Capítulo 5: Multiplexación por división de longitud de onda: WDM

Capítulo 5: Multiplexación por división de longitud de onda: WDM

La naturaleza de los modernos sistemas  de comunicaciones es estar en constante evolución. Factores tales como nuevas aplicaciones, cambio en el uso de los formatos y redistribución de contenido hacen que la definición de redes sea un trabajo en permanente progreso. Sin embargo, es posible definir, de manera amplia, que bloques importantes de la red están definidos por variables tales como tecnología de transporte, distancia, aplicaciones, etc. Así por ejemplo las redes metropolitanas (MAN) se pueden describir como el área que interconecta la larga distancia con la red de acceso, sin formar parte de ninguna de las dos (Figura 5.1).  

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Figura 5.1 Jerarquía de la red global.

Redes de larga distancia

Las redes de larga distancia son el núcleo de la red global. Es controlada por un pequeño grupo de grandes empresas transnacionales y operadores globales. Las redes de larga distancia conectan las redes MANs. Su principal aplicación es el transporte, por lo tanto involucra capacidad. Estas redes, tradicionalmente basadas en tecnología SONET (Synchronous Optical Network) o SDH (Synchronous Digital Hierarchy), han debido, en muchos casos, usar fibras ópticas en razón de la mayor demanda de ancho de banda.

Redes de acceso

En el otro extremo del espectro están las redes de acceso, las que están más cercas de los usuarios finales, en el borde de la red MAN. Se caracterizan por diversos protocolos e infraestructuras y alcanzan un amplio espectro de tasas. Sus usuarios van desde residencias (Internet) hasta grandes corporaciones e instituciones. El tráfico dominante es IP, el cual es inherentemente hecho por ráfagas, asimétrico y de naturaleza impredecible, presentando muchos cambios, especialmente con aplicaciones en tiempo real. Al mismo tiempo estas redes son requeridas como soporte legal para tráfico y protocolos, tal como IBM’s Enterprise System Connection (ESCON).

Redes de área metropolitana.

Entre las dos redes, de larga distancia y de acceso, están las redes MANs. El tráfico de los canales de estas redes caen en el dominio metropolitano: entre empresas, oficinas, etc. y entre puntos de presencia de la larga distancia (POPs: points of presence). Las redes MANs tienen muchas de las características de las redes de acceso, tales como protocolos entre redes y velocidades de canal. Como las redes MANs están basadas en tecnología SONET/SDH, hacen uso de topologías punto a punto o anillos con multiplexores add/drop (ADMs). El papel de las redes MANs es crítico por cuanto debe, por una parte, satisfacer las necesidades creadas por la permanente demanda de incremento del ancho de banda disponible. Por otra parte debe atender requerimientos de conectividad y tecnologías de acceso, lo que significa servicios de mayores velocidades.

5.1. Conceptos básicos.

La multicanalización por división de tiempo, TDM, incrementa la capacidad de un enlace de transmisión dividiendo el tiempo en intervalos de manera que los bits de las múltiples fuentes de entrada puedan ser transportadas sobre el enlace, aumentando el número de bits transmitidos por segundo (Figura 5.2).

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Figura 5.2   Concepto TDM.

Con TDM los bits de las fuentes de entrada se atienden uno por vez, resultando en un método ineficiente, ya que se reserva un tiempo  que tal vez no se ocupe. Este problema se soluciona a través del modo de transferencia asíncrono (ATM) por medio de la multiplexación estadística. Aunque ATM ofrece mejor utilización del ancho de banda, existen límites prácticos que limitan la velocidad de transmisión debido a la electrónica utilizada.

La industria de las telecomunicaciones adoptó los estándares Red Óptica Sincrónica (SONET) o la Jerarquía Digital Síncrona (SDH) para transporte de data TDM sobre SONET. Estos estándares especifican parámetros de interfaces, tasas de transmisión, formatos, métodos de multicanalización y gestión para sincronizar TDM sobre fibra óptica.

SONET/SDH usa bloques básicos para multiplexar los estándares de la jerarquía, según se observa en la Tabla siguiente.

