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cS'i.
ESCUELA POLITÉCNICA
NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
"IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA WDM PARA LOS
ANILLOS DE FIBRA ÓPTICA DE LOS VALLES EN EL
DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO"
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO INGENIERO EN
ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
DIEGO MIGUEL MARCILLO PARRA
DIRECTOR: Ing. Erwin Barriga
Quito, Diciembre 2001
DECLARACIÓN
Yo Diego Miguel Mancillo Parra, declaro bajo juramento que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
Diego Miguel Marcillo Parra
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Diego Miguel Marcillo Parra,
bajo mi supervisión.
fng. Erwin Barriga
DIRECTOR DE PROYECTO
AGRADECIMIENTO
Al concluir el presente trabajo agradezco a Dios y a la Virgen de! Cisne
por haber guiado mi vida por el camino del bien, a mis queridos padres y
hermanos; especialmente a mi madre quien con su permanente esfuerzo me
apoyo moralmente y económicamente en todo momento, a mis amigos por
brindarme su apoyo incondicional, a todos quienes recuerdo con mucho cariño
me impulsaron a mi culminación, a mi director por la valiosa colaboración
prestada, a mi querida institución Escuela Politécnica Nacional por haberme
proporcionado las herramientas necesarias para mi desarrollo tanto intelectual
como espiritual.
Agradezco también la colaboración prestada de ANDINATEL S.A. y todos
quienes de una u otra manera colaboraron para la culminación del presente
proyecto de titulación.
DEDICATORIA
Al ser que me cuida y brinda su amor y cariño en todo instante, a la
persona muy especial que me supo apoyar, comprender en todo momento y al
pedacito de cielo que alegra la vida de este caminante.
CONTENIDO
DECLARACIÓN i
CERTIFICACIÓN ii
AGRADECIMIENTO iii
DEDICATORIA iv
CONTENIDO V
RESUMEN xi
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN A REDES DE COMUNICACIONES ÓPTICAS 1
1.1 Introducción 1
1.2 Arquitecturas y topologías de red 2
1.3 Transmisión, acceso y multiplexación 5
CAPÍTULO II
TÉCNICAS DE MULTIPLEXACIÓN PARA REDES DE COMUNICACIÓN
ÓPTICA 7
2.1 Multiplexación por división de longitud de onda 7
2.2 Multiplexación por división de subportadora 12
2.3 Multiplexación por división de tiempo óptico 19
CAPÍTULO III
MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA 25
3.1 Introducción 25
3.2 Tecnología WDM 28
3.2.1 Concepto básico 28
3.2.2 Componentes de un sistema WDM 31
3.2.2.1 Fibra óptica 32
VI
3.2.2.2 Emisores o fuentes de luz 33
3.2.2.2.1 Ancho espectral y ancho lineal 34
3.2.2.2.2 Estabilidad de longitud de onda 34
3.2.2.2.3 Lásers sintonizares en longitud de onda 34
3.2.2.2.4 Láser multi-longitud de onda 34
3.2.2.3 Multiptexores 35
3.2.2.4 Amplificadores y repetidores 35
3.2.2.4.1 Amplificadores de potencia 37
3.2.2.4.2 Amplificadores de línea 37
3.2.2.4.3 Preamplificadores 38
3.2.2.5 Demultiplexores 39
3.2.2.5.1 Red de divisores de 3dB con filtros Fabry Perot 39
3.2.2.5.2 Circuladores con FBGs 40
3.2.2.5.3 FBG con acoplamiento 41
3.2.2.5.4 Rejilla de Littrow 41
3.2.2.5.5 Ruteador de rejilla de longitud de onda 42
3.2.2.6 Conmutadores 44
3.2.2.6.1 Estrella pasiva 44
3.2.2.6.2 Ruteador pasivo 44
3.2.2.6.3 Conmutador de división de espacio 45
3.2.2.6.4 Conmutador activo 47
3.2.2.7 Muttiplexores inserción-extracción de longitud de onda 48
3.2.2.7.1 Red de rejillas de longitud de onda 48
3.2.2.7.2 Circuladores con FBGs 49
3.2.2.7.3 Cascadas de filtros interferométricos de
Mach-Zehnder 50
3.2.2.8 Conversores 51
3.3 Redes WDM 52
3.3.1 Redes de selección y broadcast 52
3.3.2 Redes ADM 54
3.3.3 Redes con ruteador de longitud de onda 55
3.4 Estándares para WDM 55
3.5 Aplicaciones WDM 56
3.5.1 Generalidades 56
3.5.2 Larga distancia con WDM 57
3.5.3 Corta distancia con WDM 59
Vil
3.5.4 Televisión por cable y broadcasting con WDM 60
3.5.5 LANs con WDM 60
3.5.6 WANs con WDM 61
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN Y TECNOLOGÍA EXISTENTE 62
4.1 Red de anillos de los valles en el D.M.Q. 62
4.1.1 Centrales de los anillos de los valles en el D.M.Q. 62
4.2 Encaminamiento del tráfico local, regional, nacional e internacional 67
4.2.1 Encaminamiento de tráfico local 68
4.2.2 Encaminamiento de tráfico regional y nacional 70
4.2.3 Encaminamiento al sistema internacional 71
4.3 Previsión de la demanda 71
4.3.1 Conceptos básicos de previsión de la demanda 72
4.3.1.1 Fase de crecimiento lineal lenta o inicial 72
4.3.1.2 Fase de crecimiento acelerado 73
4.3.1.3 Fase de crecimiento lento o de saturación 73
4.3.1.4 División de mercado 73
4.3.1.4.1 Abonados residenciales 74
4.3.1.4.2 Abonados comerciales 74
4.3.2 Situación actual y proyección al año 2005 74
4.3.3 Proyección al año 2010 77
4.4 Estudio de tráfico 78
4.4.1 Conceptos básicos 78
4.4.2 Propiedades de la red de conmutación 81
4.4.3 Características de tráfico en hora carga 81
4.4.4 Matriz de tráfico 2001 y su proyección al año 2005 y 2010
de
los anillos del Valle y Cumbayá en el D.M.Q. 83
4.5 Sistema de señalización N°7 95
4.5.1 Estructura del sistema de señalización N°7 95
4.5.2 Niveles funcionales 96
4.5.2.1 Función de enlace de datos de señalización (Nivel 1) 97
4.5.2.2 Función de enlace señalización (Nivel 2) 97
VIII
4.5.2.3 Función de ta red de señalización (Nivel 3) 98
4.5.2.3.1 Funciones de tratamiento de los mensajes
de señalización 98
4.5.2.3.2 Funciones de gestión de red de señalización 99
4.5.2.4 Función de la parte de usuario (Nivel 4) 100
4.5.3 Mensajes de señalización 100
4.5.4 Interfaz funcional entre PU y PTM 101
4.5.5 Procesamiento y transferencia de los mensajes del sistema N°7 101
4.5.6 Parte de usuario telefónico (PUT) 102
4.5.7 Parte de usuario de datos (PUD) 104
4.6 Sincronismo 104
4.6.1 Deslizamiento 105
4.6.2 Tasas máximas de deslizamiento 105
4.6.3 Métodos de sincronización de la red 106
4.6.4 Jerarquía de los nodos de sincronización y calidad de los
relojes utilizados 106
