O tempo das transmissões de dados é significativamente importante, especialmente à medida que as velocidades de transmissão de dados aumentam para atender às demandas atuais, por exemplo, conteúdo como streaming de vídeo, negociação financeira e serviços baseados em nuvem. Experimentar latência acima do normal em uma ou várias áreas de uma rede leva a tempos de transmissão de sinal de ida e volta mais lentos, colocando uma entidade em desvantagem em relação aos concorrentes ou resultando em clientes/usuários insatisfeitos.
Embora existam muitos fatores em uma rede que contribuem para a latência do sinal de fibra óptica, incluindo não apenas a própria fibra, mas vários tipos de equipamentos instalados na rede, neste artigo, estamos nos concentrando estritamente na latência da fibra – o que é, como é calculado, ferramentas para calcular a latência da fibra e formas de abordar a latência da fibra antes e durante a implantação da rede.
O QUE É LATÊNCIA DE FIBRA?
A latência da fibra é o atraso de tempo que ocorre ao transmitir um sinal de luz em um comprimento de fibra óptica. Em outras palavras, o tempo que leva para o sinal viajar de um ponto a outro dentro da fibra. Para calcular com precisão a latência da fibra, precisamos primeiro discutir alguns dos fundamentos da tecnologia de fibra óptica.
O BÁSICO DE UMA FIBRA ÓPTICA (VERSÃO CURTA)
Uma fibra óptica é um único fio de vidro que, em sua forma bruta fabricada (fibra óptica nua), consiste em três camadas – o núcleo, o revestimento e uma fina camada de revestimento protetor. O núcleo de vidro da fibra transporta o sinal de luz, enquanto o revestimento de vidro é projetado para conter o sinal de luz dentro do núcleo; e por último, o revestimento é simplesmente para fornecer à fibra uma camada mínima de resistência e proteção.
Um exemplo da construção e tamanhos desses segmentos pode ser visto em uma fibra óptica monomodo padrão G.652 típica, onde o núcleo tem aproximadamente 9um de tamanho, o revestimento é de 125um e o revestimento externo é de 125um, resultando em total diâmetro da fibra de cerca de 250um.
É importante notar que o núcleo de vidro é fabricado com um valor específico de índice de refração (IOR), também conhecido como índice de refração, enquanto o revestimento de vidro é fabricado com um IOR diferente para conter efetivamente o sinal dentro do núcleo durante a transmissão . O IOR de um meio, neste caso fibra óptica, desempenha um papel fundamental na determinação do tempo que leva para um sinal de luz transmitir através da fibra.
VELOCIDADE DA LUZ EM UMA FIBRA ÓPTICA E IOR
O índice de refração é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em um meio como ar, água ou, neste caso, uma fibra de vidro. O IOR do vácuo é 1, o IOR do ar é de aproximadamente 1,0003, enquanto o índice de refração do núcleo de vidro de uma fibra óptica é de cerca de 1,468. O que isso demonstra é que a luz viaja mais rápido no vácuo do que no ar e viaja mais rápido no ar do que em um meio como uma fibra óptica.
No espaço livre, a velocidade da luz é de cerca de 299.792.458 metros por segundo. Usando isso junto com o IOR ou o núcleo, pode-se calcular a latência de um sinal de luz em uma fibra com bastante facilidade. Na próxima seção, mostraremos a equação usada para calcular a latência da fibra junto com um exemplo usando uma marca comum de fibra óptica implantada extensivamente em redes globais.
A equação relacional entre a distância, a velocidade da luz e o IOR para um meio é:
Distância = Velocidade da Luz / IOR
Assim, ao calcular a latência da fibra, se usarmos o valor de velocidade da luz, fibra óptica monomodo Corning® SMF-28® Ultra e seu valor IOR de núcleo de 1,4682 em um comprimento de onda de sinal de 1550nm, a equação resultante é:
Distância = 299.792.458 metros por segundo / 1,4682
Esta equação resulta em uma distância de 204.190.476 metros por segundo, ou arredondado para aproximadamente 204.191 metros por microssegundo, apoiando o fato de que um sinal de luz viaja mais lentamente através de um meio como uma fibra de vidro do que no espaço livre.
Usando esta equação com dados IOR conhecidos para qualquer fibra óptica, pode-se calcular uma distância inserindo um valor de latência ou determinar o valor de latência para uma distância especificada.
Nota técnica: Como o IOR muda ao transmitir diferentes comprimentos de onda, a maioria dos fabricantes de fibra óptica fornece valores de IOR em comprimentos de onda específicos, como 1310nm e 1550nm para fibras monomodo. Esta especificação está disponível nas fichas técnicas que fornecem para cada fibra específica.
