8. WDMA

O WDMA (Wavelength Division Multiple Access) é um protocolo de acesso múltiplo por divisão de comprimento de onda, pertencente à subcamada de controle de acesso ao meio (MAC - Medium Access Control). Um protocolo de acesso múltiplo é usado com a finalidade de alocação de canais de acesso múltiplo. No caso do WDMA, cada canal é dividido em sub-canais, utilizando-se métodos de multiplexação como o FDM (Frequency Divison Multiplexing), TDM (Time Division Multiplexing) e WDM (Wavelength Divison Multiplexing). Esses subcanais são então alocados dinamicamente, conforme as necessidades. Esse método é muito utilizado em LANs (Local Area Networks - redes locais) de fibra óptica para que se possam realizar transmissões diferentes utilizando comprimentos de onda (freqüências) distintos ao mesmo tempo.

Figura 19 - Multiplexação por Divisão de Freqüência: (a) Larguras de bandas originais; (b) Larguras de banda aumentam de freqüência; (c) Canal multiplexado.

Para possibilitar a realização de várias transmissões ao mesmo tempo, o espectro do sinal é dividido em canais, ou seja, bandas de comprimento de onda, conforme a Figura 19. Nesse protocolo, cada estação pertencente à LAN possui um canal estreito, que servirá de canal de controle para a transmissão de sinais. Além desse canal, é fornecido um canal largo, para permitir que a estação transmita quadros de dados. Asim, temos que são atribuídos um total de dois canais a cada estação de uma LAN óptica.

Cada canal é dividido em grupos de slots de tempo. Será considerado que o número de slots do canal de controle é m e o número de slots do canal de dados é n+1, onde os n primeiros slots são reservados para dados e o último é destinado ao uso por uma estação, para que ela possa informar seu status, especialmente sobre quais slots dos dois canais não estão sendo utilizados. Nesses dois canais, repete-se indefinidamente a seqüência de slots, e o slot 0 é marcado de forma especial para que possam ser detectados por retardatários. Todos os canais são sincronizados através de um único relógio global.

A seguir, apresentamos um esquema com a divisão de slots nos canais de dados e controles.

Figura 20 - Acesso múltiplo por divisão de comprimento de onda (WDMA - Wavelength Division Multiple Access)

Cada estação deve possuir dois transmissores e dois receptores. Um dos receptores deve possuir comprimento de onda fixo, para que possa ouvir seu próprio canal de controle. O outro receptor deve possuir comprimento de onda ajustável, para que seja possível a seleção de um transmissor de dados para escuta. O mesmo ocorre com os transmissores: um deles é ajustável para transmissão nos canais de controle de outras estações e o outro possui comprimento de onda fixo para transmissão de quadros de dados. Assim, é possível que cada estação detecte se existem solicitações recebidas em seu próprio canal de controle e, em seguida seu comprimento de onda é ajustado ao comprimento de onda do transmissor, para que possa receber os dados. Esse ajuste do comprimento de onda é realizado por um interferômetro de Fabry-Perot ou Mach-Zehnder. Esses interferômetros filtram todos os comprimentos de onda, com exceção da banda de comprimento de onda desejada.

O protocolo WDMA pode aceitar três tipos de tráfego:

(1) tráfego do tipo CBR (Constant Bit Rate), ou seja, tráfego onde as conexões possuem taxas constantes de tranmissão de dados, como, por exemplo, vídeo não compactado;
(2) tráfego VBR (Variable Bit Rate), onde as conexões apresentam taxas variáveis de transmissão de dados, como, por exemplo, transferência de arquivos;
(3) tráfego de datagramas, como, por exemplo, pacotes UDP (User Datagram Protocol).

Nos dois primeiros casos (tráfego VBR e CBR), para a estação A se comunicar com a estação B, deve-se primeiramente solicitar conexão. Isso é realizado pela inserção de um quadro CONNECTION REQUEST em um slot livre do canal de controle de B. Caso B aceite, a comunicação no canal de dados de A poderá ser estabelecida.

