Redes De Transmisión Todo ópticas:
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Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
Redes de transmisión todo ópticas:
independencia frente a las redes de
transporte
Las empresas operadoras de telecomunicaciones
requieren una red de transmisión cuya función es
interconectar sus diferentes elementos de red. Se suele
distinguir, además, entre red de transmisión y redes
de transporte, entendiéndose que la primera proporciona
conectividad a nivel de capa física, mientras que
en las segundas la conectividad incluye capas más
altas. En el caso particular de Telefónica de España, la
transmisión es básicamente SDH, y PDH como
herencia, y sobre ella se apoyan redes de transporte de
circuitos, troncal ATM y varias redes IP.
Entrando más en detalle en las redes SDH y PDH, se
distingue entre su formato de multiplexación eléctrico,
con sus procedimientos de agregación de tráfico y
supervisión de calidad, y la transmisión por línea, que
es óptica. Hasta la fecha, la transmisión óptica es funcionalmente
muy simple: por una misma fibra se
envían varias portadoras independientes, cada una
con una longitud de onda (λ) diferente, que se generan
en un elemento de red y terminan en otro con el
que están unidos directamente por fibra. Si la distancia
entre los elementos es superior a cien kilómetros,
aproximadamente, se insertan en la fibra a intervalos
regulares amplificadores ópticos, que amplían la longitud
del enlace hasta varios cientos (y miles, en cable
submarino) de kilómetros. Como una extensión de
estos enlaces, en algunos casos también se insertan en
la fibra filtros de extracción e inserción, que permiten
derivar o insertar en puntos intermedios una o varias
portadoras, de longitudes de ondas fijas. A la transmisión
simultánea de varias portadoras se la denomina
DWDM, del término inglés Dense Wavelength
Division Multiplexing, o multiplexación densa en longitud
de onda. En la Figura 1 se representa esta configuración
de los enlaces de forma esquemática.
Tal como se muestra en la Figura 1, la frontera entre
la red de transporte y un enlace de la red de transmisión
óptica está definida por un elemento denominado
transpondedor. En el sentido de entrada al enlace,
la interfaz proveniente de la red de transporte suele ser
óptica de corto alcance, a una longitud de onda indeterminada
y con una pureza espectral baja. En el
transpondedor la señal de esta interfaz se fotodetecta
y regenera eléctricamente, y a continuación la señal
resultante se utiliza para modular un transmisor óptico
que emite a una longitud de onda específica. La
salida de este transpondedor se multiplexa con la de
otros, en otras longitudes de onda, y el múltiplex
resultante se amplifica e inyecta en la fibra del enlace.
INTRODUCCIÓN
Jesús Felipe Lobo Poyo,Wsewolod Warzanskyj García
Telefónica Investigación y Desarrollo
En este artículo se comparan varias opciones de evolución de la red de transmisión
actual, llegando a la conclusión que la más favorable para un operador de
comunicaciones establecido como Telefónica es la de red todo óptica independiente,
frente a la tendencia de los fabricantes de grandes routers, que proponen una
integración de la red de transmisión óptica con la capa IP.
También se incluye en el artículo una descripción de los pasos que se deben dar para
evolucionar de forma gradual la red actual de enlaces independientes punto a punto
hacia una red mallada con reencaminamiento a nivel óptico.
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Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
En el sentido de salida del enlace, el funcionamiento
es similar. El conjunto de longitudes de onda que llegan
de la planta se demultiplexan, y cada una de ellas
se lleva directamente a la interfaz de la red de transporte.
Opcionalmente, el tranpondedor incorpora un
receptor óptico que fotodetecta y regenera la señal de
línea, y a continuación remodula un láser de características
genéricas. La salida de este láser, no seleccionado
en longitud de onda, se lleva finalmente al elemento
terminal de la red de transporte.
Una vez presentado el esquema de un enlace de la red
de transmisión actual y su interfaz con la red de transporte,
se pretende exponer sus posibles opciones de
evolución en función de los indicadores, o tendencias,
que se observan en el mercado y en el entorno tecnológico
de las telecomunicaciones. De todos ellos, se
puede destacar los siguientes:
La demanda de ancho de banda crece, y continuará
creciendo, sobre todo para tráfico de tipo IP. A
su vez, se prevé el despliegue de nuevas redes de
transporte IP (capa 3) con interfaces de multiplexación
eléctrica (capa 2) de tipo Gigabit Ethernet o
de paquetes sobre SDH (POS, packet over SDH)1.
En la Figura 2 se muestra una estimación de la
demanda de tráfico IP a nivel europeo, diferenciando
la parte correspondiente al tráfico nacional
(del conjunto de los diferentes países) e internacional
(o de interconexión entre ellos).
La demanda de capacidad viene acompañada por la
aparición en el mercado de sistemas de transmisión
que permiten multiplexar un mayor número de
portadoras ópticas, en breve plazo hasta 160. Asimismo,
y aunque en menor medida, va aumentando
la velocidad máxima posible de modulación por
portadora (de 2,5 a 10 Gbit/s).
Están comenzando a aparecer dispositivos que permiten
el reencaminamiento de señales ópticas a
nivel de portadora, principalmente filtros de
extracción e inserción sintonizables y matrices de
conmutación. Asimismo, se van perfeccionando
elementos ópticos, tales como amplificadores,
ecualizadores, compensadores de dispersión, etc.
En base a estos indicadores, se identifican tres opciones
de evolución:
1. Evolución por defecto, continuación de la red actual
sin cambiar su filosofía.
OPCIONES DE EVOLUCIÓN DE LA RED DE
TRANSMISIÓN
Figura 1. Enlaces DWDM actuales
Filtro de extracción
e inserción (OADM)
M
U
X
M
U
X
DE
Amplificador Amplificador
Transpondedores
(parte de recepción)
Interfaz óptico con
la red de transporte
Interfaz óptico con
la red de transporte
Transpondedores
(parte de transmisión)
λ1
λn
λj λk
λ2 λ1 λ2... λn
λ1
λ2
λn
•
•
•
•
•
•
Figura 2. Estimación del crecimiento de tráfico IP en Europa
35.000
30.000
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
0
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Capacidad Gbit/s
Nacional Internacional
1 A modo de ejemplo, la ruta Madrid Barcelona, que en el año 1992
disponía de un único enlace a 2,5 Gbit/s, consta en la actualidad de un
enlace de 16 longitudes de onda, cada una de ellas modulada a 2,5
Gbit/s, resultando en una capacidad total de 40 Gbit/s.
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Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
2. Red GMPLS, o integración de la transmisión óptica
con la capa IP.
3. Red todo óptica independiente.
Consiste en dejar que la red de transmisión continúe
creciendo a trozos, en función de las necesidades del
momento. En este caso no se puede hablar de una red
de transmisión, sino de un conjunto de enlaces ópticos
independientes entre sí, que se van estableciendo
para interconectar elementos de las redes de transporte.
En el momento actual los elementos de red son
básicamente crossconect y ADM del tipo SDH.
Un caso particularmente atractivo de evolución por
defecto es el conocido como IP sobre DWDM, que se
muestra de forma esquemática en la Figura 3. En este
escenario la red de transporte es IP, y todos sus elementos
de red son routers. Dependiendo de su capacidad
de direccionamiento de tráfico, reciben el nombre
de Terarouters (TSR) o Gigarouters (GSR) para
capacidades de terabit (1012 bit) o gigabit (109 bit)
por segundo, respectivamente. Asimismo, los routers
se conectan entre sí mediante enlaces ópticos
DWDM punto a punto.
