Universidad de Aquino Bolivia DPTO. Ing. De Telecomunicaciones
SISTEMAS DE COMUNICACIÓN I “Tecnología DWDM” Estudiante: Fabricio Peredo Rodríguez
Carrera: Ing. Telecomunicaciones Telecomunicaciones
Materia: Sistemas de comunicación I
Docente: ing. Cesar Fernando Lozano Mantilla
Fecha: 4-junio-2012
“Tecnología DWDM” Multiplexación por división en longitudes de onda densas .
ANTECEDENTES ANTECEDENTES La tecnología DWDM que para todos es conocida como la importancia de la velocidad de transmisión y sobre todo para las empresas, es por esto que la competencia en telecomunicaciones a través de diferentes tecnologías les ofrecen a las empresas un mayor mayor ancho de banda, pero frente a esto no todas las tecnologías existentes prestan el ancho de banda requerido ni confiabilidad que se necesita en las distintas redes. El cable de cobre también ya llego a los límites en ancho de banda, pero Con el surgimiento de la fibra óptica resulto el aumento exponencial de e ste, pero si bien se sabía que la fibra tenía un gran potencial, no existían tecnologías que aprovecharan de mayor forma el ancho de banda que ofrece la fibra óptica Frente a esta problemática surge la tecnología DWDM, sus siglas en ingles significan “Dense ica multiplicación densa de longitud Wavelenght Division Multiplexing” que en español signif ica de onda, esta técnica trabaja con equipos ópticos y busca incrementar la capacidad de transmisión de una fibra óptica. Esto se hace a través del aumento de longitudes de onda (a distintas frecuencias) dentro de la fibra.
DWDM pertenece a la capa de transporte de las Telecomunicaciones, es por esto que es independiente al protocolo de transmisión, debido a esto puede operar en distintos tipos de redes, con especial eficacia en las redes de larga distancia y redes de área metropolitana. A lo largo de esta investigación nuestro objetivo es dejar en claro los siguientes aspectos: En cuanto a aspectos generales que sustentan esta tecnología ¿Qué es la luz? ¿Qué es la fibra óptica y como opera? Con respecto a DWDM ¿Qué es DWDM? Como opera. Las aplicaciones de esta tecnología. Los equipos necesarios para el funcionamiento de DWDM. Las principales características de esta tecnología.
FUNDAMENTO TEÓRICO Naturaleza de la luz La luz es básicamente una onda electromagnética plana que se propaga por el vacio, alcanzando una velocidad máxima de 299.792.458 metros por segundo (m/s) lo que es aproximadamente 300.000 [Km/seg]. Pero esta velocidad influye mucho si se trabaja en un medio denso, ya que a medida que la luz se propaga por un medio denso, la velocidad decrece.
Refracción La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción origina en el cambio de velocidad y dirección de propagación de la onda. La importancia de saber que es la refracción radica en que podemos calcular el índice de refracción. El índice de refracción de un material indica qué tan lenta es la rapidez de la luz en ese medio comparado con el vacío. El índice de refracción "n" de un medio viene dado por la siguiente expresión, donde "v" es la rapidez de la luz en ese medio: n=c/v
Reflexión La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. El tipo de reflexión que nos interesa en la transmisión por fibra óptica es la Reflexión interna total es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz, atravesando un medio de índice de refracción n2 menor que el índice de refracción n1 en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores al ángulo c rítico (θc), ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión interna total. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción. El ángulo cr ítico viene dado por: Donde n1 y n2 son los índices de refracción de los medios con > . La reflexión interna total se utiliza en fibra óptica para conducir la luz a través de la fibra sin pérdidas de energía. En una fibra óptica el material interno tiene un índice de refracción más grande que el material que lo rodea. El ángulo de la incidencia de la luz es crítico para la base y su revestimiento y se produce una reflexión interna total que preserva la energía transportada por la fibra. Para poder visualizar estos conceptos de una manera simple podemos ver el comportamiento de la luz en dos medios distintos como lo son el aire y el agua, ver imagen.
Ilustración 1 Ángulos de reflexión
Fibra óptica Descripción física Una manera rápida de poder definir una fibra ó ptica sería propicio decir, que es un medio de transmisión empleado en las redes de datos, la cual se caracteriza por ser un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían señales ópticas (luz), con distintas longitudes de ondas. El cable de fibra óptica tiene una forma cilíndrica y e stá formado por tres secciones concéntricas, el núcleo, revestimiento y la cubierta. El núcleo, corresponde a la sección interna de la fibra y sus dimensiones oscilan entre 8 y 10 μm. Dicho núcleo esta contenido por el revestimiento, que actúa como reflector, encerrando la luz, puesto que el haz se escaparía del núcleo. La cubierta está hecha de plástico y otros materiales dispuestos en capas para proporcionar protección contra la humedad, la abrasión, aplastamiento, entre otros peligros.
