Slides - Fibra Óptica

Belém, 29 de novembro de 2013.

Índice1. Introdução

2. Estrutura da Fibra Óptica

3. Princípio de Funcionamento da Fibra

4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas

5. Classificação das Fibras Ópticas

6. Cabos Ópticos

7. Conectores Ópticos

8. Vantagens e Desvantagens da Fibra Óptica

9. Emendas Ópticas

10. Aplicações

11. Conclusão

12. Bibliografia

Fibras Ópticas

História Em 1870, o físico inglês John Tyndall

demonstrou, com base em seus estudos, que a luz poderia fazer uma trajetória curva;

1. Introdução

Em 1956, o físico indiano Narinder Kapany inventou a fibra óptica, com o advento das fontes de luz.

O Que É Reflexão total da luz;

Produzida com materiais dielétricos;

Composta basicamente por núcleo, casca e capa protetora;

Categorias: monomodo e multimodo.

1. Introdução

Para Que Serve Excelente meio de transmissão de dados;

Apropriada para sistemas que necessitem de alta largura de banda;

Vantagens: imunidade a interferência eletromagnética e não é condutora de corrente elétrica;

Desvantagens: custo elevado e fragilidade.

1. Introdução

Composição Básica do Cabo Óptico

Núcleo

Casca/ Camada de refração

Revestimento

Fibras de Fortalecimento

Capa Protetora



O Núcleo

Sistema de fabricação do núcleo; A formação da pré-forma;

Deposição dos gases (Cloreto de Silício e

Elementos Dopantes); Estiramento.



Casca/ Camada de refração

Revestimento

Fibras de Fortalecimento

Capa Protetora


Fabricação da Fibra Óptica


http://www.youtube.com/watch?v=haWGyKT4QKk

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=haWGyKT4QKk

Características da Luz

Reflexão: A luz volta a se propagar no meio de origem, após incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios.


Fenômenos Ópticos:

Refração: Mudança de direção de propagação dos feixes de luz quando essa passa de um meio para outro.

Características da Luz Fenômenos Ópticos: Reflexão e Refração


Como Funciona?


A transmissão da luz dentro da fibra é possível graças a uma diferença no índice de refração entre o revestimento e o núcleo, sendo que o núcleo possui sempre um índice de refração maior.

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Como Funciona?


Os comprimentos de onda mais utilizados pelas comunicações ópticas se encontram nas regiões do infravermelho, da luz visível e do ultravioleta do espectro eletromagnético.

Como Funciona?


Meio de transmissão que utiliza sinais luminosos para tranportar informação através de uma rede de comunicação.

Sinal Elétrico ou Digital

Fonte de Luz

ReceptorFibra Óptica

Sinal Óptico

Sinal Óptico

Sinal Elétrico ou Digital

Como Funciona?


Como Funciona?


http://www.youtube.com/watch?v=B5zppA-EikE

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=B5zppA-EikE

Como Funciona?


Transceiver/ Modulador

Multiplexador

Largura de Banda

Os fabricantes de fibra óptica especificam a largura de banda máxima de uma fibra em uma unidade

chamada MHz-km, MHz.km ou MHz*km. Essa unidade informa a taxa de transferência máxima da

fibra.


Os fabricantes também informam a perda (também chamada atenuação) que a fibra sofre no sinal que está sendo transmitido, de acordo

com a distância, em uma unidade chamada db/km (decibéis por quilômetro).


Perdas ou Atenuações


Redes de Fibra Óptica FDDI Abreviatura de Fiber Distributed Data Interface, um conjunto de

protocolos ANSI para o envio de dados digitais através de cabos de fibra óptica;

Redes FDDI são redes token-rings de taxas de até 100 Mbps (100 milhões de bits) por segundo de dados de suporte;

Redes FDDI são normalmente usadas como backbones para redes de área ampla;

Uma extensão para FDDI, chamada FDDI-2, suporta a transmissão de informações de voz e vídeo, bem como de dados;

Outra variação do FDDI, chamada FDDI completa Tecnologia Duplex (FFDT) utiliza a mesma infraestrutura de rede, mas pode, potencialmente, suportar taxas de dados de até 200 Mbps.


FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link)

Esse padrão antigo era usado na conexão entre repetidores de fibra óptica.

Possuía o limite de comprimento de 1km, mas acabou cedendo espaço para o 10BaseFL, especialmente porque os repetidores acabaram caindo em desuso à medida que os hubs passaram a incorporar esses componentes internamente.


