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CAPÍTULO 2 DESCRIPCIÓN DE LA RED DE FIBRA ÓPTICA 2.1 Introducción El proyecto se basa en la implementación de una red de fibra óptica Inter-Universitaria, la cual está formada por cuatro nodos WDM/GbE (Wavelength Division Multiplexing/Gigabit Ethernet): tres en Santiago (USACH, REUNA y UdeCH) y uno en Valparaíso (UTFSM). Esta red se pretende utilizar para investigación y desarrollo (I&D) de esta tecnología. Un aspecto clave en la implementación de esta red es correr IP directamente sobre WDM. En el presente capítulo se describirá el diseño de la red, se realizará una breve descripción de todas las propuestas de los proveedores de redes. Se señalará la tecnología de cada propuesta, y se especificarán los equipos que la forman, señalando la función de cada uno de ellos, así como características de los sistemas de administración de las redes correspondientes. Luego, se señalará la propuesta elegida para la implementación de la “Red Óptica para Internet del Futuro”, especificando el por qué se eligió esa propuesta, mediante la utilización de cuadros comparativos e indicando características claves de la propuesta elegida. Finalmente, se presentarán las conclusiones obtenidas del capítulo. 2.2 Diseño de la red óptica Con esta red se busca trabajar en investigación y desarrollo (I&D) en tecnología WDM. Dependiendo de las instituciones, se trabajará al nivel de dos capas: al nivel de capa física y al nivel de capa de aplicación. En los 4 nodos de la red óptica escalable, se desarrollarán objetivos que tienen relación con la implementación de redes ópticas, sin embargo las labores a ser ejecutadas en cada nodo, son diferentes. En términos generales, la red óptica se ha proyectado con 4 nodos interconectados, de la forma que lo ilustra la Figura 7. Nótese que la red consta de un enlace de larga distancia (150 [Km] aproximadamente), propio de un backbone, y dos enlaces de corto alcance, como suelen presentarse en Redes Metropolitanas (alrededor de 10 [Km]). 9 Figura 7. Diagrama conceptual de la red óptica y sus nodos. En el nodo UTFSM se desarrollarán trabajos relacionados con el nivel físico y con el nivel de aplicación. Para ello, se dispondrá de dos líneas dedicadas exclusivamente para investigación; y dos líneas dedicadas al desarrollo de aplicaciones. En el nodo USACH se desarrollarán exclusivamente tareas de investigación en sistemas de comunicaciones ópticas, es decir, se trabajará a escala física. Por otro lado, en el nodo UdeCH se ejecutarán solamente tareas en relación con el desarrollo de aplicaciones. Finalmente, en el nodo REUNA, también se realizarán trabajos relacionados con el nivel de aplicaciones. Con estas consideraciones, es posible establecer los requerimientos mínimos de la red. Desde el punto de vista de las aplicaciones, la red óptica a implementar toma la forma de la Figura 8. Como se observa, el nodo USACH no interviene en este ámbito. Figura 8. Red óptica desde el punto de vista de las aplicaciones. En relación con la asignación de longitudes de onda, con respecto al nivel de aplicaciones, se tiene la siguiente distribución: en el tramo UTFSM-REUNA se requiere una longitud de onda en cada sentido; en el tramo UTFSM-UdeCH se requiere de una longitud de onda en cada sentido; y en el tramo REUNA-UdeCH, también se requiere de una longitud de onda en cada sentido. 10 Desde el punto de vista del nivel físico, para implementar la red experimental en comunicaciones ópticas, la red óptica toma la forma de la Figura 9. En ella se observa que el paso por el nodo REUNA es obligatorio, pero no existe un tratamiento de la señal. Figura 9. Red óptica desde el punto de vista de experimentación en óptica. Para implementar lo anterior, cada tramo (enlace entre 2 nodos contiguos) requiere dos fibras oscuras: una para cada dirección. El tramo que une UTFSM y REUNA requiere de 2 longitudes de onda para transmisión a nivel de capa física, cuyo destino final es el nodo USACH, y otras 2 longitudes de onda para el transporte de datos para el desarrollo y la experimentación de aplicaciones (en que una longitud de onda se asigna estáticamente al enlace UTFSM-REUNA y otra para cubrir el enlace UTFSM-UdeCH). El tramo que une a REUNA con la UdeCH requiere también de 2 longitudes de onda y será utilizado en el desarrollo de aplicaciones demandantes de ancho de banda con calidad de servicio. El tramo que une REUNA con la USACH requiere de 2 longitudes de onda que, como se mencionó anteriormente, serán usadas para experimentos a nivel de la capa física. Tomando en cuenta todas las consideraciones antes descritas, es posible establecer un esquema descriptivo con los requerimientos mínimos para la red óptica a implementar. En ella se consideran 4 longitudes de onda para el tramo UTFSM-REUNA, 2 longitudes de onda para el tramo REUNA-USACH, y 2 longitudes de onda para el tramo REUNA-UdeCH. Esto se visualiza en la Figura 10. Figura 10. Red óptica tipo estrella con nodo central en REUNA. Se contactó a distintos proveedores de redes ópticas para solicitar las respectivas cotizaciones. Cada una de estas propuestas es descrita a continuación. 