Diseño de una red de Fibra Óptica de MOVISTAR en la Gran Caracas para aumentar la capacidad de transmisión actual

Transcripción

1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica Diseño de una red de Fibra Óptica de MOVISTAR en la Gran Caracas para aumentar la capacidad de transmisión actual Por María José Ramírez Tovar Sartenejas, enero 2007.

2 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica Diseño de una red de Fibra Óptica de MOVISTAR en la Gran Caracas para aumentar la capacidad de transmisión actual. Por María José Ramírez Tovar Realizado con la Asesoría de Ing. Carlos Bianchi Ing. Mauricio Hernández Informe Final de Cursos en Cooperación Técnica y Desarrollo Social Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico Sartenejas, enero 2007.

3 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica Diseño de una red de Fibra Óptica de MOVISTAR en la Gran Caracas para aumentar la capacidad de transmisión actual PROYECTO DE GRADO presentado por: María José Ramírez Tovar REALIZADO CON LA ASESORIA DE: Ing. Carlos Bianchi e Ing. Mauricio Hernández RESUMEN Este proyecto presenta una propuesta de diseño para una red de fibra óptica en la Gran Caracas, como solución a las necesidades de expansión de la capacidad de tráfico y las limitaciones de ancho de banda y espacio en las torres que existen en esta zona. Para la concepción del diseño se realizó un proceso de planificación en el cual se determinaron tanto las necesidades de la red actual, como las especificaciones y parámetros de los elementos que conforman la nueva red como lo son el cable de fibra óptica, las estaciones, los equipos y accesorios, la infraestructura y las topologías a implementar entre otros. Para luego realizar el proceso de ingeniería en el cual se corroboran los planteamientos realizados y se determinan las rutas, el tendido del cable y las premisas que regirán las conexiones a realizarse. Se obtuvo como resultado dos redes de fibra óptica, la primera en Caracas que forma una red paralela a la existente, conectando 21 celdas a través de un anillo principal formado por cinco nodos de orden STM-16 y nueve anillos secundarios de orden STM-1 o STM-4 y la segunda una red en la zona de los Altos mirandinos que conecta diez celdas por medio de un anillo principal de cinco nodos y orden STM-16 y tres anillos secundarios de orden STM-1 o STM-4. Ambas redes se integran a la estructura de fibra óptica de MOVISTAR existente otorgando redundancia entre Caracas y Valencia. PALABRAS CLAVES: fibra óptica, SDH, DWDM, fibra monomodo, UIT-T G.655, UIT-T G652

4 Dedicatoria Quiero dedicar con mucho cariño este libro y mi carrera universitaria a mis abuelas Elena y Mama Aba, ya que ellas con sus palabras, apoyo, compañía y enseñanzas hicieron de mí una mejor persona. Aprovecho esta oportunidad para agradecerles todo lo que hicieron por mí y por la familia, y para hacerles saber que me llena de orgullo haberlas tenido en mi vida.

5 Agradecimientos En primer lugar quiero agradecer a MOVISTAR por darme la oportunidad de llevar a cabo mi proyecto de grado en sus instalaciones. Agradezco a mi tutor industrial Ing. Mauricio Hernández por brindarme su tiempo y apoyo constante para sacar adelante el presente proyecto, también quiero agradecer especialmente a todos mis compañeros de trabajo por su colaboración y por hacer mis días de trabajo más agradables. Quiero agradecer a mi tutor académico Ing. Carlos Bianchi por haber estado presente en todas las etapas del proceso y brindarme las pautas necesarias para la realización de mi trabajo de pasantía. Por último pero no menos importante agradezco a mi novio que me ha acompañado y apoyado en todo momento y a mi familia sin la cual no podría haber llegado a este momento, ya que ellos me enseñaron la importancia de siempre cumplir con mis metas. A mi mamá gracias por nunca negarme su tiempo para enseñarme día a día y darme siempre el mejor de los ejemplos, gracias a mi hermano por confiar en mis capacidades y tratar siempre de infundarme metas más grandes que aumenten mis oportunidades en la vida y a mi papá gracias por su cariño y apoyo incondicional que me brinda la seguridad necesaria para realizar todos los proyectos que emprendo.

6 Índice General i Índice General Índice de Figuras... v Índice de Tablas... viii Lista de Símbolos y Abreviaturas... x Capítulo 1. INTRODUCCIÓN... 1 Capítulo 2. ANTECEDENTES, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS Antecedentes Justificación Objetivos Fases del proyecto Planificación Ingeniería básica Validación de la propuesta de diseño Implementación de la propuesta de diseño... 9 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO Fundamentos de Fibra óptica Estructura de la fibra óptica Transmisión de la luz en una fibra Tipos de fibra óptica Fibra Multimodo a. Fibra de índice escalonado b. Fibra de índice gradual Fibra monomodo Instalación del cable de fibra óptica Ventajas y desventajas del uso de la fibra óptica para transmisiones Estándar de Transmisión Topologías de Red Topología Bus Topología Estrella... 25

7 Índice General ii Topología Malla Topología Anillo Protecciones de Red Protección de Conexión de Subred (SNCP) Protección de camino Anillos de protección compartida de sección de Multiplexación Anillos de Protección especializada de sección de multiplexación Conmutación de protección de sección de multiplexación lineal Capítulo 4. PARÁMETROS Y ESPECIFICACIONES DE DISEÑO DE LA RED DE FIBRA ÓPTICA Parámetros de construcción Instalación del cable enterrado Instalación del cable aéreo Parámetros para la escogencia de las celdas a interconectar Celdas en Caracas Celdas Altos mirandinos Parámetros iniciales para la configuración de la red Especificaciones del cable de fibra óptica Especificaciones de los equipos necesarios para la implementación de la red de fibra óptica Parámetros para el dimensionamiento de los accesorios necesarios para la implementación de la red de fibra óptica Distribuidores de Fibra Óptica (ODF) Mangas de empalmes Capítulo 5. DISEÑO DE LA RED DE FIBRA ÓPTICA EN CARACAS Ubicación geográfica de las celdas a interconectar Configuración de los anillo de la red Dimensionamiento del cable... 56