En la red IP sobre DWDM, que se representa en la
Figura 3, no se realiza ningún proceso a nivel óptico:
el reencaminamiento y las funciones de protección se
llevan a cabo a nivel eléctrico en los routers. Por consiguiente,
si un paquete o conjunto de paquetes IP
tienen que atravesar n routers, sufren n procesos de
conversión optoeléctrica.
La evolución por defecto tiene el atractivo de su simplicidad
de planificación: no existe una capa óptica.
Por contra, a medida que el tráfico en las rutas sube a
centenares de Gbit/s, las conversiones optoeléctricas y
de tránsito en los nodos intermedios obliga a aumentar
de forma innecesaria el tamaño, consumo y número
de los routers, así como la complejidad (y coste) de
sus sistemas de gestión. Para corregir este problema,
las otras dos evoluciones incluyen una capa de transmisión
óptica pura, en la que el direccionamiento
grueso se realiza a nivel óptico, que es muy simple y
eficiente, y el fino a nivel eléctrico. La frontera entre
fino y grueso la constituye la granularidad de la capa
óptica: la portadora. En estos momentos el tráfico
mínimo por portadora es 2,5 Gbit/s, correspondiente
a una trama STM-16, y se contempla bajar en algunos
casos excepcionales a 1 Gbit/s, para asignar una
trama Gigabit Ethernet a una portadora individual.
También se contempla la posibilidad de actualizar las
rutas de mayor tráfico a 10 Gbit/s por portadora,
aunque en la planta de Telefónica son muchas las
fibras que no admiten esta velocidad de modulación
por problemas de dispersión de polarización.
GMPLS, acrónimo del término MPLS generalizado,
es una propuesta de extensión del estándar MPLS.
Los fabricantes de routers la han presentado en el
Internet Engineering Task Force (IETF), con la intención
de comenzar sus tareas de normalización a lo
largo del año 2001 (obviamente, no existe fecha definida
para su finalización). El MPLS, a su vez, es un
conjunto de mecanismos y tecnologías que permiten
realizar ingeniería de tráfico de altas prestaciones en
IP [2].
El objetivo que se persigue con el GMPLS en inte-
La opción de red GMPLS
La opción de evolución por defecto
Figura 3. Ejemplo de evolución por defecto, red IP sobre DWDM
Enlaces punto a
punto IP sobre
DWDM
Enlaces punto a punto
IP sobre DWDM
GSR
GSR
GSR
GSR
TSR
TSR
TSR
TSR GSR: Gigabit Switch Router
TSR: Terabit Switch Router
grar en un mismo plano de control la red IP y los conmutadores
ópticos, de forma que el operador vea el
reencaminamiento óptico como una funcionalidad
más de los router IP [3-4]. En la Figura 4 se representa
un esquema de este tipo de red.
En GMPLS se contempla la existencia de matrices de
conmutación óptica, OXC (Optical Cross-Connect),
que descargan a los router de gran parte del tráfico que
no va destinado a ellos. Además, y aquí reside la esencia
del GMPLS, los OXCs se consideran como un
apéndice o elemento integrado de los routers, de
forma que el conjunto de router más OXC se considera
a nivel lógico como un único elemento de red, y
la agregación de tráfico en portadoras y su direccionamiento
se realiza desde una misma plataforma de
control y gestión.
Además de la ventaja que representa utilizar conmutadores
ópticos, GMPLS ofrece las ventajas propias de
las estrategias de integración, las cuales se pueden
resumir de la forma siguiente:
Al realizar bajo un mismo proceso la agregación
eléctrica con la multiplexación óptica se optimiza el
uso del ancho de banda.
La monitorización y protección se realiza a nivel
eléctrico, eliminando la necesidad de introducir
para ello mecanismos adicionales a nivel óptico.
Como generalización del punto anterior, no existe
sistema de gestión de la capa óptica.
Frente a estas ventajas, GMPLS presenta también dos
graves inconvenientes, uno de gestión, o de estrategia
de operación, y otro de naturaleza física.
El inconveniente de la estrategia de operación se
puede describir de la siguiente manera: aunque en
GMPLS las capas ópticas y eléctricas son vistas por el
operador como una única entidad, en realidad existen
como entidades físicas distintas. Por tanto, no es evidente
que vaya en beneficio del operador integrar las
dos capas, porque eso le obliga a comprar la planta de
conmutación y transmisión a los mismos suministradores.
Por otra parte, en GMPLS se propone que,
para poder implementar la función de reencaminamiento
de tráfico, todos los conmutadores y routers
dispongan de un mapa detallado de toda la planta.
Con este condicionante, la diversificación de suministradores
sólo es posible si todos los estándares
GMPLS están completamente cerrados y las interfaces
de control no admiten ambigüedad. Aún así, dado
que GMPLS es básicamente software, la interconexión
entre subredes de distintos fabricantes exigiría
un nivel de estabilidad de los estándares similar al que
existe ahora en la planta de conmutación de circuitos;
teniendo en cuenta que la definición del GMPLS
está arrancando en estos momentos, puede que pasen
varios años hasta que se alcance ese nivel.
Para intentar paliar este inconveniente, los fabricantes
de routers, conscientes de la importancia que los operadores
atribuyen a la posibilidad de gestionar de
forma independiente las diferentes capas de la red,
han propuesto en el IETF una variante del GMPLS,
conocida como overlay option GMPLS (GMPLS
superpuesta). En esta variante, la plataforma de control
de la red sigue siendo única, pero el operador
puede separar a nivel administrativo la gestión de los
conmutadores ópticos de la gestión de los routers.
Frente a ella, la propuesta original de control integrado
de toda la red recibe el nombre de peer option
GMPLS (GMPLS entre iguales). Queda por ver qué
grado de independencia de gestión permitirá el IETF
a los OXC.
El segundo inconveniente es más crítico y, sorprendentemente,
no se menciona en las publicaciones
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Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
Figura 4. Esquema de red GMPLS
Enlaces punto a
punto IP sobre
DWDM
(es un elemento más de la red IP)
GSR
GSR
GSR
GSR
TSR + OXC
TSR + OXC
TSR + OXC
TSR + OXC
OXC: Conmutador óptico
relativas al GMPLS, ni en las conversaciones que los
autores han mantenido con los fabricantes. Se refiere
al hecho de que una red óptica incluye, o deberá
incluir, no solamente conmutadores ópticos, sino
otros elementos de red, como filtros sintonizables de
extracción e inserción, ecualizadores de intensidad o
elementos de compensación de dispersión cromática,
y que una capa óptica requiere un mínimo de supervisión,
mediante análisis espectral independiente, de
las capas de multiplexación eléctrica.
Para evitar estos problemas, se propone la tercera
opción de evolución: la de red todo óptica independiente.
En este escenario, representado en la Figura 5, se distinguen
diferentes elementos de red óptica (como
conmutadores, filtros sintonizables, ecualizadores,
etc.) y elementos terminales de red de transporte
(como routers, crossconects o ADM SDH y conmutadores
ATM). La red de transmisión proporciona
conectividad con reencaminamiento a nivel óptico y
granularidad de portadora a las diferentes redes de
transporte, y es independiente de todas ellas.
