Objetivo
Serão apresentadas, neste documento, diferenças entre links micro-ondas [1] e de fibra considerando óticas de abordagem nos aspectos físicos e econômicas sem subjetividade para que fiquem claro os benefícios de uma tecnologia em relação à outra.
Introdução
Rádio [2] e fibra são as duas tecnologias mais conhecidas e disponíveis para entrega de links dedicados hoje em dia. Apesar de competirem lado a lado no mercado de telecomunicações suas origens são bem distintas. As ondas de rádio foram descobertas em 1886 e as primeiras transmissões de fato ocorreram apenas em 1901. Já a tecnologia de fibra óptica, apesar do princípio que a torna possível ter sido descoberto em 1840, seu desenvolvimento e aplicação de fato para transmissão de dados só veio ocorrer na década de 1970. Por ser uma tecnologia muito mais recente, a fibra óptica é encarada como uma melhor opção em estabilidade, disponibilidade e latência [3]. Isto é verdade quando comparada ao cabo de cobre elétrico, mas não à tecnologia de comunicação sem fio fixa. É importante dar-se atenção às nomenclaturas corretas de cada tecnologia.
Abaixo [figura 1] está um simples comparativo entre a fibra óptica e o cabo de cobre elétrico.
Comunicação sem fio fixa?
Em inglês “Fixed Wireless Communication” é o termo adequado de como é entregue o link dedicado via rádio. Como as comunicações sem fio podem ser feitas desde rádios AM e FM, celulares, passando pela sua conexão Wi-Fi em casa e indo até comunicações via satélite e comunicações com objetos enviados para o espaço, é importante frisar como é feita a transmissão dos dados.
Em oposição a todos os exemplos citados de transmissão sem fio, que necessitam ou permitem que o cliente ou receptor se mova dentro de uma área de cobertura, a comunicação do link via rádio é fixa em ambos os lados. Utilizando antenas direcionais com aberturas de poucos ou menos de 1 grau em alguns casos, a emissão e recepção das micro-ondas é completamente dedicada na ligação emissor-receptor, deixando pouquíssimo espaço para interferências e intempéries, que são as maiores crenças associadas a esse tipo de transmissão.
Rádio: verdades longe de absolutas
É fato que muitas empresas já experimentaram o rádio no uso de links dedicados e tiveram experiências insatisfatórias. O que não é fato é que os problemas experimentados por tais empresas se deram pela tecnologia em si. O avanço da tecnológico na área da redução de ruídos e aumento de taxas de transferência em links sem fio nos últimos anos foi significativo, mas não os cito como fatores determinantes na confiança do uso de comunicação sem fio fixa. Sabe-se que a maioria dos provedores que entregaram e ainda entregam serviços de má qualidade com rádio o fazem por falta de pelo menos um dos estágios abaixo.
Estágios para um bom projeto de comunicação sem fio
Estudo e dimensionamento: Projetos de rádio são, por sua natureza, customizados. É necessário um estudo das áreas e pontas envolvidas para o link, seja em termos de medição de frequências, seja por fatores geográficos como bolsões d’água e relevos ou mais ainda pelo cálculo matemático necessário para saber o qual a performance esperada do sistema. Essa análise é primordial para conseguir definir os melhores equipamentos e frequências a fim de otimizar ao máximo o link entregue. O que vemos por aí é apenas a utilização de rádios e antenas padrão para qualquer tipo de cenário. Uma instalação sem projeto está fadada a gerar problemas.
Instalação: Pouco adianta um ótimo projeto feito sem profissionais competentes para instalá-lo. A instalação de acordo com as métricas explicitadas pelo projetista é tão importante quanto o projeto em si. O uso de materiais adequados e de qualidade, o apontamento milimétrico das antenas e a configuração correta dos equipamentos são algumas das diversas boas práticas que devem ser aplicadas para garantir que o link irá funcionar com pouca ou nenhuma manutenção.
Eletricidade: Os equipamentos são eletrônicos, ou seja, não funcionam sem uma fonte de energia. Outro fator que inviabiliza um bom projeto e uma boa instalação é a falta de preocupação com o uso de equipamentos robustos e redundâncias (banco de baterias e grupo geradores) na parte elétrica dos pontos de presença [4]. Depender apenas do fornecimento de energia pelas concessionárias é uma receita para o desastre. Muitas das associações de que o rádio é dependente de fatores climáticos vêm da falta de preparação desse estágio.
Redundâncias: Planeje para falha e ela não acontecerá. Este não é válido apenas para comunicação sem fio. Um circuito de comunicação é composto por diversos pontos de falha e deve conter diversas redundâncias, seja em links, cabos, roteadores etc. Muitos provedores pensam em economizar na instalação de um cliente sem colocar em conta que o custo de manutenção não programadas e da experiência de um cliente sem seu serviço é um TCO [5] muito maior.
