[ FIBRA ÓPTICA ]
Multiplexación densa en longitud de onda(DWDM)

Por Roberto Fernández Rojo. Jeje de Producto de BFI Optilas, S.A.

Las redes de Telecomunicaciones han experimentado una mejora significativa desde los años 80, principalmente para dar respuesta y soporte al incremento de comunicaciones de teléfono y fax, especialmente entre Norteamérica y Japón.

Las redes fueron entonces diseñadas para tráfico de voz (DS1/DS3 llamada interurbana y T-1/T-3, líneas privadas, con un crecimiento anual de, aproximadamente un 10-15%).
Sin embargo, las redes no fueron diseñadas ni planeadas para soportar el crecimiento de demanda de las comunicaciones de datos. La demanda de intercambio de datos cambió al mismo tiempo que los negocios de Telecomunicaciones, que empezaron a variar con la regulación del mercado. Muchos participantes aparecieron en ese momento: viejos colaboradores se convirtieron en nuevos competidores, los operadores de intercambio local entraron dentro de los mercados de larga distancia y viceversa.
Las redes no fueron diseñadas para soportar los incrementos exponenciales en la demanda de comunicaciones de datos que podemos observar hoy. Las privatizaciones, las regulaciones, el desarrollo de voz y fax y el crecimiento de Internet han sido los mayores factores que han contribuido a la proliferación de las telecomunicaciones.

Alimentando este crecimiento constante, podemos encontrar demanda de servicios como redes privadas virtuales (VPNs), comercio electrónico, acceso por cable a servicios de banda ancha y desarrollo ASDL.
La demanda generada por la empresa y el usuario ha desembocado en un crecimiento porcentual en el mercado de Telecomunicaciones tal como sigue:

  • Voz: 5-10%.
  • Líneas Privadas: 10-15%.
  • ATM: 100%
  • Internet: 150%.
  • La capacidad de la red se duplica cada 12-18 meses.
  • IP se aproxima a los requeri mientos del mercado de transporte de datos.
Mientras el tráfico de voz continúa creciendo, el porcentaje de tráfico de datos se ha disparado mucho más lejos. La tendencia es de un 100 a un 150% por año. Estudios de mercado predicen que entre los años 2000 y 2006, el tráfico de datos llegará a ser casi el 100% del tráfico total en las redes de comunicación. Desde 1998 ya se puede apreciar que la transmisión de datos supone la mitad de ese tráfico, con usuarios finales y corporativos liderando este gran crecimiento.
Este crecimiento de demanda de información ha causado gran impacto en las capacidades de red, de hecho, en los años 80 se hablaba de capacidades entorno a decenas de Mb/s, mientras que en el año 2000 se multiplica constantemente el número de Tb/s admitidos por la red.

La necesidad de capacidad conduce al uso de tecnología DWDM

A mediados de los 80 quedó demostrado que la tecnología actual TDM (multiplexación de señales en el dominio del tiempo) no sería suficiente para afrontar la avalancha de demanda que se podía predecir. El tráfico de datos necesitó entonces el despliegue de la multiplexación de longitud de onda (WDM) en el que muchas señales pueden ser transmitidas simultáneamente por una sola fibra, modulando señales discretas en diferentes bandas de frecuencia.
A principios de los 90, se denominó transmisión WDM en banda ancha a la transmisión de una señal a 1550nm y otra de retorno a 1310nm. Más tarde, a mitad de los 90, el desarrollo WDM permitía espaciamientos más cortos, implementando transporte bidireccional de 2x2 y 4x4 canales a 1550 nm, alcanzando velocidades de 2,5 Gb/s en enlaces punto a punto. Finalmente, a finales de los 90, los sistemas densos (DWDM) llegaron a ser una realidad cuando gran número de servicios y multitud de longitudes de onda comenzaron a coexistir en la misma fibra, llegando a enviar 32/40/64/80/96 longitudes de onda a 2,5 Gb/s y 10Gb/s. Aun así, pronto veremos los sistemas ultra-densos (UDWDM) con transmisión de 128 y 256 longitudes de onda a 10Gb/s y 40 Gb/s por canal, ya que la infraestructura actual de fibra óptica no será suficiente para cubrir la demanda.

Recordemos la ley de Moore: (la disponibilidad de gran ancho de banda genera nuevas aplicaciones que emplean más ancho de banda, generando de nuevo una necesidad de mayor ancho de banda), lo cual nos conduce a una necesidad indefinida de fibra y de servicios.
La multiplexación en longitud de onda se desarrolló a gran velocidad para cubrir una necesidad a corto plazo, lo que no se desarrolló a tal ritmo fue la infraestructura asociada. Así, el más común de los usos de la fibra sigue siendo el enlace punto a punto.
Mediante el uso de tecnología DWDM, cada longitud de onda transmitida por la misma fibra soporta un canal independiente y, consecuentemente, aumenta el ancho de banda disponible para diferentes servicios. Por ejemplo, con tecnología estándar SONET, 1344 señales T1 se transmiten por un par de fibras. Empleando tecnología WDM y el mismo par de fibras, se llegan a transmitir hasta 53.760 señales T1.