Modos de transmisión Actualmente la fibra óptica presenta dos modos de propagación a lo largo de la fibra, multimodo y Mono modo. Fibra Multimodo se puede implementar de dos maneras distintas, índice escalonado o de índice gradiente gradual. Ahora bien, una manera genérica de definir una fibra multimodo, es aquella que presenta múltiples rayos de luz de una fuente luminosa cualquiera, que se propaguen a través del núcleo por diferentes caminos. Así la fibra multimodo de índice escalonado, es la que apunta a la densidad del núcleo, en la cual permanece constante desde el centro hasta los bordes, el rayo de luz se desplaza en línea recta hasta que llega a la interfaz del núcleo y de la cubierta y genera un cambio considerable en el ángulo. Por último la fibra multimodo de índice gradual, este tipo de fibra óptica, el núcleo está constituido de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refracción, causando que el rayo de luz de refracte poco a poco mientras viaja por el núcleo, pareciendo que el rayo se curva, En estas fibras el número de rayos ópticos diferentes que viajan es menor que e n el caso de la fibra multimodo índice escalonado y por lo tanto, su distancia de propagación es mayor, este modo de propagación de fibra óptica tiene un ancho de banda de 100 MHz a 1 GHz.
Ilustración 2 Fibra multimodo de indice escalonado y de indice gradual
Fibra Monomodo, Esta fibra óptica es la más delgada y sólo permite v iajar al rayo óptico central. No sufre el problema de atenuación de las fibras multimodo, por lo que logra transmisiones a distancias mayores. Su inconveniente es que es difícil de construir, manipular y es más costosa.
Ilustración 3 Fibra monomodo
Qué es DWDM? DWDM significa multiplexación por división en longitudes de onda densas., esto apunta a una técnica de transmisión de señales a través de fibra óptica usando la banda C (1550 nm), se encarga de transportar múltiples señales de luz en un solo cable, utilizando portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED. Esta técnica de multiplexación es una forma de FDM (Multiplexación por División en Frecuencia). Es muy importan te agregar que en las redes, existen muchas tecnologías, por ello las señales también son distintas, como por ejemplo una señal eléctrica, que al iny ectar en un extremo dicha señal se convierte en una señal óptica mediante un LED o Láser y ha modulado una portadora, que llega al extremo receptor, atenuada y, probablemente con alguna distorsión debido a la dispersión cromática propia de la fibra, donde se recibe en un foto-detector, es decodificada y convertida en eléctrica para su lectura por el receptor. Otro aspecto a destacar que si miramos la siguiente imagen, podemos entender que D WDM puede transmitir una gran cantidad de servicios simultáneamente como por ejemplo, voz, video y multimedia. Los Formatos en los cuales trabajan pueden ser Synchronous Optical Network(SONET), Synchronous Digital Hierarchy (SDH), Asynchronous Transfer Mode (ATM), Internet Protocolo (IP), Packet Over SONET/SDH (PoS) o Gigabit Ethernet (GigE).
Ilustración 4 Modelo de Transporte
Arquitectura de DWDM Si aplicamos el modelo OSI en DWDM, podemos definir que trabaja a nivel de la capa Física, es decir que, permite el intercambio de las unidades básicas de información de información (bits) sobre canales de transmisión, además es importante señalar que la capa 1 define las conexiones mecánicas requeridas para la activación, mantención o desarticulación. Esta arquitectura se compone de: Fuentes de emisión y detectores de luz Tantos los emisores y los detectores son dispositivos que representa a los “end points” de un sistema de transmisión de carácter óptico, ahora los emisores de luz tienen la particularidad de ser conversores de la señal eléctrica a señal óptica, en contraste con los detectores de luz, que estos convierten las señales ópticas en señales e léctricas. Dentro de los emisores existen dos categorías de dispositivos, los LED y los laser.
Los LED se utilizan frecuentemente en fibras multi-modo y su ancho de banda es relativamente bajo, por sobre el orden de los Gb/s. Además la luz que viaja a lo largo de la fibra es bastante ancho en el espectro, para ser utilizada por la tecnología DWDM. El laser tiene la particularidad de adaptarse mejor a la fibra mono-modo, de manera que, el haz que emite es de carácter de ser monocromático, lo que implica que su espectro es ancho y así su ancho de banda sea mayor. Como vimos anterior mente el laser se comporta de mejor manera que el led, pero dentro de los laser existen dos tipos frecuentemente utilizados por esta tecnología, que son “Monolithic Fabry-Perot Laser” y “Distributed Feedback Laser”. Y e s este último el que se comporta de mejor manera en la implementación de la tecnología DWDM, ya que emite luz que bordea las características de ser una luz monocromática, por ello, presenta un mayor ancho de banda, presenta una favorable “relación señal a ruido”, Además este tipo de laser presenta frecuencias cercanas a los 1310 nm y 1520 a 1565, es importante destacar que el espectro es bastante ancho, entre 100 y 200 GHz.
