martes, 6 de septiembre de 2011

Redes DWDM metropolitanas. Explosión de la capacidad de las redes MAN

Durante los últimos años, DWDM ha sido una de las soluciones tecnológicas que más atención ha suscitado dentro del campo de las comunicaciones ópticas. La madurez de esta tecnología y la explosión de la demanda de ancho de banda en las redes de acceso y metropolitanas han propiciado su adaptación desde entornos de largas distancias a entornos metropolitanos, presentándose como una de las alternativas más atractivas en cuanto a prestaciones-coste.



En la actualidad y pese a la actual crisis económica mundial, estamos asistiendo a una auténtica revolución de las telecomunicaciones avanzadas, derivada principalmente de la liberalización del sector y el crecimiento de los usuarios de Internet y de la telefonía móvil. De hecho, durante los últimos años se han registrado tasas de crecimiento del número de usuarios y de tráfico superiores al 100% y al 50%, respectivamente. Según datos de RHK (www.rhk.com), el ancho de banda que soportarán las redes de telecomunicaciones se incrementará alrededor de un 300% de ocho a diez años.
Esta situación ha propiciado la instalación de redes de gran capacidad y bajo coste basadas en la fibra óptica como medio de transmisión. La única tecnología hoy capaz de explotar todo el ancho de banda ofrecido por la fibra óptica es DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), que permite además una evolución flexible y económica de las redes actuales que dé respuesta a la demanda de mayor ancho de banda por parte de los nuevos servicios multimedia. Pero como DWDM requiere componentes ópticos muy complejos y caros, desde su aparición se ha utilizado principalmente en enlaces punto a punto de larga distancia. No obstante, la enorme demanda de ancho de banda y su madurez tecnológica ha permitido su introducción en las redes metropolitanas.
Mientras en los entornos de larga distancia, DWDM es prácticamente la única solución viable, en el sector metropolitano aparecen diferentes alternativas y su elección depende del modelo de negocios del proveedor de servicios en cuestión. La aplicación de DWDM a este entorno de cortas distancias se ha posibilitado por la búsqueda de un balance entre precio y rendimiento de los componentes ópticos, bastante más sencillos y baratos que los utilizados para entornos de largas distancias donde el principal reto actual reside en conseguir un mayor número de longitudes de onda sobre mayores distancias, forzando a los fabricantes a suministrar componentes aún más caros y de mayor rendimiento.
La principal ventaja de esta tecnología es el alto ancho de banda que ofrece. Los sistemas DWDM comercialmente disponibles para largas distancias soportan en la actualidad hasta 800 Gbps (80 longitudes de onda a 10 Gbps), superando el cuello de botella alcanzando en SDH/SONET en 10 Gbps correspondientes a un STM-64/OC-192. También cabe destacar su transparencia, pues en cada una de las longitudes de onda se pueden ubicar diferentes tasas de bit y protocolos de las capas superiores, e incluso señales previamente multiplexadas por división en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing). Los sistemas instalados actualmente transportan, entre otras opciones, PDH (140/565 Mbps), SDH/SONET (155/622/2.500/10.000 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (1.250 Mbps), Fibre Channel (100 Mbps), etc. Por otro lado, aunque los sistemas DWDM son relativamente caros debido a la necesidad de componentes ópticos muy avanzados, la reducción en equipamiento y fibras supone una reducción de costes relativamente grande en sus inversiones y en su mantenimiento.