8 Índice General iii 5.4. Conexión de los equipos Estructura física de la red Características de conexión y cableado del backbone Conexión de los fines de carrete Parámetros de conexión entre las celdas Reservas del cable Accesorios a implementar en Caracas Para los ODF Para las Mangas de Empalmes Consideraciones de potencia y dispersión para comprobar la factibilidad de los enlaces Potencia Dispersión Capítulo 6. DISEÑO DE LA RED DE FIBRA ÓPTICA EN LOS ALTOS MIRANDINOS Ubicación de las celdas a interconectar Configuración de los anillos Dimensión del cable para la zona de los Altos Mirandinos Conexión de los equipos a implementar en los Altos Mirandinos Características del cableado y conexión de la red Accesorios a implementar en la zona de Altos Mirandinos Capítulo 7. RESULTADOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Resultados Conclusiones Recomendaciones REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Apéndice I. Requerimientos de la estructura y las especificaciones técnicas del cable de fibra óptica Apéndice II. Especificaciones de los accesorios para la instalación del cable Apéndice III. Diagramas de conexión de los equipos... 99

9 Índice General iv Apéndice IV. Cálculo de Valor máxima de potencia Anexo A. Integración de la red Gran Caracas a la red óptica de MOVISTAR existente. 102 Anexo B Instalación de cable enterrado Anexo C. Instalación aérea del cable

10 Índice de Figuras v Índice de Figuras Figura 2.1. Rutas de la red de fibra óptica actual en Gran Caracas... 4 Figura 3.1. Esquema de transmisión de la señal a través de la fibra óptica Figura 3.2. Estructura de la fibra óptica Figura 3.3. Estructuras básicas de la fibra óptica. (a) Holgada, (b) Ajustada Figura 3.4. Esquema de transmisión de la luz dentro de la fibra óptica Figura 3.5. Propagación del haz de luz dentro de la fibra multimodo de índice escalón Figura 3.6. Propagación del haz de luz dentro de la fibra multimodo de índice gradual Figura 3.7. Propagación del haz de fibra dentro de la fibra monomodo Figura 3.8. Estructura de multiplexado Figura 3.9. Estructura de la Trama STM Figura Estructura de la topología BUS Figura Estructura de la topología ESTRELLA Figura Estructura de la Topología MALLA Figura Estructura de topología ANILLO. (a) Anillo Simple (b) Anillo Doble Figura Restauración del tráfico caso de fallo en un anillo doble Figura Protección SNCP 1+1 para la ruta entre los puntos X e Y Figura Restauración del tráfico ante una falla con protección MS-SPRing Figura Restauración del tráfico por conmutación Figura Restauración del tráfico por conmutación MSP-L Figura Multiplexado DWDM de ocho canales Figura Componentes de un sistema DWDM Figura 4.1. Detalle del Zanjado. Se muestra la estructura en detalle y las dimensiones de la zanja empleada para el tendido del cableado. a) Zanja de Backbone Principal. b) Zanja de los accesos Figura 4.2. Detalle de la estructura de los postes empleados para el cableado aéreo... 37

11 Índice de Figuras vi Figura 4.3. Detalle de la fijación del cable a la guaya y el poste Figura 4.4. Diagramas de corte transversal de Cable de Fibra óptica de 12 Hilos con buffers de 6 hilos para accesos a celdas (a) Aplicaciones de Enterrado, (b) Aplicaciones aéreas Figura 4.5. Diagrama de corte transversal de Cable de Fibra óptica de 144 Hilos con buffers de 12 hilos para aplicaciones de Enterrado en anillo metropolitano Figura 5.1. Ubicación de las celdas a interconectar en Caracas Figura 5.2. Diagrama de red. Anillo principal y secundarios que conformarán la red óptica Figura 5.3. Esquema del backbone identificando las tanquillas de interés en el recorrido Figura 5.4. Diagrama de empalmes de tanquilla fin de carrete en punto de interconexión que no coincida con estación Figura 5.5. Diagrama de empalmes en tanquilla fin de carrete que coincide con MTSO Figura 5.6. Diagrama de empalme en tanquilla fin de carrete que coincide con otros nodos Figura 5.7. Diagrama de empalmes en tanquilla fin de carrete que coincide con acceso a celda Figura 5.8. Diagrama de la conexión principal y de respaldo de los anillos de celdas Figura 5.9. Diagrama de conexión para la prevención del colapso de los anillos de celdas Figura Diagrama de conexión de los anillos conformados por tres celdas Figura Diagrama de conexión de los anillos de tres celdas si se extrae la celda 2 del anillo Figura Esquema de interconexión de los cables existentes con el backbone, identificando las tanquillas de interés... 70

12 Índice de Figuras vii Figura Diagrama de empalmes de acceso a celdas conectadas a los cables existentes Figura 6.1. Ubicación geográfica de las celdas a interconectar en los Altos Mirandinos Figura 6.2. Diagrama de red. Anillo principal y secundarios que conforman la red óptica de Altos Mirandinos Figura 7.1. Pasos a seguir para la realización de un proyecto de fibra óptica. 84 Figura 7.2. Fase de selección de los elementos de la red Figura 7.3. Fase de visitas e informes Figura 7.4. Fase de ingeniería Figura 7.5. Fase de implementación Figura III.1. Diagrama de conexión de los equipos en Caracas...99 Figura III.2. Diagrama de conexión de los equipos en Altos Mirandinos Figura A 1. Esquemático de la red Óptica Caracas Valencia que integra la nueva red óptica de la Gran Caracas Figura B. 1 Zanja y ductos Figura B. 2. Zanja finalizada Figura B. 3. Tanquilla tipo A y ductos Figura C. 1. Proceso de tendido del cable aéreo..105

