LAN Óptica Passiva

Durante décadas, a Local Area Network (LAN) tem sido a base das arquiteturas de TI para empresas. Com dispositivos de agregação e comutação em cascata unidos por cabeamento de cobre, essas redes sofisticadas têm resistido a um fluxo de mudanças sem fim, desde o acesso de melhor esforço até o sempre disponível, da conexão de computadores até a conexão de pontos de acesso Wi-Fi, câmeras e dispositivos de IP, e de vírus mal-intencionados até uma variedade de ameaças à segurança que incluem roubo de dados e espionagem. Entretanto, as limitações de largura de banda do cabeamento de cobre muitas vezes exigem uma abordagem do tipo “remoção e substituição” disruptiva para acompanhar a evolução dos requisitos tecnológicos. A necessidade de evitar as limitações de largura de banda de cabos de categoria de cobre levou ao desenvolvimento de uma nova arquitetura baseada em fibra óptica, chamada LAN óptica passiva (POL).

A POL é uma derivada das Redes Ópticas Passivas (PONs, Passive Optical Networks), usadas nas arquiteturas de FTTC bem-sucedidas que são implantadas pelos Provedores de Serviços de Telecomunicações. A rede PON é feita sob medida para uso interno, encolhendo o dispositivo de extremidade óptico para elétrico, chamado de Terminação de Rede Óptica (ONT), para o tamanho de um quadro elétrico CA para fácil instalação. Outras adaptações ONT incluem a capacidade de alimentar dispositivos PoE e a adição de protocolos Ethernet avançados necessários para conectividade em um ambiente de trabalho corporativo moderno. Em todos os outros aspectos, a arquitetura POL é consistente com sua “prima” de telecomunicações.

POL usa uma Terminação de Linha Óptica (OLT) comum para conectar cabos de fibra a ONTs nas extremidades da rede LAN. Para minimizar os custos de cabeamento, os divisores ópticos passivos dividem as fibras em múltiplas trajetórias independentes (por exemplo, 1x8, 1x16, 1x32) para conexão aos dispositivos finais. Os ONTs, por sua vez, se conectam a telefones, computadores, monitores de vídeo, pontos de acesso Wi-Fi, câmeras, pontos terminais de prédios inteligentes etc.

Consulte a Figura 1 para visualizar um diagrama de blocos de uma rede POL típica.

As POLs alteram os caminhos de conexão, mas não os pontos terminais da LAN, de modo que as mesmas conexões e serviços de rede sejam mantidos. Computadores desktop, telefones, pontos de acesso Wi-Fi, vigilância de segurança e videoconferência são conectados através de cabos de fibra ultrarrápidos e de alta largura de banda. A eliminação das LANs baseadas em cobre permite a remoção de equipamentos caros e restritos pela largura de banda no meio da rede, melhora a segurança ao reduzir o número de pontos de rede que são vulneráveis (por exemplo, acesso ao equipamento e gerenciamento humano), reduz as despesas gerais diminuindo o custo e o peso do cabo e elimina a necessidade de substituir o cabeamento quando a demanda de largura de banda muda. Quando os dispositivos finais mudam ou é necessária mais largura de banda, as únicas atualizações necessárias são feitas no OLT e no ONT. Ou seja, o cabeamento de fibra nunca precisará de atualização.

Energia – calcanhar de aquiles ou capacitador de implantação?

A única preocupação com a POL é como fornecer energia aos muitos ONTs. O método convencional de fornecer energia localmente a partir de uma tomada CA é caro e problemático. O custo de se ter uma tomada CA pode ser muito caro, às vezes, custando até US$ 1500. Mesmo quando uma tomada CA existente está disponível, a acessibilidade ao público pode resultar em quedas de energia, caso seja desconectada acidentalmente por um usuário desavisado. Além disso, quando é necessário a bateria reserva, um UPS grande é necessário em cada ONT protegido. Isso não apenas aumenta o custo de capital, mas também cria uma despesa operacional recorrente para manter as baterias. Claramente, para o POL se tornar a solução padrão para arquiteturas de LAN, foi necessária uma solução de energia melhor.