10BaseFL Esse foi o primeiro padrão de redes usando fibras ópticas; Sua taxa de transferência máxima é de 10 Mbps; Esse padrão usa fibras de modo múltiplo; Outro padrão criado, mas pouco usado foi o 10BaseFB (Fiber

Backbone). Seu objetivo era permitir o maior número de repetidores interligados;

Outro padrão, chamado 10BaseFP (Fiber Passive), também criado mas nunca implementado. Esse padrão permitia a interligação de fibras ópticas usando componentes passivos (sem alimentação elétrica), com limite de 500 metros por segmento e podendo interligar até 33 computadores.


100BaseFX Esse é o padrão de redes Ethernet usando fibras ópticas de

modo múltiplo operando a 100 Mbps;

Possui um limite de comprimento de 412 metros por segmento se operando em half-duplex;

Quando em full-duplex, esse padrão tem limite de 2 km por segmento.


1000BaseSX Esse é o padrão de redes Gigabit Ethernet usando fibras

ópticas mais usadas;

Sua taxa de transmissão é de 1 Gbps;

A nomenclatura SX vem de short (curto, em inglês), que é usada para indicar o uso de um cumprimento de onda curto na transmissão de dados.


1000BaseLX Esse é um segundo padrão de redes usando fibras ópticas de

modo múltiplo; O limite de comprimento de cada trecho de fibra óptica é de 550

metros; Esse padrão permite também o uso de fibras de modo único, onde

o limite do segmento é de 5 km; A nomenclatura do LX vem de long (longo, em inlglês) que indica

um comprimento de onda longo na transmissão dos dados; 1000BaseX é o nome genérico do padrão Gigabit Ethernet usando

fibra óptica, que engloba os padrões 1000BaseSX e 1000BaseLX.

Tipos de Fibras Ópticas

As fibras ópticas estão subdivididas em dois tipos:

Monomodo (single mode);

Multimodo (multi mode).


Fibras Multimodo Núcleo maior que o monomodo (50, 62.5 até 200 micron);

Maior dispersão – Sinais duplicados, informações chegam mais de uma vez ao seu destino;

Distâncias menores, aproximadamente 300 m;

Fonte de luz LED ou laser.


Fibras Monomodo Núcleo pequeno, aproximadamente 10 micron ou menor;

Menor dispersão;

Aplicações de longa distância, aproximadamente 50 km sem repetidores;

Utiliza laser como fonte de luz.


Fibras Multimodo Degrau


Fibras Multimodo Gradual


Fibras Monomodo


Tipos de Cabos Ópticos

6. Cabos Ópticos

Cabos Tipo Loose (Folgado)

6. Cabos Ópticos

Aplicação de um gel isolador da umidade externa.

Cabos Tipo Tight (Apertado)

6. Cabos Ópticos

Revestimento de nylon ou poliester, agrupamento por tração.

Cabos Tipo Groove (Encaixado)

6. Cabos Ópticos

Agrupamento tipo estrela, elemento tensor, número maior de fibras por cabo.

Cabos Tipo Ribbon (em Fita)

6. Cabos Ópticos

Agrupamento na horizontal, número de fibras maior que o groove.

Conector ST (Straight Tip)


Fibras Multimodo;

Cuidados com a limpeza; Uso do protetor plástico.

Conector SC (Standard Connector)


Fibras Multímodo e monomodo;

Tem tamanho de dois RJ-45.

Conector MT-RJ (Mechanical Transfer Registered Jack)


Um padrão novo, que utiliza um ferrolho quadrado, com dois orifícios (em vez de apenas um) para combinar as duas fibras em um único conector;

Substituto dos conectores ST e SC em fibras multimodo.

Conector LC (Lucent Connector)


Largamente usado em fibras monomodo;

Usados em transceivers 10 Gigabit Ethernet.

Vantagens no Uso da Fibra Óptica


Dimensões Reduzidas;

Capacidade para transportar grandes quantidades de informação;

Imunidade às interferências eletromagnéticas;

Matéria-prima muito abundante;

Segurança no sinal.

Desvantagens no Uso da Fibra Óptica

Custo elevado; Fragilidade; Dificuldade de conexões das fibras óticas; Dificuldade de ramificações.