13 Índice de tablas viii Índice de Tablas Tabla 3.1. Código de colores de la fibra óptica Tabla 3.2. Ventajas y Desventajas del uso de la fibra óptica como medio de transmisión de datos Tabla 3.3. Características de los órdenes de transmisión de PDH Tabla 3.4. Características de los órdenes de transmisión de SDH Tabla 4.1. Estatus de las posibles celdas para la interconexión en Caracas Tabla 4.2. Clasificación de las estaciones de MOVISTAR Tabla 4.3. Especificaciones del equipo multiplexor Huawei modelo Metro Tabla 4.4. Especificaciones de los equipos multiplexores modelo Metro Tabla 5.1. Orden Jerárquico del cada anillo según el tráfico que maneja Tabla 5.2. Distribución de los hilos del cable principal Tabla 5.3. Longitudes de los tramos que conforman el backbone. La longitud del cable es el equivalente de la longitud del tramo más las reservas que corresponden al 25% de la longitud del tramo Tabla 5.4. Características de los tramos que conforman el backbone Tabla 5.5. Longitud de las reservas del cable de 144hilos a instalar por tramos Tabla 5.6. Pérdidas teóricas de los enlaces Tabla 5.7. Parámetros de los equipos necesarios para la evaluación de las pérdidas de potencia en los enlaces punto a punto Tabla 6.1. Orden jerárquico de cada anillo dependiendo del tráfico Tabla 6.2. Distribución de los hilos del cable a instalar en los Altos Mirandinos Tabla I.1. Requerimientos de la estructura del cable Tabla I.2. Especificaciones técnicas de los hilos de fibra óptica G Tabla I. 3. Especificaciones técnicas de los hilos de fibra óptica G Tabla II. 1. Características del ODF para 72 terminaciones/empalmes Tabla II. 2. Características del ODF para 12 terminaciones/empalmes... 97

14 Índice de tablas ix Tabla II. 3. Características del ODF para 48 terminaciones/empalmes Tabla II. 4. Características de la Manga de Empalme tipo A Tabla II. 5. Características de la Manga de Empalme tipo B Tabla II. 6. Características de la Manga de Empalme tipo C Tabla II. 7. Características de la Manga de Empalme tipo D... 98

15 Lista de Símbolos y Abreviaturas x Lista de Símbolos y Abreviaturas ADSS Cable Autosoportado (All-Dielectric Self Supporting) AU-n Unidad Administrativa (orden n) (Administrative unit n order) AUG Grupos de unidades administrativas (Administrative unit groups n order) C-n Contenedor (orden n) (container n order) ºC Grados centígrados CONATEL DEMUX db DWDM FO FWM GSM Km Kbps LED LAN MS-SPRing Comisión Nacional de Telecomunicaciones Demultiplexor Decibelios Multiplexación Densa por División de Longitud de Onda (Dense Wavelength Division Multiplexing) Fibra óptica Mezcla de cuatro ondas (Four Wave mixing) Sistema global de comunicaciones móviles (Global System for Mobile communications) Kilómetros Kilo bits por segundo Diodo emisor de luz (Light emitting diode) Redes de Área Local (Local Area Network) Anillo de protección compartida de sección de multiplexación (MS shared protection rings)

16 Lista de Símbolos y Abreviaturas xi mm m Mbps MI MTSO MUX N nm ODF PDH ps POH SPE SOH SPM STM SNCP SDH Milímetros Metros Megabits por segundo Modulación inestable (Inestability modulation) Central de Conmutación Privada (Movil Telephone Switch) Multiplexor Newtons Nanómetros Distribuidor de Fibra Óptica (Optical Distribution Frame) Jerarquía Digital Plesiócrona (Plesiochronous Digital Hierarchy) Pico segundos Tara de trayectoria (Path Overhead) Carga Útil Síncrona (Synchronous Payload Envelope) Tara de sección (Section Overhead Auto Modulación de fase (Self Phase Modulation) Modulo de transporte síncrono (synchronous transport module) Protección de conexión de subred (Subred network connection protection Jerarquía Digital Síncrona (Synchronous Digital Hierarchy)

17 Lista de Símbolos y Abreviaturas xii TDM Multiplexación por división de tiempo (Time Division Multiplexing) TU-n Unidad tributaria (orden n) (Tributary unit n order) TUG UIT Grupos de unidades tributarias (Tributary unit groups n order) Unión Internacional de las telecomunicaciones (International Telecommunication Union) VC-n Contenedor virtual (orden n) (virtual container n order) WAN XPM Redes de Área Extensa (Wide Area Network) Modulación de fase cruzada (Cross Phase Modulation)

18 Capítulo 1. INTRODUCCIÓN Actualmente las telecomunicaciones han tomado gran importancia en el día a día de las personas a nivel mundial. En el caso de Latinoamérica este sector económico ha mantenido un crecimiento sostenido en los últimos años alcanzando un alto porcentaje de penetración en el mercado y constituyéndose como un mercado con un aporte significativo al Producto Interno Bruto (PIB) de los países. Particularmente en Venezuela, para el último trimestre del año 2006 este sector ha tenido un porcentaje de penetración mayor que en el 2005 en todos sus segmentos, registrándose valores de 60% para la telefonía móvil, 14,61% para la telefonía fija y 14,26% para Internet. [1] Telefónica es un grupo de origen español que cuenta con más de 80 años de experiencia, más de 19 millones de líneas fijas y aproximadamente el mismo número de clientes de telefonía móvil en su país natal. Este grupo está presente como una de las empresas de telecomunicaciones líderes a nivel mundial en Europa, África y Latinoamérica. En el continente Latinoamericano se encuentra presente desde hace 15 años con una inversión acumulada en infraestructuras y adquisiciones que superan los millones de Euros. Siendo el operador líder en Brasil, Argentina, Chile y Perú durante el En Venezuela la historia de la empresa se remonta al año 1991 cuando nace TELCEL, la primera empresa de comunicaciones móviles del país que conformó el motor de crecimiento de este mercado. Años después la empresa pasó a formar parte del grupo Bellsouth hasta que en el 2004 se llegó al acuerdo de adquisición de estas operadoras por el Grupo Telefónica Móviles, encargado de gestionar los activos de la telefonía móvil del grupo telefónica en el mundo, abarcando más de 80 millones de clientes en 15 países. [2]