4.6.5 Estructura actual de la red de sincronismo 108
4.7 Tecnología digital síncrona 109
4.7.1 ¿Qué es el sistema de jerarquía digital síncrona (SDH)? 109
4.7.2 Recomendaciones de la ITU-T sobre SDH 113
4.7.3 Velocidad de bits de SDH 114
4.7.4 Contenedor virtual, sección y trayecto 115
4.7.5 Estructura de multiplexión SDH 117
4.7.5.1 Terminología 117
4.7.5.1.1 Contenedor (C-n) 117
4.7.5.1.2 Contenedor virtual (VC-n) 117
4.7.5.1.3 Unidad tributaria (TU-n) 118
4.7.5.1.4 Grupo de unidades tributarias (TUG-n) 118
4.7.5.1.5 Unidad administrativa (AU-n) 118
4.7.5.1.6 Grupo de unidad administrativa (AUG) 118
4.7.5.1.7 Módulo de transporte síncrono (STM-n) 118
4.7.5.2 Estructura de multiplexión 119
4.7.6 Estructura de trama SDH 119
4.7.6.1 Estructura de trama STM-1 119
4.7.6.2 Estructura de trama STM-n 121
4.7.7 Funciones de puntero 121
IX
4.7.7.1 Disminución en retardo de multiplexión 123
4.7.7.2 Justificación de diferencia en frecuencia entre trama
y carga útil 124
4.7.8 Encabezamiento 126
4.7.8.1 Encabezamiento de sección (SOH) 126
4.7.8.2 Encabezamiento de trayecto de orden superior (VC-3, VC-4) 129
4.7.8.3 Encabezamiento de trayecto de orden inferior (VC-1, VC-2) 131
4.7.9 Mapeo 133
4.7.9.1 Mapeo de señales de 2Mb/s 133
4.7.9.1.1 Mapeo de señales asincronas de 2Mb/s 133
4.7.9.1.2 Mapeo de señales de bits síncronos de 2Mb/s 134
4.7.9.1.3 Mapeo de señales de bytes síncronos de 2Mb/s 134
4.7.9.2 Mapeo de señales de 34Mb/s 140Mb/s 136
4.7.9.3 Mapeo de celda ATM 138
4.7.10 Aleatorizador de datos 139
4.7.11 Aplicación en redes SDH 140
4.7.11.1 Sistema de anillo de conmutación de trayecto
unidireccional de 2 fibras 141
4.7.11.2 Sistema de anillo de conmutación de línea
bidireccional de 2 fibras 141
4.7.11.3 Sistema de anillo de conmutación de línea
bidireccional de 4 fibras 142
4.7.12 Fundamentos de sincronización en SDH 143
4.7.12.1 Arquitectura de sincronización 143
4.7.12.2 Fuente de sincronización del elemento de red (NE) 144
4.7.12.3 Nivel de calidad en la fuente de referencia 146
4.7.12.4 Reglas para la conmutación en fuentes de referencia 148
CAPÍTULO V
REQUIRIMIENTOS FUTUROS DE LA RED DE LOS VALLES EN EL DISTRITO
METROPOLITANO DE QUITO 149
5.1 Requerimiento en tráfico 149
5.1.1 Servicios requeridos 150
5.1.2 Medios requeridos 153
5.2 Requerimiento en tecnología 155
5.2.1 Tecnología de multiplexación WDM 155
5.2.2 Amplificador óptico 156
5.2.3 Multiplexor de inserción y extracción 157
5.2.4 Sistemas de conmutación y enrutamiento ópticos 157
5.3 Desarrollo del proyecto: "Implementacion de Tecnología WDM
para los Anillos de Fibra Óptica de los Valles en el Distrito
Metropolitano de Quito" 158
5.3.1 Red de transmisión 2010 158
5.3.2 Tecnología propuesta para los anillos de fibra óptica
de los valles en el Distrito Metropolitano de Quito 160
5.32.1 Esquema propuesto N°1 161
5.3.2.2 Esquema propuesto N°2 161
5.3.2.3 Esquema propuesto N°3 162
5.3.2.4 Esquema propuesto N°4 162
5.3.2.5 Esquema propuesto N°5 163
5.3.2.6 Esquema recomendado para la red de anillos
de los valles en el Distrito Metropolitano de Quito 163
CAPÍTULO VI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 167
6.1 Conclusiones 167
6.2 Recomendaciones 170
BIBLIOGRAFÍA 173
Bibliografía 173
GLOSARIO 177
Glosario 177
RESUMEN
¿* El continuo avance de la tecnología en medios de transmisión y la
introducción de nuevas técnicas digitales de multiplexaje dieron el impulso
necesario para reconsiderar el concepto tradicional de la redes, además la
necesidad de proporcionar una respuesta a la demanda cada vez más
creciente por los nuevos servicios de banda ancha; los cuales requieren de una
gran capacidad digital en los enlaces de red local, ínter-central y larga
distancia, llevaron a realizar un análisis de la red de fibra óptica existente en el
Distrito Metropolitano de Quito y efectuar una implantación de un nuevo nivel
óptico de red independiente y servidor de otras capas clientes: SDH, ATM e 1P.
La red de transmisión del Distrito Metropolitano de Quito está formada por
5 zonas y permite la interconexión del tráfico de cada una de las centrales
existentes en las mismas, a través de anillos SDH auto recuperables y
agregados STM-4, STM-16 y un centro que permite la gestión de los elementos
de red y de anillos. La red de transmisión presenta una red de cable de fibras
ópticas constituida por cable monomodo de 1300nm, cuya capacidad es 24
fibras con una longitud total de 188.5 kilómetros.
La funcionalidad de las redes ópticas, principalmente la protección y el
enrutamiento óptico presentan una discusión, describiendo el papel de las
subredes ópticas en la tecnología de redes ópticas de la próxima generación.
Visto desde una perspectiva de tecnología de redes ópticas, la tecnología
WDM será probablemente usada como tecnología de transporte prestando
servicio a varios clientes. La protección óptica, por ejemplo, es una forma
atractiva y de bajo coste de incrementar la disponibilidad de redes de
comunicaciones de datos.
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN A REDES DE COMUNICACIONES
ÓPTICAS
1.1 INTRODUCCIÓN
El concepto de red óptica es hasta cierto punto, algo difuso y falto de una
definición unánimemente aceptada por la comunidad científica y técnica dedicada
al campo de las comunicaciones ópticas [1-8]. El tratar de establecer una
definición rigurosa y una taxonomía fuera de toda cuestión, sería un esfuerzo tan
prolijo como inútil.
Se trata de seguir un enfoque constructivo, a la luz de lo que se ha venido a
denominar Tecnología Fotónica, y muy concretamente, de los dispositivos que se
emplean en Comunicaciones Ópticas.
Así pues, una primera definición de lo que se entiende por red de
comunicaciones ópticas podría ser, aquel conjunto que engloba infraestructura
técnica y operacional que dan soporte, habilitan y posibilitan la comunicación
entre múltiples usuarios empleando la banda óptica del espectro
electromagnético. Esta definición nos servirá en primera instancia, aunque no es
lo suficientemente completa.