11 2.3 Propuesta de WRI En las siguientes figuras se presentan los diagramas de la “Red de Fibra Óptica para Internet del Futuro” propuestas por el proveedor WRI [Wri02]. Figura 11. Diagrama de la red de fibra óptica WRI – Solución 1. La Figura 11 [Wri02] esquematiza la solución 1 de WRI, la cual consiste en una topología física de línea para un sistema DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), con un máximo de 32 canales operando a 2.5 [Gbps] ó 10 [Gbps], obteniendo una capacidad máxima de 320 [Gbps]. La red propuesta en la solución 1 está compuesta por: dos Optical Multiplexer Terminal (OMT) de 32 longitudes de onda; dos Optical Add/Drop Multiplexer (OADM), cada uno capaz de insertar/extraer (Add/Drop) 4 canales de longitudes de onda; y un In-Line optical Amplifier (ILA) para el tramo de larga distancia de la red. La distribución de los canales de longitudes de onda es la siguiente: UTFSM-REUNA, un canal; UTFSM-UdeCH, un canal; UTFSM-USACH, un canal; REUNA-UdeCH, un canal; REUNAUSACH, un canal; UdeCH-USACH, un canal; y la sección UTFSM-REUNA-UdeCH-USACH, un canal también. Más detalladamente se puede observar en la Figura 12 [Wri02]. 12 Figura 12. Asignación de longitudes de onda para WRI – Solución 1. Figura 13. Diagrama de la red de fibra óptica WRI – Solución 2. La Figura 13 [Wri02] esquematiza la solución 2 de WRI, la cual consiste en una topología física de anillo para un sistema DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), con un máximo de 32 canales operando a 2.5 [Gbps] ó 10 [Gbps], obteniendo una capacidad máxima de 320 [Gbps]. La red propuesta en la solución 2 está compuesta por: cuatro Optical Add/Drop Multiplexer (OADM), cada uno capaz de insertar/extraer (Add/Drop) 4 canales de longitudes de onda; y dos In-Line optical Amplifier (ILA) para el tramo de larga distancia de la red. La topología de anillo usada en esta propuesta, asegura una protección para los canales de longitudes de onda. La distribución de estos canales, es la siguiente: un canal para el tramo UTFSM-REUNA; un canal para UTFSM-UdeCH; un canal para UTFSM-USACH; un canal para REUNA-UdeCH; un canal para REUNA-USACH; un canal para UdeCH-USACH; un canal para UTFSM-REUNA; un canal para REUNA-UdeCH; y un canal para UdeCH-USACH. Todos los canales están protegidos. Para una mejor visualización, refiérase a la Figura 14 [Wri02]. 13 Figura 14. Asignación de longitudes de onda para WRI – Solución 2. Los equipos que conforman la red, corresponden a la serie FONST W80/320DWDM de WRI. Estos equipos incluyen Optical Multiplexer Terminals (OMTs), Optical Add/Drop Multiplexers (OADMs) y In-Line optical Amplifiers (ILAs), de capacidad máxima 320 [Gbps], pueden transmitir a 640 [Km] sin regeneración de la señal. En ambos casos de soluciones propuestas, la OTU (Optical Transponder Unit), la unidad que provee conectividad Gigabit Ethernet, ya sea para 2.5 [Gbps] ó 10 [Gbps], obedece a la recomendación G.692 de la ITU. Tiene un espaciamiento mínimo entre canales de 100 [GHz]. El rango de operación del transmisor está entre los 1310 y 1550 [nm], y el rango de recepción, se extiende desde los 1280 [nm] a los 1565 [nm]. Las propuestas presentadas pueden ser implementadas como sistema DWDM Abierto o Integrado. Un sistema DWDM Abierto requiere de terminales SDH compatibles con la norma G.957 de la ITU (ó G.691). En este tipo de sistema, la OTU esta ubicada antes del dispositivo WDM, para convertir la señal óptica de longitud de onda no estándar (G.957) en una estándar (G.692). Un sistema DWDM Integrado requiere de terminales SDH compatibles con la norma G.692 de la ITU, los cuales cumplen con los requerimientos de enrejado de longitudes de onda en las fuentes ópticas, que pueden tener una dispersión tolerable para transmisiones de larga distancia. Los sistemas Integrados requieren que los equipos SDH y DWDM sean provistos por un mismo proveedor, para que el sistema de administración de la red pueda administrar a ambos. Estas propuestas incluyen un sistema de administración de la red, el cual es capaz de gestionar hasta 256 elementos de red, entre ellos: OADMs, OMTs, OREPs (Optical Repeaters), así como elementos de red SDH. Este sistema es capaz de gestionar ambas tecnologías (WDM y SDH) simultáneamente. Puede realizarse una supervisión local o remota. Entre las funciones que cumple el sistema administrador, están: Administración de fallas, Administración de desempeño, Gestión de configuración, Seguridad y Administración general de la red. Este sistema opera sobre plataforma Unix. 14 2.4 Propuesta de PADTEC En la Figura 15 se presenta un diagrama de la “Red de Fibra Óptica para Internet del Futuro” propuesta por el proveedor PADTEC [Pad02]. Figura 15. Diagrama de la red de fibra óptica PADTEC. En la Figura 15 [Pad02] se especifican los cuatro nodos de la red. El nodo UTFSM está compuesto por: tres Transpondedores, un Multiplexor, un Demultiplexor y dos Amplificadores (ver Figura 15). Los Transpondedores son utilizados para proveer conectividad GbE para el desarrollo de aplicaciones: uno de ellos para ejecutar aplicaciones con la UdeCH, otro para la línea con REUNA y un tercero para proveer posibles aplicaciones con la USACH. Este último, estará standby y se utilizará para ejecutar aplicaciones sólo si fuese necesario, su uso real será para realizar experimentos de investigación, junto con la otra línea transparente de fibra oscura que posee este nodo. El Multiplexor cumple la función de mezclar (combinar) las entradas en una sola salida. El Demultiplexor cumple la función inversa del componente anterior. Finalmente, los Amplificadores son utilizados debido al largo trayecto de la línea, la cual une UTFSM con REUNA, aproximadamente 150 [Km], uno para ida y otro para vuelta. El