Aplicación en las redes metropolitanas
Las redes DWDM de larga distancia suelen basarse en enlaces punto a punto, y, por lo general, no suelen utilizar ningún tipo de protección. Se pueden distinguir cuatro tipos de sistemas: amplificador óptico de línea u OLA (Optical Line Amplifier), terminal multiplexor y demultiplexor óptico u OTM (Optical Terminal Multiplexer), terminal de inserción y extracción óptico u OADM (Optical Add and Drop Multiplexers) y cross-connect óptico u OXCs (Optical Cross Connects).
La misión de un OLA es amplificar la señal multiplexada en longitud de onda, es decir, sin ningún tipo de conversión electroóptica. El OTM se encarga de multiplexar (en transmisión) y demultiplexar (en recepción) los canales ópticos. La misión de un OADM es extraer información de un determinado canal óptico e insertar nueva información reutilizando o no dicho canal, sin alterar el resto de canales multiplexados en longitud de onda y sin ningún tipo de conversión electroóptica. Finalmente, el OXC es un conmutador de canales entre fibras de entrada y fibras de salida; es, por lo tanto, el elemento que proporciona mayor flexibilidad en la red y por limitaciones actuales en la tecnología óptica la mayoría de los dispositivos comercialmente disponibles realizan conversión electroóptica limitando su transparencia.
Las redes DWDM metropolitanas, a diferencia de las de larga distancia, se basan en arquitecturas en anillo dadas sus necesidades de flexibilidad. La arquitectura en anillo posibilita, además, ofrecer a un precio muy económico protección de canal y de línea. Debido también a sus cortas distancias, los únicos sistemas que se utilizan son los OADM y OXC, aunque con diferencias significativas en su diseño respecto a sus equivalentes en el entorno de largas distancias. La diferencia fundamental entre los sistemas DWDM metropolitanos y los de larga distancia es que en los primeros no son necesarios amplificares ópticos, con lo cual se consigue un importante ahorro económico.
Por otro lado, las longitudes de onda utilizadas en los sistemas DWDM de larga distancia tienen que estar dentro del ancho de banda de los EDFA, que va de 1.530 a 1.625 nm; es decir, abarcan la tercera ventana de comunicaciones ópticas. Las longitudes de onda utilizadas en los sistemas DWDM metropolitanos, en cambio, pueden extenderse en toda la banda de 1.280 nm a 1.625 nm; es decir, abarcan la segunda y tercera ventana de comunicaciones ópticas. Según esto, puesto que el ancho de banda en el cual se pueden disponer las longitudes de onda es sensiblemente mayor en el DWDM metropolitano que en el de larga distancia, es posible utilizar filtros ópticos y láseres menos complejos y baratos. Por ejemplo, los sistemas DWDM de larga distancia trabajan habitualmente con desplazamientos de longitudes de onda menores o iguales 0,8 nm (o 100 GHz) y los metropolitanos superiores a 100 GHz, lo cual supone utilizar láseres con técnicas de integración más sencillas y con más tolerancia a la temperatura. Los láseres utilizados en DWDM son los de realimentación distribuida o DFB (Distributed FeedBack), que permiten obtener canales ópticos muy estables y con un ancho espectral muy pequeño, sin espúreos y con unas potencias de salida relativamente altas.
En cuanto a filtros de multiplexación y demultiplexación de canales, los sistemas de larga distancia utilizan AWG (Arrayed Waveguide Grating), rejillas de guiaondas en forma de matriz que permiten acoplar y desacoplar un número relativamente alto de canales ópticos con un espaciamiento en longitud de onda muy pequeño, con bajas pérdidas y con alto aislamiento. Los sistemas metropolitanos, por su parte, se basan en componentes que trabajan con menos canales y más económicos, como los filtros de rejilla de Bragg o los filtros de interferencia.

Diferencias de diseño
Cuando se diseña una red DWDM de larga distancia se deben tener en cuenta los siguientes parámetros:
- balance de potencia o diferencia entre la potencia emitida por el transmisor y la mínima capaz de recibir el receptor.
- dispersión o ensanchamiento de las longitudes de onda con la distancia recorrida y que puede dar lugar a su solapamiento.
- no linealidades o espúreos que pueden aparecer debido a la transmisión de altas potencias a través de la fibra
- ganancia óptima de los amplificadores ópticos o relación entre la potencia a su entrada y salida en el cual su curva de ganancia es más plana amplificando por igual a todos los canales.
- ancho de banda de los amplificadores ópticos o rango de longitudes de onda susceptible de amplificar sin distorsión.
Cuando se diseña una red DWDM metropolitana se ha de considerar únicamente el balance de potencia; es decir, la diferencia entre la potencia transmitida por el transpondedor de transmisión y el transpondedor de recepción correspondiente, teniendo en cuenta también todas las pérdidas asociadas a los filtros de extracción e inserción de canales por los que pasa el canal óptico en cuestión.
La misión del transpondedor de transmisión es adaptar la longitud de onda recibida del equipo cliente a una longitud de onda muy estable estandarizada por el ITU-T y con una potencia óptica bien determinada, que será la entrada al multiplexor. El transpondedor de recepción debe recibir el canal óptico correspondiente procedente del demultiplexor, eliminar el ruido óptico, reducir la diafonía entre canales y enviarlo al equipo cliente con una potencia óptica bien determinada y dentro del rango de longitudes de onda susceptibles de ser recibidas por los detectores ópticos del equipo cliente.