19 Capítulo 1. INTRODUCCIÓN 2 MOVISTAR es una de las empresas que lidera el sector venezolano de la telefonía móvil, ya que maneja el 44,7% del mercado, con un paquete de clientes que superó los 8 millones al cierre de septiembre de 2006 [1,3]. Además posee una posición de vanguardia en el lanzamiento de los productos y servicios más innovadores en la telefonía móvil de Venezuela. Por tal razón se encuentra en la constante actualización, mejora e incorporación de sistemas que le permitan mantenerse en esta posición ofreciendo a sus clientes una gama de servicios cada vez más amplia. El propósito de Telefónica es ser reconocido como un grupo que ofrece soluciones integradas a cada segmento de clientes, tanto de comunicaciones, móviles como fijas, de voz, de datos y de servicios [4]. En Venezuela brinda una gama de servicios, tanto para clientes personales como corporativos: telefonía celular, telefonía fija inalámbrica, larga distancia nacional e internacional, conexión a Internet, servicio de Redes Privadas, T-Motion y el portal Mipunto.com [2]. Partiendo de esta premisa, surge la necesidad de aumentar la capacidad de tráfico de la red de MOVISTAR que se encuentra limitada principalmente por el espectro radioeléctrico, lo que trae como consecuencia la búsqueda constante de propuestas en el área de transmisión que permitan llevar a cabo este fin de la manera más óptima posible y considerando varios factores entre los que se destacan la viabilidad relativa a equipos, infraestructura e implementación, el beneficio tanto actual como futuro para la red y su costo asociado. El propósito de este proyecto desarrollado durante el período julio diciembre de 2006 es ofrecer una opción que permita solventar las necesidades y fortalecer la red de transmisión de MOVISTAR.

20 3 Capítulo 2. ANTECEDENTES, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS Antecedentes. En la actualidad MOVISTAR Venezuela posee una red de transmisión formada por enlaces microondas con tecnologías PDH (jerarquía digital plesiócrona) y SDH (jerarquía digital síncrona) y enlaces de fibra óptica a nivel urbano y nacional, que ha ido creciendo de forma gradual ante las demandas de los clientes. La expansión de la capacidad de la red es fundamental para lograr ofrecer a los clientes particulares y corporativos un mayor número de servicios. Por tal razón, para la empresa la incorporación de nuevos enlaces en todo momento es necesaria. Aunque el factor principal que determina este proceso es el tráfico, en los últimos años el espacio disponible en torres y estaciones se ha tornado un aspecto importante a la hora de determinar las modificaciones en la red. Partiendo de esto, la fibra óptica se convierte en la mejor opción, ya que permite expandir el alcance de la red, evitando algunas de las limitaciones asociadas a los enlaces microondas, como por ejemplo: la distancia, la línea de vista (producto de las numerosas construcciones en la ciudad), pérdidas ocasionadas por el medio ambiente o interferencia de otros enlaces, capacidad y ocupación del espectro radioeléctrico (cuyo uso es limitado por CONATEL), entre otras. Es importante destacar, que a partir del año 2006 el aumento del ancho de banda se ha vuelto aún más prioritario como consecuencia de las exigencias impuestas por la migración a la tecnología GSM que está manejando la empresa. En la Gran Caracas que es la zona de influencia de este proyecto, existe un anillo de fibra óptica de aproximadamente 49 Km que atraviesa la ciudad de Caracas y se deriva en un cierto número de anillos más pequeños que se unen al primero ampliando el alcance de la red y conectando los dos nodos concentradores de mayor

21 Capítulo 2. ANTECEDENTES, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS 4 importancia en la ciudad que son MTSO (central de conmutación privada) Colgate y MTSO Canaima como se muestra en la figura 2.1. Esta red de Fibra no incluye la zona de los Altos Mirandinos que actualmente está constituida únicamente por enlaces microondas que manejan todo el tráfico generado y lo transportan hacia el core (parte central de la red) donde se realiza el procesamiento, por lo que la capacidad de salida del sistema hacia los MTSO s Canaima y Colgate está siendo utilizada en un 85% y se hace necesaria la implementación de nuevos enlaces que permitan aumentarla.???????????????????????????????????? 5,30 Km. Anillo Caracas Los Naranjos-Chuao Volcán-Los Naranjos Cortada de Guayabo-Volcán Caracas-Valencia La Bandera-Tazón Figura 2.1. Rutas de la red de fibra óptica actual en Gran Caracas.

22 Capítulo 2. ANTECEDENTES, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS Justificación. Para el año 2007 se desea lograr la expansión de la red de FO (fibra óptica) en la Gran Caracas. Este fin no puede llevarse a cabo utilizando únicamente los cables de FO existentes mostrados en la figura 2.1, ya que además de no permitir la interconexión de los Altos Mirandinos, un alto porcentaje de sus hilos se usan para otras conexiones, por lo que ha sido intervenido en muchas ocasiones lo que dificulta la creación de una nueva red a partir de esos cables. Partiendo de esto, la opción más viable es la implementación de dos nuevos cables de FO (uno para Caracas y uno para los Altos Mirandinos) que pueda no sólo satisfacer las necesidades actuales sino también las que se presenten posteriormente, por lo que se debe tener muy en cuenta el acondicionamiento de la red para futuras expansiones. En principio, en Caracas se desea instalar una red óptica formada por cinco nodos concentradores que constituyen el eje principal de transporte y concentran otros nodos de menor jerarquía a nivel de FO o de microondas. En el caso de los Altos Mirandinos donde no existe el cableado de FO, se busca crear una red totalmente nueva que incorpore diez celdas, siendo cinco de ellas nodos concentradores que se comunican con la red de Caracas (ya que dos de ellos son comunes). Este nuevo diseño satisface las condiciones actuales y está en la capacidad de adecuarse a las necesidades del futuro.