Como pode ser complicado encontrar e reunir esse tipo de dados, existem ferramentas disponíveis, como a Calculadora de latência de fibra óptica , que já compilaram e incluíram esses dados para muitas fibras monomodo e multimodo populares dos principais fabricantes, permitindo calcular a latência valores ou distâncias de forma rápida e fácil.
FATORES QUE AFETAM A LATÊNCIA DA FIBRA
Na maioria dos casos, a distância é sempre o fator principal e, às vezes, o único fator considerado por aqueles que lidam e abordam a latência da fibra. Afinal, a distância física é de fato um fator significativo e também a maioria dos dispositivos de teste de fibra óptica de hoje que são usados ​​para testar e caracterizar fibras ópticas, OTDRs como exemplo, fornecem resultados baseados em distância ou comprimento em oposição ao atraso de tempo.
No entanto, a distância física ou o comprimento de uma fibra não é o único fator a ser considerado ao determinar a latência da fibra. Vamos dar uma olhada em apenas alguns dos principais fatores específicos de fibra que podem afetar ou impactar os valores de latência em uma rede e devem ser levados em consideração.
DISTÂNCIA / COMPRIMENTO DA FIBRA
Conforme observado acima, a distância física de um comprimento de fibra é o principal fator em termos de latência resultante. Simplificando, leva mais tempo para um sinal viajar em uma distância de 10 km de fibra do que em uma distância de 5 km.
Sempre que mais fibra for adicionada em um intervalo, isso resultará em um valor de latência maior. Por exemplo, a distância total da fibra entre dois pontos em uma rede pode ser de 100 km, mas uma fibra de compensação de dispersão pode ser necessária para minimizar os efeitos negativos da dispersão cromática. O comprimento da fibra compensadora de dispersão dependerá de suas características de dispersão negativa, mas em alguns casos, pode exigir até 10% do comprimento total da fibra. Neste exemplo, isso adiciona 10 km, então o comprimento resultante agora é de 110 km. Também deve ser observado que a simples adição de cabos de conexão ao conectar equipamentos ou cabeamento estruturado entre racks também adiciona mais fibra que afeta o valor total da latência.
Em redes orientadas por latência, os engenheiros fazem um grande esforço para tentar equalizar esses comprimentos de fibra física que chegam ao data center, bem como dentro da instalação ao tentar sincronizar o tempo do sinal ou fornecer desempenho correspondente entre várias fibras.
Além do cabeamento estruturado, os engenheiros costumam implantar atrasos de tempo ópticos , que são fibras enroladas em comprimentos de precisão que permitem o ajuste fino das distâncias das fibras e, assim, ajudam a ajustar ou equalizar os valores de latência com precisão.
TIPO DE FIBRA OU MARCA
Como cada fabricante de fibra possui abordagens e receitas diferentes para produzir suas fibras, deve-se considerar o tipo ou marca da fibra ao pensar na latência da fibra. Como exemplo, enquanto uma fibra pode ter um índice de refração de 1,468 @ 1550 nm, uma fibra G.652D comparável de outro fabricante pode ser ligeiramente menor em 1,467 @ 1550 nm.
Com o índice de refração sendo uma parte da equação ao determinar a latência da fibra, haverá uma melhoria mínima da latência utilizando a última fibra ao simplesmente considerar apenas a própria fibra. No entanto, no escopo do desempenho total da rede, além da latência da fibra, todos os fatores de desempenho (como perda/atenuação) também serão considerados e desempenharão papéis importantes, portanto, um índice de refração menor não significa que a fibra seja necessariamente a melhor escolha para a rede.
Como os diferentes tipos e marcas de fibra têm diferentes índices de refração e comprimentos de onda diferentes, é importante testar e avaliar diferentes tipos de fibra na configuração de laboratório ao determinar a melhor correspondência de fibra para uma rede. A utilização de emuladores profissionais de rede e link de fibra para esforços de P&D e certificação fornece a maneira mais precisa de emular exatamente as características reais de desempenho da fibra e as características de latência esperadas no ambiente de teste, pois você pode especificar vários tipos e comprimentos para fins de avaliação.
COMPRIMENTO DE ONDA DO SINAL TRANSMITIDO
Diferentes comprimentos de onda de luz têm diferentes valores de IOR quando transmitidos em uma fibra óptica, portanto, com o índice de refração sendo um componente chave na equação de latência, o valor de latência mudará com base no comprimento de onda que está sendo transmitido. Os fabricantes de fibra óptica normalmente fornecem uma especificação de valor IOR típica para fibras monomodo em 1310nm e 1550nm, enquanto as fibras multimodo são especificadas em 850nm e 1300nm. Por fim, os valores de IOR fornecidos para fibras normalmente se referem ao índice de refração do grupo efetivo.