nodo USACH está compuesto por: un Multiplexor, un Demultiplexor y un Transpondedor (ver Figura 15) -la función de cada uno de ellos es la misma descrita en el párrafo anterior-. Aquí, también se cuenta con una línea de fibra oscura, debido a que en este nodo sólo se requiere 15 realizar experimentos de investigación. La presencia del Transpondedor se debe solamente para realizar posibles aplicaciones en el futuro. El nodo UdeCH lo componen: un Multiplexor, un Demultiplexor y dos Transpondedores (ver Figura 15) -la función de cada uno está descrita en el párrafo correspondiente al nodo UTFSM-. Este nodo sólo requiere la ejecución de aplicaciones, por esto la presencia de dos Transpondedores, uno para la línea UdeCH-UTFSM y otro para la línea UdeCH-REUNA. Por último, el nodo REUNA corresponde al centro de la estrella que forman todos los nodos de la red, el cual está formado por: tres Multiplexores, tres Demultiplexores, dos Transpondedores y dos Amplificadores (ver Figura 15) -la función de cada uno está descrita en el párrafo correspondiente al nodo UTFSM-. Desde este nodo se ejecutarán aplicaciones con UTFSM y con UdeCH, por esto la presencia de dos Transpondedores: uno para cada línea. La presencia de dos Amplificadores en la línea REUNA-UTFSM se debe a la misma consideración descrita en el párrafo correspondiente a la descripción del nodo UTFSM. Esta propuesta de red está implementada con el uso de tecnología DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) sobre toda ella. Otro punto que es conveniente aclarar, es la velocidad: cada canal puede tener una velocidad de hasta 10 [Gbps], pasando por 1.25 [Gbps] y 2.5 [Gbps]. Esta red posee un sistema de administración, tipo supervisión, alarmas, control de acceso y visualización gráfica de eventos de alarma en elementos activos (transpondedores y amplificadores). El sistema de administración esta compuesto por un módulo supervisor en cada nodo, los que se conectan por medio de un canal en 1510 [nm]. Este sistema utiliza un sistema operativo basado en Linux. 2.5 Propuesta de NORTEL NETWORKS En la Figura 16 se presenta un diagrama de la “Red de Fibra Óptica para Internet del Futuro” propuesta por el proveedor NORTEL NETWORKS [Nor02]. Como se puede apreciar en la Figura 16, la red propuesta por NORTEL NETWORKS comprende el tramo UTFSM-REUNA-USACH con tecnología Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM), y el tramo REUNA-UdeCH con tecnología Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM), ambas descritas en el capítulo 1. Con la inclusión de ambas tecnologías en la red, ésta tendrá una solución metropolitana de red (MAN). Esta solución esta implementada por medio de los equipos “OPTera Metro 5000 Series” de NORTEL NETWORKS: OPTera Metro 5100 Multiservice Platform, para dar una solución CWDM; y OPTera Metro 5200 Multiservice Platform, para entregar una solución DWDM. 16 Figura 16. Diagrama de la red de fibra óptica NORTEL NETWORKS. Los nodos de plataformas multiservicio OPTera Metro tienen la capacidad de ser configurados como OADM (Optical Add/Drop Multiplexer), OMX (Optical MUX/DEMUX) y OFA (Optical Fiber Amplifier), para las diferentes tecnologías (DWDM y CWDM). Estas tres configuraciones describen todos los equipos mostrados en la Figura 16. También, estos equipos cumplen con las recomendaciones de la ITU: cada banda de longitudes de onda esta formada por cuatro canales con un espaciamiento de 200 [GHz] (1.6 [nm]) para el caso DWDM y cada nodo tiene una banda. Esta propuesta especifica equipos terminales de multiplexación óptica en los tres nodos extremos (UTFSM, USACH y UdeCH). Mediante estos equipos es posible multiplexar y demultiplexar las longitudes de onda que llegan y salen de cada nodo. En REUNA se instala un Bridge que gestiona las longitudes de onda direccionadas a cada nodo extremo de la red. Como el tramo REUNA-UdeCH es de tecnología CWDM, en REUNA también se incluye el equipamiento respectivo para la transformación de tecnología DWDM a CWDM. Para el tramo UTFSM-REUNA, debido a la extensión del mismo, es conveniente ubicar un amplificador óptico. Este amplificador (OFA), está compuesto por un Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) para amplificar señales en bandas C y L. Este amplificador reduce la degradación de señales que ocurren cuando aumentan los nodos en una red. Este amplificador óptico provee una ganancia de 23 [dB] (+/- 1 [dB]), para cada banda. La red propuesta incluye un software de administración de la red, mediante el cual se puede administrar en forma local o remota, desde un PC. Localmente, por medio de un puerto 10base-T, y remotamente por medio de una red TCP/IP. Desde este software se puede: detectar fallas, configurar equipos, establecer conexiones, monitorear el desempeño de la red, entre otras funciones. 