Por otro lado del receptor, los detectores de luz, deben recuperar la señal transmitida a diferentes longitudes de onda. Debido a que los foto-detectores, son dispositivos de ancho de banda, de carácter óptico que deben ser multiplexadas antes de llegar al detector. Tal como en el caso del emisor de luz tipo laser, también existen clases de detectores de luz, que principalmente son dos, los “Positive -Intrinsic-Negative” (PIN) y “Avalanche Photodiode” (APD). Los PIN funcionan como los LEDs pero con funciones inversas, esto es, la luz es absorbida en vez de ser emitida y los fotones se convierten a electrones con una relación 1:1. APD son dispositivos similares a los PIN photodiodes pero con la diferencia de que tienen una ganancia de potencia debido a un proceso de amplificación. Un fotón libera varios electrones. Los foto diodos PIN son baratos y confiables mientras que los APD son más sensibles y precisos pero su funcionamiento se ve afectado por la temperatura. Sin embargo estos últimos pueden encontrar uso en sistemas con requerimientos especiales .
Fibra Óptica El medio de transmisión, en el cual las señales de carácter óptico viajan a lo largo de este medio, en la sección de Marco Teórico, en el ítem de fibra óptica, se acoto bastante las características de este medio. Multiplexadores y demultiplexadores Como las señales de los sistemas DWDM vienen de varias fuentes y van hacia una fibra, es necesario un mecanismo que permita combinar las señales. Esto es hecho por un multiplexado quien agarra las señales ópticas de diferentes fuentes y las junta en u na sola señal. En el lado del recibidor el sistema debe ser capaz de descomponer la señal en sus componentes originales para que cada señal inicial pueda ser detectada. El proceso de demultiplicar debe ser realizado antes de que la señal sea detectada ya que la foto detectora son dispositivos de banda ancha y no pueden seleccionar una longitud específica de una señal multiplexada.
Ilustración 5 Multiplexadores y demultiplexador
Algunas técnicas de multiplexaje y demultiplexaje - Demultiplexaje por prisma Se hace pasar un rayo de luz poli cromático por un prisma y las diferentes longitudes de onda son refractadas en ángulos diferentes. Estos rayos luego son enfocados por un lente hasta el punto de entrada a una nueva fibra. El mismo proceso puede ser usado a la inversa para multiplexar.
ilustración 6 Demultiplexación por prisma
- Demultiplexaje por difracción Esta técnica se basa en el principio de difracción de la luz y lo que se hace es que se hace incidir un rayo policromático de luz sobre un arreglo de líneas finas que reflejan o transmiten la luz, cada longitud de onda se difracta de manera diferente en la rejilla lo que hace que salgan hacia sitios diferentes en el espacio. Después se enfocan con un lente hasta la fibra correspondiente.
Ilustración 7 Demultiplexación por difracción
- Demultiplexaje por filtrado. La idea de esta técnica es sencilla y consistes en sobreponer filtros hasta que solo quede la longitud de onda deseada. Su uso no es práctico cuando hay muchas longitudes de onda multiplexadas ya que se requieren muchos filtros puestos en cascada.
- Optical Add/Drop Multiplexer Los optical add/drop multiplexer son dispositivos que permiten insertar o remover una o varias señales ópticas en un determinado punto de la fibra. Esto lo hacen si necesidad de tener que hacer una conversión óptica-eléctrica-óptica. La gran ventaja que entregan estos dispositivos es que WDM se pueda implantar en diversos tipos de red.
lustración 8 Optical Add Drop Multiplexer
Moduladores o transpondedor (OTU1) El modulador es el encargado de adaptar la señal proveniente de lado del cliente (como habíamos dicho anteriormente, DWDM se puede adaptar con cualquier tecnología), disminuyendo el ancho espectral, permitiendo así mejor los fenómenos de atenuación producto de la dispersión cromática. Ahora bien podemos encontrar sistemas que trabajan con OTU (DWDM Abierto) y sin OTU ( Sistemas de D WDM Integrados)
- DWDM Abierto Los sistemas DWDM no requieren ninguna característica especial para las interfaces ópticas en los terminales de los multiplexores, dichas interfaces solamente deberían estar de acuerdo con los padrones ITU-T.
- Sistema de DWDM Integrados Estos sistemas, no emplean la tecnología de conversión de longitud de onda, pues ellos exigen que la longitud de onda de las interfaces ópticas de los terminales multiplexores sea de acuerdo con las especificaciones del sistema.
- Amplificadores ópticos. Debido a la atenuación que sufre la señal cuando viaja por la fibra, la distancia que puede alcanzar la señal con potencia suficiente para ser detectada correctamente del lado del receptor está limitada. Antes de la llegada de los amplificadores ópticos había que tener un amplificador por cada señal transmitida. Los amplificadores ópticas hicieron posible amplificar todas las señales de una sola vez sin tener que hacer conversiones óptico-
eléctrica-óptica (OEO).
- Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Los EDFA fue una tecnología clave en el desarrollo de los sistemas DWDM. El erbio es un elemento terrestre que no es muy común que cuando es excitado emite luz alrededor de los 1540 nm (la longitud de onda de baja perdida usada en DWDM). La siguiente figura muestra el funcionamiento de un EDFA. Una señal débil entra en la fibra dopada con erbio, ahí un láser inyecta una luz a 980 o 1480 nm. Esta luz estimula los átomos de erbio que liberan su energía almacenada como luz adicional a 1550 nm. Este proceso continúa a lo largo de toda la fibra haciendo que la señal se vuelva más fuerte. Este proceso también añade ruido a la señal. Los parámetros de importancia de un amplificador son la ganancia, uniformidad de la ganancia, el nivel de ruido y el poder de salida. Los EDFA típicos producen ganancias de 30 dB o más y tienen potencia de salida de +17 dB o más. De estos parámetros nombrados los más importantes son el nivel de ruido, que debe ser bajo y el gain flatness ya que todas las señales deben ser amplificadas uniformemente. La amplificación hecha por los EDFA es dependiente de la longitud de onda pero puede ser corregida con filtros. El nivel de ruido debe ser bajo ya que el ruido, al igual que la señal, es amplificado. Este efecto es acumulativo y no puede ser filtrado. La relación señal/ruido es un factor limitante en el numero de amplificadores que pueden ser concatenados. En la práctica una señal puede viajar sin ser amplificada por 120 Km. A distancias mayores de 600 Km la hay que regenerar la señal, no basta solo con amplificarla. Los EDFA solo amplifican la señal y no realizan las funciones 3R (reshape, retime, retransmit). Los EDFA están disponibles para las bandas C y L.
Ilustración 9 Erbium Doped Fiber Amplifier
-Conmutadores Un conmutador es un dispositivo que permite o impide totalmente la transferencia de luz de una guía a otra.
-Filtros Los filtros ópticos se caracterizan por su rango de sintonía, o rango de Longitudes de onda accesibles mediante el filtro, y por el tiempo de sintonía, o tiempo necesario para seleccionar la longitud de onda que dejará pasar el filtro.
-FUNDAMENTO PRACTICO Topología de las redes ópticas Conocer las estructuras de redes es muy importante a la hora de implementar la tecnología DWDM, ya que, cada topología implica una necesidad o un requerimiento que la empresa, generalmente las empresas requieren de DWDM, por la transmisión de información a largas distancias, gracias a los avances en tecnologías tales como amplificadores ópticos, compensadores de dispersión y los nuevos tipos de fibra. L as Telcos empezaron a emigrar redes hacia DWDM, por su característica de velocidad y ancho de banda, esto permitió un despliegue inicial de la tecnología DWDM en las redes de larga distancia terrestre y transoceánica, como se aprecia en la siguiente imagen.
Ilustración 10 Fibra óptica submarina
Luego que estas tecnologías se convirtieron comercialmente viables en el mercado de larga distancia, era el siguiente paso era implementar en el área metropolitana lo que finalmente, las redes de acceso mediante arquitecturas híbridas de fibra y coaxial de los medios de comunicación, permitiendo otra característica interesante de la tecnología DWDM, su versatilidad de trabajar con otras señales, como por ejemplo, las señales eléctricas que utilizando un conversor opto/eléctrico, eran capaces de transformar en las señales electicas en señales ópticas y viceversa. Permitiendo el transporte principal y tecnologías de redes utilizados en las redes metropolitanas2.
- Redes Punto a Punto La estructura de una red punto a punto, a grandes rasgos apunta a un tipo de arquitectura de red en que cada canal de datos se usa para comunicar entre dos “end points” directamente, en el caso de DWDM, dicha estructura puede ser estructurada con o sin OADM3. Las velocidades en la cual opera este tipo de red son por canales ultra rápidos de 10 a 40 Gbps, confiabilidad de la señal y rápida restauración de la trayectoria.
Ilustración 11 Red punto a punto
En estas redes de larga distancia, el trayecto entre el transmisor y el receptor puede ser de varios cientos de kilometro y el numero de amplificadores requeridos entre ambos puntos, es típicamente menor que 10 y en las redes metropolitanas, los amplificadores no son necesarios frecuentemente. La protección que presenta esta topología, está provista de una pareja de vías distintas, en que los equipos, la redundancia es un nivel de sistema. Además presenta líneas de transmisión paralelas que se conectan a un solo sistema en ambos extremos que contienen transponedores o moduladores, multiplexores y terminales redundantes.
- Redes de Anillos Esta topología son las más comunes, encontradas en las redes metropolitanas y en tramos de unas pocas decenas de kilómetros. La fibra anillo puede contener solo cuatro canales de longitudes de onda, ademanes tiene menos nodos que canales. Esta arquitectura con OADM permite a los nodos tener acceso a los elementos de red, por ejemplo routers, switch y servidores, con la subida y bajada de canales de longitudes de onda. Con el incremento en el numero de OADM, la señal esta sujeta a perdidas y pueden requerir amplificadores.
lustración 12 Estructura de anillo
La protección que utiliza la red de anillo, se basa en el esquema 1+1, la cual se tiene dos líneas de conexión, la información se transporta por una de ellas. Ahora en el caso, de que un anillo fallara, se conmuta la trayectoria al otro anillo.
Ilustración 13 Topología de red de anillo doble
- Redes de mallas Corresponde a una red mucho más robusta, en la cual, su diseño se trabaja en enlaces ya establecidos o ya existentes. Un ejemplo una malla con una red punto a punto o también, varios punto a punto conformados en malla y posteriormente interconectados con un anillo, utilizando OADM o no. El sistema de protección y restauración puede estar implementado en rutas compartidas, de esta manera, se requieren de pocos pares de fibra para la misma cantidad de tráfico y no desperdiciar longitudes de onda sin usar.