Tecnologías competitivas
Para cubrir las necesidades de las redes MAN, las alternativas que compiten con DWDM metropolitana son SDH/SONET y Ethernet óptico. Estas tres tecnologías establecerán una intensa batalla para dominar este mercado y cada una tiene una serie de ventajas distintivas para los operadores y sus clientes. Otras tecnologías como FDDI o ATM presentan grandes inconvenientes que producirán su declive paulatino en este mercado.
La tecnología más utilizada en redes MAN en la actualidad, es SONET (Synchronous Optical NETwork ) del ANSI en Norte América y SDH (Synchronous Digital Hierarchy) o JDS (Jerarquía Digital Síncrona) del ITU-T en Europa. Se trata de dos estándares de transmisión digital, en principio de larga distancia, que resuelven los problemas de compatibilidad entre equipos de distintos proveedores, y la gestión y mantenimiento de los equipos, así como la inserción y la extracción de las señales de jerarquías inferiores o de menor capacidad presentadas por su predecesor, PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) o JDP (Jerarquía Digital Plesiócrona). Tanto PDH como SONET y SDH son tecnologías de transmisión basadas en la multiplexación en el tiempo o TDM, que utilizan la fibra óptica como mero sistema de transmisión, pero que, a diferencia de DWDM, realizan las funciones de amplificación, encaminamiento, extracción e inserción de señales, etc., en el dominio eléctrico.
La tecnología de transporte SDH permite diferentes tasas de bit o STM (Synchronous Transport Module), desde STM-1 (155 Mbps) hasta STM-64 (10 Gbps), aunque en breve aparecerán sistemas a SMT-256 (40 Gbps), siendo E1 (2 Mbps) o T1 (1,5 Mbps) la tasa mínima susceptibles de manejar. La protección se ofrece a través de topologías en anillo, posibles gracias a los ADM (Add and Drop Multiplexers) o multiplexores de extracción e inserción de señales, capaces de reconfigurarse del fallo de un enlace en menos de 50 ms. Otras características importantes de SDH son la compatibilidad con la tecnología de transporte precedente, es decir PDH, la posibilidad de transportar nuevos formatos de señales como ATM o IP utilizando POS (Packet Over SONET), estandarización mundial, monitorización de errores o calidad de servicio y su potente funcionalidad de administración.
Ethernet óptico, por su parte, está tomando una importancia creciente en el entorno MAN. Se trata de incorporar las ventajas de la óptica respecto al par trenzado de cobre a las características de simplicidad de Ethernet IEEE 802.2, aprovechando además el alto conocimiento técnico que se tiene de esta tecnología y su gran base instalada (más del 95% en redes LAN en sus modalidades de 10 y 100 Mbps). Aunque la velocidad de Ethernet óptico en su estado actual en el mercado es de 1 Gbps, aparecerán las velocidades de 10 y de 40 Gbps a corto plazo. Además, es escalable, mucho más económico que SDH/SONET -aunque también menos fiable y robusta- y capaces de utilizar eficientemente el ancho de banda.
Sin embargo, la calidad de servicio o la posibilidad de priorizar aplicaciones en función de su carácter crítico y tratar adecuadamente el tráfico multimedia que ofrece Ethernet óptico es muy limitada. Por otro lado, tampoco se adaptan demasiado bien a las arquitecturas típicas metropolitanas, los anillos, y las distancias alcanzadas son menores que mediante el resto de tecnologías competitivas.
En definitiva, DWDM metropolitana tiene como principales ventajas el enorme ancho de banda que ofrece y su compatibilidad con SDH/SONET y Gigabit Ethernet. No obstante, no puede por el momento competir con SDH/SONET en cuanto a calidad de servicio, estandarización y flexibilidad; ni con Ethernet en cuanto a costes, simplicidad y universalidad.