Os problemas de energia local levaram ao desenvolvimento de uma nova solução conhecida como RLP (Energia de Linha Remota). Com o RLP, a energia para o ONT não é fornecida por uma tomada CA local, mas por uma fonte de alimentação localizada em um local central, podendo estar até a alguns metros de distância. A energia é fornecida através de cabos de cobre convencionais conectados ao ONT. Os cabos podem ser instalados atrás da parede, resolvendo o problema de uma desconexão acidental.

Há três requisitos elétricos fundamentais para uma rede RLP. Primeiro, ela deve fornecer energia suficiente para energizar os ONTs. Um ONT típico de 4 portas que fornece PoE a dispositivos a jusante consome cerca de 60-70 Watts. Segundo, a tensão deve ser de pelo menos -50 Vcc no ONT para fornecer energia PoE+ aos dispositivos a jusante. Em terceiro lugar, a rede de energia deve atender aos requisitos do National Electrical Code™.

O Artigo 725 do NEC define um tipo especial de circuitos de energia remota, conhecidos como circuitos de Classe 2. Para garantir a segurança e a prevenção de incêndios, esses circuitos são limitados a uma potência máxima de 100 W e tensão máxima de 60 V CC. Além disso, eles devem atingir o limite de 100 W, mesmo quando o circuito de proteção principal não funcionar corretamente. A conformidade com a Classe 2 oferece enormes benefícios de instalação, pois eles podem ser implantados sobre cabos de cobre convencionais sem a necessidade de conduíte ou certificação por eletricistas licenciados.

Como funciona

A fonte de alimentação para uma rede RLP é um retificador de -48 Vcc e uma sala de baterias. Frequentemente esse é o mesmo equipamento usado para alimentar o OLT e o equipamento de rede. Para maximizar o alcance, a instalação de -48 V se conecta a um conversor CC-CC especial que eleva a tensão para uma saída constante de -57 Vcc que, por sua vez, se conecta aos cabos.

O que torna os conversores CC-CC especiais é o recurso de limitação de corrente ativa integrado, que limita a potência a um máximo de 100 W por circuito. O nível de tensão de -57 Vcc está em conformidade com a exigência de tensão NEC, é maior que a exigência de -50 Vcc para PoE+ no ONT e é suficiente para superar a queda de tensão nos cabos de cobre que permite que os circuitos atinjam ONTs na borda da rede. Por exemplo, um cabo 18AWG pode alimentar ONTs a até 300-400 pés de distância da fonte de alimentação.

A rede RLP é representada na Figura 2.

O design da arquitetura RLP varia conforme o local. O layout geral da instalação, a disponibilidade de espaço de riser, a disponibilidade de espaço nas Instalações de Distribuição Intermediária (IDFs) e o número e a localização dos ONTs, todos contribuem no projeto. Há duas arquiteturas principais para a implantação de redes de POL alimentadas com Energia de Linha Remota. Na Arquitetura RLP Distribuída, a energia CA é fornecida no riser para o equipamento de energia localizado em andares selecionados na instalação. Na Arquitetura RLP Centralizada, o equipamento de energia e bateria de -48 Vcc estão juntos em um local central, frequentemente no primeiro andar ou no subsolo. Os cabos transportam energia CC para os conversores CC-CC colocados nos pisos. Em ambos os casos, o cabo de cobre é implantado ao lado da fibra para cada ONT.

Conclusão

POL é uma solução de LAN baseada em fibras e preparada para o aumento contínuo na demanda de largura de banda em um prédio ao longo de um campus. Quando as demandas de largura de banda aumentarem no futuro, por exemplo, de 1 gigabit para 10 velocidades de gigabit, os únicos itens a serem substituídos são os eletrônicos nos pontos terminais (OLT e ONT). A infraestrutura da fibra permanecerá intacta. Da mesma forma, o cabeamento de cobre usado em redes de Energia de Linha Remota é um investimento único. O método RLP reduz o custo geral de instalação, melhora a confiabilidade ao disponibilizar uma bateria de reserva consolidada e garante a conformidade com a NEC. A combinação de fibra com cobre oferece a melhor solução para implantações de LAN.