Ilustración 14 Topología en mallada
Bandas de frecuencia ópticas En los sistemas DWDM se utiliza se utiliza la tercera ventana, zona mínima de atenuación. La
región utilizada está comprendida en la Banda C extendida entre 1530 y 1560 nm, en esta se sustituye una única lambda blanco y negro (1nm anchura espectral), hasta 96 lambdas coloreadas (0.1nm anchura espectral). Con ventana nos referimos a La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la modulación (variación) de un haz de luz, como se muestra en la imagen.
Ilustración 15 Tercera ventana de longitud de onda
Tabla 1 Ancho de Banda y capacidades en la ventana de 1550nm.
Grilla de frecuencias DWDM requiere la definición de un plan de canalización, la grilla de frecuencias o también longitudes de onda, según la ITU es la recomendación ITU- T “G.694.1”:
También existen otras recomendaciones de la ITU-T, que son complementarias para el uso de DWDM, estas son: - G.652, características de un cable óptico mono-modo. - G.655, características de un cable con dispersión dislocada. - G.661/G.662/G.663, a punta a recomendaciones sobre amplificadores ópticos.
- G.671, características de componentes ópticos pasivos. - G.957, interfaces ópticas de sistemas SDH. - G.691, interfaces ópticas para sistemas STM-64, STM-256 y otros sistemas SDH con amplificadores ópticos. - G.692, interfaces ópticas para sistemas multicanales con amplificadores ópticos. - G.709, interfaces para redes ópticas de transporte. Para el funcionamiento de DWDM se pueden distinguir cuatro tipos de sistemas: amplificador óptico de línea u OLA (Optical Line Amplifier), terminal multiplexor 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). El OTM se encarga de multiplexar (en transmisión) y demultiplexar (en recepción) los canales ópticos. La misión de un OLA es amplificar la señal multiplexada en longitud de onda, es decir, sin ningún tipo de conversión electroóptica. 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 d e conversión electroóptica. Finalmente, el OXC es un conmutador de canales en tre 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.
Ilustración 16 Estructura general de un Sistema DWDM
En su núcleo, DWDM involucra un pequeño número de funciones de capa física. En la siguiente figura se muestra un sistema DWDM de cuatro canales. Cada canal óptico ocupa su propia longitud de onda.
ILUSTRACION 17 ESQUEMA FUNCIONAL DE DWDM
El sistema ejecuta las siguientes funciones principales:
Generación de la señal. La fuente, un láser de estado sólido, puede proveer luz estable con un específico ancho de banda estrecho, que transmite la información digital, modulada por una señal análoga. Combinación de señales. Modernos sistemas DWDM emplean multiplexores para combinar las señales. Existe una pérdida asociada con multip lexión y demultiplexión. Esta pérdida es dependiente del número de canales, pero puede ser disminuida con el uso de amplificadores ópticos, los que amplifican todas las longitudes de onda directamente, sin conversión eléctrica. Transmisión de señales. Los efectos de Crosstalk y degradación de señal óptica o pérdida pueden ser calculados en una transmisión óptica. Estos efectos pueden ser minimizados controlando algunas variables, tales como: espaciamiento de canales, tolerancia de longitudes de onda, y niveles de potencia del láser. Sobre un enlace de transmisión, la señal puede necesitar ser amplificada ópticamente. Separación de señales recibidas. En el receptor, las señales multiplexadas tienen que ser separadas. Aunque esta tarea podría parecer el caso opuesto a la combinación de señales, ésta es hoy, en día, difícil técnicamente. Recepción de señales. La señal demultiplexada es recibida por un foto detector.
Además de estas funciones, un sistema DWDM podría ser equipado con una interfaz Cliente-Equipo para recibir la señal de entrada. Esta función es desempeñada por transponedores. Técnicas de codificación En los sistemas de comunicación se utiliza las técnicas de codificación para propósitos de transmisión, también es conocido como modulación en banda base y dichos códigos son usados para el transporte digital de datos. La finalidad que tiene, permite representar la señal digital transportada respecto a su amplitud respecto al tiempo. La señal está perfectamente sincronizada gracias a las propiedades específicas de la capa física. La
representación de la onda se suele realizar mediante un número determinados impulsos (1 y 0). Los tipos más comunes de codificación en línea son el unipolar, polar, bipolar y Manchester. En el caso de DWDM, L as señales eléctricas que las diferentes portadoras de información llevan son codificadas cuando son convertidas a señales ópticas para su transmisión y son decodificadas en el receptor óptico donde serán nuevamente convertidas a señales eléctricas. Los tipos de codificación más utilizados en el dominio óptico son: no retorno a cero (NRZ) y retorno a cero (RZ). La codificación NRZ o no retorno a cero (Ilustración 18) es un método de transmisión donde se hace las siguientes asignaciones a partir de la señal de datos: Un 1 representa una señal de luz para un período de bit - Un 0 representa una ausencia de luz para un período de bit.
