SCA Sesión 9 Redes Ópticas de Transporte DWDM Abboud Pierre PDF

Preview

Summary

Download SCA Sesión 9 Redes Ópticas de Transporte DWDM Abboud Pierre PDF

Description

Redes Ópticas de Transporte DWDM Abboud Pierre

Universidad Tecnológica del Centro, Guacara, Venezuela. [email protected] Resumen— En este trabajo se presentan las respuestas a las preguntas en relación al sistema La DWDM (DenseWavelength Division Multiplexing) Que hoy en día significa la mejor alternativa que tienen los operadores, que permite aumentar de una forma económica la capacidad de transporte de las redes existentes. En este artículo se realiza un análisis de las redes DWDM, sus características principales y los aspectos que influyen en su diseño e implementación para un funcionamiento óptimo y escalable a futuro. En la actualidad estamos asistiendo a una auténtica revolución de lascomunicaciones avanzadas, derivada principalmente de la liberalización del sector y del crecimiento de los usuarios de Internet, los servicios de datos y la telefonía móvil. Las soluciones que tienen la mayoría de los proveedores de telecomunicaciones para satisfacer este aumento de la demanda de tráfico son diversas. Por una parte pueden instalar más fibra, aunque esta es una solución costosa y en algunos casos inviable. Índice de términos— Ancho de banda, escalabilidad, multiplexación, redes ópticas transparencia.

I. INVESTIGAR SOBRE LA MOTIVACIÓN PARA EL DESARROLLO DE WDM ¿POR QUÉ FUE NECESARIA LA APARICIÓN DE DWDM? Fue neecesaria, debido a la evolución y a la oferta comercial de nuevos servicios informáticos de valor agregado, tales como video bajo demanda, videoconferencia remota, telemedicina, aplicaciones multimedia, entre otros, las empresas de telecomunicaciones, como carriers y operadores, han tenido que implementar nuevas tecnologías de multiplexación sobre los enlaces de fibra óptica existentes para así soportar grandes requerimientos de ancho de banda, como los de las aplicaciones mencionadas. En el diseño y la implementación de las redes normalmente se busca bajar costos, como los deriva dos de la operación de la red y de las obras civiles, característica que la tecnología DWDM posee [1]. A medida que aumentaba la necesidad de información, también aumentaba la necesidad de ancho de banda. Los primeros sistemas SONET utilizaban láseres de 1310nm para suministrar flujos de datos de 155 Mb/s a través de distancias muy largas. Pero esta capacidad se agotó rápidamente. Los avances en los componentes optoelectrónicos permitieron el diseño de sistemas que transmitían simultáneamente múltiples longitudes de onda lumínicas a través de una fibra única. Fue posible multiplexar diversos flujos de información a alta velocidad de bits de 2.5 Gb/s, 10 Gb/s y, más recientemente, de 40 Gb/s y 100 Gb/s mediante la división de varias longitudes de onda. Así fue que surgió la Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) [2].

II. DEFINIR EL CONCEPTO DE WDM Y EL CONCEPTO DE DWDM A. Definir el Concepto de WDM La multiplexación por división de longitud de onda es una tecnología que permite transmitir varias señales independientes sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED

Para llevar esto a cabo, un sistema WDW, requiere de un multiplexor en el transmisor, y un demultiplexor en el receptor, para separarlas. Hay dispositivos que hacen ambas cosas simultáneamente, se les conoce como add drop multiplexer, o multiplexor de gota. [3]

B. Definir el Concepto DWDM DWDM es un método de multiplexación muy similar a la Multiplexación por división de frecuencia que se utiliza en medios de transmisión electromagnéticos. Varias señales portadoras se transmiten por una única fibra óptica utilizando distintas longitudes de onda de un haz láser en cada una de ellas. Cada portadora óptica forma un canal óptico que podrá ser tratado independientemente del resto de canales que comparten el medio (fibra óptica) y contener diferente tipo de tráfico. De esta manera se puede multiplicar el ancho de banda efectivo de la fibra óptica, así como facilitar comunicaciones bidireccionales. Se trata de una técnica de transmisión muy atractiva para las operadoras de telecomunicaciones ya que les permite aumentar su capacidad sin tender más cables ni abrir zanjas [2]. La DWDM está diseñada para transmisiones de larga distancia donde las longitudes de onda están compactadas. Los proveedores han descubierto diversas técnicas para comprimir 32, 64 o 128 longitudes de onda en una fibra.

