentes demonstraram um aumento de 4 a 10 vezes nas taxas de dados de comprimento de onda (até 40 Gb/s ou 100 Gb/s por comprimento de onda), e um fator de aumento semelhante na capacidade de fibra.

Apenas um pequeno número de fornecedores de equipamentos ópticos foi capaz de investir em tecnologia coerente, e neste período (por volta de 2012) também pode-se observar um aumento dramático na importância dos provedores de conteúdo de internet (ICPs) em hiperescala não apenas como consumidores de capacidade de redes submarinas, mas também como participantes ativos de consórcios de cabos. Os ICPs já estavam liderando o desenvolvimento de soluções desagregadas e de padrão aberto no centro de dados, bem como em suas redes terrestres entre os centro de dados. Eles começaram a considerar o link da rede submarina como uma extensão dessa arquitetura de rede aberta, e parte dessa visão era que os cabos submarinos fossem "abertos" – sem obrigações (nem técnicas nem comerciais) de usar um determinado tipo de transponder. Nessa fase, houve uma participação gradual e, em alguns casos, relutante dos fornecedores de planta úmida nesse processo, mas finalmente se tornou mais prático para o equipamento de monitoramento de planta úmida de terceiros operar com a maior parte da planta úmida legada implantada. Graças a uma aceitação geral do valor dos cabos abertos, os novos sistemas de cabos de 2012 em diante foram quase todos projetados do zero para serem abertos e com termos comerciais que permitiram uma escolha flexível dos transponders. Cabos abertos versus compartilhamento de espectro

Um cabo submarino típico conterá múltiplos pares de fibras, e uma definição simplista de um cabo aberto seria aquela que permite a um operador de cabo selecionar os melhores transponders para operar sobre um determinado par de fibras. Assim, se um determinado cabo tiver quatro pares de fibras, pode-se imaginar até quatro marcas diferentes de transponders implantados no cabo. A suposição aqui é que a "abertura" do cabo está na granularidade do par de fibras.

A capacidade de um determinado par de fibras em um cabo submarino varia dramaticamente com o tipo e o comprimento do cabo e a geração de transponders, mas para tipos modernos de cabos com alcance transatlântico, seria bastante razoável esperar uma capacidade de até 25 Tb/s por par de fibras usando a tecnologia de transponder de quinta geração mais recente. No passado, teria sido tradicional terminar o caminho óptico do cabo submarino usando um interruptor de OTN na estação de aterragem do cabo. Além de regenerar o sinal, o interruptor OTN pode dividir a capacidade do par de fibras, atuar como um ponto de demarcação de serviço, fornecer proteção de serviço abaixo de 50 ms e permitir um monitoramento digital sofisticado. Mas o uso de interruptores de OTN em pares de fibras modernos com dezenas de terabits de capacidade por par de fibras pode resultar em enormes custos de equipamento e em consideráveis exigências de espaço físico, energia e refrigeração. Estes podem simplesmente não estar disponível em alguns locais da estação de aterragem de cabos, uma CLS (Cable Landing Station), e adicionarão uma pequena quantidade de latência.

As modernas plataformas modulares compactas podem substituir a função de monitoramento, um ROADM de grade flexível é usado para particionar a capacidade de espectro no domínio totalmente óptico e fornecer pontos de demarcação, e os transponders coerentes mais recentes podem fornecer o desempenho óptico necessário para conduzir o sinal a partir da CLS para um local do centro de dados mais conveniente, projetado para a escala de espaço e energia necessárias.

A figura 2 ilustra algumas das opções. Podemos ver como o espectro de um único par de fibras é dividido e pode ser vendido como um "par de fibra virtual" para várias operadoras. Esses operadoras podem optar por ter um ponto de demarcação na CLS (mostrado para os locatários A e B) ou por continuar o caminho óptico diretamente para o centro de dados (mostrado para o locatário C). Como se pode imaginar, não é tão simples como apenas dizer sim para qualquer transponder que esteja sendo implantado. O ponto-chave em um cabo de espectro compartilhado é como a operadora de cabo pode garantir que todos os serviços que operam em uma determinada fatia do espectro sejam tão confiáveis, estáveis e independentes uns dos outros como se estivessem operando em pares de fibra dedicados. Para entender como isso é alcançado, precisamos examinar mais de perto como os amplificadores submarinos operam, o que, por sua vez, explicará a necessidade de um gerenciamento inteligente de potência óptica.

Gerenciamento inteligente de potência — Os amplificadores submarinos são projetados para operar em modo de potência constante. Isso normalmente significa que o nível de potência dos amplificadores é cuidadosamente ajustado para fornecer o ganho necessário em todo o espectro, assumindo que todos os canais ópticos estejam em uso. A figura 3A mostra como um conjunto de oito comprimentos de onda entra em um amplificador submarino e é impulsionado de modo que todos os comprimentos de onda ainda estejam abaixo do limiar não linear.