Además de contemplar cualquier tipo de elemento
óptico, la principal característica que diferencia a esta
opción de las anteriores es la independencia con respecto
a las redes de transporte. Abarca tres aspectos:
1. Independencia de formatos de modulación
La transmisión óptica es independiente del sistema
de multiplexación eléctrico, incluso en las capas
más bajas (la 1 y 2). La adaptación entre el entorno
eléctrico y óptico se realiza en los transpondedores.
2. Independencia de sistemas de gestión
La independencia de los sistemas de gestión persigue
dos objetivos:
a) Permitir al operador, si así lo desea, adquirir los
sistemas de gestión de suministradores diferentes.
b) Dado que la funcionalidad de la capa óptica es
mucho más simple que la de los estándares de
multiplexación, el coste de su gestión deberá ser
también muy inferior. El operador puede actualizar
la gestión de su planta óptica sin verse forzado
a adquirir una nueva versión del sistema de
gestión de red de transporte, que potencialmente
es más cara.
La simplicidad de la gestión de la capa óptica
merece una aclaración. El operador puede
manipular muy poco a una portadora; únicamente
puede variar su intensidad, reencaminarla
o filtrarla. Por contra, los elementos de las
jerarquías de multiplexación eléctricas acceden
al contenido digital de la señal, y sobre él pueden
realizar una gran variedad de actuaciones,
como modificar canales de servicio, medir tasas
de error, actualizar mecanismos de corrección de
La opción red todo óptica independiente
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Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
Figura 5. Esquema de red todo óptica independiente
Crossconnect SDH
Anillo
Malla
Anillo
Conmutador ATM Router IP
Crossconnect SDH
Router IP
Conmutador ATM
Elemento terminal de
red con conversión e/o
Elemento de red óptica
errores, y un largo etc.
A nivel de gestión, la integración de la transmisión
con el transporte se realiza de forma similar a como
se integran en la actualidad sistemas y redes diferentes
para ofrecer un único servicio: mediante un
sistema de gestión de orden superior, tal como se
ilustra en la Figura 6. Este sistema lo suele desarrollar
el propio operador a su medida.
3. Independencia de los sistemas de protección
La independencia de los sistemas de protección es
una consecuencia directa de la independencia de la
transmisión óptica frente a los formatos de modulación.
Si los enlaces soportan cualquier tipo de
jerarquía de multiplexación, los mecanismos de
protección óptica deben ser válidos para todas
ellas. Además, la interacción o dependencia de la
protección óptica con algún tipo de sistema de
multiplexación conllevaría un interfuncionamiento
de sus sistemas de gestión, en contra de los intereses
descritos en el punto anterior.
De todo lo expuesto hasta este punto, se concluye que
la evolución gradual hacia una transmisión todo óptica
independiente del transporte constituye probablemente
la opción que defiende mejor los intereses a
largo plazo de un operador multisuministrador. Ello
no excluye que, a efectos de evaluación y diversificación,
sea recomendable explorar otras opciones, como
las dos variantes de GMPLS u otras propuestas que
puedan surgir de nuevos foros de normalización.
A continuación, y en lo que queda de artículo, se
abordan aspectos fundamentales de las redes ópticas
independientes, como son:
Los mecanismos de supervisión.
Los mecanismos de protección automática.
El procedimientos de creación de red.
El reencaminamiento.
Las matrices de conmutación.
Adicionalmente, en un Anexo se mencionan aspectos
específicos y a veces controvertidos de algunos elementos
de red óptica, como son los amplificadores,
filtros sintonizables, ecualizadores y canales de servicio.
Cada red de transporte dispone de sus propios mecanismos
de medida de calidad. En general, todos ellos
se basan en enviar unas tramas de referencia con contenido
digital predeterminado y detectar en recepción
los errores que se han generado en ellas. Una red óptica,
en cambio, no accede al contenido digital, y la
calidad se debe medir con parámetros independientes
de las tramas. Esta medida es necesaria para identificar
fallos o degradaciones en elementos de la red, así
como para proporcionar información a efectos de restauración
o reencaminamiento.
MECANISMOS DE SUPERVISIÓN DE REDES
ÓPTICAS
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Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
Figura 6. Interconexión de los sistemas de gestión
Sistema de Gestión (SG) - Nivel de servicio
Servidor Servidor SDH
MUX
SDH
Enlace óptico MUX
SG de
conmutación
SG de
capa óptica SG - SDH
El mecanismo principal de medida de calidad, o
supervisión, es el análisis espectral óptico (OSA).
Consiste en extraer una muestra de la señal que se
propaga por la fibra, introducirla en un analizador de
espectros y comparar el resultado de la medida con
una máscara predeterminada [5].
En la Figura 7 se muestra un ejemplo de espectro
óptico. Se puede apreciar un conjunto de portadoras
sobre un fondo de ruido de emisión espontánea, proveniente
de amplificadores ópticos. Con la ayuda de
marcadores se determina si las portadoras se encuentran
en su posición espectral correcta, si el nivel de
potencia es adecuado, si existen señales espúreas, etc.
En principio, los parámetros de calidad óptica son los
siguientes:
Número de portadoras
Mediante el análisis del espectro el sistema de gestión
puede determinar si en el punto de medida se
encuentran las portadoras que deben estar, y que
por lo tanto no ha habido corte en la planta entre
el origen de la portadora y el punto de medida.
Además, la resolución del análisis debe ser lo suficientemente
fina como para determinar que en la
ventana espectral asignada a una longitud de onda
hay únicamente una portadora.
Potencia óptica y rizado
Un análisis espectral correcto proporciona la potencia
óptica de cada portadora. El sistema de gestión
debe comprobar si se encuentran dentro del margen
permitido.
Relación portadora-ruido
Para una recepción correcta se requiere que la
potencia de cada portadora sea superior a un
umbral determinado, y también que sea superior a
un umbral mínimo la relación portadora a ruido
(C/N). Por ruido se entiende el de emisión espontánea
de los amplificadores del enlace óptico, que
en una traza de un analizador de espectros se manifiesta
como un fondo de ruido variable lentamente
con la longitud de onda.
Identificación de portadora
En las rutas que incluyen conmutadores, la señal
presente en una longitud de onda puede proceder
de un enlace entre varios posibles, y el operador
debe poder identificar de cual de ellos procede. La
identificación se lleva a cabo utilizando, como marcadores
que diferencian unas portadoras de otras,
parámetros tales como deriva en longitud de onda
o desviación de la potencia con respecto a su valor
nominal. En caso de ser necesario, el operador
puede marcar las portadoras, actuando sobre los
elementos de red que sean necesarios. Por ejemplo,
los puertos de entrada de las matrices de conmutación
van precedidos de amplificadores ópticos y el
operador puede variar levemente su ganancia para
marcar las portadoras de ese puerto.
A estos parámetros de calidad se les puede denominar
primarios; su cumplimiento es condición necesaria
para un correcto funcionamiento de la red. Existen
otros, que se pueden considerar como secundarios;
aportan información sobre el funcionamiento de la
red, pero su incumplimiento se traduce de forma
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Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
Figura 7. Ejemplo de espectro de señal óptica
λ
λ
Potencia
Cuenta e identificación de portadoras
Longitud de onda ( )
Ruido fuera
de banda Espureos
Nivel mínimo
C / N aceptable
Error en
indirecta sobre los primarios, por lo que su medida
podría en principio no ser estrictamente necesaria
(aunque sí se recomienda). Son los siguientes:
Deriva en longitud de onda
Es la diferencia entre la longitud de onda central de
una portadora y su valor nominal. Este parámetro
se considera secundario, porque un valor de la deriva
superior al ancho de banda de un canal se traduce
en una atenuación de la portadora al pasar por
un filtro óptico, o un multiplexor en longitud de
onda.