III. ¿CUÁLES SON LOS ELEMENTOS DE UNA RED DWDM? ¿DESCRIBIR LA TOPOLOGÍA DE UNA RED DWDM? A. Elementos de una red DWDM 1) Emisores y Detectores de luz: Son dispositivos activos que convierten las señales eléctricas en pulsos de luz. 2) Fuentes: Son dispositivos emisores de luz compactos (se direcciona la luz a un punto), monocromáticos (en la práctica no existen), estables y duraderos. Existen dos tipos de fuentes de luz, los diodos emisores de luz (LEDs) y diodos lasers semiconductores. 3) Detectores: En el receptor es necesario recuperar las señales transmitidas a diferentes longitudes de onda, generalmente se usan fotodetectores que son dispositivos de banda ancha, que reciben la señal del demultiplexor y la convierten nuevamente en señales eléctricas. Existen dos tipos de fotodetectores, el fotodiodo positivointrínseco-negativo (PIN) y el fotodiodo avalancha (APD). B. Descripción de una topología DWDM 1)Amplificador Óptico: Es un dispositivo que permite incrementar la potencia de la señal sin la necesidad de pasar la señal al dominio eléctrico, en el caso de la POF no se cubren grandes distancias por lo que no es necesario en nuestro trabajoincluir estos dispositivos.

2)Filtros ópticos: Este dispositivo tiene como objetivo principal seleccionar de varias longitudes de onda una específicamente.

Fig. A. Componentes de una red DWDM.

Los tipos más comunes de codificación en línea son el unipolar, polar, bipolar y Manchester. En el caso de DWDM, Las 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).

1) Modulación Óptica: Para convertir un sistema de transmisión de señales luminosas en un sistema de comunicación, deberán ser incluidos el modulador y demodulador respectivo. En el caso más común, el de la modulación directa o de intensidad luminosa, la potencia óptica emitida es controlada por la corriente inyectada junto con la corriente de polarización. En el caso de modulación coherente algún parámetro (fase, frecuencia, amplitud o polarización) del campo emitido, es modulado por la información. 2) Modulación de Intensidad: Dentro del sistema de modulación se pueden distinguir las siguientes formas de modulación que usan un determinado parámetro que caracteriza el envió de información directamente por el láser, la modulación on-off, por desplazamiento de frecuencia (FSK) y por desplazamiento de amplitud (ASK) [5].

Fig. B. Topología general de DWDM.

3) Filtro de absorción: El objetivo de este elemento es el de atenuar la potencia de la luz absorbiendo longitudes de onda específicas. Son de gran utilidad ya que su respuesta en frecuencia es similar a la curva de Gauss, centrándose en la longitud en la que se desea sintonizar y teniendo como varianza el ancho espectral que se desea atenuar, siendo esta última característica la que determina la calidad del filtro.

4) Splitters y Combinadores Ópticos: Son elementos que permiten dividir la señal de ingreso en N señales de salidas con pérdidas mínimas. La mayoría de estos dispositivos tienden a introducir perdidas de inserción en cada una de las salidas con la misma intensidad.

V. DESCRIBIR LA ESTRUCTURA DE TRAMA DWDM La figura muestra varias partes de la trama G,709 incluyendo el overhead para cada una de las secciones ODU, OPU y OTU el sincronismo (framing) , el FEC y la carga útil.Aunque las velocidades están basadas en SDH, la carga útil de una tramaG.709 es completamente agnóstica a protocolo. Así p. ej. una informaciónATM, un protocolo GFP (generic framing procedure) pueden ser mapeados directamente a la carga útil de la trama G.709.Es esta característica la que hace a la OTN una buena opción para una red de transporte, ya que puede llevar varios tipos de tráfico data, voz, o video con una estructura de trama común, que permite las garantías de nivel de servicio, gestión, seguimiento y corrección de84errores [6].

5) Multiplexores y Demultiplexores en DWDM: Los multiplexores, para poder transmitir varias señales por un solo medio óptico hacen uso de varios fenómenos [4]. IV. DESCRIBIR LOS FORMATOS DE MODULACIÓN USADOS EN SISTEMAS DWDM Sólo la señal óptica en la frecuencia del oscilador local se amplifica (pulsaciones constructivas), mientras que todas las otras frecuencias que no sean coherentes con el oscilador local son atenuadas. La aplicación exitosa de esta técnica requiere grandes capacidades de procesamiento en señales digitales que sólo se pueden lograr en ultra-alta velocidad, con un material como el silicio. Una solución eficaz coherente es proporcionada por la combinación de detección coherente, ultra-alta velocidad en el procesador de señales digitales (DSPDigital Signal Processing,)en el receptor coherente y un formato de fase de modulación ,tal como modulación por cambio de fase en cuadratura(QPSKQuaternary Phase-Shift Keying)omodulaciónpor cambio de fase binaria (BPSKBinary Phase-Shift Keying).

Fig. C. Estructura de una trama G.709.

