Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 1

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1 Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 1

2 Cada uno de estos componentes incluye diferentes tecnologías ópticas específica a cada uno. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 2

4 El laser está basado en tres fenómenos relacionados con los niveles de energía de la materia: emisión espontánea, emisión estimulada y proceso de absorción. En su estado natural los electrones de un átomo se ubican en ciertos niveles de energía. Si debido al factores externos el átomo absorbe energía, entonces sus electrones se ubican en niveles superiores de energía y se dice que el átomo está excitado, o en su estado excitado; dicho proceso se conoce como absorción. En dicho estado los electrones de manera espontánea y transcurrido un cierto tiempo volverán a su estado energético anterior y emitirán energía por medio de un fotón, este proceso se conoce como emisión espontánea. También es posible, estimular la emisión de energía de manera que se produzca antes de su tiempo natural, esto se logra permitiendo que un fotón choque contra el electrón del átomo excitado; ese proceso se denomina emisión estimulada y fue descubierto en 1916 por A. Einstein. Este último proceso incluye dos fotones, aquel que estimula al electrón excitado y el que resulta de la liberación de energía del electrón. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 4

5 El material que amplifica la luz se denomina material activo y puede ser gas, liquido, sólido oplasma. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 5

6 La figura muestra un diagrama de un laser operativo embebido en los cuatro componentes básicos indicados. La longitud de onda de la luz producida depende del material usado en el laser. De los casos arriba mostrados, quizás el más importante es el semiconductor, donde observamos que las longitudes de onda van desde 330 nm hasta nm. En el caso de un semiconductor, el efecto LASER está asociado con la recombinación de electrones y huecos en una juntura p n.enelmaterialn hay exceso de electrones, mientras que en la tipo p hay exceso de huecos. La carga en exceso se inyecta a la región activa a través de un campo eléctrico externo aplicado a la juntura p n. En DWDM hay un transmisor por cada, justamente por eso se denomina WDM. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 6

7 En la práctica ningún laser produce una luz de exactamente una sola longitud de onda, si no que por el contrario la luz producida abarca una cierta región de longitudes de onda, que corresponde a una cierta variación en frecuencia, que típicamente puede ser de 100 Hz. El inverso de, esdecir t=1/ se define como el tiempo de coherencia del laser; y es una medida del tiempo requerido para que dos oscilaciones que difieren en frecuencia por estén en oposición de fase y se produzca interferencia destructiva; si esto ocurre el laser pierde su característica de una luz coherente. La longitud de coherencia es la distancia que puede viajar la onda durante el tiempo de coherencia z=c* t, después de esta distancia la onda que sale del laser ya no será coherente. A fin de caracterizar la coherencia del laser se definen el tiempo de coherencia y la longitud de coherencia, asociados respectivamente a la coherencia temporal y a la espacial, respectivamente. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 7

12 A través del diodo se pasa una corriente eléctrica la cual es modulada por la luz incidente. De esta forma la corriente final que circula por el diodo cambia en función de la luz incidente. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 12

13 La mayoría de los fotodiodos usan Indium Gallium Arsenide (InGaAS) que produce un ancho de banda entre 1000 y 1700 nm. Desde el punto de vista de la potencia que llega al receptor óptico, todos tiene una rango dinámico bien especificado denotando sus valores máximos y mínimos. Si la potencia supera el valor máximo el receptor podría sufrir daños, y si inferior al valor mínimo no es posible diferencias los bits de entrada y aumenta la tasa de bits errados BER. En DWDM hay un receptor por cada lambda. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 13

14 Después de unos cinco años dedicados a la reducción de costos de los Amplificadores Ópticos, la industria se dedicó al diseño con mayor ancho ancho de banda para enfrentar redes DWDM con tasas del orden de 100 Gbps, y redes reconfigurables de manera ágil basadas en los ROADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers).que permiten recuperación sin pérdida en caso de fallas.. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 14

16 Un amplificador óptico puede considerarse como un tipo especial de laser que refuerzan directamente la intensidad de la señal óptica sin necesidad de hacer conversión eléctrica. Los dos parámetros claves a controlar son la ganancia y la figura de ruido. La tecnología WDM impone una serie de exigencias a los amplificadores ópticos en términos de ancho de banda y figura de ruido. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 16