17 2.6 Propuesta de HUAWEI En la Figura 17 se presenta un diagrama de la “Red de Fibra Óptica para Internet del Futuro” propuesta por el proveedor HUAWEI [Hua02]. Figura 17. Diagrama de la red de fibra óptica HUAWEI. Esta propuesta sólo implementa una red para el tramo UTFSM-REUNA-USACH, utilizando un amplificador óptico para la línea UTFSM-REUNA. La red está implementada por los equipos OptiX BWSTM 320G para sistemas DWDM backbone, con una capacidad máxima de 320 [Gbps]. La red propuesta (Figura 17), provee conectividad Gigabit Ethernet entre los nodos UTFSM y REUNA, así también entre los nodos REUNA y USACH, para poder ejecutar el desarrollo de aplicaciones. Al mismo tiempo, considera conexiones transparentes de fibra óptica entre los nodos UTFSM y USACH, para ser utilizadas en investigación óptica. La red considera tres OADMs, ubicados en los nodos UTFSM, REUNA y USACH, y un OLA (Optical Line Amplifier) en la mitad de la línea que une los nodos UTFSM y REUNA. Los servicios a ser transportados por la red corresponden a Gigabit Ethernet. Entre UTFSM y REUNA hay configuradas dos longitudes de onda en orden de transporte de estos servicios. Al mismo tiempo, entre REUNA y USACH hay dos longitudes de onda destinadas al transporte de servicios Gigabit Ethernet. Los transpondedores correspondientes están incluidos en las estaciones OADMs. 18 Por otro lado, dos longitudes de onda transparentes están conectadas directamente entre los nodos UTFSM y USACH para ser utilizadas con fuentes láser de investigación. Los transpondedores para estas longitudes de onda no están incluidos. Los equipos OptiX BWSTM 320G son un sistema de red DWDM de alta capacidad y largo alcance, con un máximo de 32 longitudes de onda y una capacidad máxima de 320 [Gbps]. A continuación, se describen las características del sistema [Hua02]: - Este sistema utiliza tecnología avanzada EDFA banda-C: con la adopción de ésta, tal como, filtro de ganancia plana, control de ganancia y control de atenuación en línea, se asegura una alta calidad y operación estable del sistema. - Utilización de tecnología avanzada de la función FEC (Forward Error Correction) y supresión de Jitter. La OTU (Optical Transponder Unit) con la función FEC decrementa considerablemente los requerimientos del OSNR (Optical Signal-to-Noise Ratio), incrementando la extensión del sistema. La función de supresión de Jitter mejora la sincronización, suprimiendo el Jitter de la señal. - Soporta varios protocolos de tráfico, entre ellos, Gigabit Ethernet, el cual corresponde a los requerimientos del proyecto. - Posee amplias opciones para la distancia de transmisión, por ejemplo: 8 · 22 [dB] ( 8 · 80 [Km]); 5 · 30 [dB] (5 · 100 [Km]); entre otras. - Posee función OADM. Cada OADM puede insertar/extraer (Add/Drop) hasta 12 longitudes de onda. - El OptiX BWSTM 320G está equipado con una unidad OSA (Optical Spectrum Analyzer), el que entrega características espectrales en línea, vía NMS, por el uso de puertos de monitoreo provistos por el OTM (Optical Terminal Multiplexer) y el OLA (Optical Line Amplifier). Esta propuesta, también considera un sistema de administración de la red, el cual consiste en el producto OptiX iManager NES, una solución integrada y potente en plataforma Windows. Entre las funciones de este sistema administrador, se tiene: Administración de fallas, Administración de desempeño, Gestión de mantenimiento, Gestión de configuración, Administración de topología, y Administración de seguridad. 2.7 Propuesta de ALCATEL En la Figura 18 se presenta un diagrama de la “Red de Fibra Óptica para Internet del Futuro” propuesta por el proveedor ALCATEL [Alc02]. 19 Figura 18. Diagrama de la red de fibra óptica ALCATEL. Esta propuesta esta basada en los equipos 1696 Metro Span de ALCATEL, que proveen un sistema de transporte DWDM para aplicaciones en redes metropolitanas. Estos equipos operan con cualquier tipo de fibra y soportan protocolos e interfaces transparentes, como Gigabit Ethernet. El 1696 Metro Span dispone de mecanismos de protección que garantizan una restauración del servicio ultra rápido, en caso de falla. La red propuesta, Figura 18, tiene una capacidad de transporte de 4 portadoras de hasta 2.5 [Gbps] e incluye upgrades para soportar portadoras de 10 [Gbps]. Los transpondedores permiten el transporte de señales de 100 [Mbps] hasta 2.5 [Gbps]. A pesar de que en el tramo UTFSMUSACH se requiere de canales transparentes, los transpondedores son necesarios para asegurar la viabilidad del enlace óptico. Los módulos OADMs permiten la multiplexación óptica de hasta 4 portadoras, además de la inserción/extracción (Add/Drop) de la portadora utilizada para gestionar la red. Al igual que la propuesta de PADTEC, esta propuesta esta implementada con el mismo equipamiento que ella: multiplexores en nodos extremos, OADM en nodo central, y un amplificador para el trayecto de larga distancia. Sin embargo, la propuesta de ALCATEL considera transpondedores para los enlaces destinados a la red experimental del proyecto, lo que se traduce en un gasto innecesario, puesto que para estos enlaces no es requerido el uso de transpondedores, ya que se desea experimentar directamente sobre fibra óptica. Para gestionar (administrar) la red se utiliza una gestión local o remota. Para una administración local se utiliza Local Craft Terminal, implementada sobre un PC o sobre Notebook, para su fácil transporte. Para una administración remota se utiliza Remote Craft Terminal, implementada sobre un PC Lap Top, y que es capaz de supervisar hasta 32 elementos de red. El software posee las funcionalidades de Administración de seguridad (FAD/NAD), Gestión de configuración, 20 Monitoreo de fallas, Reporte de alarmas y Monitoreo de desempeño. El sistema operativo utilizado corresponde a Windows NT. 2.8 Propuesta de CISCO SYSTEMS La red propuesta por CISCO SYSTEMS se basa la serie de productos 15200 de equipos ópticos con utilización tecnología WDM. En particular, la red está formada por los Switches ópticos ONS 15252 y el amplificador óptico ONS 15216 de tecnología EDFA [Cis02]. Se