Un mercado en transición
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Según un estudio de Pioneer (www.pioneerconsulting.com), se prevé que el mercado de redes MAN ópticas pase de los 2.980 millones de dólares correspondientes a 2001 a los 13.174 billones de dólares en 2005. Norte América será el área geográfica que lidere este crecimiento, debido al entorno competitivo de sus regiones, el liderazgo en suministro y producción de equipos, la concentración del tráfico de Internet y la escasez de infraestructura de fibra óptica metropolitana.
En general, el mercado mundial de sistemas DWDM disminuyó en el año 2001 un 14%, acumulando un total de 7.100 millones de dólares, de acuerdo con las conclusiones de KMI (www.kmicorp.com). Durante los años 1998-2000 se produjo un enorme crecimiento de esta tecnología debido principalmente a la explosión de Internet en 1995, que obligó a los proveedores de transporte a largas distancias utilizar las últimas tecnologías de fibra y equipos ópticos. De esta forma, el mercado de DWDM prácticamente se duplicó del año 1999 al 2000, pasando de 2.300 millones de dólares en 1998 a 4.200 millones en 1999 y 8.300 en 2000. Pero ya en 2001, como la mayoría de las redes de larga distancia ya estaban preparadas para soportar la mayor demanda de capacidad, el mercado se contrajo sensiblemente. De hecho, de los 7.100 millones de dólares invertidos por las operadoras el pasado año, sólo alrededor de 4.100 millones corresponden a nuevos equipos, un 26% menos que en 2000, mientras que las inversiones destinadas a ampliar estos sistemas para soportar nuevos canales supusieron 3.000 millones, lo que supone un incremento del 9%.

Estimación de la demanda
No obstante, se prevé que el mercado de sistemas DWDM vuelva a crecer en 2002, gracias al tirón que experimentarán los sistemas metropolitanos, cuyo volumen de negocio aumentará un 63%, lo suficientemente significativo como para contrarrestar la caída de un 23% que registrarán los sistemas de larga distancia. Por regiones, se espera un crecimiento superior al 50% en Asia Pacifico y otras regiones del mundo, y una disminución de alrededor del 23% en Europa y Norte América.
Manejando una estimación de la demanda de ancho de banda relativamente moderada, la consultora KMI prevé que el 60-70% de la capacidad de los sistemas instalados durante los años 1999 y 2000 sea utilizado durante los años 2002 y 2003, obligando a los proveedores de transporte a instalar nuevos sistemas. Esto, junto a la proliferación de las tecnologías de acceso de banda ancha como UMTS, RDSI, ADSL o LMDS, que permitirán ofrecer a los usuarios servicios interactivos y multimedia de diversa índole (videoconferencia, televisión digital de alta definición, transmisión de grandes cantidades de datos entre computadoras y terminales móviles remotos, etc.) supondrá una explosión del mercado de DWDM a partir del año 2003, alcanzando más de 23.200 millones de dólares en 2005, de los que más del 20% corresponderá a entornos metropolitanos.
En nuestro país, DWDM es una tecnología utilizada por prácticamente todas las operadoras de telecomunicaciones, siendo Telefónica de España el principal inversor de este mercado, cuyas primeras instalaciones en sistemas de larga distancia comenzaron durante el año 1998. Telefónica de España ha sido también la primera operadora en instalar sistemas DWDM metropolitanos, precisamente durante 2001. Mientras que el tráfico soportado por los sistemas de larga distancia ha venido siendo principalmente SDH, en los sistemas metropolitanos se espera una gran demanda de tráfico Gigabit Ethernet.