18 Amplificadores Opticos/1: pp. 23. Libros/24; pp Libros/11; pp Un EDFA está compuesto por una fibra con núcleo de vidrio de silicio dopad con iones erbium que actúan como medio activo. La fibra dopada es radiada por bombardeada por por un laser semiconductores sintonizado a 980 o a 1460 nm. Un EDFA produce una ganancia típica entre unos 15 y 20 db, incluso superior, y sensibilidad de 27 dbm, la mayor ganancia se obtiene en las ventanas de 1530 nm y 1560 nm. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 18

20 Este tipo de amplificadores no se ha masificado a nivel comercial, de hecho hay muy pocas iniciativas en el mercado. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 20

22 La ventaja principal de los AO semiconductores es que son compatibles con los circuitos integrados y esto le da grandes ventajas. Pero las pérdidas de inserción son muy grandes, al igual que la figura de ruido. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 22

23 Por supuesto los dispositivos de conmutación son indispensables en todas las redes de comunicación. El concepto original proviene del campo de la telefonía básica o POTS. Con el desarrollo de de las comunicaciones ópticos ha sido necesario el diseño de dispositivos de conmutación a nivel óptico. La idea fundamental es la misma, lo que varía por supuestos son las técnicas aplicadas. De estas tecnologías, AWG es la promete mayor desarrollo debido a las ventajas que presenta. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 23

24 Si dos o más señales de igual longitud de ondas ingresan simultáneamente por los puertos de entrada se producirá una colisión. Por ser un dispositivo pasivo no amplifica la señal y tampoco necesita ninguna fuente de energía. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 24

25 El interferómetro de Mach Zehnder está formado por dos acopladores de 3 db, donde la señal entrante se divide en dos señales de igual potencia. Ajustando adecuadamente la diferencia de recorrido entre los dos acopladores se logra obtener que por cada puerto sólo se produzca interferencia constructiva de una y solo una señal de entrada. El AWG es un elemento importantísimo en óptica, y en particular en las comunicaciones usando F.O. Este dispositivo separa la luz incidente en sus componentes espectrales, es decir en las longitudes de onda que la constituyen. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 25

26 Los AWG también son conocidos como Optical Phase Array. Las señales de salida cambian su numero de puerto con relación al puerto de entrada, pero no cambian su longitud de onda, y por tanto tampoco su frecuencia. El caso mostrado en la izquierda, tiene una entrada y N salida, y así su comportamiento es el de un demultiplexor y se adapta muy bien para aplicaciones de WDM, donde una sola fibra común lleva varias longitudes de onda. También se muestra la tabla de ruta para un AWG particular. Observamos, en este caso, que las diferentes entradas conservar su longitud de onda a la salida pero se dirigen a puertos distintos, designados por el algoritmo de enrutamiento que se esté usando. Dicho algoritmo se muestra en forma gráfica por medio de las matrices. Apreciamos que siempre se cumple un ciclo en la matriz de salida. Los AWG se usan normalmente como multiplexores o demultiplexores en WDM. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 26

27 Este dispositivo permite un reuso espacial de las, ya que a su salida pueden haber diferentes longitudes de onda llevando información diferentes por FO distintas. La relación entre las entradas y las salidas en función de la depende de la matriz de enrutamiento, la cual es característica de cada router y depende de cómo están hechas las conexiones internas entre los MUX y los DMUX. Estos dispositivos se usan a nivel local para construir las redes WDM. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 27

28 El Switch activo puede ser mejorado, incluyéndole la capacidad de hacer una conversión de longitud de onda antes de entrar al MUX de salida del puerto correspondiente de acuerdo a la programación del mismo. El Switch activo se usa en las redes WDM WAN de gran alcance. En el mundo de las telecomunicaciones ópticas no hay una rigurosidad en cuanto a la denominación de los diferentes componentes, sobre todo en lo referente a conmutación y enrutamiento. Los Switch Activos son más flexibles que los fijos, por eso son más utilizados en las grandes redes modernas. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 28

29 Así podemos ver que un nodo WDM incluye muchas tecnologías dentro de un mismo dispositivo. Estos dispositivos permiten introducir o sacar canales ópticos en una red y son dispositivos fundamentales en WDM en general, y en DWDM en particular. Adicionalmente permiten la función de conmutación o enrutamiento a fin de dirigir el tráfico hacia puertos bien específicos. Actualmente operan totalmente a nivel óptico, no necesitándose ninguna conversión de la señal a eléctrica. Los canales que no son ni insertadosinsin extraídos, pasan en forma transparenteporpor el nodo. Este tipo de dispositivo se usa cuando es necesario insertar o extraer canales en la ruta del enlace, por lo tanto su localización en la ruta es en aquellos puntos donde sea necesario hacer la inserción o extracción de canales. A través de la sección de conmutación se definen los canales transparentes y los que serán añadidos y substraidos. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 29