23 Capítulo 2. ANTECEDENTES, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS Objetivos. El objetivo principal de este proyecto es proponer una estructura de FO SDH que brinde opciones para satisfacer los requerimientos de la red de transmisión de MOVISTAR en la actualidad y en el futuro en la zona de la Gran Caracas, por medio de la interconexión de celdas. Además de proporcionar parte de una ruta de redundancia para el enlace Caracas Valencia. A fin de lograr este planteamiento, se deben cumplir los siguientes objetivos específicos: Realizar un estudio de la red óptica existente, su topología, su capacidad de tráfico y la tecnología empleada. Realizar un estudio de las demandas futuras y las nuevas tecnologías que permita establecer las necesidades que debe satisfacer la nueva red óptica. Determinar los parámetros básicos que debe cumplir la red óptica a proponer. Determinar mediante un análisis técnico los equipos y accesorios existentes en el mercado que mejor se adecuen al proyecto. Proponer las rutas para el tendido del cable y los puntos de interconexión. Realizar el diagrama del cableado de la red. Elaboración de informe técnico de la propuesta.

24 Capítulo 2. ANTECEDENTES, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS Fases del proyecto. Previa la implementación de un proyecto cualquiera que este sea, se deben realizar ciertas consideraciones que permitan tomar la decisión más acertada para solucionar todas las situaciones a las que se les busca solución de manera satisfactoria. En el caso de MOVISTAR, antes de ejecutar cualquier reestructuración en la red se elabora una ingeniería básica que expone todos los parámetros necesarios para la puesta en marcha de los cambios aplicados a la red. En el caso de este proyecto de FO en particular se ejecutaron las siguientes fases para generar la información necesaria para la ingeniería de detalle y la estructuración de la red Planificación. Durante esta etapa se plantean las premisas que regirán el diseño de la red. Para esto primero se identifican las limitantes del sistema actual y en base a ellas se priorizan las condiciones que debe satisfacer la red, para luego realizar un bosquejo del diseño a implementar que puede variar en función de nuevas condiciones o inconvenientes detectados en las fases siguientes Ingeniería básica. Partiendo de las condiciones establecidas en la etapa previa, se procede a considerar cuales son las opciones existentes para ejecutarlas en relación a los equipos necesarios, los accesorios, la topología y protección de la red, la capacidad y especificaciones del cable entre otros detalles que se deben considerar. Simultáneamente, se realizan inspecciones a las estaciones que se desean interconectar por medio de la FO para confirmar las condiciones que éstas presentan a nivel de espacio y accesibilidad y establecer la ruta que seguirá el cable en la

25 Capítulo 2. ANTECEDENTES, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS 8 planta interna, es decir el recorrido que ejecutará el cable de fibra óptica desde la derivación del anillo principal hasta los equipos dentro de la celda. Esta información se utiliza para crear informes en los que se exponen las adecuaciones necesarias para la implementación del cable, ya que se utilizan para realizar negociaciones en aquellos casos en donde las localidades no sean propiedad de MOVISTAR y para la petición de permisos a las alcaldías y entes involucrados previos a la construcción a nivel de calles y avenidas. Durante esta fase de inspección, también se determina la ubicación tentativa de los equipos necesarios para la transmisión (ODF, Multiplexores, Energía, entre otros) con la finalidad de conocer el procedimiento a seguir dependiendo del caso, por ejemplo de ser necesario un nuevo rack para la instalación de los equipos, se debe realizar una solicitud de espacio para que éste no sea utilizado para otros fines, si por el contrario no hay espacio disponible pero algunos de los equipos existentes está en desuso se debe solicitar la desinstalación. Al mismo tiempo se debe determinar la ruta que seguirá el cable principal que se divide en tramos. Para luego plantear la configuración física de la red por medio de los diagramas de empalmes que especifican tanto la trayectoria del cable como las conexiones necesarias para lograr la interconexión de todas las celdas, además de la identificación de las tanquillas a intervenir y la especificación de los carretes del cable de FO a utilizar como lo son longitud, punto de inicio, punto de fin, ubicación de las reservas y puntos de intervención entre otros Validación de la propuesta de diseño. Antes de comenzar el proceso de implementación de la red debe tenerse en cuenta si han ocurrido cambios en los parámetros del proyecto que puedan alterar el diseño propuesto y realizar a nivel teórico los cálculos de potencia necesarios para confirmar que los enlaces cumplan con las exigencias de los equipos y la transmisión sea factible, ya que estos factores pueden traer cambios en el diseño que deben

26 Capítulo 2. ANTECEDENTES, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS 9 realizarse previa a la implementación para garantizar el cumplimiento de los requerimientos Implementación de la propuesta de diseño. Esta fase no se encuentra dentro del alcance de este proyecto pero consiste en la puesta en marcha de las actividades necesarias para materializar la red propuesta por parte del departamento de construcción e implementación y las contratistas, bajo la supervisión del departamento de ingeniería.

27 10 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO 3.1 Fundamentos de Fibra óptica. Durante las últimas 2 décadas se ha observado un cambio en el modo de transmisión de la información que permite aumentar la capacidad de transferencia de la información a través de largas distancias con claridad y fidelidad lograda mediante la sustitución de los cables de cobre por finas hebras de vidrio que transportan impulsos de luz y que no hacen distinción entre el tipo de señal que se está propagando, por lo que se tornan en un medio versátil disponible para cualquier tipo de comunicación incluyendo telefonía, video, imágenes, datos, sistemas de control y redes LAN (red de área local) o WAN (red de área extensa) entre otros. [5] Desde tiempos remotos, la luz se ha utilizado para comunicar a distancia a pesar de que las técnicas empleadas han sido a menudo lentas y con limitaciones debido al uso del aire como medio de propagación. Por tal razón se hizo necesario buscar medios cerrados que permitieran la transmisión, lo que dio paso al descubrimiento de la primera fibra óptica de bajas pérdidas en Luego de esto la técnica se fue perfeccionando hasta llegar a ser una tecnología ampliamente aceptada y aprobada como lo es hoy en día. [5] Según el principio básico de comunicación la señal de información controla una fuente de luz encendiéndola y apagándola en una secuencia codificada particular o variando su intensidad, para luego acoplarse a una FO que la guía a lo largo de la distancia de la comunicación, por último en el receptor se encuentra un detector que recibe la luz y reproduce la información de la señal. Aunque en el espacio libre la luz viaja en línea recta, las propiedades del vidrio en la fibra guían la luz alrededor de los dobleces y permiten que las rutas de propagación de la fibra puedan sustituir las rutas del cable de cobre estándar. La distancia de propagación está determinada principalmente por las pérdidas de la luz en la fibra y por la velocidad de conmutación. [5,6]