Fabricantes
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Los fabricantes de sistemas DWDM ya empezaron durante 2001 a lanzar productos comerciales adaptados a entornos metropolitanos. Entre los principales fabricantes de estos sistemas, cabe destacar a:
- Alcatel (www.alcatel.com)
- Ericsson (www.ericsson.com)
- Lucent Technologies (www.lucent.com)
- Nortel Networks (www.nortel.com)
- Ciena Corporation (www.ciena.com)
- Cisco Systems (www.cisco.com)
- Fujitsu (www.fujitsu.com)
- Marconi Communications (www.marconi.com)
- NEC (www.nec.com)
- Siemens (www.siemens.com)
- Sycamore (www.sycamorenet.com)
- Tellabs (www.tellabs.com)


DWDM
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La multiplexación por división en longitud de onda, multiplexación óptica o DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), tiene su origen en la posibilidad de acoplar la salida de diferentes fuentes emisoras de luz, cada una a una longitud de onda o frecuencia óptica diferente, sobre una misma fibra óptica. Después de la transmisión a través de la fibra, cada una de estas señales en distintas longitudes de onda pueden ser separadas entre sí hacia diferentes detectores en su extremo final. El componente encargado de inyectar las distintas fuentes sobre la misma fibra óptica es el multiplexor, el de separarlas es el demultiplexor, y el de adaptar las longitudes de onda recibidas a una longitud de onda estandarizada y estable y susceptible de ser multiplexada y demultiplexada es el transpondedor.
El medio de transmisión utilizado en DWDM es la fibra óptica, y en concreto, la fibra óptica monomodo. Este tipo de fibra, además de soportar mayores anchos de banda que el resto de medios de transmisión de señales, ofrece otras muchas ventajas: baja atenuación, fácil instalación, inmunidad a interferencias electromagnéticas, alta seguridad de la señal, posibilidad de integración, etc. La fibra óptima para trabajar con sistemas DWDM es la G.655 o NZDSF (Non Zero Dispersion Shifted Fibre); aunque con canales de 2,5 Gbps, DWDM se adapta perfectamente a la fibra convencional G.652 o SMF (Standard Single Mode Fibre), mucho más barata y la utilizada en la mayor parte de las instalaciones hasta la actualidad.


Redes MAN
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Las redes metropolitanas o MAN (Metropolitan Area Network) son redes que cubren ámbitos de una ciudad o varias ciudades cercanas que hacen de interfaz entre las redes troncales de transporte de largas distancias y las redes de acceso. Así, conectan una amplia variedad de protocolos de diversos clientes empresariales de las redes de acceso a las redes de transporte de largas distancias de proveedores de servicios. Las necesidades de estas redes son: escalabilidad, bajo coste, flexibilidad, robustez, transparencia y anchos de banda relativamente altos y adaptados al cliente. El mercado metropolitano es sensiblemente diferente al de larga distancia, que cada vez se orienta más a la mera transmisión de bits al menor corte, y no es válido exportar los productos de larga distancia a este entorno para satisfacer la actual demanda de ancho de banda derivada del incremento del tráfico de datos.


Tecnología CWDM

El ancho de banda de una conexión de fibra óptica, se puede incrementar transmitiendo datos más rápidamente o transmitiendo diversas longitudes de onda en una única fibra, tecnología conocida como WDM. El WDM se consigue usando un multiplexor para combinar longitudes de onda viajando por diferentes fibras hacia una sola fibra. Al final del enlace un demultiplexor separa las longitudes de onda y las dirige hacia diferentes fibras que finalizan en cada uno de los receptores. El espacio entre las longitudes de onda individuales transmitidas a través de la misma fibra, sirven de base para diferenciar DWDM del CWDM. Los sistemas DWDM usan típicamente separaciones de longitudes de onda de 200 GHz (1,6nm), 100 GHz (0,8nm) o 50 GHz (0,4nm). Las longitudes de onda operativas en sistemas DWDM están definidas según un grid de frecuencias estandarizado, desarrollado por la Unión Internacional de Telecomunicación. Los láser DBF se usan como fuentes en sistemas DWDM. La longitud de onda deriva aproximadamente 0,08nm/ºC con temperatura. Los láser DBF se enfrían para estabilizar la longitud de onda y evitar que varíe fuera de la banda de los filtros multiplexor y demultiplexor cuando la temperatura fluctúa en los sistemas DWDM. Los sistemas CWDM usan láser DBF sin cooler ni termistor. Son específicos para operar desde 0 hasta 70ºC con la longitud de onda del láser variando aproximadamente 6 nm sobre este rango. Esta longitud de onda varía acompañada de la variación de longitud de onda del láser hasta +/-3nm debido a los procesos de fabricación de éste, lo que produce una variación total de aproximadamente 12nm. El espaciado entre canales tiene que ser suficientemente ancho para acomodar la variación de ancho de portadora de los láser no refrigerados de los sistemas CWDM. El espaciado entre portadoras de estos sistemas es típicamente de 20 nm. El sistema CWDM ofrece algunas ventajas clave sobre los sistemas DWDM para aplicaciones que requieren hasta 18 o menos canales. Estos beneficios incluyen costes de hardware y costes operaciones y requerimientos de energía.