Ilustración 18 Codificación NRZ
La codificación RZ o retorno a cero, es un método de transmisión donde se hace las siguientes asignaciones a partir de la señal de datos: - Para un 1 hay la presencia de un pulso de luz en un medio período de bit - Para un 0 no hay presencia de luz para un período completo de bit.
Ilustración 19 Codificación RZ
-APLICACIONES El DWDM se puede implementar en cualquier tipo de red, ya que pertenece a la red de transporte de la Telco y a la capa Física del modelo OSI, esto hace que funcione independiente de los protocolos que se utilizan, pero su uso es principalmente en las redes de larga distancia, en las redes metropolitanas (MAN) y en las redes de almacenamiento (SAM), a continuación veremos el funcionamiento y aporte de DWDM a cada una de estas redes.
- Redes de larga distancia (long haul) Estas redes interconectan redes de área metropolitana o también otras redes de larga distancia a una conexión global entre dominios regionales. Estas redes son útiles para la transmisión masiva de información en redes terrestres a distancias que pueden ir desde los 300 a los 2500 Kms, es a través de estas redes que se pueden comunicar ciudades. En estas redes, DWDM trabaja en longitudes de onda d e los EDFA, es decir en la tercera ventana de comunicaciones ópticas, esto es entre lo s 1530 y los 1625 mm. DWDM resuelve la problemática de crecimiento que tienen las e mpresas de Telecomunicaciones en estas redes, ya que la expansión en redes de larga distancia es lento y costoso, ya que para esto se debían extender sus redes de fibra, no solo para sus redes sino que también para hacer crecer el backbone de la red para evitar así los cuellos de botella (fenómeno en que el rendimiento de la red se ve limitado por un único componente). Mientras que con DWDM es sencilla la expansión de las re des existentes y así aumentar la capacidad e transporte, ya que lo que se hace es la instalación de equipos DWDM en lugares estratégicos y así se puede extender la cobertura y el ancho de banda de la red. Gracias a DWDM estas redes están migrando a velocidades mayores, entre los 10 y los 40 Gbps, el hecho de que DWDM funcione a través de equipos multiplexores y de multiplexores hace que la inversión se haga en el equipamiento y no en la fibra óptica. Es por esto que DWDM aparece como la mejor solución viable para las redes de lar ga distancia.
-Redes metropolitanas (MAN) Estas redes presentan exigencias (lo que se busca en estas redes) a las tecnologías en las que se implementa: 1. Necesitan de gran ancho de banda. 2. Escalabilidad. 3. Confiabilidad. 4. Interconexión con otras redes (LAN,SAN,WAN, larga distancia). Además estas redes deben ser aptas para la transmisión de tráficos de voz, datos y video con garantías de baja latencia, las MAN deben ser compatibles con las tecnologías de las redes de acceso y con las de larga distancia, ya que se encuentran en el medio de estas dos redes.
Ilustración 20 Convergencia de DWDM en redes MAN
\ Frente a estas demandas DWDM es una gran alternativa, ya que lo que le ofrece a la MAN es lo siguiente: - Apoyo de multiprotocolo. - Escalabilidad. -
Confiabilidad y disponibilidad. Gestión de redes. Compatibilidad electromagnética, Facilidad de instalación y gestión. Tamaño reducido de equipos. Consumo de energía moderado. Relación coste-efectividad positiva. Gran ancho de banda.
En MAN se suele utilizar arquitectura en anillo ya que provee flexibilidad a la red, en los sistemas metropolitanos solo se utilizan los equipos amplificadores ópticos, es asi como se consige un importante ahorro económico. Las longitudes de onda en MAN a través de DWDM van desde los 1280 a los 1625 nm, esto quiere decir que abarca la segunda y tercera ventana de comunicaciones ópticas, a diferencia del trabajo que hace en las redes de larga distancia donde solo trabaja en la segunda ventana , esto da como resultado un mayor ancho de banda, a la vez se pueden ocupar filtros ópticos y laser menos complejos y por esto menos costosos, asi también se reducen costos sin afectar la calidad de la transmisión. Como la capacidad por longitud de onda en la fibra es de 10 Gbps incluso se puede llegar a rentar lambdas (longitudes de onda), en otras palabras cada longitud de onda puede llevar información distinta y responder a servicios diferentes. Si bien cualquier persona puede acceder a estas redes, los usuarios que ocuparan de mayor forma el potencial de DWDM en la MAN son las empresas, ya que el intercambio de información con socios, clientes y proveedores es a diario, además de que se tiene la necesidad de que esta información llegue a destino de forma rápida y confiable, estas aplicaciones se pueden utilizar en todo tipo de empresas, también en el gobierno y centros educacionales transportando data, video y voz. Con las tecnologías anteriores como SONET o SDH se tiene gran pérdida del ancho de banda que ofrece la fibra óptica, en cambio DWDM aprovecha la misma fibra que
al ser tratada con distintas longitudes de onda, cada una con un ancho de banda de 10 Gbps, y ya en la actualidad con la posibilidad de enviar hasta 160 longitudes de onda por fibra, es decir se puede alcanzar un ancho de banda teórico por fibra de 1600 Gbps, DWDM se convierte en la gran solución para problemáticas con el ancho de banda.