28 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Fundamentos de Fibra óptica 11 En este capítulo se pretende realizar una reseña de los conceptos elementales necesarios para la comprensión y el desarrollo del proyecto referentes a fibra óptica y sus características de operación que permitirán la elección adecuada del cable a utilizar, así como el diseño y la utilización más apropiada Estructura de la fibra óptica. La fibra óptica es una guía de ondas en forma de filamento que confina y propaga luz producida por un láser o por un LED (diodo emisor de luz), que se enciende, se apaga o varía su intensidad de manera tal que represente la señal de entrada que contiene la información. Esta luz modulada se acopla a la fibra y se propaga hasta llegar a un detector óptico ubicado del lado opuesto que la convierte en una señal eléctrica idéntica a la de entrada como se muestra en la figura 3.1. Cabe destacar que la estructura de la guía determina las propiedades de transmisión, la capacidad de transmisión de información y la respuesta a perturbaciones del medio. Los filamentos deben ser transparentes, capaces de transmitir la frecuencia más alta de la luz modulada y poseer una cubierta protectora, pueden ser de plástico, vidrio, o sílice (de alta pureza o dopadas), y de esto va a depender la calidad de la transmisión. De tal forma el mayor rendimiento se obtiene con sílice y el menor con plástico. [5,6] Luz modulada Luz modulada Conversión Conversión de la señal de la señal Pulso eléctrica a óptica a eléctrico de la óptica eléctrica entrada Medio de Pulso Transmisión (fibra) eléctrico de salida Figura 3.1. Esquema de transmisión de la señal a través de la fibra óptica [5] Cada filamento consta de un núcleo central con un índice de refracción mayor a uno, rodeado de una capa de un material similar con un índice de refracción ligeramente menor denominado revestimiento y cubierto con una capa protectora

29 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Fundamentos de Fibra óptica 12 generalmente de plástico o acrílico que la protege denominada recubrimiento. Estas tres capas se observan claramente en la figura 3.2 Figura 3.2. Estructura de la fibra óptica. Dentro del cable la fibra óptica puede encontrarse en dos estructuras básicas que son: holgada y ajustada. En el primer caso cada buffer (cubierta de plástico que almacena y protege los hilos de fibra) contiene varias fibras separadas entre sí y rodeadas por un gel resistente al agua, permitiendo que la fibra se encuentre aislada de fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre él como se muestra en la figura 3.3.a, mientras que en el segundo, el cable contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, cubiertas de una protección externa como se observa en la figura 3.3.b, permitiendo que el cable sea más flexible, por lo que usado normalmente para instalaciones en interiores y tendidos verticales. Capa protectora Hilos de Fibra óptica Capa protectora Gel de relleno Miembro refuerzo Miembro refuerzo Fibra de estructura ajustada Tubo holgado (a) (b) Figura 3.3. Estructuras básicas de la fibra óptica. (a) Holgada, (b) Ajustada. Es importante mencionar que para identificar los hilos de fibra dentro del cable, se utiliza un código de colores estándar que permite identificar cada uno de los

30 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Fundamentos de Fibra óptica 13 buffers y de los hilos dentro de él. Esto se hace con la finalidad de garantizar que las conexiones se realicen correctamente, ya que por medio del patrón (estándar aunque pueden haber ciertas variaciones) que se muestra en la tabla 3.1, cada hilo puede se identificado de manera inequívoca. Tabla 3.1. Código de colores de la fibra óptica. [6] Número Color del buffer Número de Color de la fibra del buffer la fibra 1 Azul 1 Azul 2 Naranja 2 Naranja 3 Verde 3 Verde 4 Marrón 4 Marrón 5 Gris 5 Gris 6 Blanco 6 Blanco 7 Rojo 7 Rojo 8 Negro 8 Negro 9 Amarillo 9 Amarillo 10 Violeta 10 Violeta 11 Rosa 11 Rosa 12 Turquesa 12 Turquesa Dependiendo de tamaño del cable, éste va a tener un cierto número de buffers identificados con colores en el orden sugerido en la tabla anterior y cada uno de ellos a su vez tiene un número de hilos que se rigen por el mismo código de colores. Por ejemplo un cable de 48 hilos tendrá cuatro buffers (azul, naranja, verde, marrón) de 12 hilos cada uno Transmisión de la luz en una fibra. Para explicar de forma más precisa la transmisión de la luz a través de la fibra óptica, es necesario conocer previamente el comportamiento de la luz cuando se propaga por medios distintos. Un haz de luz se propaga con determinada velocidad en el vacío 8 ( c = 3x10 m s ), sin embargo cuando viaja por cualquier otro medio, la velocidad varía

31 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Fundamentos de Fibra óptica 14 como consecuencia de la existencia de un índice de refracción distinto a uno en el medio. Este término es un parámetro adimensional que determina el ángulo de desviación que experimenta un rayo de luz al pasar del espacio libre a una sustancia determinada y representa el cociente entre la velocidad de la luz en el espacio libre y la velocidad de la luz en un medio específico. En conclusión cuando la luz atraviesa una frontera entre dos medio distintos se observar un cambio en su velocidad, acompañado de los efectos de reflexión y refracción que se rigen por la ley de Snell que se muestra a continuación: [8] n senα = n sen, donde 1 2 β c n = Ecuación 2.1 v La refracción ocurre en uno de los extremos del cable cuando el rayo de luz entra al núcleo de la fibra. Ahora bien una vez que el rayo de luz se encuentra en el núcleo, éste incide sobre la frontera entre el núcleo y el revestimiento con un ángulo tal que no existe rayo refractado al segundo medio y es completamente reflejado de vuelta al primero como se muestra en la figura 3.4, a este fenómeno se le denomina reflexión total interna y sólo ocurre cuando la luz atraviesa la frontera hacia un medio con menor índice de refracción que el primero. Esto ocurre en la superficie de separación entre el revestimiento y el núcleo de la fibra multimodo y permite guiar la luz de forma controlada a lo largo de la fibra. [5,6,8] Figura 3.4. Esquema de transmisión de la luz dentro de la fibra óptica