HARDWARE MÁS BARATO

La diferencia de coste entre los sistemas CWDM y los DWDM pueden ser atribuidos al hardware y a los costes operativos. A pesar de la superioridad en cuanto a coste de los láser DWDM con respeto a los CWDM, los láser DFB refrigerados proporcionan soluciones de coste efectivo para transportes de largo recorrido y grandes anillos metropolitanos que requieran gran capacidad. En ambas aplicaciones el coste de los sistemas DWDM queda amortizado por el gran número de clientes que se sirven de este sistema. Las redes de metro/acceso, por otro lado requieren sistemas de bajo coste y baja capacidad, para reunir las condiciones del mercado que están basadas en gran parte, en el nivel de predisposición del cliente a desembolsar recursos económicos por los servicios de banda ancha. El precio de los transceiver DWDM es superior que los de sus homólogos. Los altos costes del transceiver DWDM son atribuibles al gran numero de factores relacionados con los láser. Las tolerancias de longitud de onda típicas están en el orden de los +/-0,1nm; mientras que la tolerancia de fabricación de la longitud de onda de los láser CWDM está situada entre los +/-2-3nm, generando un aumento de los costes de los láser DWDM con respecto a los CWDM. Además el encapsulado de los láser DWDM, para la estabilización de la temperatura con un cooler y un termistor, es más costoso que un láser coaxial CWDM no refrigerado. La diferencia de coste entre los MUX/DMUX DWDM y CWDM, basado en una tecnología thin film también contribuyen a disminuir los costes generales en favor del CWDM. Los filtros de los CWDM son intrínsecamente más económicos en su construcción, debido al menor número de capas en el diseño del filtro. Típicamente son 150 capas para el diseño de un filtro de 100 GHz para ser usado en sistemas DWDM, mientras que en un filtro CWDM de 20nm hay aproximadamente 20 capas. El resultado es una fabricación más alta de filtros CWDM.

BAJO REQUERIMIENTO DE ENERGÍA

Los costes operativos de los sistemas de transporte óptico dependen del mantenimiento y de la energía. Mientras que los costes de mantenimiento son comparables para ambos sistemas CWDM y DWDM, los requerimientos de energía para el DWDM son significativamente más altos.

Por ejemplo, los láser DWDM estabilizan la temperatura a través de coolers integrados en los módulos de su encapsulado. Estos dispositivos junto con el PIN monitor asociado y el circuito de control consumen aproximadamente 4 W de energía por longitud de onda. Mientras que un transmisor láser CWDM no refrigerado consume aproximadamente 0,5 W. Los transmisores en un octavo canal del sistema CWDM consumen aproximadamente 4 W de potencia, mientras que la misma funcionalidad en un sistema DWDM puede llegar a consumir hasta 30 W. Como el número de longitudes de onda en los sistemas DWDM aumentan con la velocidad de transmisión, la energía y la administración térmica asociada con ellos se convierte en un tema crítico para los diseñadores. La baja energía requerida como resultado del uso de láser no refrigerados en los sistemas CWDM, tiene implicaciones financieras positivas para los operadores de sistema. Por ejemplo, el coste de la batería de backup es una consideración importante en la operación del transporte de equipos. Minimizando la energía necesaria para la explotación y los costes asociados con su backup incluido se reducen los costes operacionales.