Rádio x fibra
Com as adequadas normalizações sobre o conhecimento da tecnologia de comunicação sem fio, é possível prosseguir com as comparações de resultado e do que cada mídia entrega sem contar os fatores humanos no processo como projetos e instalações mal realizadas. Serão utilizados três pilares para análise: Performance, Disponibilidade e Custos e Implantação.
Performance
Talvez o mais controverso dos tópicos de comparação seja a performance que cada tecnologia entrega. Muitos profissionais ainda têm como verdade absoluta a superioridade da fibra sobre o rádio micro-ondas. Isso se dá pela falta de pesquisa sobre o assunto, mas principalmente pela experiência com a falha de provedores no passado.
Em termos gerais é uma questão física: o rádio micro-ondas tem uma latência menor do que a fibra. De qualquer forma, antes de abordar o assunto é importante alinhar um termo que é comumente utilizado de forma errada até mesmo pelos provedores e sites de testes de performance:
Essa definição, obviamente, vale para qualquer valor de Mega bits por segundo. Essa unidade se refere à quantos bits em paralelo estão sendo transmitidos ou recebidos durante um segundo. Uma boa analogia é o tamanho de uma mangueira de água. Quanto mais larga a mangueira maior o fluxo de água num determinado intervalo.
Velocidade, na física, relaciona a variação da posição no espaço em relação ao tempo, ou seja, qual a distância percorrida por um corpo num determinado intervalo temporal. Em telecomunicações isso é a latência do link, que é o tempo que um pacote de determinado tamanho demora para percorrer, fisicamente, uma distância (origem ao destino).
Com esse conhecimento pode-se considerar dois fatores principais que fazem com que o link micro-ondas seja mais veloz, ou seja, entregue pacotes com maior rapidez do que se utilizando fibras ópticas.
Distância: links de rádio fixos são sempre feitos em linha reta. É utilizado o princípio universal da menor distância entre dois pontos. Por questões práticas de instalações em cidades a fibra óptica sempre terá que cobrir uma distância física maior. Seguindo ruas, postes ou fazendo voltas em estruturas. Para piorar, a fibra ainda precisa de mais equipamentos de replicação para atingir a mesma distância, o que aumenta o tempo de processamento dos pacotes e por conseguinte a latência final. Além disso, deve-se adicionar o índice de refração dentro da fibra: mesmo que esta estivesse em linha reta a distância total seria maior do que o percorrido pelas micro-ondas, já que a luz dentro da fibra precisa ser refletida [figura 2].
Velocidade: as micro-ondas fazem parte do espectro eletromagnético que vai desde ondas de rádio até raios gama e passando pela luz visível. Enquanto a transmissão via micro-ondas é feita com a velocidade da luz no ar, que é 299.792.458 metros por segundo ou 299,792 metros por microssegundo, a fibra óptica sofre uma queda significativa devido justamente ao seu índice de refração e fica em torno de 204,000 metros/?s.
Para demonstrar isso, foi realizado um estudo pela M2 Optics [6] utilizando dois topos de fibra “Single Mode” (G.652 e G.655) de duas fabricantes líderes de mercado que são comumente utilizadas ao redor do mundo. Os valores dos índices de refração dependentes dos comprimentos de onda, bem como sua velocidade efetiva final são demonstradas na tabela abaixo. Os índices de refração são baseados no que é publicado pelos próprios fabricantes.
Com esses números em mãos, é possível fazer um rápido cálculo de latência esperada em cada uma das tecnologias. Utilizando como base uma distância de 50 km e convertendo a unidade para padronizar a equação, temos 50 mil metros. Como a latência é o tempo para um pacote percorrer a distância de ida e volta entre dois pontos, a distância total é de 100 mil metros. Agora basta dividi-la pelas velocidades efetivas de cada mídia para determinar as suas latências mínimas.
Dada a distância acima pode-se concluir que a velocidade da transmissão em micro-ondas é no mínimo:
* – Não foi somado nem o tempo de processamento de equipamentos que seriam necessários para interligar as várias fibras dadas a distância utilizada, nem a adição necessária da distância na instalação da fibra, como explicado anteriormente. Apenas assumimos a existência de uma fibra óptica em linha reta. Em uma aplicação no mundo real esse número ainda aumentará. Em ambos os casos não foi adicionado também o tempo de processamento dos equipamentos em cada ponta.
Disponibilidade
Assim como performance, existe uma crença sobre links em fibra óptica serem mais confiáveis que os seus correlatos em micro-ondas. Os argumentos contra a tecnologia via rádio são normalmente interferências e fatores climáticos. Já a fibra óptica possuí um problema inerente ao seu formato de implementação. Para que haja um link de comunicação entre dois pontos via micro-ondas é necessário apenas equipamentos instalados em ambas as pontas e nenhum componente material no meio. Já a fibra necessita do oposto. Sem a passagem física dos cabos para interligar dois pontos não há conexão. Cabos sofrem com a degradação material normal e estão expostos a rompimento por obras ou manutenção da cidade, considerando o melhor caso de estarem enterrados. Utilizando o exemplo da cidade do Rio de Janeiro, a maioria das fibras está suspensa em postes. Instaladas em estruturas sem padronização e fadadas a problemas.