Emisiones espúreas
Una emisión espúrea indica una degradación en el
funcionamiento de un láser, que puede llegar a
generar una alarma en su transpondedor asociado.
En cualquier caso, dado que los transmisores van
seguidos de un multiplexor, el espúreo queda muy
atenuado antes de interferir sobre un canal adyacente.
Potencia óptica total
Por potencia óptica total se entiende la del conjunto
de señales más la del ruido. En algunos casos esta
medida puede ser conveniente, sobre todo si el
nivel de ruido es significativo, y puede sacar de su
zona de funcionamiento algún elemento de red,
como un amplificador óptico.
A modo de ejemplo, en la Figura 8 se muestra el procedimiento
de medida del espectro óptico sobre un
elemento de red, una matriz de conmutación óptica.
Un analizador de espectro va accediendo uno a uno a
todos los puertos de entrada y salida de la matriz, por
medio de un selector óptico. La interfaz con el sistema
de gestión se realiza a través de un módulo de control
y comunicaciones.
El análisis espectral mide amplitudes o intensidades.
Sin embargo, una red óptica puede introducir degradaciones
de fase que también degradan la calidad de
la transmisión. Se han identificado dos:
1. Dispersión excesiva, cromática o de polarización.
2. Reflexiones elevadas en los conectores.
En general, estas degradaciones son estáticas, es decir,
corresponden a imperfecciones de la planta, y por lo
tanto se detectan, a nivel de red de transporte, en el
momento inicial de puesta en marcha y validación de
los enlaces. Por otra parte, son difíciles de identificar;
por ejemplo, para detectar si las reflexiones de un
conector óptico son elevadas, porque está sucio o
deteriorado, es necesario medir la fibra en la que está
insertado con un equipo reflectométrico. Por tanto, la
medida de la dispersión requiere equipos caros, que
por el momento sólo se utilizan para la certificación
manual de la planta óptica.
Pero aunque las degradaciones de fase son estáticas,
no se puede descartar que también se vayan produciendo
por algún fenómeno gradual de envejecimiento
o deterioro de material. En consecuencia, es necesario
incorporar en las redes ópticas algún mecanismo
Limitaciones del análisis espectral
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Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
Figura 8. Supervisión mediante análisis espectral de una matriz de conmutación óptica
OSA Control y comunicaciones
(Analizador de
espectros óptico)
λ1 λ2 ... λn
λ1 λ2 ... λn
λ1 λ2 ... λn
λ1 λ2 ... λn
λ1 λ2 ... λn
λ1 λ2 ... λn
para su detección, que sea simple y susceptible de
automatización. Este mecanismo existe, pero con
limitaciones, y consiste en la medida de diagramas de
ojo.
La descripción del procedimiento de medida de diagramas
de ojo se sale del ámbito de este artículo. Simplemente
se indica que, para cada una de las portadoras,
se requiere:
a) Fotodetectarla.
b) Disponer de un reloj a la frecuencia de modulación.
c) Muestrear la señal a una velocidad varias veces
superior a su ancho de banda.
d) Realizar un cierto procesado digital sobre los resultados
del muestreo.
El procedimiento no es excesivamente complejo: el
equipo que lo realiza es una combinación de analizador
de espectros y osciloscopio digital. Pero el hecho
de requerir información y circuitería específica de la
velocidad de modulación, destruye la independencia
del sistema de medida con respecto a la red óptica.
En conclusión, las hipotéticas degradaciones de la
función de transferencia de fase de la planta óptica no
se pueden detectar de manera práctica en el estado
tecnológico actual, por lo que su eventual impacto
sobre la calidad de las señales sólo se pueden medir a
nivel eléctrico, mediante los mecanismos de supervisión
de las redes de transporte. Esto a su vez implica
que la supervisión de la red óptica con los mecanismos
disponibles actualmente (análisis espectral) es un
requisito necesario, pero no suficiente, para garantizar
la calidad de la red de transmisión.
Uno de los aspectos que más impacto tiene en las
redes de transmisión desde el punto de vista del cliente,
con independencia de las características que le
definan, es la garantía que debe ofrecer a las señales
que transporta, a las cuales ofrece conectividad extremo
a extremo.
Los esquemas de protección que se han empleado
hasta ahora en la construcción de las redes de transmisión
(eléctricas) tienen su equivalente en las redes
ópticas, con la salvedad de un factor diferenciador
entre estos esquemas de funcionamiento. Mientras
que en las redes eléctricas se debe conocer de antemano
el formato de la señal para poder procesarla y
posteriormente regenerarla, en las redes ópticas, gracias
a la transparencia que tienen con respecto a las
señales que transportan, no es necesario conocer el
tipo de señal. Es más, debido a que están constituidas
por componentes pasivos (la información se procesa
analógicamente), éstos pueden procesar (proteger)
simultáneamente más de una señal con independencia
del tipo, formato y velocidad de éstas.
La misión de un sistema de protección2 es la de garantizar
la entrega en el extremo destino de la señal que
está siendo transportada, recuperándose ante fallos
(simples) en cualquiera de los tramos de red por los
que viaja la información, dentro de unas restricciones
(límites máximos) temporales. Hoy en día, por ejemplo,
en redes IP/SDH/WDM, se produce la situación
en la que tres esquemas de protección distintos actúan
sobre la información en el caso de que se produzca
un fallo, estos esquemas son:
1. Enlace punto a punto WDM, 1+1.
2. Capa SDH, típicamente con esquemas 1:1 o m:n.
3. Nivel IP, mediante reencaminamiento de los
paquetes por otros puertos de salida del GSR.
La convivencia de múltiples mecanismos de protección
no quiere decir, necesariamente, que la información
tenga mayores garantías de alcanzar el destino en
caso de fallos. Más aún, al no existir ninguna facilidad
de coordinación entre capas puede llegar a ocurrir que
se activen simultáneamente más de uno, haciendo
que, finalmente, la señal se quede sin protección.
Por tanto, parece razonable delegar en la capa de
transmisión óptica la misión de proteger la/s señal/es,
atendiendo tanto a la independencia que ofrece con
respecto a las señales que transporta como a la eleva-
MECANISMOS DE PROTECCIÓN AUTOMÁ-
TICA
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Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
2 Brevemente, una protección dedicada (1+1) reserva recursos en la red
para disponer de una alternativa lista en caso de fallo. La protección
compartida (1:1 o m:n, con m>n) dispone de n recursos de red para
redirigir alguna de las m señales. Mientras no haya fallo, los n recursos
se emplean para el envío de otras señales (que no se quieren proteger).
Otro aspecto a considerar es el de la diversificación espacial, es decir, los
recursos de reserva deben ir por rutas disjuntas y separadas
espacialmente de las rutas de trabajo. Finalmente, es necesario
disponer de dos salidas distintas hacia el exterior en una subred, es lo
que se conoce como Dual Homing.
da velocidad de restauración (tiempos de respuesta
muy por debajo de los que actualmente se logran en
las redes eléctricas).
El esquema que se recomienda que se implemente en
la capa óptica debe incluir, necesariamente:
Protección dedicada 1+1. La longitud de onda
(color) se duplica en emisión, empleando para ello
divisores ópticos. Cada uno de estos colores debe ir
por caminos distintos (diversificación espacial);
uno activo y otro de reserva. Por ejemplo, en un
anillo la señal activa puede ir en dirección "ESTE"
y la de reserva en dirección "OESTE".