Dedicaremos en este proyecto a tratar aquellos aspectos que se consideran
básicos a la hora de comprender el funcionamiento de una red de comunicaciones
ópticas. En general, los elementos fundamentales o básicos que se han de
contemplar en el diseño de una red engloban los siguientes ámbitos [9-10]:
a) Componentes ópticos
b) Arquitecturas o topologías de la red
c) Transmisión, Acceso y Multiplexación
d) Conmutación
e) Operación, administración y mantenimiento
Poco se añadirá sobre los componentes ópticos, conmutación, así como de
operación, administración y mantenimiento ya que, el proyecto se centra
exclusivamente en los apartados b) y c)
1.2 ARQUITECTURAS Y TOPOLOGÍAS DE RED
El concepto de arquitectura o topología física de la red hace referencia a la
forma en que se disponen los nodos que forman una red óptica para lograr el
objetivo de comunicar a sus usuarios entre sí. Este concepto debe distinguirse del
de topología lógica o virtual, que describe el flujo de información entre los diversos
nodos de la red [5-10].
Existen diferentes posibilidades a la hora de implementar una red óptica. Las
principales son tres: topología en estrella, en bus y en anillo. La parte superior de
la figura 1.1 muestra dichas configuraciones. A partir de ellas pueden derivarse o
construirse configuraciones más complejas, como por ejemplo, la de estrella
múltiple, el bus doble o la estructura en árbol que se muestran en la parte inferior
de la figura 1.1.
Cada topología presenta una serie de ventajas e inconvenientes, de forma
que no puede decirse en forma general que una sea mejor que la otra para
aplicaciones de acceso múltiple. La elección de una configuración u otra
dependerá de las restricciones que se soslayen en virtud de su empleo. De
hecho, y dentro del contexto de las redes ópticas, la restricción principal se debe a
las pérdidas por derivación de señal entre los diferentes nodos que componen la
red. Esta, limita de forma considerable el balance de potencias haciendo
predominante este factor frente a la restricción por ancho de banda o capacidad.
BUS
ESTRELLAANILLO
¥ESTRELLAMÚLTIPLE
\ BUS DOBLEÁRBOL
Figura 1.1: Topologías de una red óptica
Las pérdidas por derivación son en principio de menor cantidad si se emplea
una configuración en estrella, por los motivos que se señalan a continuación. Ello
ha hecho que sea la configuración preferida para implementar redes ópticas
pasivas, si bien el empleo de amplificadores ópticos puede modificar esta
tendencia, ya que, como veremos también más adelante, permite la
implementacion de otras topologías sin limitaciones impuestas por el balance de
potencias.
Para aclarar conceptos, comparamos las prestaciones de dos redes de tipo
pasivo: la topología en estrella y en bus (el anillo es un caso especial de bus),
mostrando como la primera introduce en general menos pérdidas de derivación
que la segunda para un número equivalente de usuarios, suponiendo que las
pérdidas solo se producen en los acopladores (pérdidas de exceso) y
despreciaremos las debidas a la fibra, empalmes y conectores.
Si el acoplador NxN que compone la estrella, está formado por acopladores
2x2, entonces las pérdidas debidas a dicho acoplador son [6, 8]:
LB(dB) = 10log(N)-10log2(N)log(l-y) Ecuación 1.1
Donde y representa las pérdidas de exceso de cada acoplador 2x2 que
compone la estrella. Claramente se observa que las pérdidas crecen con el
número de nodos N, de forma logarítmica. El primer término representa las
pérdidas por división de la señal, mientras que el segundo término de la ecuación
1.1 es en realidad positivo, ya que log(1 - y)<0, el cual representa el efecto
acumulativo de las pérdidas de exceso de los acopladores. En el caso de una
configuración de tipo bus, si cada acoplador 2x2 viene caracterizado por una
constante de acoplo k y unas pérdidas de exceso y, es posible demostrar que el
valor óptimo de k está relacionado con el número de nodos de la red a través de
k=2/N y que las pérdidas en el peor caso, es decir cuando se conectan los dos
nodos más distantes entre si, obedecen a la ecuación 1.2 [6, 8]:
LB(dB)= 2.7 + 10log(N2)-10Nlog(l-y) Ecuación 1.2
Las pérdidas crecen logarítmicamente con N2 en vez de con N y además, las
pérdidas de exceso (segundo término) son mayores que para el caso de la
configuración en estrella y crecen linealmente con N.
ff
10 20 30 40
Número de nodos N
Figura 1.2: Pérdidas en configuraciones de redes ópticas
En la figura 1.2 se muestran las pérdidas para ambas configuraciones en
función del número de usuarios, tomando las pérdidas de exceso de los
acopladores 2x2 como parámetro.
Puede observarse por ejemplo, para un margen de pérdidas de 40dB y
-10log(1 - y) = O.SdB, el máximo número de nodos que puede soportar una red en
bus es de 22, mientras que para la topología en estrella, dicho número es de
3000.
La mayor flexibilidad de la configuración en estrella en lo referente a balance
de potencias, se manifiesta también en una mayor capacidad de red. Si se define
ésta como el producto del número de usuarios N por la capacidad asignada a
cada usuario B, entonces C = N.B representa el máximo ideal que puede alcanzar
la red, que distará en la realidad bastante de su capacidad real o throughput, ya
que este último depende de factores adicionales como el protocolo de acceso, las
características de tráfico en la red, etc.
1.3 TRANSMISIÓN, ACCESO Y MULTIPLEXACIÓN
El objeto de transmisión de señales a través de una red óptica no difiere del
que se presenta en los enlaces tradicionales punto a punto. En esencia, un enlace
constituido entre dos nodos, uno origen y otro de destino, constará de un
transmisor óptico situado en el primero, un receptor óptico situado en el segundo,
un enlace de fibra óptica y una serie de componentes (acopladores,
amplificadores, etc.) situados a lo largo del enlace. Para que la red funcione
correctamente, todos los posibles enlaces establecidos entre cualquier nodo
fuente y cualquier nodo destino han de verificar el balance de potencias y el
balance de dispersión. Estos conceptos son ya clásicos en el diseño de sistemas
punto a punto y no se comentarán con más profundidad.
Lo que si diferencia a las redes de los sistemas de transmisión tradicional
punto a punto, es el hecho de que en las primeras, los diferentes usuarios han de
competir en general por el uso del medio de transmisión. Para arbitrar la
compartición de dicho recurso es necesario en primer lugar establecer como se
accede a él y en segundo lugar como se comparte dicho recurso entre los
diferentes usuarios a los que se permite el acceso. Las técnicas de acceso al
medio solventan el primer problema, mientras que las técnicas de multiplexación
se encargan de la solución del segundo. En general, acceso y multiplexación no
son independientes entre sí, sino que la segunda condiciona de forma significativa
a la primera.
El concepto de multiplexación es básico en ingeniería de comunicaciones y
en general puede entenderse, como el mecanismo empleado para garantizar que
los diferentes usuarios puedan compartir los recursos del medio de transmisión.