Logo abaixo [figura 3] há um exemplo de uma instalação de fibras em postes localizados na cidade do Rio de Janeiro. Tal exemplo não se trata de uma exceção, mas sim a realidade da infraestrutura de fibras nos centros urbanos brasileiros.
Com este tipo de infraestrutura qualquer manutenção é demorada e imprecisa, além da grande possibilidade de uma empresa ou órgão mantenedor comprometer o serviço de outras empresas que também estão presentes nestes locais. Fibras que se romperam as vezes precisam de dias para que sejam restabelecidas. Já com a tecnologia via rádio é possível efetuar a troca do equipamento em poucas horas.
Custos e implantação
A implantação de circuitos via rádio também é outro fator de destaque, sendo mais ágil e barata que seu relativo em fibra. Talvez a principal porta de entrada da tecnologia micro-ondas tenha sido a facilidade de chegada em lugares onde a fibra ainda não está presente e até em locais que talvez venha a estar, por valores proibitivos ou até por falta de liberação para passagem. Assim empresas que não teriam escolhido a tecnologia via rádio tiveram e a oportunidade de conhecer todos os benefícios já mencionados acima.
Como observado acima [Figura 4] os custos da implantação da fibra sobem gradualmente de acordo com a distância. Já com micro-ondas, há apenas a adição do número de antenas, se mantendo, em geral, estáticos sobre distâncias maiores de 20 km. A implantação da fibra necessita que seja dividida entre diversos clientes de uma região. Dificilmente há uma implantação de circuito de fibra para atender um cliente em específico e quando há a necessidade de implantação em locais não atendidos, pois não há como fazê-lo sem pelo menos 30 dias. Nos links via rádio, podemos entregar um circuito dedicado para cada cliente com implantações que duram não mais do que um ou dois dias desde seu projeto até sua entrega.
Considerações finais
Como foi possível observar neste documento, ainda existem muitos mitos na hora da contratação de links de Internet corporativos. O desconhecimento de que os circuitos via micro-ondas podem entregar uma melhor performance e disponibilidade com uma fração do custo dos circuitos em fibra.
Glossário
1. MICRO-ONDAS: Forma de radiação eletromagnética com frequências e seus comprimentos de onda na seguinte faixa: 300 MHz (100 cm) e 300 GHz (0.1 cm). É um subconjunto das ondas de rádio.
2. RÁDIO: Forma de radiação eletromagnética com frequências e seus comprimentos de onda na seguinte faixa: 30 Hz (10.000 km) e 300 GHz (0.1 cm). Como todas as outras formas de ondas eletromagnéticas, ondas de rádio viajam a velocidade da luz no vácuo.
3. LATÊNCIA: Em geral, latência é o intervalo de tempo entre estímulo e resposta. Em telecomunicações, consideramos latência o tempo que um determinado pacote é recebido e devolvido à origem entre dois pontos definidos da rede.
4. PONTO DE PRESENÇA: Locais de presença da rede de um provedor.
5. TCO: O termo em inglês “Total Cost of Ownership” ou custo total de propriedade, é uma estimativa financeira para facilitar a compreensão de todos os custos envolvidos (diretos e indiretos) ao adquirir um produto, sistema ou serviço.
6. M2 OPTICS: Empresa americana fundada em 2001 que oferece soluções customizadas voltadas para fibra óptica.
7. SLA: O termo em inglês “Service-level agreement” ou nível de acordo de serviço, é um acordo feito entre um provedor e um cliente sobre aspectos particulares de um serviço a ser prestado. Exemplos dos aspectos cobertos pelo acordo são: qualidade, disponibilidade, responsabilidades etc.
Fontes
• https://en.wikipedia.org/wiki/Radio
• https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber
• https://en.wikipedia.org/wiki/Fiber-optic_communication
• https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_telecommunication
• https://en.wikipedia.org/wiki/Speed
• https://en.wikipedia.org/wiki/Microwave
• https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_wave
• https://en.wikipedia.org/wiki/Latency_(engineering)
• https://en.wikipedia.org/wiki/Total_cost_of_ownership
• https://en.wikipedia.org/wiki/Service-level_agreement
• https://swginc.com/top-5-reasons-fixed-microwave-better-fiber-optic-cable/
• https://www.quora.com/Which-one-has-a-lower-latency-fiber-optics-or-wireless-radio-waves
• http://www.m2optics.com/blog/bid/70587/Calculating-Optical-Fiber-Latency