Dado el gran volumen de datos que transporta cada
una de las portadoras, es imprescindible que la
información se duplique para que se pueda recuperar
el fallo en el menor tiempo posible. Si la recuperación
del fallo se efectúa, por ejemplo, en la
parte emisora, implicaría que el receptor debe
detectar el fallo, a continuación dicho receptor
debe informar al origen y, por último, el emisor
conmuta el envío de la información desde el canal
de trabajo al canal de protección. Esta secuencia
conlleva el intercambio de información de señalización,
así como unos mayores tiempos de restablecimiento
del servicio. Sin embargo, al efectuarse el
proceso de recuperación en recepción, no se precisa
el intercambio de información de señalización,
se obtienen buenos tiempos de respuesta y se evita
que otras capas de red detecten el fallo y activen sus
mecanismos de protección.
Dual Homing. Cada subred que atraviese la información
debe disponer de dos nodos de salida (en
ubicaciones distintas) para garantizar la continuidad
del camino óptico en caso de caída de alguno
de ellos. En la Figura 9 se representa un esquema
de conexión entre tres subredes con salida doble,
conocida también como conexión dual homing.
Selección en recepción de la portadora adecuada. Al
extremo receptor llegan las señales activa y de reserva,
y es el propio receptor el que debe seleccionar la
de más calidad. La selección se realiza en un módulo
específico de protección, que se representa de
forma simplificada en la Figura 10. En condiciones
operativas normales el módulo está conectado a la
ruta activa, pero conmuta a la de reserva cuando se
produce en la activa un corte o degradación de
señal inaceptable.
En la Figura 10 se muestra la configuración más
simple de un módulo de protección. De forma
simultánea se mide la potencia de cada una de las
portadoras en las dos rutas. Un circuito de control
ordena la conmutación de la fibra activa a la de
reserva cuando la potencia de un cierto número de
portadoras, número definido por el operador a través
del sistema de gestión, es inferior a un umbral
predeterminado.
Un aspecto adicional que se debe considerar en el
momento de establecer los caminos ópticos, con sus
correspondientes rutas de protección, es evitar el establecimiento
de bucles. Si en una red óptica se establece
un bucle, se genera ruido de recirculación3: si una
40
Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
3 Sea una portadora P1, que entra en un nodo y se extrae. Como la
extracción no es perfecta, a la salida del nodo la portadora P1 sigue
estando presente, aunque con un valor muy inferior (aP1). Al valor a se
le denomina extinción en paso, o simplemente extinción. Si en el
módulo se inserta otra portadora P2 de la misma longitud de onda que
P1, aP1 constituye una interferencia homodina sobre P2. Si en un anillo
óptico cerrado existiesen amplificadores ópticos entonces la portadora
aP1 también se amplificaría en cada vuelta, creando así el llamado ruido
de recirculación.
Figura 9. Esquema de conexión entre subredes con salida doble (dual homing)
Nodo
concentrador
Nodo
ANILLO periférico
CERRADO
Figura 10. Esquema del módulo de protección
Ruta activa
Módulo de protección
Ruta de reserva Hacia
receptor
WDM WDM
Detectores
de potencia
Detectores
de potencia
Control
••• •••
señal se propaga por un enlace y eventualmente vuelve
al punto de partida, deja de comportarse como
señal útil y se manifiesta como interferencia. En el
caso extremo de que la ganancia del bucle fuese superior
a la unidad, la red entraría en oscilación. Para evitar
este efecto se recomienda construir redes que trabajen
con 4 fibras, un par dedicadas a protección (Tx y
Rx) y otro par en reserva para protección, a la vez que
siempre se encuentre algún tramo abierto en la red óptica.
Esto es lo que se explica en el siguiente punto, con
la conversión de topologías en anillo en topologías en
omega (Ω), es decir, convertir el anillo en un bus
mediante la apertura del mismo en uno de sus tramos.
La situación actual de las redes de transmisión óptica
de la mayoría de operadores de telecomunicaciones
[6] es la de existencia de dos tipos de topologías de red
óptica:
1. Enlaces punto a punto WDM, con capacidades típicas
de 16 λ a 2,5 Gbit/s y protección 1+1, que permiten
conectar nodos concentradores de localidades
geográficamente separadas y con elevada
demanda de tráfico [7].
2. Anillos metropolitanos, con esquemas de protección
propios de estas topologías (por ejemplo, los conocidos
como OMS-SP ring, anillo con protección
compartida en la sección de multiplexación óptica,
o OCh-DP ring, anillo con protección dedicada
por canal óptico) y encaminamiento a nivel óptico
estático (configurado con antelación a la puesta en
servicio) [8].
Los enlaces punto a punto WDM, habitualmente, no
están conectados entre sí, perdiéndose toda capacidad
de encaminamiento a nivel óptico, cualidad que se
conseguiría mediante la creación de una malla óptica.
Por tanto, es necesario definir los esquemas de conexión
de estos enlaces punto a punto WDM, de manera
que se incluyan los mecanismos de protección
comentados en el apartado anterior, a la vez que se
doten de nuevas funcionalidades de encaminamiento.
En cuanto a los anillos metropolitanos, son una infraestructura
ampliamente usada, pero que, debido a su
filosofía de funcionamiento actual, deben evolucionar
para permitir la creación de una red óptica transparente
entre extremos. Uno de los primeros pasos que
hay que efectuar con los anillos es su apertura, para
convertirlos en topologías en omega (Ω). Una vez
abiertos, los anillos se comportan en realidad como
buses (similares a los enlaces punto a punto), sobre los
que se definen unos nuevos nodos, concentrador y
periférico, cuya funcionalidad se detalla más adelante.
Esta situación se refleja en la Figura 11.
Una vez que los anillos están abiertos, cabe plantearse
qué otros aspectos deben tenerse en cuenta con vistas
a interconectarlos entre sí. Los principales son los
siguientes:
Los buses deben estar compuestos por 4 fibras (ver
la Figura 12), un par para trabajo y otro para pro-
CREACIÓN DE RED ÓPTICA
41
Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
Figura 11. Paso de anillo a omega
Par de fibra
protección
Nodo concentrador
HW duplicado ( 1+1 )
Dual Homing
Par de fibra
trabajo
Nodo periférico
Se duplica la portadora
Omega vista como
bus abierto
Nodo
concentrador Nodo periférico
Se duplica la portadora
Par de fibra
trabajo
Par de fibra
protección
λ1
λ1
Figura 12. Esquema de 4 fibras (trabajo+protección)
2 Fibras.
Par de protección
2 Fibras.
Par de trabajo
RX
TX
RX
TX
tección. En cada par se empleará una fibra para la
transmisión y otra para la recepción.
Dado que se debe disponer de salida Dual Homing
en cada subred y, además, debe estar abierta (Ω), se
recomienda que cada par de fibras (par de protección
y par de trabajo) finalice en nodos concentradores
distintos (ver la Figura 11).
Si se quiere garantizar la protección, tanto dentro
de la subred como fuera de ella, es necesario que los
pares de fibra (trabajo y protección) estén instalados
por caminos distintos (diversidad espacial).