En el caso de las redes ópticas hay dos medios físicos, uno en el que las señales
son puramente electrónicas (en un nodo previo a la modulación de la fuente
óptica y posterior a la detección óptica) y otro en el que son puramente ópticas
(entre nodos de la red). En consecuencia es posible compartir el medio físico
electrónico (multiplexación electrónica), el óptico (multiplexación óptica) o ambos
a la vez (multiplexación híbrida). Las técnicas de multiplexación en un medio por
el que se transmiten señales eléctricas, son conocidas, y las técnicas de
multiplexación en el dominio óptico, no difieren de forma substancial de las
anteriores, si bien presentan algunas particularidades, por lo que serán analizadas
en el siguiente capítulo.
Una infraestructura de banda ancha que emplee como soporte la fibra
óptica, deberá ser lo más transparente posible al formato de las señales y
protocolos de transmisión que soporte. Ello necesariamente implica que, al menos
en lo referente a la transmisión troncal y a la interconexión de redes de área
extensa, se evite el empleo de mecanismos de conmutación electrónicos con sus
previsibles cuellos de botella y la necesidad de acceder a las propias estructuras
internas de las tramas electrónicas para realizar las tareas de encaminamiento.
CAPITULO II
TÉCNICAS DE MULTIPLEXACIÓN PARA REDES DE
COMUNICACIÓN ÓPTICA
2.1 MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE
ONDA
En esta técnica de multiplexación, los diferentes canales (analógicos o
digitales) que hay que transmitir, modulan, cada uno de ellos a una portadora
óptica de longitud de onda diferente. La banda óptica total, compuesta por la
suma de todas ellas se transmite por un enlace o sistema de distribución de fibra.
En recepción para acceder a un canal hay que seleccionar su banda óptica,
rechazando las demás. Para ello hay varias posibilidades [5, 6]:
• Redes monosalto: En ellas no se producen pasos por nodos intermedios
(entre la fuente y el destino). Su implementación puede hacerse de
diversas formas, aunque las más conocidas son:
¿ Configuración de difusión y selección
* Configuración basada en el encaminamiento por longitud de onda
Configuración de difusión y selección:
Se muestra en la figura 2.1 y en ella, la señal de todos los nodos origen
(cada una a una longitud de onda diferente) se difunde a todos los nodos
destino. El usuario selecciona el canal deseado empleando un filtro óptico
que sintoniza a la longitud de onda del canal que desea recibir.
8
TRX , DIFU3ON Y SELECCIÓN RCX1
Figura 2.1: Configuración de difusión y selección
Configuración basada en el Encaminamiento por longitud de onda:
La figura 2.2 a diferencia del caso anterior, los nodos destino no reciben
toda la información de los nodos origen sino solamente la que va dirigida a
ellos.
TRX ! RCX,
Figura 2.2: Configuración basada en el Encaminamiento por longitud de onda
Para que la red funcione de forma correcta, es necesario disponer de
fuentes y filtros ópticos sintonizables, así como de multiplexores y
demultiplexores de longitud de onda. La conexión entre un usuario origen y
otro destino se realiza automáticamente al seleccionar una determinada
longitud de onda de transmisión. En la figura 2.2 se muestran algunas de
las conexiones (no todas), así como las longitudes de onda
correspondientes para su encaminamiento por medio de multiplexores y
demultiplexores pasivos. Obsérvese que la asignación de longitud de onda
para cada conexión entre un nodo de origen y otro de destino se debe
realizar con sumo cuidado para evitar que dos nodos origen diferentes
empleen la misma longitud de onda para acceder al mismo nodo destino,
ya que en dicho caso, el filtro óptico del nodo de destino no podría
discriminar la información procedente de un nodo de la del otro. Así por
ejemplo, si el usuario 1 desea conectarse con el 2, debe sintonizar la
longitud de onda de su fuente a X2 y el usuario 2 debe sintonizar su filtro
óptico a K2- Si es el usuario n el que se desea contactar desde el 1, se ha
de fijar la longitud de onda de transmisión a Xn etc. Obsérvese que se
puede producir un conflicto, si dos usuarios origen, por ejemplo el 1 y el 2
tratan de contactar con el mismo destino (por ejemplo el n) al mismo
tiempo. El filtro óptico del nodo n debe centrarse bien a Xn o a Vi, siendo
imposible que lo haga a ambas a la vez. Se produce entonces un
mecanismo de colisión, ya que al nodo n llegan informaciones simultáneas
de dos nodos origen, siendo necesario seleccionar un canal y por tanto
perder la información del otro. Para que no se produzca colisión entre dos
o más canales en un nodo de destino o si se produce, el poder recuperar la
información de los canales no seleccionados en primera instancia
corresponde a un conjunto de procedimientos de gestión de
comunicaciones denominados protocolos de acceso al medio.
Redes multisalto: Son aquellas que utilizan entre el nodo fuente y de
destino diversos nodos intermedios. La gran ventaja de estas
configuraciones estriba en el hecho de no precisar ni filtros ópticos ni
fuentes ópticas sintonizables. En la figura 2.3 se muestra la configuración
de una red de 8 nodos que emplearemos para ilustrar su funcionamiento.
10
Ejemplo: nodol al 4 (ni al n6 y no al n4) 1 saltoo (ni al n5 , n5 al n2, n2 ai n8 y nS'al n4) 3 saltos
Figura 2.3: Configuración red multisalto de 8 nodos
Cada usuario posee dos transmisores que emiten dos longitudes de onda
fijas y es capaz de detectar señales de dos longitudes de onda diferentes y
retransmitirlas, cambiando previamente su longitud de onda. Dicho cambio
se realiza empleando una conversión opto-electrónica y electro-óptica en el
nodo. Este aspecto es muy importante ya que como se sabe, al emplear
una conversión eléctrica intermedia es proclive a sufrir el cuello de botella
propio de la electrónica en sistemas de altas velocidades de transmisión.
En el ejemplo mostrado en la figura 2.3 puede observarse que para
transmitir una señal desde el nodo 1 al nodo 6, puede hacerse de forma
directa (sin saltos de nodo) empleando la longitud de onda A*, mientras que
para acceder al nodo 2 hay que hacerlo previamente al nodo 5 empleando
Xi y del nodo 5 al 2 empleando \l en este último caso la transmisión
requiere un salto de nodo. El caso es peor todavía si se pretende acceder
desde el nodo 1 al 8. En este caso, se puede ir desde el nodo 1 al 2
siguiendo el proceso descrito anteriormente y después de cambiar la
longitud de onda en este último a KA, acceder al nodo 8. En este caso son
necesarios dos saltos de nodo. La situación descrita anteriormente es
ideal.
Implícitamente hemos supuesto que al acceder a un nodo intermedio, éste
debe encontrarse desocupado, es decir, no habrá otro nodo tratando de
acceder a él y podrá dirigir el tráfico inmediatamente.
En la práctica esto no es así, y puede que al acceder a un nodo intermedio,
éste se encuentre bloqueado y sea necesario redireccionar el tráfico a otro
nodo intermedio incrementando el número de saltos entre el nodo origen y
el de destino. Por ello, al asignar las diferentes longitudes de onda de
conexión entre nodos de la red y al diseñar ésta, el criterio más importante
consiste en minimizar el número de saltos intermedios entre cualquier nodo
origen y cualquier destino. En la práctica, el diseño de una red multisalto
eficiente requiere el empleo de gran cantidad de longitudes de onda, por lo
que no resulta un enfoque muy atractivo, excepto para redes de pocos
nodos.