presentaron dos propuestas de equipos Cisco de distintos proveedores (Adexus y Coasin), variando solamente en el precio, pero técnicamente iguales. La red propuesta consta con equipos ONS15252 configurados como OTM (Optical Terminal Multiplexer) para los nodos UTFSM y USACH: en UTFSM el OTM posee dos módulos de línea para proveer conectividad Gigabit Ethernet y dos módulos de multiplexación para conectar fibra directamente; en el OTM de USACH también se consta con dos módulos de multiplexación para lambdas puras. En REUNA se incluye un ONS15252 configurado como OADM (Optical Add/Drop Multiplexer), permitiendo realizar un bridge en las dos longitudes de onda que se transmiten entre UTFSM y USACH. En el tramo entre UTFSM y REUNA se requiere la presencia de un amplificador óptico. Para ello se utilizará el equipo ONS15216 EDFA2, un amplificador óptico basado en fibra dopada con Erbio (EDFA). Se puede tener una amplificación de 13 a 22 [dB] para cada longitud de onda entre 1530 y 1563 [nm]. Se requiere un amplificador en cada pelo de fibra. Para proveer conectividad Gigabit Ethernet entre REUNA y UdeCH y entre UdeCH y UTFSM se ofrece la solución CWDM GBIC de Cisco, para el enlace REUNA-UdeCH. Esta solución permite multiplexar hasta 8 enlaces Gigabit Ethernet sobre un par de pelos de fibra. Esta solución se basa en que para transmitir y recibir se utilizan switches LAN con soporte GBIC. Para el enlace entre UTFSM y UdeCH se requiere de un switch LAN en dependencias de REUNA, para entregar al multiplexor CWDM una interfaz GBIC. En la Figura 19 [Cis02], se presenta una representación de la red propuesta para la solución que incluye tecnologías DWDM y CWDM. Una segunda solución para la red permite considerar un único enlace entre UdeCH y REUNA y la conmutación en REUNA para el tráfico con UTFSM. Bajo este esquema no es necesario utilizar el equipamiento CWDM, enlazando a través de fibra oscura los switches LAN de REUNA y UdeCH usando una interfaz GBIC estándar. Un esquema de esta solución (únicamente tecnología DWDM) se presenta en la Figura 20 [Cis02]. 21 Figura 19. Solución 1 - equipos ONS Cisco. Figura 20. Solución 2 - equipos ONS Cisco. Una unidad de monitoreo controla la longitud de onda central, los niveles de potencia por longitud de onda y la relación señal-a-ruido óptica (OSNR). Tiene reporte por medio de alarmas y almacena un historial con los datos obtenidos. Tiene un período de muestras por debajo de los 100 [ms]. Opera sobre el rango de longitudes de onda comprendidas entre los 1528 y 1561 [nm]. Tiene posibilidad de control local y/o remoto. 2.9 Análisis técnico de las propuestas Luego de estudiar las propuestas de red de los distintos proveedores es posible establecer una comparación de ellas. Los parámetros a ser considerados en esta comparación son: la dispersión y la atenuación, parámetros que son claves en el diseño de redes ópticas. 22 Para determinar estos parámetros, es necesario considerar algunas especificaciones de los componentes de la red óptica. Como la fibra óptica utilizada en la red satisface la estandarización de la ITU, con su norma G.652, a continuación se presentan los datos necesarios para establecer la comparación: Coeficiente de Atenuación Valor de Dispersión Dispersión por Modo de Polarización (PMD) Margen del sistema = 0.275 [dB/Km] = 18 [ps/nm·Km] = 0.1 [ps/Km1/2] = 3 [dB] Para obtener la dispersión del enlace, se requiere de la dispersión máxima del láser transmisor. Este valor, para cada propuesta se presenta a continuación: Dispersión máxima láser (ALCATEL) Dispersión máxima láser (CISCO) Dispersión máxima láser (HUAWEI) Dispersión máxima láser (PADTEC) Dispersión máxima láser (WRI) = 3200 [ps/nm] = 3000 [ps/nm] = 12800 [ps/nm] = 12800 [ps/nm] = 12800 [ps/nm] Con estos valores es posible obtener la dispersión para los enlaces de la red óptica. En el tramo de larga distancia (UTFSM-REUNA), el amplificador no juega un rol en este cálculo. La dispersión está dada por la multiplicación del valor de dispersión por la distancia, mediante la siguiente ecuación: DA B D·d AB Donde DA-B D dA-B (ecuación 2.1) : Dispersión en trayecto A - B. : Valor de dispersión. : Distancia del trayecto A - B. El otro parámetro fundamental, al momento de diseñar una red óptica, es la atenuación. Los receptores requieren de un nivel aceptable de potencia, para detectar la señal correctamente. Por esto, se realiza un Power Budget en los tramos, para asegurar una buena recepción de la señal en los receptores. Para este cálculo, también hay que considerar algunas especificaciones adicionales de los componentes de la red óptica, por ser: Potencia de salida (ALCATEL) Pérdida de inserción (ALCATEL) Sensibilidad de potencia del receptor (ALCATEL) = 5 [dBm/channel] = 4.5 [dB] = -18 [dBm] Potencia de salida (CISCO) Pérdida de inserción (CISCO) Sensibilidad de potencia del receptor (CISCO) = 7 [dBm/channel] = 4.5 [dB] = -31 [dBm] Potencia de salida (HUAWEI) Pérdida de inserción (HUAWEI) Sensibilidad de potencia del receptor (HUAWEI) = 5 [dBm/channel] = 4.5 [dB] = -18 [dBm] Potencia de salida (PADTEC) Pérdida de inserción (PADTEC) = -3 [dBm/channel] = 4 [dB] 23 Sensibilidad de potencia del receptor (PADTEC) = -20 [dBm] Potencia de salida (WRI) Pérdida de inserción (WRI) Sensibilidad de potencia del receptor (WRI) = -3 [dBm/channel] = 5 [dB] = -28 [dBm] Con estos valores es posible obtener un análisis de potencia para un trayecto. Para obtener la potencia de recepción