Tecnologías asociadas al desarrollo DWDM
La tecnología DWDM se sostiene sobre ciertos pilares tecnológicos asociados que, de un modo u otro, disparan o ralentizan la implantación de estos sofisticados sistemas de comunicación de banda ancha.
El amplificador óptico es uno de estos pilares. Los amplificadores basados en el bombeo sobre fibra dopada con Erbio (EDFAS) fueron introducidos en la red durante los 80, siendo en los 90 un elemento de uso común. Básicamente, amplifican toda una ventana óptica y por consiguiente, todos los canales (longitudes de onda) incluidos en esa ventana (típicamente desde 1525nm hasta 1565nm).
Por poner un ejemplo de sus ventajas, veamos el siguiente: si usamos tecnología TDM, necesitaremos 80 regeneradores; si usamos 8 fibras y pretendemos transmitir a una distancia de 400 km con una velocidad de 2,5 Gb/s con tecnología WDM, sólo necesitaríamos tres amplificadores.

El desarrollo de los amplificadores ha sido muy relevante en lo que a dimensiones y potencia se refiere, decrementando significativamente su coste de integración.
Actualmente, se emplean nuevas ventanas de amplificación, (banda L, 1560nm...1610nm) y amplificadores basados en el efecto Raman, con lo cual se han conseguido figuras de ruido mejorando el límite a 3dB del EDFA tradicional. Actualmente están en desarrollo nuevos rangos de longitud de onda para su uso en amplificación.
Otra tecnología que avala la eficiencia y potencia del sistema DWDM, es la posibilidad de construir módulos que extraigan ciertos canales de la red y puedan incorporar esos u otros canales a la misma, sin necesidad de un complejo escalado de extracción e inserción.
Estos módulos conocidos como ADOM (add & Drop Module) están especialmente diseñados para permitir el uso y extracción de canales en lugares pequeños, con lo cual, el uso de tecnología DWDM se abre paso en el mercado metropolitano, donde la conectividad ha sido siempre el caballo de batalla al compararla con los grandes enlaces y su coste de bit por kilómetro.
Los ADOMs actuales, soportan una extracción/inserción de 4 y 8 canales, siendo esta tecnología una de las más activas en el desarrollo de la red DWDM. En el futuro permitirán cualquier combinación de canales, serán flexibles y trabajarán al tiempo que los amplificadores ópticos, ya que estos ADOMs requieren balance de potencia al efectuar la operación extracción-inserción.
La tercera tecnología que habilita de tal capacidad y ancho de banda al sistema DWDM, es el desarrollo de los sistemas de conmutación y enrutamiento ópticos (Optical Cross Connect, OXC), tan usados en la protección de la red, como en el encaminamiento de las señales que por ella viajan.
Los nuevos diseños y materiales permitirán configuraciones MxN sin especificar, permitiendo el enrutamiento masivo de señales.

La red del futuro
Con todo este tipo de tecnologías apoyando al sistema DWDM, cada aplicación en la red DWDM tendrá asociada una única longitud de onda, por lo cual, se necesitará un tipo de fibra óptica diseñada para soportar un gran número de longitudes de onda (canales) transmitidas a muy alta potencia. Esta fibra no deberá variar su comportamiento a causa de fenómenos como el PMD (Dispersión por cambio de Modo de Polarización) u otros efectos no lineales.
El futuro de las redes estará consecuentemente caracterizado por la centralización y escalonamiento de servicios. La centralización de datos redundará en la construcción de redes acomodadas para el tráfico de datos, dado que éste continuará creciendo en un gran porcentaje. El escalonamiento trae consigo la flexibilidad de un sistema, donde el flujo total de información puede dividirse en paquetes relativamente pequeños a la hora de descomponer la señal hasta el más bajo nivel. Cuanto más preciso es el escalonamiento, mayor es la potencia, rapidez y flexibilidad.
Los servicios ofrecidos estarán caracterizados por voz y líneas privadas DS1 y DS3; líneas privadas OC-3 y OC-12; líneas interurbanas OC-12 y OC-48 ATM; líneas interurbanas de internet, vídeo y Gigabit LANs OC-3 a OC-48, cada uno transmitido por su propia longitud de onda; y OC-192 y OC-768 reemplazarán eventualmente a OC-48.