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Por su parte WDM aumenta la capacidad del medio físico (fibra) usando un método completamente diferente a TDM. WDM asigna a las señales entrantes a frecuencias ópticas específicas (longitudes de onda o lambdas) dentro de determinadas bandas de frecuencia (ventanas ópticas). Esta multicanalización es similar a las estaciones de radio que hacen uso del espectro de RF sin interferir entre ellas. Como cada canal transmite a una frecuencia diferente, se puede seleccionar cada una de ellas por medio de un sintonizador (Figura 5.3).

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Figura 5.3  Incremento de capacidad con WDM

En la actualidad WDM es una técnica de transmisión empleada para superar la limitación de los transmisores, ya que aún no existen fuentes de pulsos ultra cortos que puedan ocupar todo el ancho de banda de la fibra óptica (TDM). Es por este motivo que se ha desarrollado una técnica que, a través del envío simultáneo de muchos canales en un único hilo de fibra, permite ocupar de una manera más efectiva el ancho espectral de la fibra.

Se usa el término longitud de onda (lambda) en vez de frecuencia para evitar confusión debido a lo elevado de la portadora óptica. En un sistema WDM, cada una de las longitudes de onda se transmiten en la fibra, y las señales son demultiplexadas en el receptor. En TDM, la capacidad resultante es una agregación de la señal de entrada, en cambio WDM  transporta cada señal de forma independiente de las demás señales. Esto significa que cada canal tiene su propio  ancho de banda dedicado; todas las señales llegan al mismo tiempo, en lugar de ser fragmentadas y transportadas en  ranuras a tiempo.

La diferencia entre WDM y DWDM (Dense WDM) es, fundamentalmente, sólo un grado. En DWDM los espacios de longitudes de onda son más cercanos que en WDM, y por consiguiente tiene una capacidad global mayor. Desde mediados del año 2000 se tienen capacidades de 128 lambdas en una fibra. DWDM tiene varios otros rasgos notables, como la posibilidad de amplificar todas la longitudes de la onda, sin conversión a señal  eléctrica, llevar señales de diferentes velocidades y tipos simultáneamente y transparentemente sobre la fibra (protocolo y tasa de bit independientes).

WDM y DWDM usan fibra monomodo para  llevar las múltiples longitudes ondas (diferentes frecuencias). Esto no debe confundirse con la transmisión sobre fibra multimodo, donde la transmisión se realiza mediante modos.

5.2. Comparación TDM WDM

SONET/TDM toma señales síncronas y asíncronas y los  multiplexa  a una velocidad de transmisión más alta con una  sola longitud de onda sobre la fibra. Las señales de entrada  pueden ser convertidas de eléctrica a óptica o viceversa y volver a óptica antes de ser multiplexadas. La técnica WDM toma las múltiples señales ópticas, traza entonces a las longitudes de onda individuales, y multíplexa las longitudes de onda en una sola fibra. Otra diferencia fundamental entre las dos tecnologías es que WDM puede portar múltiples protocolos sin un formato común, mientras SONET no puede.  Algunas de las diferencias importantes entre TDM y WDM se ilustran gráficamente en figura 5.4.

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Figura 5.4 Interfases TDM y WDM.

5.3. Cuestiones adicionales en redes MAN

El ancho de banda, aspecto fundamental en el mercado de la larga distancia, también lo es en las redes MAN, las redes de acceso y  las grandes redes empresariales. En estos tipos de redes, a medida que se implementan nuevas aplicaciones, se necesita un mayor ancho de banda. Se incluyen las SAN (Storage Area Netwok), las que posibilitan trabajar sin servidores, consolidar los centros de datos y el procesamiento de las copias de seguridad en tiempo real.

Otra razón por la cual hay un aumento importante de demanda de ancho de banda es por la conexión de los usuarios finales a los POPs locales, ya sea mediante línea telefónica, DSL, redes inalámbricas, etc. Típicamente estas conexiones se agregan y transportan sobre anillos SONET que conectan al POP local que sirve como gateway a Internet  para  larga distancia. Ahora la creciente demanda de servicio de alta velocidad está llevando a los proveedores de servicio  a transformar el POP en un centro dinámico de entrega. Como resultado de esto, un usuario dispone de muchos servicios de alta velocidad directamente desde el POP, sin necesidad de tener una conexión directa  a Internet.

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