del trayecto de larga distancia (UTFSM-REUNA) se debe considerar la presencia del amplificador, por lo que hay que efectuar un análisis separado para el trayecto UTFSM-AMP y AMP-REUNA: todas las propuestas incluyen amplificación con tecnología EDFA, lo que se traduce en una ganancia de amplificación de 23 [dB], aproximadamente. Por lo tanto, la potencia de recepción de este trayecto se obtiene por medio de la siguiente ecuación: PUTFSM AMP PAMP REUNA Ptx A fibra M s G (ecuación 2.2) Para obtener la potencia de recepción en los tramos de corta distancia, se utiliza la siguiente ecuación: PU REUNA Ptx A fibra M s Pin Donde Ptx Afibra Ms G Pin (ecuación 2.3) : Potencia de transmisión. : Atenuación de la fibra para el trayecto. : Margen del sistema. : Ganancia del amplificador. : Pérdida de inserción. Por falta de información de los proveedores no fue posible realizar un análisis para todas las propuestas descritas anteriormente. Este fue el caso de la propuesta de NORTEL NETWORKS: en la información recibida no se presentaban las especificaciones técnicas de los equipos, por lo que esta propuesta se dejó fuera de este análisis. Con los datos disponibles y haciendo uso de las ecuaciones 2.1, 2.2 y 2.3, se procedió a realizar un análisis de las propuestas. Para ello, los resultados se presentan en la Tabla 1 y en la Tabla 2. En la Tabla 1 se presenta un análisis del parámetro Dispersión: en ella se puede observar que todas las propuestas cumplen con la condición de dispersión máxima. Asimismo, en la Tabla 2 se presenta el análisis del parámetro Atenuación: en ella se presenta el cálculo de la potencia de recepción de cada trayecto, la que debe ser mayor que el nivel de sensibilidad del receptor para recibir una señal en forma correcta. Aquí, se observa que también todas las propuestas cumplen con esta condición. 24 PROPUESTA Dispersión del trayecto Máxima UTFSM-REUNA REUNA-USACH REUNA-UdeCH Dispersión ALCATEL 2700 180 180 3200 CISCO 2700 180 180 3000 HUAWEI 2700 180 180 12800 PADTEC 2700 180 180 12800 WRI 2700 180 180 12800 * Todas las unidades corresponden a [ps/nm] Tabla 1. Análisis de la Dispersión. Potencia de recepción para el trayecto PROPUESTA ALCATEL Sensibilidad UTFSM-REUNA REUNA-USACH REUNA-UdeCH del Receptor -16.25 -10.25 -10.25 -18 CISCO -14.25 -10.25 -10.25 -31 HUAWEI -16.25 -10.25 -10.25 -18 PADTEC WRI -18.25 -24.25 -9.75 -10.75 -9.75 -10.75 -20 -28 * Todas las unidades corresponden a [dBm] Tabla 2. Análisis de la Atenuación. 2.10 Elección de la mejor propuesta Luego de un extenso trabajo de estudio de las propuestas y reuniones con proveedores para aclarar puntos de la red óptica, se llegó al proceso de licitación. En este procedimiento, se recibieron las ofertas presentadas por CISCO (Adexus y Coasin), HUAWEI, PADTEC y NORTEL (Telectronic). Los demás proveedores fueron desistiendo a través del proceso, debido a que no pudieron ajustar sus ofertas al presupuesto solicitado. En la Tabla 3 se presentan las ofertas presentadas por los proveedores en el proceso de la licitación. 25 Tabla 3. Ofertas presentadas en licitación. Si bien, todas las ofertas presentadas cumplían con los requerimientos técnicos de una red de fibra óptica, un punto clave al momento de seleccionar la propuesta a implementar, fue el presupuesto disponible para el proyecto. Lamentablemente, ninguna de las ofertas presentadas estaba dentro del presupuesto disponible, por lo que se realizó una negociación privada con los oferentes. A esta negociación se agregaron algunas cláusulas que resultaban ser favorables para la ejecución del proyecto, esto es, generar una mayor interacción entre el proveedor de equipos y los investigadores, en términos de cursos de capacitación. El resultado de esta negociación fue que la compra se la adjudicara Adexus con equipos CISCO, después de largas deliberaciones internas en que se consideraron los aspectos técnicos y económicos de las soluciones presentadas, garantías, soporte técnico, capacitación y la posibilidad de colaborar con la empresa proveedora. A continuación, se presenta un detalle de la red óptica implementada, por medio de figuras esquemáticas que permiten entender mejor el funcionamiento de ésta. La Figura 21 muestra la configuración definitiva de la red implementada para el proyecto. Este esquema ilustra todos los nodos de la red y los equipos ópticos de red que posee cada uno, incluye el amplificador que une los puntos entre Viña del Mar y Santiago así como las distancias entre estos puntos y el amplificador, ubicado en Llay – Llay. Se incluye un dato de atenuación entre los puntos de Llay – Llay y Santiago, atenuación que fue medida y facilitada por la gente de Chilesat. 26 Figura 21. Esquema de la red definitiva. La Figura 22 (http://redesopticas.reuna.cl) muestra la configuración de la red a nivel óptico. Cada nodo está representado por el equipamiento que participa en el dominio óptico, así como se representa el amplificador que une los switches ópticos de la UTFSM y REUNA. Se puede observar en colores las longitudes de onda que forman el enlace DWDM así como la longitud de onda que permite la conexión GigaBit Ethernet 1,25 Gbps. Se resaltan los transpondedores que permiten el acceso GbE y también los nexos que permiten el acceso transparente. 