Con estas consideraciones como punto de partida, los
pasos recomendados a dar para crear una red óptica
transparente a partir de enlaces punto a punto WDM
y anillos ópticos son:
Paso 1: apertura de anillos
En primer lugar, se deben abrir los anillos, convirtiéndolos
en omegas (Ω, equivalentes a buses) para
garantizar que no se producirán bucles. No hay que
olvidar que se consideran siempre dos trayectos: el
de trabajo y el de protección, cada uno de ellos con
dos fibras ópticas, una para cada sentido de la
transmisión (recepción y transmisión). Se tiene por
tanto una topología de red que empleará cuatro
fibras.
Paso 2: definición de los nodos concentrador y periférico
A efectos de interconexión de subredes, los nodos
de una subred se clasifican en dos tipos4:
1. Nodos concentradores
Es en estos nodos donde se realiza la interconexión
entre subredes propiamente dicha, extrayendo,
insertando o redirigiendo portadoras
a/de diferentes subredes.
En la Figura 13 se representa un ejemplo de
implementación de nodo concentrador. Tiene
como misión:
42
Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
4 En las figuras que representan los nodos se incluyen unos elementos
de red denominados OADM, que son filtros de extracción e inserción
óptica (Optical Add Drop Multiplexers). Extraen de una fibra una
portadora óptica e insertan otra. En unos filtros la longitud de onda que
se inserta es nominalmente igual a la que se extrae; en otros es
diferente. La extracción e inserción de una portadora se puede
generalizar a una banda óptica, en la que caben varias portadoras
contiguas.
Figura 13. Esquema de nodo concentrador
Para A
De A Para B
De B
A B
Mux DeMux
Para C De C
λ1
C
λ4
λ3
λ2
λ2
λ3
λ4
λ1
λ4
λ2
λ3
λ1
λ2 λ4
λ1
OADM
OADM
Se conecta cada
portadora al OADM
oportuno según la
configuración
a) Garantizar la salida de las portadoras de la
subred a la que pertenece, redirigiéndolas a
otro nodo concentrador.
b) Encaminar las provinientes de otros nodos
dentro de la subred, ofreciendo siempre dos
puntos de salida (Dual Homing) y manteniendo,
en cualquier caso, la red abierta.
El requerimiento de dos puntos de salida se traduce
en que en una misma subred existan dos
nodos concentradores, tal como se ilustra en la
Figura 11.
La complejidad de estos nodos es proporcional
al número de nodos concentradores a los que se
conecten, no existiendo, inicialmente, más restricciones
que las relativas a la capacidad de los
componentes que se empleen. Para paliar/restringir
dicha complejidad se recomienda conectar
cada nodo concentrador con dos nodos concentradores
más, limitándose, de este modo, su dificultad
de construcción, a la vez que se respetan los
esquemas de encaminamiento y protección de
longitudes de onda. En la Figura 13 la configuración
es la siguiente:
El nodo concentrador interconecta al periférico
C con los también concentradores A y B.
La asignación de longitudes de onda es: λ1 va
del nodo C al B, λ2 del A al C, λ3 del B al A;
y λ4 va del nodo C al A.
2. Nodos periféricos
En los nodos periféricos se insertan y extraen las
portadoras provinientes de elementos terminales
de red de transporte y sus transpondedores asociados.
La Figura 14 representa un ejemplo de nodo
periferico. Las portadoras que se insertan en el
nodo se duplican mediante un divisor óptico,
43
Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
Figura 14. Esquema de nodo periférico
Portadora
seleccionada
OADM
OADM
OADM
Divisor
Par de
fibras de
Trabajo
O-RX-Trab E-TX-Trab
O-TX-Trab
O-RX-Prot
O-TX-Prot E-RX-Prot
E-TX-Prot
E-RX-Trab
Módulo de
Protección
Diversidad
espacial
Par de
fibras de
protección
λ2 λ1
λ1
λ2
λ2
λ1
λ1
λ2
OADM
mientras que las que se extraen se procesan en
un módulo de protección, que entrega al transpondedor
de un elemento de red de transporte
la portadora activa o de reserva, dependendiendo
de su calidad. En el ejemplo de la Figura 14,
en el nodo periférico se inserta la longitud de
onda λ1, y se extrae λ2 .
En la Figura 13 y la Figura 14 las funciones de
extracción e inserción de portadoras se realizan
con filtros OADM. Si la complejidad de la red
así lo requiriese, los filtros se podrían sustituir
por conmutadores ópticos, que ofrecen una
mayor capacidad de reencaminamiento. Tanto
los filtros OADM como los conmutadores se
describen en un apartado posterior.
Paso 3: interconexión de subredes
Los distintos segmentos se interconectan entre
iguales, es decir, las portadoras que se transportan
por los pares de fibra de trabajo en la red origen
siguen por las fibras de trabajo en la red destino (lo
mismo sucede con el par de fibra de protección, ver
la Figura 15). Hay que destacar que todos los tramos
por los que va pasando la información no precisan
de mecanismos de protección adicionales, ya
que ésta se duplica en origen (1+1) y se recupera en
destino.
La interconexión de los diferentes segmentos de red
(subredes ópticas) debe realizarse de manera ordenada,
para evitar que la simplicidad que se busca
44
Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
Figura 15. Interconexión de omegas
DESTINO
Módulo de
PROTECCIÓN
El nodo concentrador
redirige la portadora
Divisor
óptico
El nodo PERIFÉRICO, en TX duplica
la portadora, en RX selecciona la
adecuada con el módulo de protección
Nótese que las dos rutas
(trabajo y protección)están
abiertas en algún tramo
Los nodos
concentradores
se conectan
mediante una
fibra (enlace punto
a punto sin
protección)
Destino
Omega/BUS ORIGEN
Omega/BUS DESTINO
Módulo de PROTECCIÓN
selecciona la portadora
λ1
λ1
λ1
λ1
con la capa óptica se torne en complejidad en la
planta de fibra cuando se realizan las labores de
interconexión. En la Figura 16 se representa la
interconexión de 3 omegas, mostrándose únicamente
la fibra de transmisión (se necesita otro número
igual de fibras para la recepción). Es una interconexión
que comienza a ser compleja: a medida que
aumenta el número de subredes que se conectan
entre sí aumentan también los pares de fibras que
se necesitan para la interconexión. Para mantener
este número de pares al mínimo, se recomienda
reemplazar el esquema de la Figura 16 por el más
sencillo de la Figura 17, en el que la interconexión
se realiza mediante conmutadores ópticos OXCs.
Para garantizar que las subredes interconectadas
continúen abiertas se recomienda que cada OXC
procese un tipo de tráfico (el de trabajo y el de protección).
El uso de los OXCs no está restringido a la interconexión
de subredes, sino que también se pueden
considerar para simplificar la realización de los
nodos concentradores y periféricos, a la vez que se
les dotaría de mayores funcionalidades.
Otro aspecto a considerar en la creación de una red
45
Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
Figura 16. Interconexión de 3 omegas (esquema no recomendado)
DESTINO
Módulo de
PROTECCIÓN
Los nodos
concentradores
se conectan
mediante una
fibra (enlace punto
a punto sin
protección)
El nodo concentrador
redirige la portadora
Nótese que las dos rutas
(trabajo y protección)están
abiertas en algún tramo
Divisor
óptico
Diversidad
espacial en
las fibras
El nodo PERIFÉRICO, en TX duplica
la portadora, en RX selecciona la
adecuada con el módulo de protección
Omega/BUS DESTINO
Omega/BUS TRÁNSITO
Omega/BUS ORIGEN
Destino
λ1
λ1
λ1
λ1
óptica es el impacto que ocasionaría sobre una red,
ya establecida, la inclusión de nuevos elementos
que aportasen nuevas funcionalidades y flexibilidad,
como, por ejemplo, OADMs sintonizables. La
inclusión de estos nuevos elementos supondría un
rediseño de la red, que, por su complejidad, requiere
un estudio más detallado que esta fuera de los
objetivos de este artículo.