ESTÁNDAR ITU G.694.2

Este estándar define un espectro óptico de 18 longitudes de onda entre 1.290nm y 1.610nm, aunque la mayoría de los sistemas CWDM están basados en un espaciado de 20nm de canal desde 1.470 hasta los 1.610nm, con un desarrollo en la ventana de 1.300 nm para 10 Gigabit Ethernet. Las longitudes de onda en la región de los 1.400 nm sufren una pérdida óptica mayor, debido al pico de absorción del agua residual que presenta la mayoría de fibra óptica fabricada hoy en día. Mientras esta pérdida adicional puede limitar la ejecución de conexiones más largas, no es un obstáculo para la utilización de CWDM en aplicaciones de redes de área metropolitana o redes de acceso. Una nueva fibra que elimina el pico de atenuación por agua, es ofrecida por lo menos por dos de los principales vendedores de fibra, para uso en conexiones metropolitanas a bajo presupuesto que permiten una atenuación menor en la fibra óptica.



Tecnología DWDM

Los sistemas de transmisión basados en la multiplexación densa de longitud de onda (DWDM), conforman el modo más eficiente de transporte por fibra óptica de señales digitales con gran ancho de banda (hasta 2,5Gbps, 10Gbps e, incluso, 40Gbps por canal). El concepto fundamental es que cada señal digital es transportada por una portadora óptica independiente en una misma fibra. Este tipo de sistemas ha evolucionado mucho y se ha pasado de sistemas multiplexados entre 2 y 8 canales al inicio de los años 90 a sistemas que multiplexan 64 y más portadoras en las bandas de operación de esta tecnología (bandas C y L). Los sistemas multiplexados en DWDM usan típicamente separaciones de longitudes de onda de 200 GHz (1,6nm), 100 GHz (0,8nm) o 50 GHz (0,4nm).

Un sistema de transmisión típico basado en tecnología DWDM tiene las etapas siguientes:

> GENERACIÓN DE LA SEÑAL. La fuente de luz es un transductor electroóptico, un láser de estado sólido, el cual suministra luz coherente a una longitud de onda determinada, con una gran estabilidad proporcionada por un control de temperatura del láser. Esta portadora óptica es la que transporta los datos digitales.

> AGREGACIÓN DE PORTADORAS ÓPTICAS. Los sistemas DWDM emplean multiplexores para combinar las señales transmitidas. Hay algunas pérdidas inherentes asociadas a la multiplexación y demultiplexación.

>TRANSMISIÓN DE SEÑALES. Los efectos de diafonía y la degradación (atenuación y dispersión) o pérdida de la señal óptica debe ser tenido en consideración en la transmisión por fibra óptica. Estos efectos se minimizan mediante el espaciado entre canales, la banda de guarda y el line width de las portadoras y la potencia del láser. También hay dispositivos que amplifican la señal para compensar la atenuación (amplificadores ópticos EDFA); dispositivos compensadores de dispersión (DCF) que evitan este fenómeno, intrínseco de la fibra óptica, que se agudiza con la distancia y la velocidad de transmisión de la señal digital transportada; y, finalmente, también existen regeneradores que reformatean el pulso digital y recuperan el reloj de la señal mediante una conversión eléctrica (sistemas 3R) y posteriormente otra conversión óptica.

> SEPARACIÓN DE LAS SEÑALES RECIBIDAS. En el lado del receptor, las señales multiplexadas deben ser separadas por filtros ópticos empleando tecnologías similares a los filtros multiplexores (thin film, AWG) en función del número de canales a combinar o a separar.

> RECEPCIÓN DE SEÑALES. La señal demultiplexada es recibida por un fotodetector PIN o APD en función de la sensibilidad que requiera el receptor, la cual viene determinada por las pérdidas del enlace. Este transductor óptico-eléctrico, conectado a un amplificador de transimpedancia y a un recuperador de reloj, forman el bloque del receptor.

Además de estas etapas, un sistema DWDM también debe estar equipado con interfaces en el lado cliente (señal tributaria) para recibir correctamente la señal de entrada. Esta función la realizan los transponders. Los transponders son, normalmente, dispositivos convertidores de lambda (longitud de onda).



SDH next Generation

Hasta hace poco tiempo, las redes SDH/SONET se utilizaban principalmente para el transporte de señales de voz y para las líneas dedicadas, servicios Frame Relay y ATM. Debido al crecimiento de una nueva generación de servicios que ofrecen grandes ingresos a los operadores, se ha introducido un gran despliegue de redes SDH/SONET en el ámbito metropolitano y de largo alcance. En los últimos años, los avances experimentados en la tecnología de transporte han hecho posible el renacimiento de SDH/SONET, haciendo que dicha tecnología sea uno de los principales componentes en la estrategia de crecimiento de cualquier proveedor de servicios.