27 Figura 22. Esquema de la red DWDM. Figura 23. Esquema de la red nivel IP. 28 La Figura 23 (http://redesopticas.reuna.cl) muestra la configuración de la red a nivel IP en el dominio óptico. Esta configuración representa el objetivo del proyecto de correr el protocolo IP sobre DWDM directamente, las longitudes de onda de colores (verde y roja) transportan protocolo IP sobre una misma fibra óptica pero en longitudes de onda diferentes. Además, se puede ver conviviendo en una misma configuración una red Ipv4 y una red Ipv6. Los nodos son representados por los Switches Catalyst y routers 2651, y se especifican los puertos de conexión de los dispositivos. Figura 24. Esquema de la red nivel IP y de administración. 29 La Figura 24 (http://redesopticas.reuna.cl) muestra la configuración de la red a nivel IP, sin embargo, diferencia la de versión 4 de la de versión 6. Se especifican los puertos de conexión y como se accede a la administración. Figura 25. Nodo UTFSM de la red. En la Figura 25 (http://redesopticas.reuna.cl) se puede observar los tres equipos que conforman el nodo UTFSM de la red (Switch óptico ONS 15252, Switch Catalyst 3550 y Router 2651 XM). Se identifican claramente las partes del ONS y los puertos de conexión. La señal óptica DWDM llega al LM (en amarillo), del cual pasa al banco de HFM’s, los que distribuyen las longitudes de onda para aplicaciones y experimentación. Se observan claramente los puertos de acceso a las distintas redes IP (versión 4 y versión 6) en el Catalyst y el 2651. En la Figura 26 (http://redesopticas.reuna.cl) se puede observar los tres equipos que conforman el nodo REUNA de la red (Switch óptico ONS 15252, Switch Catalyst 3550 y Router 2651 XM). Se identifican claramente las partes del ONS y los puertos de conexión. La señal óptica DWDM llega al filtro LM (en amarillo) y luego pasan al banco de HFM’s, los cuales filtran una parte y el BM deja pasar la otra hacia la USACH o la UTFSM, según sea el sentido. Se observan claramente los puertos de acceso a las distintas redes IP (versión 4 y versión 6) en el Catalyst y el 2651, además de los puertos de acceso Ipv4 e Ipv6 que tiene la UdeCH. 30 Figura 26. Nodo REUNA de la red. Figura 27. Nodo UdeCH de la red. En la Figura 27 (http://redesopticas.reuna.cl) se puede observar el equipamiento que conforma el nodo UdeCH de la red (Switch Catalyst 3550 y Router 2651-XM). Se puede observar, que sólo posee acceso al tráfico IP y no a las longitudes de onda puras, esto porque la UdeCH sólo intercambiará información y no experimentará a nivel DWDM. El acceso a la red Ipv4 y Ipv6 es a nivel óptico con REUNA, con 1310 [nm] como longitud de onda de trabajo. 31 Figura 28. Nodo USACH de la red. En la Figura 28 (http://redesopticas.reuna.cl) se puede observar el equipo que conforma el nodo USACH de la red (Switch óptico ONS 15252). Se identifican claramente las partes del ONS y los puertos de conexión que en este caso son pocos ya que la USACH sólo realizará experimentación. La señal óptica DWDM llega al módulo LM (en amarillo) y luego pasa al HFM el cual filtra las longitudes de onda. La USACH, casi en contraposición a la situación de la UdeCH, no tiene más equipos ya que como no posee tráfico de información no necesita ruteo ni switching. 2.11 Power Budget de la red definitiva Este análisis está basado tanto en las hojas técnicas como en mediciones efectuadas a los equipos que conforman la red óptica definitiva del proyecto. Aquí, se realiza un estudio de potencia para los enlaces UFTSM-REUNA y UTFSM-USACH, debido a que en el tramo REUNA-UdeCH el enlace está diseñado dentro de una red IPv4 e IPv6, y los requerimientos de Power Budget están más que confirmados. Por otro lado, REUNA es transparente en la línea con la USACH. 2.11.1 Tramo UTFSM-REUNA En la Figura 29 se presenta un diagrama de la red óptica. En ella se pueden observar los parámetros que influyen en el cálculo de Power Budget. Las atenuaciones que aparecen son medidas. Para los tramos UTFSM-Viña y Quillota-EDFA, se obtendrán las atenuaciones teóricas, con un coeficiente de atenuación igual a 0.275 [dB/Km]. 32 Figura 29. Diagrama de la red óptica definitiva. El cálculo del Power Budget viene dado por la siguiente ecuación: 5 PRx PTx IL FLi G ILREUNA M ONS donde, PRx es la potencia total recibida. UTFSM ONS (ecuación 2.4) i 1 PTx es la potencia total transmitida. ILUTFSM ONS es la pérdida de inserción del ONS en la UTFSM. FLi es la pérdida en la fibra óptica para el trayecto i. G es la ganancia del amplificador (23 [dB]). ILREUNA ONS es la pérdida de inserción del ONS en REUNA. M es el margen del sistema (comúnmente, 3 [dB]). 33 En el margen del sistema (M) están consideraras las pérdidas de los empalmes en Viña del Mar, Quillota y Huechuraba. Cabe señalar que las pérdidas de inserción del ONS son distintas para las funciones de Add (REUNA) y Drop (UTFSM). Entonces estas pérdidas están dadas por las siguientes ecuaciones: Add ) ILUTFSM ILnam IL(hfm ILlm ONS (ecuación 2.5) Drop) ILREUNA ILlm IL(hfm ILnam ONS (ecuación 2.6) Reemplazando los valores respectivos, especificados en los manuales de los equipos, se tiene: ILUTFSM 0.3 0.3 0.3dB 0.3 1.9 0.3dB 0.3 0.8 0.3dB 4.8dB ONS ILREUNA 0.3 0.8 0.3dB 0.3 2.1 0.3dB 0.3 0.3 0.3dB 5dB ONS Por otro lado, se aclara que las longitudes de onda que intervienen en este cálculo son las correspondientes a aplicaciones (1 y 2), debido a que para ellas están instalados los transpondedores. Las longitudes de onda de experimentación pasan libremente al nodo USACH, no interfiriendo en la potencia recibida por estos transpondedores. El equipo ONS 15252 tiene las siguientes especificaciones de potencia