Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 1

Transcripción

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2 Los sistemas móviles, y en particular los smart phone, han sido factores para el incremento del tráfico; ahora los usuarios tienen acceso a aplicaciones multimedia en todo momento con el consiguiente incremento del tráfico y en muchos casos a muy bajo costo. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 2

3 El desarrollo de nuevas tecnologías conduce a que el ancho de banda cada día se hace más económico, y como consecuencia aparecen nuevas aplicaciones que consumen más ancho de banda. Es proceso creciente de manera continua. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 3

4 Se observa que los ingresos por servicios vocales están latamente correlacionados con los ingreso y por lo tanto tiene pendientes similares, esto se ve en la primera parte de la gráfica. Luego que se pasa la etapa dominada por los servicios de voz, observamos que se produce una separación entre los ingresos y el tráfico, esto tal vez es debido al hecho de las tarifas planas para los servicios de datos. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 4

8 En marzo de 2011 Linkedin alcanzó los 100 millones de usuarios. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 8

9 Diez mese después, en enero de 2012, se alcanzan 147 millones; lo que representa un crecimiento de 47%. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 9

10 Aquí vemos un ejemplo general de una red NGN. A nivel de los usuarios podemos tener cualquier tipo de acceso: móviles, fijos, voz, datos, videos o cualquier combinación de ellos. En el estrato de transporte se tiene diferentes redes que dependen del tipo de acceso y redes que son independientes del mismo. Es esta diferenciación la que permite tener diversas tecnologías de acceso. La parte que depende del acceso es como una capa de convergencia, donde confluyen las diferentes tecnologías de acceso; mientras que la parte independiente del acceso es como una capa común, es decir los paquetes de información que salen de la capa de convergencia lo hacen bajo un protocolo único y no hay distinción del medio de acceso que se esté usando. Hasta ese nivel no se procesa ninguna información relativa al servicio. Justamente el estrato de servicios es quien procesará los paquetes de acuerdo al servicio solicitado. Por ejemplo una llamada de voz desde un móvil a la PSTN recibirá, desde la perspectiva del servicio, el mismo tratamiento que una llamada de voz hacia la PSTN que se origina en un teléfono de VoIP. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 10

11 El crecimiento del tráfico a nivel de los usuarios finales tiene un impacto en la red metropolitana, pero el impacto es aún mayor en las redes de transporte que por ellas circula todo el tráfico; mientras que en las redes metropolitanas se ve incrementado el tráfico sólo por aquellos a quienes sirve. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 11

12 La tendencia actual es usasr WDM en combinación con PDM; de hecho es una de las tecnologías que se están desarrollando para manejar los 100 Gbps y para x100 Gbps. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 12

15 Con la introducción de los amplificadores EDFA, por vez primera se podía amplificar la señal en el dominio óptico sin necesidad de hacer la conversión O E O. Aún en esa época, a nivel de los equipos terminales era necesario multiplexar todo el multicanal si había que insertar o extraer algún canal en los nodos de la red, en ese proceso todos los canales debían ser regenerados incurriéndose en un gasto innecesario. A fin de evitar estos costos adiciones, los canales passthrough no se demultiplexaban, sino que se unían través de un jumper, pero se producía un trabajo manual enorme cada vez que se necesitaba modificar la configuración de los canales. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 15

19 En estos momentos se dispone de la tecnología de 100G por lambda, y se irá incrementado su aparición en los equipos de las redes de gran alcance. Ya se está hablando de capacidades x100g para significar múltiplos de 100G. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 19

20 Gracias a DWDM se ha conseguido incrementar sustancialmente la cantidad de lambdas en una sola fibra óptica. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 20

22 El tráfico local de los usuarios llega a la red de transporte por medio de routers locales, éstos intercambian datos usando los ligthpath suministrados por el backbone. El tráfico hacia o desde un router local puede pasar a través de varios nodos de la red óptica;esdecirquenielorigennieldestinoestánconectadosaesenodo,dichotráficose denomina Pass through traffic, o tráfico en tránsito. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 22

23 Las redes ópticas han evolucionado de manera vertiginosa; aumento considerable de la capacidad hasta 100Gbps en una sola lambda actualmente y ya se está hablando de capacidades x100 G. Gran alcance sin regeneración, la distancia máxima depende de muchos factores; por ejemplo se puede mencionar un sistema comercial 800 Gbps en 2000 KM, con un sistema 80x10G sin regeneración. Típicamente se han usado los amplificadores EDFA, pero actualmente con la inclusión de los amplificadores RAMAN se alcanzan tasas de transmisión muy elevadas sin complicar la modulación o los códigos de línea. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 23