Ilustración 21 Redes MAN
- Redes de almacenamiento (SAN) Estas redes se encuentran dentro de las MAN, dentro de estas redes se hacen necesarios los anchos de banda elevados, ya que en ellas se almacenan grandes cantidades de datos, nuevamente DWDM se vuelve una gran alternativa para el transporte de datos en estas redes. Ancho de banda en DWDM Cuando hablamos del ancho de banda estamos hablando de uno de los requerimientos más importantes que los usuarios hacen al ocupar las redes, dentro de las redes mientras más rápido viaje la información es mucho mejor, es por eso que se desea un ancho de banda alto, y una de las principales características en la transmisión a través de fibra óptica es el alto ancho de banda que esta nos ofrece, pero ¿Dónde entra DWDM?, como ya hemos visto anteriormente DWDM multiplexa señales en la fibra óptica, esto incide directamente en el ancho de banda dentro de una red con fibra óptica. Lo que se hace es aumentar las longitudes de onda en una sola fibra, pudiendo la capacidad efectiva de la fibra ser aumentada por un factor de 16 o 32. En la actualidad se pueden obtener 40, 80 o 160 canales ópticos separados entre sí a frecuencias de 100 GHz, 50 GHz y 25 GHz respectivamente, es así como al reducir las distancias entre los canales se pueden ir obteniendo mas canales y por ende mayor ancho de banda. Con 160 canales que es lo máximo que se utiliza efectivamente hoy en día se alcanzan velocidades de transmisión de 10 Gbps, aunque las Telecomunicaciones están probando la transmisión en velocidades cercanas a los 40 Gbps, no obstante la capacidad
teórica de una sola fibra es de 1600 Gbps, teóricamente existe un ancho de banda infinito en la red que utiliza fibra óptica ya que al ir aumentando las longitudes de onda de cada una de las fibras correspondientes a la red se va incrementado el ancho de banda de la red, es por esto mismo que no se conoce con exactitud el potencial que tienen las redes por fibra. En la actualidad si bien las grandes corporaciones necesitan anchos de banda gigantescos, aun no hay aplicaciones ni información que se necesite enviar a 1600 Gbps, es por esto que el ancho de banda va creciendo mientras la necesidad de este se haga necesario, es así como la tecnología no existe por sí sola, sino que responde a las necesidades del cliente. Podemos ver como a medida quela tecnología avanza, la necesidad de ancho de banda mayor se hace mas imperante, por ejemplo en los 90`s el mayor tráfico era de voz, pero ya llegando al año 2000 el aumento del tráfico de data ha ido aumentado exponencialmente.
Ilustración 22 Trafico de datos y voz
-IMPLEMENTACIONES En el campo de las telecomunicaciones son muchas las empresas q implementa este tipo de tecnología DWDM , los principales productores de equipos DWDM son:
- Alcatel - Ericsson - Lucent Technologies - Nortel Networks - Ciena Corporation - Cisco Systems - Fujitsu - Marconi Communications - NEC - Siemens - Sycamore - Tellabs - Huawei
-Equipos Los siguientes equipos son los más importantes por el lado de la Telecomunicacion, que esta implementando el servicio de transportar DWDM.
Transpondedor El Cisco ONS 15530 transpondedor Line Card proporciona Multiservicio Metro DWDM, agregación de plataforma con una solución transparente para conectar a las interfaces de cliente y de forma transparente el envío de esta señal a través de una de longitud de onda, se apega a los requerimientos de la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones). En las interfaces compatibles incluyen Gigabit Ethernet, Fast Ethernet, ESCON, 1 Gbps y 2 Gbps Fibre Channel o FICON, Sysplex Timer, Acoplamiento de enlace, Synchronous Optical Network / Jerarquía Digital Síncrona (SONET / SDH) OC-3/STM-1, OC12/STM-4, OC-48/STM-16, emisión de vídeo y otros protocolos.
lustración 23 Cisco ONS 15530 Transpondedor Tarjeta de línea con divisor óptico de Protección Multiplexor y Demultiplexor Óptico El spectralwave 40/80 de la empresa NEC soporta hasta 40 longitudes de onda en la banda C (hasta 80 longitudes de onda usando la banda c/l). La función de slot universal permite una combinación flexible de todas las interfaces en el mismo bastidor. Así, el sistema puede ser flexiblemente cambiado de acuerdo con los requerimientos y escala de una compañía. de telecomunicaciones. El spectralwave40/80/160 provee tanto la función de FULL - OADM (hasta el 100%) y la función OADM seleccionable (hasta seis longitudes de onda en cada dirección). Adicionalmente, el lustración 24 NEC UWPRS spectralwave40/80/160 emplea la función UWPRS (Unidireccional Wavelength Path Switched Ring) para lograr esto, e implementa el IP sobre WDM.