VI. ¿QUÉ ES LA JERARQUÍA DE TRANSPORTE ÓPTICO (OTN)? ¿A QUÉ SE DEBE LA APARICIÓN DE OTN? OTN ha sido definido por ITU-T como un conjunto de estándares que permiten combinar las ventajas de SONET/SDH con la ingente capacidad ofrecida por la técnica DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing [8]. Cuando se diseñó SONET/SDH a principios de la década de los noventa, las redes de voz y datos se diseñaron y construyeron por separado. Sin embargo, casi de inmediato SONET/SDH comenzó a usarse para combinar tráfico de voz y de datos en una única red de transporte, en la que los elementos de la red de datos adoptaban las interfaces y los protocolos de transporte de voz. Se desarrollaron adaptaciones para asignar tráfico de datos a través de tramas SONET/SDH para que las operadoras pudieran usar estas redes, pero esto resultó ser cada vez más ineficiente porque las cargas útiles de datos y voz se construyen a velocidades considerablemente distintas.

Fig. D. estructura de línea de OTN.

El sector aprendió que OTN debe diseñarse para proveer un transporte de datos en un formato que sea propio de la red de datos. Esto condujo a tamaños fijos de trama, en lugar de velocidades fijas de trama inherentes a SONET/SDH. Ese cambio fundamental ayuda a que el tráfico basado en IP se trace en TN de manera mucho más eficaz que con SONET/SDH. Tal integración estrecha entre el protocolo de Internet (IP) y OTN por medio de Ethernet se adecua mucho más a la combinación actual de tráfico y protocolos de redes. El tope de velocidad de línea de 40 gigabits por segundo (Gb/s) de SONET/SDH ya no constituye una barrera para los aumentos de la velocidad de datos. OTN se diseñó para ser una tecnología de transporte que mejore la transparencia, el alcance, la escalabilidad y las capacidades de monitorización de las señales transmitidas a larga distancia, incluso a través de varios proveedores y/o dominios OTN también tenía como propósito sustentar una infraestructura de longitudes a gran escala y manejable. Este es el caso de uso original desde el que se originó la capacidad de transparencia de carga útil total. Para el año 2009, estaba claro que la mayor parte del tráfico transportado por OTN sería basado en Ethernet, por lo que los estándares de OTN se mejoraron para alinearlos estrechamente con las características del tráfico de Ethernet [7].

VII. ¿CÓMO SE SOPORTA O APOYA OTN SOBRE DWDM? ¿CÓMO SE RELACIONAN? Los multiplexores OTN (Optical Transport Network) operan tanto en el dominio eléctrico (que administra y multiplex jerarquías de tramas) como en el dominio óptico (para multiplexación de longitudes de onda WDM, su conformación espectral y transrecepción). Cada vez se usan más ROADM. El procedimiento FEC Reed-Solomon aplicado a la trama OTU, que permite ampliar el segmento de transmisión sin regeneración óptica, ofreciendo una performance superior a la de los sistemas DWDM. Las redes OTN proveen mecanismos estándares para la gestión de las longitudes de onda de sistemas DWDM a nivel extremo-extremo, sin que sea necesaria una multiplexación en el dominio eléctrico (OTU, ODU, OPU) [9].

VIII. DESCRIBIR LA ESTRUCTURA DE UNA RED OTN. DESCRIBIR LA TRAMA OTN El envoltorio OTN está conformado por varios componentes que constituyen la jerarquía de la tara de comunicación entre nodos de la red. El módulo de transporte óptico (OTM) es la estructura

Fig. D. Soporte OTN con respecto a DWDM.

transportada a través de la interface de línea óptica. Tiene dos partes: una sección digital y una sección análoga. La estructura de la trama de línea OTN (OTU), con un tamaño fijo de 4 x 4080 bytes (16320 bytes), sin importar el orden de la trama OTUk. Esto marca una diferencia con SONET/SDH, donde la trama en cada nivel jerárquico crece en tamaño [10]. OTN admite la multiplexación de uno y varios pasos en contenedores superiores a nivel de la ODU, tal como se ve en la Figura 4, en la que se muestra una vista jerárquica resumida. Por ejemplo, se pueden multiplexar cuatro ODU1 en una OPU2. Una OPU3 puede contener una multiplexación de cuatro ODU2, 16 ODU1 o una combinación de ODU1 y ODU2. En la Figura 4, también se muestra que OTN admite tanto asignaciones de bajo orden (LO) como de alto orden (HO) [7].