La multiplexación por división de longitud de onda (WDM) se ha consolidado
de forma indiscutible a lo largo de la presente década como la tecnología en la
que se basarán los sistemas de transmisión de comunicaciones ópticas multicanal
de banda ancha que se instalarán a corto y medio plazo. Las razones son
múltiples, pero cabe destacar como más importantes las siguientes: [3], [4]
a) Facilidad para implementar sistemas y redes modulares y escalables.
b) Ancho de banda disponible prácticamente ilimitado.
c) Empleo de componentes disponibles de forma comercial.
d) Posibilidad de combinación con otros esquemas de multiplexación
eléctricos y ópticos.
e) Posibilidad de transmisión a velocidades de hasta 40Gb/s por cada longitud
de onda.
Fruto de la consolidación incuestionable de esta técnica, es la normalización
de la banda de comunicaciones ópticas en su tercera ventana para su empleo en
productos comerciales por parte de la Unión Internacional de Telecomunicaciones
12
(ITU-T). En la figura 2.4 se describe sucintamente el plan de frecuencias
propuesto en la recomendación ITU G.mcs.
La normativa contempla el empleo de canales digitales a 2.5, 5, 10 y 20Gb/s
para modular a cada portadora óptica. En principio se contempla el empleo de
sistemas de 8 y 16 longitudes de onda, para pasar posteriormente a sistemas de
32 y 64 portadoras ópticas. El espaciado entre canales puede ser tan grande
como 200 GHz y tan pequeño como 50 GHz, pasando por un valor intermedio de
100 GHz que es el que se muestra en la figura 2.4.
Ran de frecuencias para \AOV1 normalizado portlUOlí FfecG.mcs
f,^ 193.1 THz
lOOGHz
f = fref ±mO.flHz
fref =193.11Hz ->1552.5nm
M=-10,-9, 5 Para 16 canales
Figura 2.4: Plan de frecuencias WDM normalizados por ITU-T
Con mayor profundidad se tratará este tipo de multiplexación en el siguiente
capítulo.
2.2 MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE SUBPORTADORA
El concepto de multiplexación por división de subportadora, no es exclusivo
de las comunicaciones ópticas ya que tradicional mente se ha empleado en los
sistemas de transmisión en línea basados en cable como conductor. Para explicar
este esquema de multiplexación, debemos referirnos a la figura 2.5 [8]. Los
canales de información (analógicos o digitales) que se desean transmitir modulan,
13
cada uno de ellos a una subportadora eléctrica de RF diferente. La información
completa se agrupa (todavía en el dominio eléctrico) para formar una banda
compuesta. La señal de banda compuesta modula directa o externamente a una
portadora óptica, generada por un transmisor óptico (que incluye un láser de
semiconductor) que envía la información al enlace o red de distribución de fibra.
Una vez que la señal óptica llega a su destino, la detección elimina la portadora
óptica, quedando la banda compuesta en la parte electrónica del receptor. El
canal deseado se selecciona empleando cualquiera de los métodos tradicionales
de demodulación de señales de RF. Por ejemplo, en el caso mostrado en la figura
2.5, el esquema de detección RF emplea un oscilador local electrónico para
realizar una detección síncrona o coherente, bajando el canal deseado a banda
base.
Figura 2.5: Esquema de detección RF
Si poco se podía añadir al diseño de sistemas WDM sobre lo ya conocido
acerca de los procedimientos de diseño de enlaces digitales, ciertamente, este no
es el caso de los sistemas SCM. Por este motivo, profundizaremos algo más en la
caracterización de este tipo de sistemas.
Como medida de calidad, el parámetro fundamental de los sistemas SCM es
la relación portadora a ruido o CNR. Esta se define como el cociente entre la
potencia de la señal eléctrica correspondiente al canal seleccionado {proporcional
al cuadrado de su fotocorriente) y la potencia de ruido dentro de la banda de paso
del receptor.
La potencia óptica de la señal a la salida de la fibra puede expresarse como:
p = ps J1 + 2 rr^a, cos[27cf¡t + 4>¡ ] f Ecuación 2.1
Donde Ps es la potencia media transmitida por la fuente óptica, m¡, a¡, f¡, y <|>¡
representan respectivamente el índice de modulación, amplitud, frecuencia y fase
de la subportadora de RF correspondiente al canal i-ésimo. La comente
detectada, está relacionada linealmente con la potencia óptica dada por la
ecuación 2.1 a través de la responsividad R del fotodetector.
Si Idet representa la fotocorriente media debida a la subportadora
seleccionada (por ejemplo el canal k-ésimo), entonces la CNR se define como:
CNR = Ecuación 2.2
Donde las a¡ representan las fotocorrientes debidas a las diversas fuentes de
ruido presentes en el sistema para un receptor sintonizado al canal k-ésimo. En
esencia, puede observarse de la ecuación 2.2 que la CNR total se obtiene
invirtiendo la suma de las CNRs particulares de la señal con las diferentes fuentes
de ruido por separado. Ello es así, porque las fuentes de ruido se consideran
independientes entre sí, por lo que se suman en potencia.
Lo más importante en consecuencia, a la hora del diseño de un sistema SCM
consiste en caracterizar las CNRs debidas a las distintas fuentes de ruido para
calcular la CNR total y verificar si esta cumple los mínimos requisitos exigidos. En
general, la aplicación preponderante para SCM es la televisión por cable (CATV),
15
aunque es más que previsible su extensión a aplicaciones de radio sobre fibra y,
en concreto a telefonía móvil celular en los próximos años.
La potencia eléctrica de la señal en el caso de idéntico índice de modulación
en todos ellos viene dada por la sencilla relación:
2 _ m2R2Ps2tfi^t — Ecuación 2.3
Las fuentes de ruido más importantes se generan en el transmisor óptico, en
la fibra y amplificadores ópticos intermedios y en el receptor. Para caracterizar
adecuadamente cada una de ellas es necesario conocer el Plan de Frecuencias
de la banda compuesta. En la figura 2.6 se muestra esquemáticamente un plan de
frecuencias con sus parámetros más significativos y valores típicos, tanto para
USA como para Europa.
Steparactón entre canales N° decanates= N=Mmax-Mmjn
Df
n j.Viin 'min*' 1'min* 2 'k
B
Ancho debandadelcanal
f =M fmm mtn o
f =M fmax IW< max o
(NT9C) E9*\ÑA (BM)
Af=6MHz,B=4MHzN-50-80^=55.25 MHzCNR>47 dBc
Af=8MHz,B=6MHzN=? fmax=862MHz-120 MHz
CNK>44dBc
Figura 2.6: Plan de frecuencias para USA y Europa
Las fuentes de degradación generadas en el transmisor son las debidas al
ruido de intensidad del láser, a la no linealidad de la respuesta potencia óptica vs.
corriente eléctrica del láser, y la debida a clipping. Estas fuentes son las más
16
importantes en sistemas SCM convencionales. La potencia de ruido de la
intensidad de la fuente puede obtenerse a partir del RIN de la fuente [6, 8]:
CNRR)N = B Ecuación2.4
Donde Be representa el ancho de banda eléctrico del receptor óptico.