El reencaminamiento de los caminos ópticos puede
ser iniciado por el operador, cuando se desea introducir
cambios en la configuración de red, o bien de
forma automática por algún sistema de gestión, como
consecuencia de fallos en la planta. Con respecto a
esta segunda posibilidad, el hecho de que los sistemas
automáticos de protección garanticen la integridad de
la señal frente a averías en la red se traduce en que no
existe, por el momento, ningún requisito estricto de
velocidad de reencaminamiento.
Independientemente de su origen, la implementación
del reencaminamiento involucra, entre otros, al sistema
de gestión de la capa óptica, que debe ser capaz de
encontrar rutas posibles y analizar su viabilidad. En
concreto, el procedimiento de reencaminamiento
comprende los pasos siguientes:
Paso 1: encontrar el camino más corto entre dos nodos
Este es un problema topológico clásico. Dados dos
nodos de red y un mapa de capacidad óptica disponible,
el sistema de gestión de la red óptica ha de
encontrar la ruta más corta entre ellos.
En el caso de que los nodos sean los puertos de
acceso a los elementos terminales de red origen y
destino de la ruta óptica, se deberán encontrar al
menos dos rutas disjuntas, una activa y otra de
reserva.
Paso 2: analizar la viabilidad de la ruta para cada
una de las portadoras
Este paso consiste en analizar y comprobar que el
ruido acumulado a lo largo de la ruta, la dispersión,
la relación C/N final, la carga de los amplificadores
IMPACTO DEL REENCAMINAMIENTO A
NIVEL ÓPTICO
46
Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
Figura 17. Interconexión de múltiples subredes con OXCs (recomendado)
El OXC permite conectar (y gestionar
dichas conexiones) múltiples subredes
Para evitar que se cierren más,
se recomienda un OXC para cada
tipo (uno para rutas de trabajo
y otro para rutas de protecciòn)
OXC
OXC
ópticos, etc., se encuentra dentro de los márgenes
de calidad exigidos.
Paso 3: activar la ruta en régimen de pruebas y medir
la calidad de señal extremo a extremo
La ruta se activa inicialmente con tráfico simulado.
La calidad se mide tanto a nivel de capa óptica,
mediante análisis espectral y comprobando que no
se ha generado ninguna alarma, como a nivel de
redes de transporte, para asegurar la calidad de servicio
completo extremo a extremo.
Paso 4: puesta en servicio
Una vez comprobada la calidad de la ruta o rutas,
pueden ser puestas en servicio con tráfico real.
El reencaminamiento es un procedimiento que se
debe llevar a cabo para todas las portadoras. Puede
que diferentes grupos de portadoras se encaminen por
rutas diferentes cuando no sea posible agruparlas
todas sobre el mismo camino óptico.
Por matriz de conmutación óptica (OXC), se suelen
entender dos elementos diferentes: el conmutador
espacial de fibra y el reencaminador en longitud de
onda. En ambos, un conjunto de fibras ópticas de
entrada se conecta con otro de igual número de fibras
de salida. En el primer caso todas las señales ópticas
de una fibra de entrada se encaminan hacia otra de
salida, mientras que en el segundo las portadoras ópticas
de las fibras de entrada se reencaminan hacia las de
salida de forma individual. Esta segunda acepción es
la que se adopta en este artículo y se representa en el
diagrama de la Figura 8.
El OXC es el elemento que más flexibilidad dota a
una red óptica. A nivel de ejemplo, en el esquema de
interconexión de subredes de la Figura 17, los OXCs
permiten el establecimiento de enlaces ópticos en longitudes
de onda individuales entre elementos de diferentes
subredes. Generalizando el ejemplo, los OXCs
posibilitan el reencamiento óptico extremo a extremo
con granularidad de portadora.
Con el fin de ilustrar sus capacidades y requisitos, en
la Figura 18 se muestra el esquema de un conmutador
de dos fibras de entrada y dos de salida, y cuatro
longitudes de onda diferentes (por simplicidad, se ha
omitido la parte de comunicación y control). A las
longitudes de onda se las representa como λ o λ*,
dependiendo de si entran en el conmutador por una
u otra fibra.
En la Figura 18 se resalta el hecho de que un conmutador
óptico consta de tres etapas: una primera en que
las portadoras de entrada se separan espacialmente,
una segunda de conmutación espacial y una final de
concentración. Se puede observar, además, que el
tamaño de los conmutadores espaciales lo determina
el número de fibras, no el de longitudes de onda: en
un conmutador óptico son necesarios tantos conmutadores
espaciales individuales como longitudes de
onda y el número de puertos de cada conmutador
espacial es igual al de fibras de entrada (igual al de
salida).
Por último, cabe mencionar los requisitos mínimos de
calidad de transmisión que deben cumplir los conmutadores,
y que son los relativos a pérdidas de inserción
y diafonía. Las pérdidas de inserción deben ser inferiores
a las que puede compensar un amplificador
óptico sin introducir un ruido excesivo de emisión
espontánea, y se estiman en 15 dB. La diafonía debe
ser lo suficientemente baja como para no degradar
enlaces por el mecanismo de interferencia homodina,
y se fija en -45 dB. Se puede demostrar que esta especificación
se traduce en requisitos aproximados de diafonía
de los conmutadores espaciales de -45 dB y -25
dB, aproximadamente, en los multiplexores y demultiplexores.
En este artículo se aborda la evolución de las redes de
transmisión actuales, que están compuestas por enlaces
DWDM independientes, hacia una red de transmisión
toda óptica. Esta red de transmisión propor-
CONCLUSIONES
MATRICES DE CONMUTACIÓN ÓPTICA
47
Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
Figura 18. Diagrama de bloques de un conmutador óptico
M
U
X
M
U
X
M
U
X
DE
M
U
X
DE
Conmutadores
espaciales
λ1 λ2 λ3 λ4
λ1 λ2 λ3 λ4 λ1 λ2 λ3 λ4
λ1 λ2 λ3 λ4
λ1
λ2
λ3
λ4
λ1
λ2
λ3
λ4
λ1
λ2
λ3
λ4
λ1
λ2
λ3
λ4
* * * * *
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
ciona conectividad transparente a las diferentes redes
de transporte de orden superior, sin conversiones electroópticas
intermedias y con granularidad de portadora
óptica.
De entre las diferentes opciones que se plantean a la
hora de configurar la red óptica de transmisión, se ha
elegido la que proporciona mayor independencia al
operador. Esta opción no está en línea con la propuesta
conocida como GMPLS, que trata a la red
óptica como un elemento IP más, y que está siendo
defendida por los fabricantes de grandes routers. A su
vez, se aconseja dotar a la red de un mecanismo de
supervisión propio, basado en análisis espectral, que
permite identificar fallos y degradaciones en los elementos
de red óptica, con excepción de los que afectan
únicamente a la función de transferencia de fase.