24 Este es el caso de una red pública terrestre, donde se observan las tren grandes componentes que la integran. Por otro lado están las redes submarinas de F.O pueden alcanzar desde cientos de kilómetros a miles de kilómetros, pero tienen una arquitectura diferente. Los enlaces Lonh Haul tienden a ser muy costosos, y mas aún considerando que se deben tener protecciones para caso de fallas. Esto h aimpulsado el desarrollo de topologías en anillo. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 24

25 Desde la invención del telégrafo y del teléfono, los sistemas de telecomunicaciones han ido experimentando un vertiginoso crecimiento tanto en la cantidad de usuarios, los tipos de servicios y por ende la cantidad de tráfico o de información que viaja por las redes. En la actualidad las redes están organizadas en una estructura en capas de acuerdo a las tareas que realiza cada una de ellas. También se clasifican las redes con relación al alcance geográfico de las mismas. LAN: conectan dispositivos a la red (PCs, servidores, teléfonos, video juegos, tablet, etc. y en general equipos terminales de usuarios) dentro de una oficina, edificio o al máximo entre edificios cercanos. No forman parte de lared pública y pertenecen y son operadas por entidades d privadas. Red de Acceso: Es la red que permite la conexión de los equipos de usuarios a las redes públicas. Estas redes usan medios tales como el par telefónico o medios ópticos, dependiendo de cada red. En esta categoría también estas las redes inalámbricas de telefonía celular para servicios de voz y datos. MAN: Agregan el tráfico de las redes de acceso y transportan información a altas velocidades. Actualmente usan tecnología óptica con topología en anillos para conectar diversos centros de datos de áreas metropolitanas, alcanzando velocidades del orden de 2.5 Gbps a 10 Gbps. WAN o Back Bone: Llevan tráfico de varias redes MAN por lo que manejan velocidades de decenas y centenas de Gbps usando para ello tecnologías ópticas Wavelength Division Multiplexing (WDM). Mientras que las MAN cubren varios kilómetros, las WAN abarcan un país y en ocasiones varios países. Por lo general las WAN usan enlaces punto a punto. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 25

26 Muchos operadores, principalmente en Asia y en USA, están desarrollando y desplegando redes ópticas pasivas (PON) con topología punto multi punto para llegar hasta el hogar y ofrecer así diversos servicios a los usuarios: IPTV, VoIP, Internet. Las tecnologías PON para implementar FTTH ya están estandarizadas ofreciendo tráfico simétrico con anchos de banda del orden de los Gbps compartido entre pocos usuarios. A futuro estas redes PON serán mejoradas para aumentar sus velocidades, e incluso incorporar mecanismos de QoS. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 26

27 Mientras que la ITU T se dedicó a desarrollar BPON y GPON, la IEEE se dedicó a desarrollar un estándar PON basado en Ethernet, conocido como EPON. EPOn es una extención natural de las redes LAN a nivel de los usuarios. EPON encapsula y transporta los datos del usuario en tramas Ethernet. Los equipos EPON son más económicos que GPON. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 27

28 FTTH se refiere a las redes en la cuales la Fibra Óptica llega hasta las premisas del usuario. El caso (a) es un sistema punto a punto muy sencillo pero muy costoso. Se necesitan NxL kilómetros de fibra y 2N transreceptores (TR), se asuma que una fibra se usa en modo bidireccional. Con el fin de reducir la cantidad de fibra usada se puede emplear un concentrador o switch remoto en la cercanía a los predios de los usuarios. En este caso (b) sólo se usan L Km de fibra y la cantidad de TR es de 2N+2 y además es necesario disponer de energía para el switch, así como un sistema de backup de energía. En el caso (c) se reemplaza en switch por un dispositivo totalmente pasivo denominado optical splitter, y así se obtiene una red óptica pasiva o PON (Passive Optical Network). Una Pon es una red óptica punto a punto sin la presencia de elementos activos, sólo se usan elementos pasivos tales como fibra, splitters, etc. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 28

29 La parte oscura (1) indica capacidades que existen en los sistemas actuales, el gris intermedio (2) se refiere a capacidades que se han obtenido como resultados de mejoras a IMT 2000 y la parte gris más clara (3) indica las capacidades que se obtendrán con los sistemas IMT Advanced. La movilidad se refiere a las velocidades que se pueden alcanzar; baja movilidad debe interpretarse como la velocidad peatonal, y alta movilidad la que alcanzan los vehículos y trenes, desde 60 Kph hasta 230 Kph o más. Estas velocidades a nivel móvil tendrán un gran impacto en el backbone de las redes, el cual está basado en gran proporción en redes ópticas. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 29