Um fator pouco conhecido, mas as mudanças de temperatura têm impacto nas propriedades do vidro. Embora tenha um impacto menor no escopo da latência da fibra em comparação com outros fatores, uma mudança de 1℃ na temperatura alterará o valor do IOR em 1 dígito na 5ª casa decimal. Uma fibra em uma cabana sem temperatura controlada em uma rede pode sofrer uma mudança de temperatura de 20 ℉ no inverno para 85 ℉ no verão, o que equivale a uma mudança de 36 ℃, o que significa que um IOR muda de 1,46820 para 1,46856. Novamente, não é uma mudança muito significativa com a qual a maioria das pessoas não se preocupe, mas para uma rede de negociação financeira onde cada fração de segundo é importante, essas mudanças também podem ser contabilizadas de acordo.
USANDO DIFERENTES DISPOSITIVOS DE TESTE E CONFIGURAÇÕES DE DESEMPENHO
É um fato conhecido e esperado que o uso de diferentes dispositivos para testar comprimentos de fibra pode e muitas vezes produz resultados diferentes. Como a maioria dos produtos disponíveis no mundo, cada fabricante de dispositivo de teste constrói seu próprio dispositivo de maneira diferente em termos de peças, lasers, configurações, software e tolerâncias. Embora fundamentalmente semelhantes e muitas vezes baseadas na mesma tecnologia, essas diferenças, juntamente com os tipos de recursos e as configurações específicas que um usuário seleciona, geralmente levam a resultados diferentes.
Tome um OTDR por exemplo. Dois tipos comparáveis ​​de fabricantes líderes são ambos ótimos instrumentos, mas devido a diferenças simples de software ou configurações que um usuário escolhe, um pode testar um comprimento de até 20.004 metros, enquanto o outro pode testá-lo até 20.001 metros. Pode-se dizer que é apenas uma diferença de 3 metros e para a maioria das aplicações está perfeitamente bem, mas para uma entidade orientada por latência como um operador financeiro de alta velocidade, 3 metros é muito quando eles estão tentando alcançar tolerâncias para polegadas ou menos se possível.
FERRAMENTAS PARA CALCULAR E EMULAR A LATÊNCIA DA FIBRA
Como a própria fibra desempenha um papel tão importante na latência geral de uma rede, calcular com precisão seus valores de latência e determinar seu impacto geral é muito importante ao projetar novas redes, arquitetar rotas de fibra e certificar novos equipamentos a serem usados ​​na rede. Felizmente, existem algumas ferramentas valiosas e comprovadas disponíveis para engenheiros que procuram resolver isso de forma eficaz.
CALCULADORA DE LATÊNCIA DE FIBRA ÓPTICA
Disponível na M2 Optics, esta ferramenta gratuita e para download compilou as especificações de índice de refração para os tipos e marcas mais comuns de fibras monomodo e multimodo dos principais fabricantes. Ele permite que um usuário insira uma distância e calculará a latência da fibra resultante em microssegundos ou nanossegundos, ou o usuário pode inserir o valor de latência e calcular a distância da fibra resultante.
Essa ferramenta é obrigatória para qualquer pessoa que precise realizar cálculos rápidos de latência, avaliar impactos de latência de várias fibras ou aprender sobre latência de fibra. Além disso, o M2 atualiza a ferramenta periodicamente para incluir fibras adicionais ou novas, agregando ainda mais valor ao usuário.
Veja/Baixe a Calculadora de Latência de Fibra Óptica
FIBER LAB – EMULADORES DE REDE E LINK
Para engenheiros que trabalham no laboratório de teste que exigem carretéis de fibra óptica para testar e validar características de desempenho óptico e valores de latência, as soluções Fiber Lab da M2 Optics fornecem a abordagem mais precisa e eficiente para emular exatamente a arquitetura de fibra física.
Personalizado para as necessidades de cada usuário, o Fiber Labs oferece todos os tipos de fibra, comprimentos (por distância ou valor de atraso) e configurações de configuração em uma ampla seleção de gabinetes portáteis ou montados em rack. Além de proteger a fibra e os conectores durante o uso, proporcionam resultados consistentes da forma mais organizada e profissional. Como esses emuladores incluem o(s) comprimento(s) completo(s) da fibra real, o usuário não apenas se beneficia de receber os valores reais de latência da fibra, mas todas as outras características importantes da fibra, como dispersão cromática, que são fatores na transmissão de sinal baseada em fibra. Em outras palavras, o uso de fibra real replica exatamente a extensão real da rede de fibra.
Esteja um engenheiro avaliando vários tipos de fibra para determinar a melhor combinação para uma rede futura ou emulando uma rede completa existente ao certificar novos equipamentos antes da implantação, os Fiber Labs são a escolha confiável globalmente pelas principais entidades pelo valor que oferecem.