31 Cada ligthpath, que equivale a una, consume un puerto de entrada y otro de salida. Esto es importante de considerar al momento de dimensionar la cantidad de puertos de un OXC. Este tipo de OXC asigna un puerto de entrada y otro de salida por cada ligthpath. Existen otras arquitecturas que permiten conmutar un grupo de ligthpath usando un solo puerto. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 31

32 La granularidad se refiere a lo mínimo que se puede conmutar en el OXC. En los MG OXC se pueden conmutar un simple Ligthpath, un grupo de Ligthpath o Waveband, o una fibra completa; de allí el nombre de Multi Granular. Esta característica sólo la presentan los OXC transparentes, es decir aquellos que realizan todo en el dominio óptico. Existen dos tipos de OXC multi granular: single layermg OXC y multi layermg OXC. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 32

33 Los MG OXC son más complicados que los OXC ordinarios, su gran ventaja es que necesitan una cantidad de puertos mucho menor. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 33

34 Cada switch se ocupa de una sola longitud de onda. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 34

36 En este caso se usan dos fibras, una para cada dirección a fin de obtener una comunicación Full Duplex. Dado que se usan dos fibras separadas, la misma longitud de onda que se usa enunadirecciónseusaenlaotradirección,esoesloquesignificalanomenclatura½chan, el canal full duplex sería ½ Chan Tx y ½ Chan Rx. En este caso todos los canales pasan en forma transparente, no hay ni inserción ni extracción en el enlace entre las dos localidades. En total encada dirección se disponen de los 8 canales, lo que equivale a 8 canales full duplex Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 36

37 Este tipo de multiplexores se usa cuando no es necesario insertar o extraer canales en el enlace. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 37

38 Aquí vemos como se pueden sacar e introducir canales ópticos usando sólo multiplexores WDM en lugar de usar OADM. Sin embargo, esta configuración presenta una serie de desventajas, relacionadas sobre todo con las pérdidas de inserción. Si un multiplexor tiene 3 db de pérdida, entonces en cada dirección tendríamos 12 db de pérdidas, ya que los canales transparentes (canales A, B y C) deben atravesar 4 multiplexores. Para los canales añadidos o extraídos las pérdidas serían 6 db; esto no incluye las pérdidas de la fibra. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 38

39 En este caso se usa un sólo OADM cuyas pérdidas típicas son del orden de 2 db; de esta manera los canales transparentes tendrán 8 db de pérdidas por inserción, mientras que los insertados o extraídos tendrán sólo 5 db. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 39

40 Todo el tráfico que entra se convierte del dominio óptico al eléctrico, y nuevamente vuelve a convertirse del eléctrico al óptico. El equipo óptico terminal se encarga de separar la señal WDM es sus lambdas constitutivas, luego los transponder hacen la conversión de WDM a eléctrica y después a óptica en la banda estándar de 1310 nm. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 40

41 Sólo el tráfico ADD/DROP necesita de un transpondedor, en el cual existe una pareja Tx/Rx para cada sentido del tráfico.. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 41

43 A medida que se aumenta la cantidad de cavidades se aumenta el ancho de banda del filtro, y al mismo tiempo el paso desde la panda pasante a la de rechazo es más abrupto. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 43

45 El término configurable se refiere a la capacidad de definir dinámicamente cuales canales serán insertados o extraídos sin ningún plan preconcebido. Esta capacidad de los ROADMs permite tener una red con topología variable. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 45

46 Se puede notar que estos ROADM tiene predefinido para cada camino la que se puede insertar o extraer. Por ejemplo, en la figura superior el primer camino está definido para insertar o extraer 1, si se necesitara; y así para todos los trayectos. Dicho de otra manera, en cada extremo de los trayectos se tiene un transponder sintonizado a una cierta fija. La arquitectura serial requiere un conocimiento a priori de los canales que eventualmente pueden ser extraídos, a pesar de que sólo uno de ellos a la vez puede ser sacado. Las pérdidas de este ROADM son elevadas. Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 46

47 Cada transponder está integrado por un receptor R y un transmisor T.En esta arquitectura se usa un laser sintonizable en el transmisor y un receptor banda ancha Elementos de una Red DWDM Capítulo 3 Pag. 47