Download descripcion de la red de fibra optica

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]).
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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.
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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.
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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].
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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].
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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].
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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,
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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].
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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.
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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 AB
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]
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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.
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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.
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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.
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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].
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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]).
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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  0.3dB  0.3  1.9  0.3dB  0.3  0.8  0.3dB  4.8dB
ONS
ILREUNA
 0.3  0.8  0.3dB   0.3  2.1  0.3dB   0.3  0.3  0.3dB   5dB 
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.
PTx = +7 [dBm]
PRx = -8 [dBm] (máx)
PRx = -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  PTx  3dB 
(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:
PRx = -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
PRx  PTx  ILUTFSM
  FLi  G  ILREUNA
 ILUSACH
M
ONS
ONS
ONS
(ecuación 2.8)
i 1
donde, PRx
PTx
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  0.3dB   0.3  1.9  0.3dB   0.3  0.3  0.3dB   4.8dB 
ONS
ILREUNA
 0.3  0.3  0.3dB   0.9dB 
ONS
ILUSACH
 0.3  0.3  0.3dB   0.3  2.1  0.3dB   3.6dB 
ONS
Primero, se realizará un cálculo de Power Budget para una potencia de salida de -3 [dBm].
Reemplazando los valores correspondientes (con PTx = -3 [dBm]), en la ecuación 2.8, se obtiene:
PRx = -48.25 [dB]
Ahora bien, transmitiendo una longitud de onda con PTx = +6 [dBm], se obtiene:
PRx = -39.23 [dB]
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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.
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