En el artículo se presta atención especial a la tarea de
creación de red, o conjunto de reglas que permiten
transformar un conjunto de enlaces y anillos independientes
en una red con conectividad transparente
entre elementos extremos. Se pueden resumir en la
necesidad de mantener protección automática 1+1
con fibras de trabajo y protección separadas, evitar
bucles, definir dos tipos de nodos, periféricos y concentradores,
y, finalmente, emplear conmutadores
ópticos para la interconexión de subredes.
Como conclusión, se describe la funcionalidad del
conmutador óptico (OXC), el elemento más característico
de una red óptica, que la dota de capacidad de
reencaminamiento a nivel de portadora. En el OXC
se destaca el hecho de que no se necesitan matrices de
conmutadores espaciales con un gran número de
puertos, sino conjuntos de conmutadores de pocos
puertos, conectados a las entradas y salidas mediante
multiplexores y demultiplexores en longitud de onda.
En resumen, el despliegue de una red todo óptica permite
al operador disponer de una capa de transmisión
de gran capacidad con una gestión muy simple. Será
la base sobre la que se puedan construir diferentes
redes de transporte IP, o cualquier otro tipo de red
que en su momento se necesite.
48
Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
Anexo
Filtros de extracción e inserción
Los filtros, también llamados multiplexores, de
extracción e inserción óptica (OADM) están representados
en el diagrama de enlace óptico de la Figura
1. Son elementos que extraen de una fibra una
portadora óptica e insertan otra. En unos filtros la
longitud de onda que se inserta es nominalmente
igual a la que se extrae; en otros es diferente. La
extracción e inserción de una portadora se puede
generalizar a una banda óptica, en la que caben
varias portadoras contiguas.
En la actualidad comienzan a utilizarse filtros de este
tipo, pero en la mayoría sus longitudes de onda de
operación son fijas. En algunos casos, y con toda
seguridad en las redes ópticas transparentes del futuro,
son o serán sintonizables, de forma que el operador
pueda seleccionar la longitud, o longitudes, de
onda que se extraen e insertan. Esta capacidad de
sintonía transforma al filtro fijo de elemento pasivo
y coste bajo en elemento de red gestionable y precio
elevado.
Elementos de red de una red toda óptica
En este anexo se describen algunas consideraciones
de elementos de red que se deben tener en cuenta
cuando se construye una red todo óptica.
Amplificadores ópticos
El reencaminamiento a nivel óptico se traduce sobre
los amplificadores en una variación del número de
portadoras que deben amplificar. Esta variación
impone dos requisitos:
1. El transitorio que sufre el amplificador cuando a
su entrada se añade o retira un conjunto de portadoras
no debe degradar la calidad del resto de
portadoras en tránsito.
2. Los amplificadores deben trabajar en régimen de
ganancia constante, independiente del nivel de
potencia a su entrada. El nivel de ganancia debe,
además, ser ajustable desde el sistema de gestión,
dentro de unos márgenes de ingeniería de operación.
49
Número 23 · Noviembre 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D
Figura 19. Canal de servicio en una cadena de amplificadores
Amplificador óptico
M
U
X
DE
Interfaz de línea de supervisión y control
: longitud de onda del canal de supervisión
M
U
X
DE
λs λs
λ1 λ2... λn
λs
+
λ1 λ2... λn
λs
+
λs
Ecualizadores
Se puede demostrar que un sistema de transmisión
multiportadora está optimizado en cuanto a calidad
de señal cuando tanto la intensidad óptica como la
relación C/N es igual en todas las portadoras. En
redes reconfigurables puede ser difícil acercarse a
estas dos condiciones simultáneamente, por lo que
será necesario aproximarse a ellas mediante ecualizadores
ópticos variables.
Con respecto al sistema de gestión, los ecualizadores
variables imponen los condicionantes siguientes:
La respuesta espectral del ecualizador debe poder
ser ajustable desde el sistema de gestión.
Para asegurar un funcionamiento correcto, se
requiere supervisión mediante análisis espectral a
la salida del ecualizador, de forma que el sistema
de gestión pueda medir el rizado de intensidad
óptica dentro de la banda de longitudes de onda
de operación.
Si las redes ópticas son simples, como ocurrirá en las
primeras fases de su evolución, los ecualizadores
pueden sustituirse por atenuadores variables, colocados
en las entradas de los elementos donde se realiza
la agregación de portadoras. Los atenuadores variables
son elementos ya disponibles comercialmente,
mientras que los ecualizadores se encuentran todavía
en fase precomercial.
Canales de servicio
Los amplificadores ópticos que se instalan en planta
incorporan una interfaz de supervisión y control que
se comunica con el exterior a través de un canal de
servicio. El canal de servicio se transmite en una portadora
óptica específica de supervisión, normalmente
en la longitud de onda de 1510 nm, que va accediendo
de forma secuencial a todos los amplificadores
de un enlace, tal como se ilustra en la Figura 19.
El acceso a cada amplificador no es transparente: en
cada amplificador se extrae de la fibra de señal la
portadora de supervisión mediante un demultiplexor
óptico, se fotodetecta y de la señal eléctrica resultante
se extrae la información dirigida al amplificador.
A continuación se inserta en el canal la información
generada por el amplificador y con la trama
resultante se modula de nuevo un láser a la longitud
de onda de supervisión. Su salida se inserta a su vez
en la fibra de señal y se propaga hasta el amplificador
siguiente, donde el proceso es similar.
En los enlaces DWDM punto a punto actuales, el
canal de servicio comienza y termina en los extremos
inicial y final, respectivamente, del enlace, en unos
módulos de control específicos que normalmente se
instalan en los mismos bastidores que los transpondedores.
Sobre el canal de servicio se suele montar
una red de área local Ethernet y su interfaz con el
operador es con frecuencia de tipo web.
En el momento en que los enlaces punto a punto se
integran como parte de una red todo óptica, los
módulos de control de los diferentes canales de servicio
deben conectarse al sistema de gestión de la
red, con el fin de que éste pueda configurar y controlar
los amplificadores, así como recibir de ellos
información de estados y alarmas.
50
Comunicaciones de Telefónica I+D Número 23 · Noviembre 2001
ADM
DWDM
GSR
GMPLS
IETF
MPLS
MPlS
OADM
Och-DP
Add Drop Multiplexer. Multiplexor de
extracción e inserción
Dense Wavelength Division Multiplexing.
Multiplexación densa de longitud de onda
Gigabit Switch Router. Gigarouter IP
Generalized Multiprotocol Label Switching.
MPLS generalizado
Internet Engineering Task Force
Multiprotocol Label Switching
Multiprotocol Lambda Switching
Optical Add-Drop Multiplexer. Filtro, o
multiplexor, de extracción e inserción óptica
Optical Channel - Dedicated Protection. Canal
óptico con protección dedicada
OMS-SP
OSA
OXC
PDH
POS
Rx
SDH
TSR
Tx
Optical Multiplex Section - Shared Protection.
Sección de multiplexación óptica con
protección compartida
Optical Spectrum Analysis (Analyzer). Análisis
(analizador) de espectro óptico
Optical Cross-connect. Matriz de conmutación
óptica
Plesiochronous Digital Hierarchy. Jerarquía
digital plesiócrona
Packet over SDH. Paquetes sobre SDH
Receptor
Synchronous Digital Hierarchy. Jerarquía digital
síncrona
Terabit Switch Router. Terarouter IP
Transmisor
Glosario de Acrónimos
1. STEVE SANDERSON: View From The Top.
Telecommunications International, abril 2001, p.16.
2. ROSEN, E., WISWANATHAN and A. CALON: Multiprotocol
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