Amplificador Óptico (Booster o Preamplificador) El Cisco ONS 15454 MSTP ofrece mejores amplificadores ópticos de refuerzo para ampliar el alcance de una red metropolitana o regional. Las tarjetas de mayor amplificador óptico forman parte de la arquitectura Cisco ONS 15454 MSTP inteligente DWDM diseñada para reducir la complejidad de DWDM y acelerar la implementación de soluciones de redes de próxima generación. El Cisco ONS 15454 tiene tarjetas de un mayor amplificador óptico son módulos plug-in. Estas tarjetas ofrecen el alcance y rendimiento óptico para apoyar un canal DWDM dentro
de la red de hasta 64 canales. El cliente de la empresa Telco se puede conectar a las redes DWDM utilizando los conmutadores (Switch) ATM y en rutadores (Routers) IP con interfaces OC-48.
Ilustración 25 Cisco ONS 15454 MSTP
Switch El Switch Cisco Catalyst 3550 de la Serie de conmutadores Ethernet inteligentes es una línea de gran alcance, conmutadores de configuración fija de múltiples capas que se extienden hasta el borde de inteligencia acceso al area metropolitana, lo que permite la amplitud de servicios, disponibilidad, seguridad y manejabilidad. Estos switches son ideales para los proveedores de servicios que buscan ofrecer servicios Ethernet rentables y reducir al mínimo el coste total de propiedad. Con una gama de Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, corriente continua, y las configuraciones de la fibra, el Cisco Catalyst 3550 Series es el Switch de acceso motropolitano ideal para las empresas y los mercados de tamaño medio y pequeños negocios. Con un túnel 802.1Q, re ndimiento de enrutamiento IP. Cisco Catalyst 3550-24-FX Switch 100FX-24 puertos de fibra multimodo y 2 puertos Gigabit Ethernet.
Ilustración 26 Cisco Catalyst 3550-24-FX Switch 100FX Router Router Cisco uBR10012 OC-48 de transporte de paquetes dinámicos (DPT) y el módulo de interfaz de paquetes sobre SONET es una tarjeta de línea completa para la talla de Cisco uBR10012 router de banda ancha universal. Esta tarjeta proporciona capacidades de enlace ascendente del troncal que soporta hasta 1.4 Gbps full duplex sobre un estándar SONET / ITU-T Jerarquía Digital Síncrona (SDH) de la interfaz, usando una fibra monomodo con conectores SC. Dos versiones del Cisco uBR10012 OC-48 D PT / módulo de interfaz de la
posición están disponibles a corto alcance (SR) o de largo alcance (LR). Ambas versiones trabajar con el rendimiento del motor de enrutamiento (PRE). Este router proporciona una conexión punto a punto y encapsula los paquetes IP con control de enlace de alto nivel. Es compatible con las características siguientes: • OC-48 de ancho de banda entre la tarjeta de línea y el rendimiento del motor de enrutamiento (PRE) • América del Norte (SONET) y europeos (SDH) en formato • Protección automática de conmutación (APS) • Procesamiento de alarmas
Ilustración 27 Router Cisco uBR10012 OC-48 -SIMULACIÓN EN MATLAB
ilustración 28 Tiempo de duración de la señal
ilustración 29 Grafica de mayor potencia de la señal
-PRUEBA Y VERIFICACIÓN
ilustración 30 Ancho de banda CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Como conclusión podemos decir que DWDM o más conocido como Multiplexión Densa por División de Onda., es una tecnología que permite, transportar datos de diferentes fuentes del emisor en una sola fibra óptica, en la cual, la señal de cada fuente de emisión viaja en una frecuencia de onda distinta y separada de las demás. Es im portante mencionar, que dicho sistema se pueden usar hasta 80 canales virtuales que pueden ser multiplexados en rayos de luz que se transmiten por la misma fibra óptica. Por lo tanto el rendimiento de una sola fibra que contiene un cable ya instalado se pu ede multiplicar con muy bajo costo económico. Este sistema permite que cada canal trasporte 2.5 Gbps (2500 millones de bits por segundo), y se pueden hacer circular por la misma fibra 80 canales diferentes y por tanto la transmisión será de 200 Gb por segundo. Mientras que en el extremo del receptor los canales son demultiplexados, lo interesante de esto es que DWDM permite integrar otras tecnologías como por ejemplo IP, SONET, ATM, entre otros. También es importante agregar que DWDM no es dependiente de protocolo, ya que trabaja en función al capa uno del modelo OSI, básicamente toma las entradas ópticas sin importar el protocolo que esta señal óptica contenga y modula cada señal óptica usando una longitud de onda como portadora, lo que resulta en poder transmitir tantas señales como longitudes de onda soporte el equipo o equipos que se estén utilizando. El ancho de banda soportado para cada señal óptica que es modulada en una longitud de o nda, es de 10 Gbps, ésto quiere decir que en cada longitud de onda podemos transmitir una señal de hasta 10 Gbps. Seguramente estas velocidades se verán incrementadas en los próximos años. Los equip os actuales soportan 32 longitudes de onda y están siendo liberados equipos que soportan 80 longitudes de onda en un solo enlace de fibra óptica. Como toda tecnología, siempre existirán regulaciones y estandarizaciones, en el cado de DWDM, podemos darnos cuenta que no es la excepción, puesto que, la ITU, presenta una
serie de recomendaciones que permiten su buen uso y permitiendo que no existan irregularidades a la hora de la implementación asegurando la calidad del servicio del cliente
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