Tabela de Comparação Entre os Cabos


Características

Cabo Coaxial Fino (Thinnet)

Cabo Coaxial Grosso

(Thincknet)

Cabo de Par Trançado Cabo de Fibra Óptica

Custo Maior que o UTP Maior que o coaxial fino

UTP: BaratoSTP: Maior que o coaxial fino

Maior que o coaxial fino, porém menor que o

coaxial grosso

Comprimento Máximo 185 metros 500 metros 100 metros 2 Km em 100 Mbps

Taxas de Transmissão 4-100 Mbps 4-100 Mbps UTP: 4-100 Mbps

STP: 16-500 Mbps10-100 Mbps

1-10 Gbps

Flexibilidade Relativamente flexível

Menos que o coaxial fino

UTP: Mais flexívelSTP: Menos que o UTP

Menos flexível que o coaxial grosso

Facilidade de Instalação Fácil de instalar Facilidade

moderada

UTP: Muito fácilSTP: Facilidade moderada

Difícil

Suscetibilidadeà Interferência Boa resistência Boa resistência

UTP: Muito susceptívelSTP: Boa resistência

Nenhuma

Utilização

Locais de tamanho médio ou grande, com necessidade

de segurança

Conectando redes thinnet

UTP: Locais com orçamento restritoSTP: Redes token ring de qualquer tamanho

Locais de qualquer tamanho, que exijam alta velocidade , segurança e

integridade dos dados

Tipos de Emendas Ópticas

9. Emendas Ópticas

Emenda Óptica por Fusão

Este processo consiste em "fundir" uma fibra óptica à outra.


9. Emendas Ópticas

Emenda Óptica Mecânica

Este tipo de emenda é baseado no alinhamento das fibras através de estruturas mecânicas.


9. Emendas Ópticas

Emenda Óptica por Conectorização

Este processo é bem semelhante ao processo de Emenda Mecânica .

Em cada fibra é colocado um conector óptico e estes dois conectores são encaixados em um acoplador óptico de modo a tornar possível o alinhamento entre as fibras, sem uni-las definitivamente.

Aplicações

10. Aplicações

A fibra óptica tem sido usada em várias áreas, desde a medicina até em

aplicações militares.Vejamos algumas delas.

Rede Telefônica

10. Aplicações

Utilizada no chamado sistema tronco de telefonia, interligando centrais de tráfego interurbano;

Reduz significantemente os custos em relação aos outros cabos, devido à sua capacidade de percorrer grandes distâncias sem a necessidade de repetidores e à sua grande capacidade de transmissão de banda;

Ainda pode ser utilizada na interligação de centrais telefônicas urbanas relativamente próximas umas das outras.

Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI)

A utilização de fibras ópticas já é visível em RDSI's, graças à sua grande capacidade de transmissão, que permite agregar os vários serviços oferecidos pela rede de telefonia;

Ainda há certa dificuldade nessa área, por conta do alto custo e da dificuldade de realização de interfaces ópticas adequadas aos aparelhos telefônicos.

10. Aplicações

Cabos Submarinos São parte integrante da rede internacional de

telecomunicações;

A utilização de fibra óptica reduz grandemente o uso de repetidores, além de outras vantagens, como alta banda passante e facilidades operacionais devido a suas pequenas dimensões;

O primeiro cabo óptico submarino transatlântico o TAT-8, entrou em operação em 1988, e elevou para 20.000 circuitos de voz a capacidade de tráfego entre EUA e Europa graças à sua grande capacidade de transmissão e a tecnologia DWDM.

10. Aplicações

Hoje há uma forte rede de comunicações que interligam todos os 5 continentes, tendo cada cabo capacidade de transmissão da ordem de 1Tbps;

São utilizados para diferentes tarefas, como transmissão de dados, telefonia, televisão etc.

Cabos Submarinos

10. Aplicações

Cabo Submarino de Transmissão de Dados

10. Aplicações

Sensores

As fibras ópticas são utilizadas em sistemas sensores ou de instrumentação, seja em aplicações industriais, médicas, automóveis e até militares.

10. Aplicações

Sensores Há vários motivos para utilizar fibras ópticas em sensores:

Baixo peso;

Flexibilidade;

Alta velocidade de transmissão à longa distância (sensor remoto);

Baixa reatividade;

Isolamento elétrico;

Imunidade eletromagnética;

Multiplexagem de sinais.

10. Aplicações

10. Aplicações

Sensor Keyense CZ-V20Sensor Keyense FS-neo

Medicina Muito utilizada nesse ramo desde o Fiberscope, onde um

feixe de fibras de vidro servia basicamente para iluminar e observar órgão no interior do corpo humano, as fibras ópticas tem sido de grande valia à medicina;

Existe hoje uma variedade de aplicações de sistemas sensores com fibras ópticas em diagnóstico e cirurgia, que permitem testar e acompanhar processos biológicos em tempo real, de vital importância, por exemplo, em cirurgias.