En cualquier caso, la red DWDM, no dará respuesta a la continua e insaciable demanda de ancho de banda. En teoría, el ancho de banda total disponible en una fibra monomodo es de 50 THz, mientras que se hace imposible calcular el ancho de banda necesario para cubrir la demanda y los servicios que la propia ley de Moore sugiere.
DWDM está siendo aceptada por la mayoría de los operadores, y seguirá siendo aceptada como la tecnología ideal de transporte en todas sus combinaciones, tanto en tierra como en grandes tramos troncales submarinos.
Una vez que la tecnología DWDM sobrepase el marco de aplicación de las conexiones punto a punto y se desdoble en topologías en bus y en anillo, los OADMs y OXCs serán usados masivamente dentro de la red. Este hecho conducirá a los siguientes retos a los que la tecnología DWDM tendrá que hacer frente:

  • Mayor control sobre la toleran cia de los láseres y de los filtros ópticos.
  • Supresión de elementos no lineales.
  • Presupuestos de potencia óptica mucho más complejos.
  • Menor acumulación de ruido óptico.
  • Menor coste por bit.
  • Menor número de capas en el escalonamiento.
  • Mejor protección y restauración de la capa óptica.
  • Flexibilidad y rapidez de recon figuración óptica.
  • Optimización del uso de ancho de banda disponible.

Para poder plantear soluciones y repuestas a estos futuros requerimientos, deberemos tener disponibles opciones como:

  • Nuevos tipos de fibra óptica.
  • OC-192
  • Conmutación, Intercambio y conversión de longitud de onda.
  • Compensación de dispersión a muy bajo coste.
  • Regeneración totalmente óptica de señales.

Todos estos indicadores nos inducen a pensar que el mercado para fabricantes y usuarios de componentes y equipos DWDM será creciente, aún cuando la complejidad de la propia tecnología crezca del mismo modo y a la misma velocidad.
Por ello, y calculando un incremento en la demanda de ancho de banda del 100% cada 6 meses, podremos esperar que las redes DWDM del 2010 requieran:

  • 864 fibras por cable.
  • 128 longitudes de onda por fibra.
  • 1.11 Pb/s (17 000.000.000 de líneas de voz) por línea de transporte.
  • Reparto y localización de ancho de banda óptico en tiempo real.

Las redes DWDM del futuro estarán sujetas a procesos de optimización tremendamente exigentes, lo cual conducirá a un replanteamiento constante de términos como coste, espacio, potencia, consumo, repuestos, manejo de la red, formación, etc., que llegarán a extremos críticos.
Por eso, las redes del futuro deberán incorporar:

  • Total funcionalidad con los cana les de servicio (OSC).
  • Control y procesamiento total de cabeceras SONET y conversión de señales sin multiplexación.
  • Técnicas de modulación y for matos de datos mejorados.
  • Control de dispersión y PMD.
  • Estructuración fuera de banda.
  • Corrección de errores FEC en la propia banda.
  • Conmutación de protección auto mática.
  • Monitorización precisa de errores.
  • Interfaces tributarios mejorados para voz y datos.
  • Transmisores ITU desde 1545nm hasta 1560nm, sintonizables, 100 GHz.
  • Suministro de potencia AC/DC optimizado en coste y consumo.
  • Test remoto de la red.
  • Acceso de usuario sencillo.
  • Menor tamaño de equipos.
  • Amplificadores Raman RFA.
  • Solitones (modulación RZ con gru pos de pulsos muy estrechos viajando en grupo, se consigue mayor distancia de propagación, menor sensibilidad a efectos no lineales, tolerancia a PMD. Requie re un control de dispersión muy preciso y generalmente costoso)
  • Módulos OADM con gran número de canales.
  • Conmutadores ópticos ultrarrápi- dos, gran densidad de canales.
  • Nuevas tecnologías de supervi- sión y control de red.
Conclusión

Con la llegada de nuevos negocios soportados por Internet, las redes de Telecomunicaciones tienen que afrontar nuevos retos. Los sistemas WDM y DWDM han establecido el camino para dar respuesta a la demanda continua de nuevos servicios que requieren más capacidad, resultando finalmente a una gran demanda de ancho de banda.
Ciertamente, existe una tendencia para llevar IP sobre SONET, esto definiría también el camino hacia una red completamente óptica.
Todavía no está muy claro si esta red totalmente óptica, será un hecho en el futuro cercano, ya que muchos expertos siguen pensando que cada bit deberá ser monitorizado y comprobado electrónicamente. Sin embargo, el desarrollo técnico actual en componentes, sistemas y subsistemas WDM es una clara indicación de que la carrera hacia una red totalmente óptica está, sin lugar a dudas, totalmente abierta.


Figura 1.- ADOM







Figura 2.- EDFA







Figura 3.- OXC


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