para sus líneas de entrada y salida óptica de los módulos CLIP (o transpondedores), especificando la potencia de salida y el rango de sensibilidad de recepción. PTx = +7 [dBm] PRx = -8 [dBm] (máx) PRx = -31 [dBm] (mín) La potencia transmitida (PTx) en este enlace, depende de las longitudes de onda que se envíen. Como se está trabajando con dos lambdas, la potencia transmitida viene dada por la siguiente ecuación: PTx PTx 3dB (ecuación 2.7) Los +3 [dB] se deben a que como son dos canales de igual potencia, ésta se duplica, y en unidades de decibeles, duplicar la potencia significa sumar 3 [dB]. Reemplazando los valores correspondientes, se obtiene: PTx = +10 [dBm] Entonces, reemplazando los valores obtenidos por medio de las ecuaciones 2.5, 2.6 y 2.7 en la ecuación 2.4, se obtiene: PRx = -34.79 [dBm] La potencia recibida por cada canal se obtiene de la siguiente manera: como son dos canales se divide la potencia total recibida (PRx) en dos, y en unidades de decibeles, dividir en dos significa restar 3 [dB]. Entonces: PRx = -37.79 [dBm] 34 2.11.2 Tramo UTFSM-USACH Para este trayecto el cálculo de Power Budget (por longitud de onda), viene dado por la siguiente ecuación (refiérase a la Figura 29): 6 PRx PTx ILUTFSM FLi G ILREUNA ILUSACH M ONS ONS ONS (ecuación 2.8) i 1 donde, PRx PTx es la potencia recibida por canal. es la potencia transmitida por canal. Los demás parámetros de la ecuación 2.8 son los mismos que los de la ecuación 2.4. En este enlace, la potencia transmitida depende exclusivamente del instrumento transmisor, y la sensibilidad, exclusivamente del instrumento receptor. De acuerdo a las especificaciones de los instrumentos de medición, se tienen los siguientes rangos para los parámetros de potencia de salida y sensibilidad: Potencia de salida : -3 [dBm] a 6 [dBm] para la TOS. -3 [dBm] para la fuente del OTDR. Sensibilidad : -90 [dBm] para el OSA. -70 [dBm] para el OPM del OTDR. Las pérdidas de inserción en UTFSM, REUNA y USACH son: Add ) ILUTFSM ILnam IL(hfm ILlm ONS (ecuación 2.9) ILREUNA ILlm ONS (ecuación 2.10) ) ILUSACH ILlm IL(Drop ONS hfm (ecuación 2.11) Reemplazando los valores respectivos, especificados en los manuales de los equipos, se tiene: ILUTFSM 0.3 0.8 0.3dB 0.3 1.9 0.3dB 0.3 0.3 0.3dB 4.8dB ONS ILREUNA 0.3 0.3 0.3dB 0.9dB ONS ILUSACH 0.3 0.3 0.3dB 0.3 2.1 0.3dB 3.6dB ONS Primero, se realizará un cálculo de Power Budget para una potencia de salida de -3 [dBm]. Reemplazando los valores correspondientes (con PTx = -3 [dBm]), en la ecuación 2.8, se obtiene: PRx = -48.25 [dB] Ahora bien, transmitiendo una longitud de onda con PTx = +6 [dBm], se obtiene: PRx = -39.23 [dB] 35 2.12 Conclusiones Todas las propuestas presentadas por los distintos proveedores utilizan equipos de su respectiva empresa, pero el diseño de la red óptica es el mismo. Para un enlace de corta distancia se necesita un transmisor, fibra y un receptor, obviamente con todo el equipamiento necesario para trabajar en canales de la rejilla de la estandarización de la ITU. Por otro lado, para enlaces de larga distancia, se hace necesaria la presencia de amplificadores ópticos: la cantidad de amplificadores depende de la longitud del trayecto. Cuando se diseña una red óptica se debe efectuar un análisis técnico para determinar aspectos claves en la configuración de la red. Estos aspectos claves, que son determinantes en el diseño de una red óptica son: la atenuación y la dispersión. Por un lado, la atenuación determina la longitud máxima de un enlace, longitud a la cual se hace necesaria una regeneración de la señal, o una fase de amplificación de ésta. Un parámetro clave que interviene en este análisis es la sensibilidad del receptor: un nivel de potencia menor al valor de sensibilidad del receptor quiere decir que se necesita regenerar o amplificar la señal. Por otro lado, la dispersión es clave para determinar la velocidad de transmisión. El láser de transmisión posee un valor de dispersión máxima tolerada; entonces, la dispersión de un enlace óptico debe estar por debajo de tal valor para que el transmisor trabaje eficientemente a la velocidad especificada para la transmisión. La fase de amplificación en redes DWDM tiene un buen desempeño. La tecnología de amplificación óptica basada en fibras dopadas con Erbio posee un espectro de ganancia plana, alrededor de la tercera ventana del espectro óptico (1550 [nm]), aproximadamente unos 20 [nm], donde se encuentran los canales DWDM normalizados por la ITU. Por el contrario, en redes CWDM se necesitan regeneradores de señal (conversión O/E/O), debido a que el ancho espectral de los amplificadores no cubre el ancho espectral exigido por la tecnología CWDM. Para la red óptica considerada en el proyecto, se tiene que para la implementación de una red que combina tecnologías DWDM y CWDM se necesita un equipamiento adicional. En REUNA se necesitaría un equipamiento adicional para combinar ambas tecnologías, pero en UdeCH se necesitaría el mismo equipamiento (OMT) pero en tecnología CWDM. Es por esta razón que las ofertas presentadas con este diseño resultan a un costo mayor. Al momento de efectuar una negociación con proveedores de redes ópticas (en general, en cualquier tipo de negociación), un aspecto clave para seleccionar la mejor alternativa es la interacción entre el proveedor y el consumidor, en lo que se refiere a aspectos técnicos y económicos, garantía, capacitación, soporte técnico y formas de colaboración mutuas. 36