30 La conmutación de circuitos, es decir de ligthpath es una técnica bien desarrollada en el mundo óptico. Pero los ligthpath no se establecen de manera dinámica en función de los encabezados de los encabezados de los paquetes, sino que por el contrario se establecen como resultado de un proceso de análisis y tienen una duración que pueden ser días, semanas, meses. El problema de OPS es que hay que hacer procesamiento en el header de los paquetes para conocer, entre otros, la dirección final y el tratamiento que debe dársele; y hasta ahora el procesamiento óptico no esta muy desarrollado. Los beneficios de OBS sobre OCS es que no es necesario una longitud de onda dedicada para la sesión completa entre un par de nodos. Por otro lado, OBS no requiere ni almacenamiento ni procesamiento en los nodos intermedios.. En OBS se envían primero los headers de los paquetes, y una vez definidos los puertos de salida de cada paquete, estos son enviado sen ráfagas. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 30

31 En OPS los paquetes son conmutados totalmente en el dominio óptico, no hay ninguna conversión a señal eléctrica. El potencial de OPS es enorme ya qu epuede realizar la conmutación a velocidades muy superiores que su contraparte electrónica. Pero aún faltan muchos desarrollos tecnológicos para su implantación como productos comerciales. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 31

32 Actualmente hay muchas redes y protocolos que realizan la conmutación de paquetes a nivel electrónico; esta labor es realizada por los router, dentro de los cuales existen todos los circuitos electrónicos para hacer el almacenamiento y procesamiento de los paquetes y decidir, en base al header, por cual puerto deben salir. En OPS se requiere la misma función pero realizada totalmente en el dominio óptico sin ninguna conversión al eléctrico. Los bloques básicos para realizar la conmutación en la capa óptica son conocidos, pero su construcción es rudimentaria, costosa y ocupa mucho espacio. Por lo pronto la conmutación seguirá realizándose en el dominio electrónico basada en Router IP o Switch Ethernet. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 32

33 La conmutación a nivel electrónico es una tecnología muy madura y conocida e implementada con mucho éxito en internet desde hace varios años. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 33

35 La inclusión de tecnologías cada vez sofisticadas puede reducir el tiempo promedio entre fallas, por lo que se hace necesario incorporar elementos de monitoreo y administración de redes que sean más dinámicos y que puedan tomar decisiones de manera independiente. Las redes deben ser capaces de medir su estado y la calidad de la propagación de la señal: de forma automática diagnosticar y reparar fallas tomando acciones que eviten la pérdida de datos; asignar recursos como longitudes de onda y administrar la potencia de cada una; cambiar tablas de rutas en forma dinámica reaccionando frente al tráfico creciente. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 35

36 El gran desafío de las comunicaciones ópticas actuales es lograr grandes distancias sin regeneración y a velocidades de 100 Gbps o superior. Los amplificadores RAMAN permiten amplificar en un mayor ancho de banda, lo cual reduce el costo en comparación con las estrategias de desarrollar complicados esquemas de modulación. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 36

38 La cantidad de fibras en un cables submarino es entre 2 a 4 pares de fibra. Actualmente se han instalado cerca de Km de fibra óptica submarina, una cifra muy grande si la comparamos con el diámetro de la tierra en el ecuador de Km, cerca de 1.6 veces la distancia entre la tierra y l aluna. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 38

40 Los sistemas pueden ser con repetición o sin repetición. Cuando son con repetición es necesario instalar equipos de energía a fin de llevar alimentación a los regenerados en forma de una corriente DC. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 40

42 Todos estos protocolos corresponden a la capa física del modelo OSI. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 42

43 Los amplificadores RAMAN tiene un ancho de banda superior al de los amplificadores EDFA. Sin embargo, la mayoría de los sistemas actuales usan amplificadores EDFA por haber sido los primeros en desarrollarse y llegar al mercado. Un método para duplicar la capacidad de una fibra es una Polarization Division Multiplexing (PDM). PDM consiste en enviar dos señales en la misma lambda pero con estados de polarización ortogonales. En el receptor las señales son separadas en función de la polarización de cada una. Las Comunicaciones Ópticas Capítulo 1 Pag. 43