Una de las razones que ha motivado el avance en la tecnología de transporte ha sido la demanda de las empresas de servicios basados en Ethernet. Debido a la necesidad de acomodar un gran volumen de tráfico de datos, juntamente con el tráfico de voz y debido a que las redes SDH ya se encontraban implantadas, han aparecido distintas tecnologías con el fin de emplear la red SDH para el transporte de nuevos tipos de tráfico de datos. Dichas tecnologías son las que definen la nueva generación de redes SDH.

Entre las nuevas tecnologías que definen la NGN SDH (Next Generation Network SDH) se encuentra la concatenación virtual (VCAT), el esquema de ajuste de la capacidad del enlace (LCAS) y el procedimiento de entramado genérico (GFP).

En VCAT se trocea el ancho de banda total en contenedores individuales más pequeños que se agrupan de una forma lógica. Dichos componentes son la granulación del ancho de banda de VCAT, es decir, los incrementos de capacidad que se pueden llevar a cabo en un grupo de VCAT. Existen dos niveles de componentes de VCAT: orden superior y orden inferior. El primer nivel, orden superior, trabaja con los contenedores 3 y 4 de SDH, los VC-3 y VC-4. Por este motivo, los incrementos de capacidad (carga útil) que se pueden llevar a cabo son de 48.384 Mbps y 149.76 Mbps, dependiendo de si se trabaja con VC-3 o VC-4, respectivamente. El otro nivel de componentes, el de orden inferior, trabaja con las unidades tributarias 2, 11 y 12 de la capa de trayecto de orden inferior, y tiene unos incrementos de capacidad entre 1,6 Mbps y 6,784 Mbps.

Los beneficios obtenidos aplicando el método de encapsulamiento de concatenación virtual quedan representados en la tabla, en la que se comparan los porcentajes de utilización de la capacidad total del enlace, respeto a la capacidad requerida si se utiliza o no se utiliza VCAT.


Redes Ópticas ASON

Las redes ASON (Automatic Switched Optical Networks, ITU-T G.8080) son la evolución natural de las redes ópticas actuales. Éstas tienen las limitaciones derivadas del crecimiento exponencial en la demanda de ancho de banda y servicios del mercado actual. A día de hoy las redes son complejas. En ellas conviven múltiples protocolos, la reubicación del ancho de banda es lento y costoso, existe un tipo de red para cada tipo de servicio, la protección siempre es provista por SDH y en general, las redes están concebidas con carácter regional. Las redes del mañana deben tener mayor capacidad y flexibilidad, deben poder reubicar ancho de banda de un modo rápido y eficiente, deben ser redes multiservicio (IP, ATM, SDH), deben ser redes adaptables a cada tipo y clase de servicio y finalmente, deben ser concebidas con carácter global.

La arquitectura de las redes ASON está determinada por la topología y los elementos de transmisión que conforman los nodos. Las topologías malladas requieren menos recursos de red, le otorgran mayor flexibilidad, facilitan su crecimiento y simplifican la disponibilidad de sus recursos, lo cual redunda en un mejor aprovisionamiento de servicios; en general, cuando se establece un enlace entre dos puntos de la red y en particular, en procesos de protección y restauración de enlaces.

Las redes clásicas, basadas en anillos, son de aprovisionamiento mucho más complejo, son más rígidas, requieren más recursos de red y son de difícil crecimiento e interoperabilidad. Estos factores determinan que el coste del hardware de red y los costes operacionales sean sensiblemente superiores. Los elementos clave que conforman los nodos en las redes malladas son los conmutadores ópticos (OXC o ROADM) y los transmisores a longitud de onda DWDM sintonizable. La operación combinada de ambos dispositivos permite la provisión dinámica y en tiempo real de caminos ópticos y de ancho de banda, mediante la extracción e inserción de portadoras ópticas entre redes para el establecimiento de los enlaces ópticos. El control y la inteligencia de red de transporte residen en el estándar GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching).

1 comentario:

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