La intermodulación en el transmisor se produce porque la relación entre la
potencia óptica de salida del láser y la corriente eléctrica de entrada no es
estrictamente lineal, sino que puede modelarse a través de un polinomio de orden
superior:
P = X0(l + x + ax2 +bx3 +•-•) Ecuación 2.5
Donde x representa la corriente de entrada. Ello origina que incluso para el
caso más sencillo de modulación en pequeña señal (por dos tonos eléctricos de
frecuencia fi y f2 respectivamente) a la salida del transmisor la señal de
modulación no esté solamente formada por dichos tonos sino por otros que
aparecen centrados en frecuencias que son combinaciones lineales de fi y f2
(productos de intermodulación). Se da la circunstancia de que dichos productos,
en un sistema más complejo, es decir, constituido por más canales, pueden tener
frecuencias que coincidan con las correspondientes a otros canales de la banda
compuesta, distorsionando su contenido. En la figura 2.7 se ilustra el concepto de
intermodulación producida en el transmisor.
Los tonos generados por intermodulación pueden caer dentro de la banda de
los canales de información interfiriendo y generando en consecuencia ruido. Los
batidos más importantes son los de segundo a f¡ ± fj Uy tercer orden a f¡ ± fj ± fkü.
La contribución al CNR de cada uno de ellos viene determinada en dB por:
.,Ecuación 2.6
CNRjn13 -
17
Donde:
CSO = Intermodulación de segundo orden
CTB = Intermodulación de tercer orden
P- X. I i x í ax '- bx* - L
fl laFigura 2.7: Intermodulación producida en el transmisor
En la ecuación 2.6 NCso y NCTB representan respectivamente el número de
productos de intermodulación de segundo y tercer orden que coinciden dentro del
canal considerado. Dichos valores dependen de la estructura del plan de
frecuencias considerado, pudiéndose encontrar expresiones exactas en la
literatura.
El fenómeno de clipping se produce cuando los canales electrónicos que
modulan al láser transmisor se suman coherentemente, de forma que llevan la
corriente de inyección al dispositivo por debajo del umbral. Ello origina una
distorsión considerable en la señal óptica a la salida del láser tal y como se
muestra en la figura 2.8.
Este efecto en principio limita el valor del índice de modulación m: N<1. Sin
embargo, dichas señales no suelen estar en fase, por lo que dicha limitación no
18
es tan estricta. Para N>10, P(t) es un proceso gaussiano y su función densidad de
probabilidad viene dada por:
Pr o - P - exp2a;
2 NP>:
Donde:
P(t) = Proceso gaussiano
Pa = Probabilidad de ocurrencia de a
Pb = Probabilidad de ocurrencia de b
CTP = Desviación estándar del evento p
N = Número de eventos
m = índice de modulación
P t
Ecuación 2.7
Figura 2.8: Fenómeno clipping: distorsión de la señal óptica a la salida del láser
En consecuencia, la CNR debida al clipping viene dada por:
19
CNRdip = M2u-*e^ > Ecuación 2.8
De la ecuación 2.8 puede obtenerse el máximo índice de modulación por
canal para un determinado valor mínimo de CNR por clipping.
La dispersión cromática de la fibra óptica puede producir intermodulación en
la señal de banda compuesta. Incluso, ésta se puede producir, si la potencia de la
señal óptica es lo suficientemente elevada, para provocar una respuesta no lineal
en el índice de modulación del núcleo, un fenómeno conocido como
automodulación de fase o SPM. En ambos casos, es posible llegar a expresiones
para el CSO y CTB originados. Sin embargo, es necesario destacar que en
general, la intermodulación generada por estos mecanismos es despreciable
frente a la producida por el transmisor. Por este motivo no serán consideradas
con mayor profundidad.
Por último, las fuentes de degradación originadas en el receptor son las
típicas de otros sistemas de comunicaciones ópticas, es decir, ruido térmico y
ruido shot. En ambos casos las CNRs vienen dadas por:
tt i
* 8FkT0B LEcuación 2.9
CNR3 4eRPcB
Donde RL representa la impedancia de carga del receptor, B su ancho de
banda eléctrico, R la responsividad del fotodiodo, F el factor de ruido del receptor,
To su temperatura inicial, k la constante de Boltzman y Ps probabilidad de sucesos
de la señal.
2.3 MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE TIEMPO ÓPTICO
La multiplexación por división de tiempo óptico (OTDM) es similar en su
concepción a la correspondiente al dominio eléctrico y se ilustra en la figura 2.9.
20
Se trata de transmitir N canales ópticos digitales de velocidad B (bit/s),
denominados tributarios, por el mismo medio de transmisión. Para ello, se forman
tramas de N bits, entrelazando sucesivamente en el tiempo un bit correspondiente
a cada uno de los canales que se desea transmitir. Cada 1/B segundos debe
formarse una nueva trama, de tal manera que cada uno de los tributarios que hay
que transmitir proporciona un bit a la trama de transmisión cada 1/B segundos, o
lo que es lo mismo, la información de cada tributario se transmite a la velocidad
requerida de B (bit/seg). La velocidad de línea corresponde a la trama completa,
superior a la correspondiente a cada tributario individual, ya que se necesita
transmitir N bits cada 1/B segundos, por lo que en consecuencia, la velocidad en
línea es de NB (bit/s). [11]
Los objetivos del OTDM se orientan hacia la consecución de sistemas con
velocidades en línea de 100Gb/s, formados bien por 10 canales de 10Gb/s cada
uno de ellos o por 5 canales de 20Gb/s por canal. En la actualidad los resultados
más sobresalientes se enmarcan en la demostración experimental de sistemas a
40Gb/s, formados por la multiplexación de 4 canales de 10Gb/s.
canal 1cana!2
canaIN
Figura 2.9: Multiplexación por división de tiempo óptico
La transmisión empleando OTDM requiere la generación de pulsos ópticos
estrechos y, preferentemente con formato de retorno a cero (RZ). Bajo
condiciones de propagación reales, ello implica que este tipo de sistemas serán
21
en principio bastante vulnerables a la dispersión cromática, lo que constituye una
desventaja, ya que será necesario emplear técnicas de compensación de
dispersión. Sin embargo una alternativa que comienza a ser explorada consiste
en el empleo de solitones para la implementación de sistemas OTDM. Esta
solución alivia en principio los estrictos requisitos impuestos por la dispersión
cromática.
Otro aspecto importante es el que atañe a la longitud de onda de las fuentes
empleadas por los tributarios. Si estas fuentes son diferentes, hay que tener sumo
cuidado en que la diferencia de retardos entre las longitudes de onda centrales de
dichas fuentes, no superen una determinada fracción f de la velocidad total de
línea, para no alterar la posición temporal de los canales entrelazados dentro de
una trama. Si por ejemplo, D representa al parámetro de dispersión cromática de
la fibra, L la longitud del enlace, NB la velocidad de línea, entonces la separación
de longitudes de onda correspondientes a las fuentes de dos tributarios contiguos,
ha de ser:
fAA < Ecuación 2.10NBDL
Para evitar la limitación anterior, es costumbre proponer el empleo de una
única fuente maestra para generar la señal óptica base (pulsada) de todos los
tributarios. En la figura 2.10 se muestra un esquema basado en dicha solución,
que integra además un multiplexor o combinador temporal para un sistema de
cuatro canales.