Supondo que foi estabelecida uma conexão entre as estações A e B para um tráfego do tipo VBR, temos que a estação A precisa configurar seu canal de comunicação. Primeiramente, A deve ajustar seu receptor de dados ao canal de dados de B e aguardar o slot de status da estação B. Esse slot informará quais slots de controle estarão atribuídos e quais estarão livres nesse instante. Na Figura 20, dos dezesseis slots de controle de B, os slots 0, 3, 4, 6, 8, 11, 12 e 14 estão livres. Os restantes estão ocupados.

A estação A precisa escolher um dos slots de controle de B que estejam livres. Supõe-se que A tenha escolhido o slot 6 e sua mensagem CONNECTION REQUEST é inserida nesse slot. Como a estação B realiza o monitoramento de seu canal de controle constantemente, a solicitação é detectada e, como resposta, o slot 6 é atribuído à estação A. Essa atribuição será informada à estação A no slot de status do canal de dados de B. Quando A vê essa informação, sabe que a conexão estabelecida é unidirecional. Caso fosse solicitada por A uma conexão bidirecional, a estação B repetiria esse mesmo procedimento com A.

Caso as estações A e C tenham solicitado no mesmo momento o mesmo slot de controle de B, nenhuma dessas estações obterão êxito, e ambas detectarão essa falha ao monitorarem o slot de status no canal de dados de B. Assim, as duas estações deverão aguardar um período de tempo aleatório e, mais tarde, tentarão novamente estabelecer uma conexão com B.

Após todo esse procedimento, cada estação terá um caminho livre de conflitos para que possa enviar mensagens de controle à outra estação. Deste modo, para realizar uma transferência de arquivos, A envia para B uma mensagem de controle informando a existência de quadros de dados no slot 3 da saída de dados de A. Quando B recebe essa mensagem de controle, seu receptor é ajustado ao canal de saída de A para que se possa ler o quadro de dados. Dependendo do protocolo usado na camada mais alta, a estação B pode usar esse mesmo mecanismo para o envio de uma confirmação, caso deseje. Se as estações A e C possuírem conexões com B e ambas solicitarem que B observe o mesmo slot 3, a estação B irá escolher uma dessas solicitações aleatoriamente, e a outra transmissão será perdida.

Para um tráfego do tipo CBR, o procedimento realizado é parecido. Quando há o requerimento de uma conexão pela estação A, temos o envio simultâneo de uma solicitação para que A lhe possa enviar um quadro de dados no slot 3. Caso B não possua nenhum compromisso anterior em relação ao slot 3, uma conexão com largura de banda garantida será estabelecida. Caso contrário, a estação A poderá realizar uma nova tentativa, com uma outra proposta, dependendo dos seus slots de saída que ainda estiverem disponíveis.

Para o tráfego de datagramas, o procedimento realizado também é muito parecido. Em vez de inserir uma mensagem do tipo CONNECTION REQUEST no slot de controle livre que acabou de encontrar (slot 6 da estação B), a estação A vai inserir uma mensagem DATA FOR YOU IN SLOT 3 (DADOS PARA VOCÊ NO SLOT 3). Caso B esteja livre durante o próximo slot de dados 3, a transmissão será realizada com êxito. Do contrário, o quadro de dados se perderá. Assim, não é necessário nenhuma outra conexão.

É possível que se encontre diversas variações nesse protocolo, decorrentes do fato de que foram propostos e implementados vários protocolos desse tipo. Por exemplo, ao invés de se atribuir a cada estação seu próprio canal de controle, um único canal de controle pode ser compartilhado por todas as estações. Assim, a cada estação será atribuído um bloco de slots de cada grupo e será multiplexado vários canais virtuais em um único canal físico. Além disso, também é possível usar apenas um transmissor e um receptor, ambos ajustáveis por estação. Desta forma, o canal de cada estação estaria dividido em m slots de controle, seguidos por n + 1 slots de dados. No entanto, nesse caso os transmissores teriam que esperar mais tempo para solicitar um slot de controle, e os quadros de dados consecutivos ficariam mais afastados, já que algumas informações de controle estariam a caminho.