Se o amplificador não receber todos os comprimentos de onda esperados por algum motivo, ele ainda continuará a aplicar a mesma potência total, mas esta agora é compartilhada entre menos comprimentos de onda. O resultado final é que cada comprimento de onda terá mais ganho, e isso pode resultar em exceder o limiar não linear. Isso é mostrado na figura 3B, onde três dos oito comprimentos de onda desaparecem, e os cinco comprimentos de onda restantes estão agora operando além do limiar não linear. Uma vez que pode haver várias dezenas de transponders operando em um determinado par de fibras, a perda (ou adição) de um ou dois normalmente não causaria um problema. É quando vários transponders "desaparecem" em um único evento que pode causar instabilidade. Então, como isso poderia acontecer?

Na figura 2, vimos um par de fibras de espectro compartilhado com três locatários alocados em diferentes tamanhos de espectro, cada um formando um par de fibras virtual, bandas de guarda mantidas entre os pares de fibras virtual, e espectro não alocado que é preenchido com potência óptica de um amplificador óptico modificado que é configurado para gerar ruído amplificado de emissão espontânea (ASE).

O caminho óptico para os comprimentos de onda do locatário A e do locatário B tem origem na CLS, mas os comprimentos de onda do locatário C se originam no centro de dados e passam por uma rede de backhaul terrestre para chegar à CLS. Se houver uma quebra de fibra na rede de backhaul terrestre, podemos perder todas as ondas do locatário C de uma só vez. A menos que algo seja feito para controlar ativamente os níveis de potência óptica, é possível que os serviços dos locatários A e B possam passar por instabilidade.

O espectro ASE que atualmente é usado para manter níveis estáveis de potência óptica pode ser automaticamente estendido – usando o controle de comprimento de onda na rede flexível ROADM – para o espectro do locatário C. Isto "absorverá" o excesso de potência óptica que está sendo aplicada aos restantes comprimentos de onda de dados e recuperará a estabilidade do serviço. Esta etapa de automação é impulsionada por um controlador de gerenciamento de potência, que pode ser implementado dentro da própria plataforma modular compacta, ou em um computador host separado.

O controlador de gerenciamento de potência pode usar APIs abertas e modelos de dados para consultar a cadeia de amplificadores submarinos, e (assumindo que os fornecedores adotaram padrões de rede óptica abertas) até mesmo extrair telemetria dos próprios transponders para monitorar parâmetros, tais como valores Q por comprimento de onda ou taxas de erro de bit pré e pós-FEC (correção de erros antecipada).

O ROADM (multiplexador ótico reconfigurável de adicionar/descartar) de grade flexível fornece o policiamento final do espectro alocado. Por exemplo, se um operador de rede do locatário A configurar incorretamente um transponder ajustável, movendo a sua potência óptica para o espectro do locatário B pode simplesmente ser bloqueado pelos filtros dentro do ROADM.

Ao juntar todos esses conceitos, vê-se exemplos claros de cabos submarinos modernos que oferecem o máximo em pontos de demarcação abertos e caminhos ópticos diretos de centro de dados para centro de dados. A plataforma óptica expressa EllaLink, cuja rota é mostrada na figura 4, é um sistema de cabos novinho em folha que une o sul da Europa à América Latina usando um caminho direto. Isso reduz o atraso de ponta a ponta para os serviços em até 50% em comparação com a atual rota da Europa para os EUA e para o Brasil. Igualmente importante é a capacidade de fornecer até 100 Tb/s de capacidade através da parte transatlântica do cabo para acompanhar a demanda dos fornecedores de serviços em nuvem.

A EllaLink oferece interfaces completamente abertas para seus clientes, desde serviços digitais convencionais (de taxas de dados de 1 GbE a 400 GbE) até pares inteiros de fibra e, claro, pares de fibra virtual de espectro compartilhado. Além dos serviços CLS para CLS, os serviços ópticos diretos de centro de dados para centro de dados fornecem tanto a escalabilidade necessária aos operadores de nuvem quanto a economia de potência e espaço físico necessários na CLS.

Os mais recentes transponders de rede submarina de quinta geração fornecem o desempenho necessário para fechar os caminhos ópticos adicionais até o centro de dados e o gerenciamento de potência ativo e inteligente fornece o ponto de demarcação totalmente óptico, bem como garante a estabilidade do serviço óptico para todos os tipos de serviço.

O valor dos cabos abertos foi estabelecido por quase uma década, e as vantagens adicionais do compartilhamento de espectro totalmente óptico e granular tornam-se cada vez mais atraentes à medida que os níveis de capacidade de fibra aumentam para a faixa de dezenas de terabits.

. Por: Vincent Gatineau, Diretor de Marketing e Vendas da EllaLink. Vincent faz parte da equipe de Vendas & Marketing da Alcatel Submarine Networks há 9 anos, acompanhando o projeto EllaLink desde seus primeiros dias, entre outros grandes desenvolvimentos de sistemas. Anteriormente, Vincent ocupou vários cargos internacionais dentro do grupo Alcatel-Lucent na Índia e no Chile. Vincent é formado em engenharia pelo Institut Mines Telecom Lille Douai. Ele é fluente em francês, inglês e espanhol.

. Por: Geoff Bennett, Diretor de Soluções e Tecnologia da Infinera. Possui mais de 25 anos de experiência na indústria de comunicação de dados, incluindo roteamento IP com Proteon e Wellfleet; experiência em ATM e MPLS com Fore Systems; e experiência em transmissão óptica e comutação com Marconi, onde ocupou o cargo de Engenheiro Distinto no escritório do CTO.

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