Su funcionamiento en esencia es el siguiente: Una fuente óptica genera un
tren periódico de pulsos ultracortos RZ, de forma que el inverso del período de
repetición de los pulsos es B GHz. La señal generada por la fuente se divide en
potencia por igual entre los tributarios de la red (en este caso 4) a través de un
acoplador 1XN pasivo. Cada una de estas ramificaciones constituye la señal
maestra de un tributario. La modulación de cada tren periódico se realiza
mediante un modulador externo propio de cada tributario que opera a una
velocidad de B Gb/s que imprime así la información que éste desea enviar. A
22
continuación se realiza el proceso de entrelazado de bits, para lo cual, la salida de
la señal del tributario "i" se retarda B GHz para una cantidad 1/NB con respecto a
la del tributario "i-1" mediante el empleo de una línea óptica de retardo.
BGHzNRZ eléctrico
4xBGb/sRZ óptico
BGhfeNRZ eléctrico
Figura 2.10: Sistema muftiplexor para un sistema de 4 canales
Al igual que los canales ópticos se combinan o multiplexan directamente en
el dominio óptico, es necesario disponer de mecanismos para demultiplexar o
seleccionar directamente en el dominio óptico la información correspondiente a un
tributario deseado. Se han estudiado y demostrado experimental mente diversas
configuraciones, destacando de entre todas ellas por su flexibilidad y la posibilidad
de integración la basada en el resonador Sagnac no lineal [8-11]. En esta
configuración, se trata de provocar un efecto no lineal en la fibra que componen el
resonador que rompa la igualdad en el cambio de fase que experimenta la señal
al propagarse en el sentido de las agujas del reloj (r) y en sentido contrario (cr). El
interferómetro se diseña de forma que en régimen lineal la transmisión al puerto
de salida sea total, mientras que en régimen no lineal, la diferencia de fases entre
los dos sentidos de propagación genera una señal completamente reflejada hacia
el puerto de salida. En la práctica en vez de fibra no lineal en el interferómetro se
emplea un dispositivo altamente no lineal, por ejemplo un amplificador láser
semiconductor (SLA) ligeramente desplazado del centro del interferómetro, tal y
como puede observarse en la figura 2.11
T/2p. t
PÍA
GOA
p.
23
1/NB
A A" 'A A A1/B
*Á AJA A A Ai
l/B
t - t <
Figura 2.11 : Amplificador láser semiconductor (SLA)
Para comprender mejor el funcionamiento de esta configuración,
consideremos en primer lugar lo que ocurre al aplicar un único pulso de control al
dispositivo. La señal de control se introduce al anillo a través de un acoplador
multiplexor de longitud de onda, ya que su frecuencia es diferente a la de la señal
de entrada al anillo para no interferir con los datos. El funcionamiento de esta
configuración es de gran interés si T < TC (retardo del anillo de fibra) ya que
permite la conmutación a gran velocidad. En la parte derecha de la figura 2. 11 se
muestra el principio de funcionamiento. Una vez que el pulso de información se
introduce en el anillo y se descompone en dos (uno que viaja en el sentido de las
agujas del reloj y otro que viaja en sentido contrario) el pulso de control (muy
intenso para saturar el SLA) se introduce al anillo en un instante t = ts de forma
que el pulso que viaja en el sentido de las agujas del reloj llega al SLA un poco
antes de ts encontrándose el SLA no saturado, mientras que el pulso que viaja en
sentido contrario llega al SLA después de que el pulso de control lo haya saturado
y sin que haya dado tiempo a que su ganancia se haya recuperado. En
consecuencia Gcr / Gr * 1 viniendo su valor determinado por la energía del pulso
de control y el pulso se transmitirá fuera del anillo. Si un pulso de información se
introduce un instante de tiempo pequeño después del anterior, los dos pulsos en
los que se descompone encontrarán al SLA en saturación. Puesto que la
diferencia entre instantes de llegada al SLA es T < TC ambos experimentarán la
misma ganancia saturada Gcr / Gr = 1 Y al recombinarse en el acoplador a la
24
salida originarán un pulso reflejado y no transmitido. En consecuencia, la ventana
temporal de conmutación, una vez aplicado el pulso de control es muy estrecha
(viene determinada básicamente por el valor de T ). El principio descrito es el
empleado para la implementación de demultiplexores de canales en sistemas
OTDM. En la parte derecha de la figura 2.11 se muestra el principio de
funcionamiento, que se basa en la introducción de una señal de control formada
por un tren de pulsos periódicos, cuyo periodo 1/ B , (B es la velocidad binaria del
canal) es un múltiplo del periodo 1/NB de la señal OTDM compuesta. El canal
seleccionado para extraerse se puede elegir empleando un retardo eléctrico
ajustable entre el generador eléctrico de pulsos y el láser que proporciona los
pulsos ópticos de control. Con el esquema propuesto se ha llegado a
demultiplexar una señal OTDM compuesta de 80Gb/s en 4 canales de 20Gb/s
cada uno.
Nótese que la configuración anterior y en general la de cualquier otro
demultiplexor OTDM requiere la generación de una señal de control en perfecto
sincronismo con los datos. Por ello, todo demultiplexor debe incluir un circuito de
extracción de señal de reloj, que a su vez se empleará como señal de control.
A la hora de aplicar la técnica OTDM a la implementación de redes ópticas
propiamente dichas, hay que tener en cuenta una serie de aspectos relevantes
que todavía hoy en día no están completamente resueltos.
En primer lugar, los nodos de la red han de poseer plena capacidad tanto
para extraer (demultiplexar) como de añadir (multiplexar) tributarios. La
configuración Sagnac basada en el SLA presentada anteriormente posibilita la
inserción de un nuevo tributario en la ranura temporal correspondiente al tributario
extraído. Para ello es preciso emplear la misma señal de sincronismo para
generar la señal de control.
Otro aspecto de importancia es la generación, empleo y posibilidad de
extracción de señales de sincronismo válidas para toda la red.
CAPITULO III
MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE
ONDA
3.1 INTRODUCCIÓN
El paradigma de desarrollo contemporáneo ha estado creando una sociedad
dependiente de la información. Esa información llega todos los días a nosotros
gracias a la inmensa malla de redes de comunicaciones esparcida por el mundo,
lo que ha marcado un aumento de aplicaciones relacionadas con Internet y el
crecimiento, de todos los tipos, de la demanda de tráfico en redes de alta
velocidad y banda ancha; proporcionando un futuro prometedor a redes de fibra
óptica.
Teóricamente, la fibra óptica puede manejar millones de señales en una
fibra, pero solo una pequeña parte del potencial se usa actualmente.
Aplicaciones de alta velocidad como transferencia de un volumen de datos,
videoconferencia, operaciones en tiempo-real, y el creciente tráfico del Internet
son la fuerte tendencia para requerimientos de banda ancha. Agregando más
fibra, para mantener tecnologías tradicionales en uso, simplemente es más
costoso [2].
Una tecnología que permite realizar una multiplexación de varias señales
ópticas a diferentes longitudes de onda hacia un solo cable de fibra es la
multiplexación por división de longitud de onda (WDM). La tecnología WDM no
logró muchos progresos tecnológicos y comerciales antes, porque la
multiplexación por división de tiempo resultaba de menos coste, para aumentar la
velocidad para la misma capacidad [1].