32 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Fundamentos de Fibra óptica 15 Para la transmisión de la luz a través de la fibra, se utilizan longitudes de onda del infrarrojo cercano en el espectro electromagnético, es decir, de 800 a 1600 nm. Los valores que mayormente se prefieren son los correspondientes a las llamadas ventanas de transmisión, que son: 850, 1310, 1550 y 1620 nm, que corresponden a la primera, segunda, tercera y cuarta ventana respectivamente. Estas longitudes de onda son las que más se utilizan porque son las que ofrecen menos atenuación en la fibra. [9] Tipos de fibra óptica. Dependiendo del número de los modos (caminos para los rayos de luz) que pueden existir en el núcleo de la fibra se distinguen dos tipos de fibra, a saber: Fibra Multimodo. En esta fibra se puede propagar más de un modo de luz y se emplea normalmente en aplicaciones de comunicación de corta distancia y bajas tasas de transmisión, debido a que presentan alta dispersión y atenuación. Los equipos terminales son de bajo costo y por el tamaño del núcleo de fácil instalación, comúnmente se utiliza como fuente de luz el LED, ya que tienen mayor tolerancia a componentes de menor precisión. Esta fibra es adecuada para longitudes de onda de 850 y 1310 nm. Dependiendo del perfil del índice de refracción del núcleo y del revestimiento este tipo de fibra multimodo se puede clasificar en: [5,6] a. Fibra de índice escalonado. El núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es superior al del revestimiento. En este tipo de fibra viajan varios rayos de luz simultáneamente, ya que se reflejan con ángulos diferentes sobre las paredes del núcleo, recorriendo diferentes distancias y desfasándose en el tiempo como se muestra en la figura 3.5, lo que ocasiona dispersión en la señal. Esto ocasiona que el

33 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Fundamentos de Fibra óptica 16 ancho de banda de este tipo de fibra sea reducido y sólo puede emplearse en sistemas de transmisión que no estén limitados por ese aspecto o por la atenuación. Revestimiento de la fibra Rayos guiados (modos) Rayos de Luz Núcleo de la fibra Figura 3.5. Propagación del haz de luz dentro de la fibra multimodo de índice escalón b. Fibra de índice gradual. El núcleo está constituido de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refracción, por lo que el índice de reflexión del núcleo decrece de forma gradual desde el centro hacia el exterior, causando que el rayo de luz se refracte poco a poco mientras viaja por el núcleo, curvándolo en caminos que asemejan una sinusoide como se muestra en la figura 3.6. Este comportamiento provoca uniformidad en la llegada de los rayos de luz al extremo receptor, lo que indica una dispersión baja y un ancho de banda mayor al que las fibras multimodo de índice escalonado, por lo que se utilizan en sistemas de transmisión que requieran esta condición. En ese caso el número de rayos que viajan es menor que en el caso de la fibra multimodo de índice escalonado, por lo que su distancia de propagación es mayor. Revestimiento de la fibra Rayo de luz que recorre mayor distancia a mayor velocidad Rayos de Luz Núcleo de la fibra Rayo de luz que recorre menor distancia a menor velocidad Figura 3.6. Propagación del haz de luz dentro de la fibra multimodo de índice gradual

34 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Fundamentos de Fibra óptica Fibra monomodo. En este tipo de fibra sólo se propaga un modo de luz como se muestra en la figura 3.7 y para lograrlo se reduce el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño que sólo permite un modo de propagación y se hacen similares los índices de refracción del núcleo y el revestimiento. Partiendo de esta condición el dispositivo empleado para generar la señal es normalmente un láser del estado sólido y los componentes empleados durante la transmisión son de alta precisión. Esta fibra tiene la capacidad de transmitir el mayor ancho de banda posible, son ideales para enlaces a larga distancia, poseen una atenuación más baja que las fibras multimodo y operan a longitudes de onda de 1310, 1550 y 1620 nm. Estos cables son más económicos que los multimodo. Revestimiento de la fibra Único modo guiado Núcleo de la fibra Rayos de Luz Figura 3.7. Propagación del haz de fibra dentro de la fibra monomodo Instalación del cable de fibra óptica. Los cables de FO pueden instalarse tanto en exteriores para conectar distintas localidades como en interiores para conexiones entre equipos. En el caso de los exteriores las dos instalaciones más comunes son la instalación aérea entre postes y la subterránea que puede ser directamente enterrado o canalizado, para las cuales se utiliza normalmente un cable de estructura holgada que dispongan de protección estándar, extragruesa (de doble cubierta) o de cubierta blindada (armadura). Por su parte en los interiores se busca instalar el cable en ductos existentes en el edificio y

35 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Fundamentos de Fibra óptica 18 se debe tener especial cuidado en las curvas que se realicen para que el estás sean mayores que el radio de curvatura mínimo del cable Ventajas y desventajas del uso de la fibra óptica para transmisiones. La fibra óptica es un medio de transmisión con muchas aplicaciones en la actualidad dada las ventajas que ofrece ante los requerimientos de las comunicaciones, pero también es importante mencionar que al igual que los demás medios de transmisión existen ciertas limitaciones que se deben considerar al momento de la implementación. Por tal razón a continuación se enumeran características que representan ambas condiciones y que permiten un empleo más adecuado de la tecnología. Tabla 3.2. Ventajas y Desventajas del uso de la fibra óptica como medio de transmisión de datos [5,6] Ventajas La fibra óptica tiene la capacidad de transmitir grandes cantidades de información y se adecua la mayoría de los formatos convencionales de datos, voz y video. La fibra óptica puede proporcionar un camino de comunicación limpio libre de interferencia, ya que no genera interferencia por sí misma y además no se ve afectada ni por la interferencia eléctrica (por su condición de dieléctrico), ni por la interferencia de radiofrecuencia Los enlaces de fibra óptica bien diseñados son inmunes a condiciones adversas de humedad y temperatura. Además tienen una larga vida de servicio y requiere un mantenimiento menor al de sistemas convencionales Esta tecnología ofrece un valor de atenuación reducido, además de disminuir la cantidad de veces que se regenera la señal en largas distancias. Lo que permite futuras expansiones de forma sencilla La relación costo-beneficio, reflejada en la relación distancia-capacidad es buena Desventajas Existe un alto costo asociado a la realización de la infraestructura necesaria para la instalación del sistema óptico a nivel tanto de planta interna como externa. Para la instalación del cable es necesario un camino homogéneo que permita el tendido sin interrupciones bien sea enterrado directamente, en ductos o aéreos Las reparaciones del cable pueden resultar problemáticas dependiendo de su ubicación, de la disponibilidad de personal capacitado y de cómo afecten el sistema. Por lo que se hace necesario establecer medidas alternas para solucionar posibles fallas