10. Aplicações

Medicina Dentre os sistemas sensores com fibras ópticas em aplicações

médicas podem ser destacados os seguintes:

Sensores de pressão: utilizados para monitorar a pressão intracraniana, cardiovascular, uretral ou retal;

Sensores magnéticos: permitem obter o mapeamento dos campos magnéticos gerados pelo cérebro;

Sensores de pH: utilizados para monitorar o nível de oxigênio do sangue;

Sensores de vazão: utilizados para monitorar a vazão sanguínea.

10. Aplicações

Medicina

Fiberscope

10. Aplicações

Medicina

Sensor de pH

10. Aplicações

Utilizações Militares Comunicações por voz;

Dados à baixa velocidade;

Realização de barramentos de dados em navios e aviões;

Sistemas sensores (como giroscópio óptico e giroscópio acústico);

Aplicações específicas (como defesa submarina).

Giroscópio Óptico

10. Aplicações

Utilizações Militares

FOG-M (Fiber Optic Guided Missile)

10. Aplicações

Redes Locais de Computadores Utilizada em redes de média e longa distancia, podendo

conectar prédios e residências, ou até mesmo países;

Alguns hospitais, universidades e instituições comerciais, tem o backbone principal de sua rede local feito com fibra, devido a sua grande velocidade e inexistência de interferência eletromagnética;

Bases militares também utilizam redes locais (LAN's) para comunicação com outras bases militares.

10. Aplicações

Exemplo de uma LAN Instalada com Fibra Óptica

10. Aplicações

Fatores a Serem Levados em Conta

Distância envolvida;

Evolução da tecnologia;

Largura da banda (largura x espelhamento);

Aplicações de redes atuais;

Protocolos futuros que a rede possuirá.

10. Aplicações

Considerações Finais

11. Conclusão

Esperamos que essa apresentação tenha esclarecido a classe a respeito do uso,

aplicabilidade e peculiaridades da fibra óptica, podendo assim ajudá-los a compreender essa tecnologia com o objetivo de um eventual uso

futuro da mesma.

Bibliografia

12. Bibliografia

Sílvio Atanes. A fibra ótica, inventada há 34 anos, vem sendo um revolucionário instrumento de telecomunicações. Disponível em <http://super.abril.com.br/tecnologia/fibra-otica-439075.shtml>. Data de acesso: 23/11/2013.

Eduardo Popovici. Trabalho sobre Fibra Óptica – Cabeamento Estruturado. Disponível em <http://www.htbraz.com.br/tutoriais/trabalhos/tfopopovici.pdf>. Data de acesso: 24/11/2013.

Arilson Júnior. O que é Fibra Ótica e como funciona? Disponível em <http://www.oficinadanet.com.br/artigo/redes/o-que-e-fibra-otica-e-como-funciona>. Data de acesso: 10/11/2013.

GALLO, Michael A.; HANCOCK, William M. Comunicação entre Computadores Tecnologias de Rede. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003.

ANTÔNIO, João. Informática para concursos: teoria e questões. 3.ed.rev. e ampliada - Rio de Janeiro: Elsevier, 2006.

MALDONADO, Edison Puig e Dinaldo de Castilho Matos, Aspectos Fundamentais da Tecnologia de Fibras Ópticas, C. Universitário São Camilo, 2003, p:4-5.

TANEMBAUN, Andrews S. Redes de Computadores . 4ª Ed., p:84-89.

TORRES, Gabriel. Redes de computadores: curso completo. Rio de Janeiro: Axcel Books, 2001.

Bibliografia

12. Bibliografia

http://www.hardware.com.br/livros/redes/fibra-optica.html. Acesso em: 20 nov. 2013.

http://www.gta.ufrj.br/grad/01_2/gigabit/principal.htm. Acesso em: 20 nov. 2013.

http://www.tecmundo.com.br/infografico/9862-como-funciona-a-fibra-otica-infografico-.htm. Acesso em: 19 nov. 2013.

http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_fibras_opticas.php. Acesso em: 20 nov. 2013.

http://www.rnp.br/newsgen/0203/fibras_opticas.html. Acesso em: 15 nov. 2013.

http://fisica.cdcc.usp.br/Professores/Einstein-SHMCarvalho/node5.html. Acesso em: 15 nov. 2013.

http://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/wdm1/Fibraspticas-ConceitoseComposio.html. Acesso em: 25 nov. 2013.

http://www.curso-fibraoptica.com.br-artigos-tipos-de-cabo-de-fibra-optica, acessado em 13 de Novembro de 2013.

Obrigado!

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