IX. INVESTIGAR SOBRE LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN USADOS EN REDES OTN Y DWDM. ¿POR QUÉ SON NECESARIOS LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN? DESCRIBIR LOS PRINCIPALES ESQUEMAS DE PROTECCIÓN Y CONMUTACIÓN Las aplicaciones modernas demandan cada vez más de la red y se están volviendo mucho más sofisticadas y dependientes de ella. Los niveles altos de rendimiento, manifestados en forma de conmutación de protección rápida, baja o cero pérdidas de paquetes y otras características, son claves para garantizar el funcionamiento adecuado de aplicaciones esenciales. Las cargas útiles como Ethernet entre centros de datos, los videos nativos entre centros de producción y el tráfico de almacenamiento síncrono necesitan de un tratamiento meticuloso y, por lo general, de una solidez y capacidad muy alta de la red. La necesidad de los esquemas de protección que se van a descrbir, es que, en caso de algún fallo, la información a través de los canales de trabajo para ambas direcciones de tráfico puede seguir caminos físicos diferentes. Las redes DWDM, están basados en redundancia del sistema, de tarjeta, o al nivel de fibra, la redundancia ocurriría al nivel de longitud de onda. De esta forma, entre otras cosas, un canal de datos podría cambiar de longitud de onda a medida que viaja a través de la red, debido a una falla en el ruteo o switcheo [9].

X. ¿QUÉ ES LA REFLECTOMETRÍA ÓPTICA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO? ¿CÓMO FUNCIONA UN OTDR?

DESCRIBIR UN OTDR POR MEDIO DE SU DIAGRAMA DE BLOQUES. ¿CÓMO SE INTERPRETAN LAS GRÁFICAS MOSTRADAS POR UN OTDR? La reflectometría de dominio de tiempo (en inglés, Time-Domain Reflectometry, TDR) es una técnica de medición que se utiliza para determinar las características de las líneas eléctricas mediante la observación de las ondas reflejadas. Para realizar su función, el OTDR inyecta en la fibra bajo análisis una serie de pulsos ópticos. También extrae, del mismo extremo de la fibra, luz que ha sido dispersada y reflejada de vuelta desde puntos de la fibra con un cambio en el índice de refracción [10]. . La intensidad de esta luz de retorno y el tiempo que esta tarda en volver al detector indican el valor de la pérdida (por inserción y reflexión), el tipo y la ubicación de un evento en el enlace de la fibra. A medida que el pulso de luz se desplaza por la fibra, partes de la luz transmitida se reflejan o refractan, o se retro dispersan por la fibra hacia el fotodetector del OTDR El valor inherente a las pruebas con OTDR radica en el diagnóstico del estado de un cable de fibra óptica que, de otro modo, no se podría determinar. Esto es primordial cuando el enlace contiene varios empalmes y varias conexiones susceptibles de presentar fallos. El resultado de la medición es mostrado por una gráfica o traza OTDR en la cual el eje vertical muestra atenuación en decibelios (dB) y el eje horizontal muestra distancia (en metros o Km) [11].

Fig. E. Interpretación de las gráficas del OTDR.

REFERENCIAS [1] Arnulfo, Darío, Amado. Redes ópticas dwdm: diseño e implementación. [En línea]. Disponible en: https://DialnetRedesOpticasDWDM-169349.pdf [2] Wikipedia. DWDM. [En línea]. Disponible en https://es.wikipedia.or g/wiki/DWDM [3] Solotecno. Elementos WDM. [En línea]. Disponible en: https://solote cno.com/ tecnologia-wdm-cwdw-dwdm/ [4] Cuzco, Arias. Diseño y Simulación de un Sistema DWDM Óptico. [En línea]. Disponible en: https://dspace.ups.edu.ec/bitstream / 123456789/13470/1/UPS-CT006866.pdf [5] Pereira D. Modulación en redes DWDM [En línea]. Disponible en https://es.slideshare.net/gersonchavarriavera/redes-dwdm [6] Slideshare – Redes de telecomunicaciones. [En línea]. Disponible en: https://es.slideshare.net/fapablaza/redes-de-telecomunicaciones-cap-43 [7] Paul, Fady, Earl. Ciena - Redes de transporteóptico. Estados Unidos. (2020). [8] BBits - Optical Transport Network (OTN), la arquitectura que hará descarrilar a SDH. [En línea]. Disponible en: https://borrowbits.c

om/2015/11/optical-transport-network-otn-la-arquitectura-que-haradescarrilar-a-sdh/?cn-reloaded=1 [9] Mendioroz F. Sistema de conmutación. [En línea]. Disponible en: https://es.slideshare.net/fernandomendioroz/introduccin-a-wdm-y-otn [10] VIAVI - Principio de funcionamiento y características de los OTDR. [En línea]. Disponible en: https://www.viavisolutions.com/eses/principio-de-funcionamiento-y-caracteristicas-de-los-otdr [11] Wikipedia. OTDR y cómo interpretar sus mediciones. [En línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/OTDR

Pierre Abboud, nació en CaraboboVenezuela el 25 de septiembre de 2000. Actualmente, estudiante de la Universidad Tecnológica del Centro, cursando Ingeniería en Redes y Comunicaciones e Ingeniería en Información, cohortes 2017....