36 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Estándar de transmisión Estándar de Transmisión. El multiplexado de señales digitales se hace cada vez más necesario para permitir la transmisión de varias señales a través de un solo canal. Para este tipo de señales se emplea normalmente el multiplexado en dominio del tiempo (TDM) y una velocidad básica de 64 Kbps a partir de la cual se pueden formar tramas o módulos de nivel superior formando jerarquías. En un principio el estándar de transporte que surge es el PDH, según el cual se distinguen tres definiciones a saber: la europea, la norteamericana y la japonesa que difieren en la composición de su trama. En el caso de Venezuela la jerarquía que se emplea es la Europea, cuyo primer orden es conocido como E1 y agrupa 32 canales de los cuales dos están destinados para el sincronismo y la señalización. Cada trama tiene una duración de 125 µ s por lo que la velocidad básica de transferencia de datos es Kbps. De acuerdo con esta jerarquía, para obtener un orden superior se deben agrupar 4 tributarios del orden inferior, por consiguiente el segundo orden denominado E2 se obtiene como resultado de multiplexar 4 E1 y así sucesivamente para órdenes superiores como se muestra en la tabla 3.3: Tabla 3.3. Características de los órdenes de transmisión de PDH Orden Equivalencia Velocidad Canales de datos E Kbps = 2 Mbps 30 E2 4 E Kbps = 8 Mbps 120 E3 4 E2 = 16 E Kbps = 34 Mbps 480 E4 4 E3 = 64 E Kbps = 140 Mbps E5 4 E4 = 256 E Kbps = 565 Mbps 7.680

37 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Estándar de transmisión 20 La principal problemática de PDH es el sincronismo entre equipos, ya que cuando se quiere pasar a un nivel superior de la jerarquía se combinan señales provenientes de distintos equipos y cada equipo puede tener alguna diferencia en la tasa de bit, por lo que se hace necesario ajustar los canales entrantes a una misma tasa de bit añadiendo bits de relleno. Sólo cuando las tasas de bit son iguales puede procederse a una multiplexación bit a bit como se define en PDH. Ahora bien a la hora de demultiplexar el equipo debe ser capaz de reconocer los bits de relleno y eliminarlos de la señal. Este hecho genera un gran problema de falta de flexibilidad en una red con diversos niveles jerárquicos, debido a que si en un punto de la red se requieren añadir canales de 64 Kbps y el enlace existente es de 8 Mbps o superior, este debe demultiplexarse hasta acceder al canal de 2 Mbps y luego volver a multiplexarse al orden inicial del enlace. Esta condición dificulta la provisión de nuevos servicios en cualquier punto de la red y eleva los costos, ya que se requiere tener el equipamiento necesario para todas las jerarquías que se van a utilizar en el enlace. [10] Otra limitante de los sistemas PDH es la insuficiente capacidad para gestión de red a nivel de tramas debido a la complejidad del seguimiento del tráfico dado su multiplexado bit a bit. Posteriormente surge la jerarquía SDH basada en un estándar americano conocido como SONET (Red óptica Síncrona) para satisfacer la necesidad de un patrón único entre los países y supera las limitantes de PDH, proporcionando una solución al aumento de la demanda de circuitos digitales, la aparición de nuevos servicios, la demanda de mayor velocidad, calidad, seguridad y flexibilidad. El desarrollo de estos equipos se ha visto reforzado por su capacidad de interactuar con los sistemas plesiócronos existentes, ya que la estructura que define SDH permite combinar señales plesiócronos y encapsularlos en una trama de mayor tamaño. [11]

38 Capítulo 3. MARCO TEÓRICO: Estándar de transmisión 21 La estructura de información usada para SDH es el módulo de transporte síncrono (STM), y su velocidad básica de transferencia es de Kbps, este orden de jerarquía se define como STM-1. Es posible formar tramas de mayor capacidad cuya velocidad equivale a N veces la velocidad básica a partir de cualquiera de los jerarquías plesiócronas existentes (europea, americana o japonesa) aceptando como máximo tres E3. [11,12] Esta jerarquía posee la estructura de multiplexado que se muestra en la figura 3.8, para la cual se definen un cierto número de contenedores (C-n), donde se introduce la información a ser transportada por medio de un proceso de mapeo, dicha información corresponde a una señal plesiócrona existente denomina señal tributaria. A estos contenedores se les añade un encabezado para formar el denominado contenedor virtual (CV-n) que posee la carga útil y la tara de trayectoria (POH) con información relativa a la fuente, el destino y la administración y mantenimiento de la señal, permitiendo el acceso a niveles inferiores de la trama sin necesidad de demultiplexar y multiplexar. Los contenedores virtuales se dividen en: contenedores virtuales de orden bajo, formados por un contenedor de orden 1,2 o 3 más la tara de trayectoria y contenedores virtuales de orden alto, formados por un contenedor 1,2 o 3 o por la unión de grupos de unidades tributarias (TUG). [13] Estos grupos de unidades tributarias, se obtienen de la unión de varias unidades tributarias (TU-n) que se forman al agregar a los contenedores virtuales de bajo orden un apuntador. Ahora bien si se agrega un apuntador a los contenedores de orden alto, el resultado será una unidad administrativa (AU-n) que al agruparse genera los grupos de unidades administrativas (AUG).