26
Para visualizar de mejor manera podemos citar un ejemplo: Si queremos
transmitir 16 canales a lo largo de 500 kilómetros utilizando tecnologías
tradicionales, necesitaríamos 16 fibras y un total de 144 elementos de
regeneración y amplificación de señal. En cambio, esto mismo implementado
mediante tecnología WDM, reduciría los dispositivos necesarios a una sola fibra y
seis elementos de amplificación, como se muestra en la figura 3.1 [2]:
TECNOLOGÍA TRADICIONAL 500 km
Configuración de un sistema 16sistema 16 = 144dlsp. totales/fibra
TECNOLOGÍA WDM
Configuración para más de 16 canalesSistema 16 = 6 dlsp. totales/fibra
Amplificador de potencia
Regenerador
Figura 3.1: Comparación de tecnología tradicional y WDM
Otro ejemplo que permite observar el potencial de la tecnología WDM para
transmitir a SOGbps sobre una distancia de 1200 kilómetros, es una comparación
entre 8 y 32 canales en WDM que se puede observar en la figura 3.2 [2]:
27
Figura 3.2: Equipo requerido para una capacidad de SOGbps sobre 1200km
Las tecnologías que usan fibras ópticas aparecen como una solución para
esos problemas en razón de sus ventajas innumerables, como:
A Gran ancho de banda (casi 50 terabits por segundo (Tbps)),
* Baja atenuación de la señal (0,2dB/km),
>• Baja distorsión de la señal,
* Baja potencia necesaria,
A Bajo costo.
La velocidad máxima con que un usuario final (ese usuario final puede ser
una estación de trabajo o un gateway que realice un interfaz con una subred de
velocidad más baja) puede acceder a una red óptica, está limitada por la
velocidad electrónica de los componentes (algunos Gbps). El punto clave en
proyectos de redes de comunicaciones ópticas es el explotar el gran ancho de
banda que ofrece la fibra, desarrollando arquitecturas de redes y protocolos que
combinen simultáneamente en una única fibra transmisiones de múltiples
usuarios. En una red de comunicaciones ópticas esto puede hacerse usando
Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM), Multiplexación por
División de Tiempo (TDM) y Multiplexación por División de Código (CDM).
TDM y CDM ópticos no son muy atractivos, porque ellos exigen una alta
velocidad de proceso electrónico, es en este punto que WDM presenta ventaja.
A continuación, veremos conceptos fundamentales de un Red de
Comunicaciones Ópticas y cómo WDM se utiliza, así como algunos aspectos
referentes a su interoperabilidad con otras tecnologías de transmisión óptica.
3.2 TECNOLOGÍA WDM
3.2.1 CONCEPTO BÁSICO
WDM (Wavelength División Multiplexing) es la tecnología de Multiplexación
por División de Longitud de Onda orientada a transmitir a través de fibra óptica.
Dicho proceso permite que diferentes cadenas de información sean transportadas
a diferentes longitudes de onda y enviadas todas a la vez por una única fibra
óptica.
Los sistemas tradicionales utilizan métodos optoelectrónicos de
amplificación, menos eficientes que los sistemas puramente ópticos utilizados en
WDM. Esto contrasta con los sistemas convencionales basados en fibra óptica en
los cuales solamente una cadena de información es transportada sobre una
ventana de banda estrecha por una única fibra. WDM se añade a los métodos
tradicionales de multiplexación de señales sobre fibra óptica utilizando luz
coherente: Láser, como se observa en la figura 3.3.
Tecnologías tradicionales son TDM (Time División Multiplexing) y CDM
(Code División Multiplexing), que requieren tratamientos electrónicos de la señal.
Al contrario de estas técnicas, WDM suministra cada una de las señales en
frecuencias láser diferentes de tal manera que en la recepción puedan filtrarse
ópticamente.
29
Múltiple PortadoraDeuniltiplexor
WDM
Figura 3.3: Varios longitudes de onda multiplexadas dentro de una misma fibra
En la actualidad existen varios tipos de WDM, como DWDM, UDWDM y
UHDWDM, básicamente analizaremos: WDM Simple (disperso) y WDM Denso
(DWDM).
El WDM simple está estandarizado internacionalmente por la ITU-T G-692
para utilizar longitudes de onda que van desde 1310nm hasta 1550nm, así como
la otra desde 850nm hasta 1310nm (ver figura 3.4), donde la distancia entre los
distintos canales que ocupan la misma fibra es de entre 0.8nm (100GHz) y 1.6nm
(200GHz). Este rango de longitudes de onda se escoge debido a que dentro de
éste, las pérdidas en la fibra óptica son mínimas; exceptuando el pico de pérdidas
existente en 1400nm debido a las cualidades físicas del material[4].
1310jim 1310 + 850^ 1310nm
1310 + 850850 nm 850 nm-
Figura 3.4: WDM simple (4]
Por otro lado existe el WDM Denso o DWDM que utiliza para el mismo rango
de longitudes de onda con un espaciado entre canales menor a 100GHz. Ya se
han probado sistemas con separación entre canales de 0.4nm (50GHz) y 0.2nm
(25GHz) con resultados satisfactorios (ver figura 3.5).
30
Tnuuuiúares Receptores
Separadorseflal
Figura 3.5: WDM Denso [4]
La figura 3.6, muestra el espectro de una fibra usada por ambas tecnologías
al mismo tiempo en diferentes ventanas, donde WDM Simple transmite un canal
en la ventana 1300nm y WDM Denso transmite cuatro canales en la ventana
1550nm.
10.CWB
•110,0dBm
1200.0nm 1400,0hm40fwn/dtv
ICOOOnm
Figura 3.6: Espectro de WDM Simple y Denso sobre una misma fibra [4]
En función del espaciado entre canales utilizado por WDM, podemos
encontrar sistemas de 4, 8, 16, 32 e incluso 80 canales ópticos, lo que permite
alcanzar capacidades de 10, 20, 40, 80 y 200Gbps que es equivalente a tener una
31
capacidad nominal de 2.5Gbps por canal. Por ejemplo, para hacernos una
idea de lo que esto significa, con un sistema de 16 canales de 2.5Gbps de
capacidad nominal, es posible transmitir 500.000 conversaciones telefónicas
simultáneas en una sola fibra.
Las ventanas más usadas son la 1300 y 1550nm. Las pérdidas (atenuación)
son diferentes en cada ventana; como podemos observar en la figura 3.7. En un
rango de 200nm centrado a 1300nm, la atenuación es menor a 0.5dB/km mientras
a 1550nm cerca a 0.2dB/Km. La pérdida pico se encuentra en los 1400nm debido
a las impurezas del Ion hidróxido en la fibra. El número de amplificadores y
repetidores se reduce significativamente debido a las bajas pérdidas de la señal.
El ancho de banda pueden ser de hasta SOTHz en las dos regiones, aunque sea
limitado por las propiedades de la fibra. Además, la tasa de bits errados (BER) es
menor a 10~11 en un sistema de fibra óptica [1].
Figura 3.7: Atenuación en las diferentes ventanas de una fibra óptica [1]
3.2.2 COMPONENTES DE UN SISTEMA WDM
Los componentes de un sistema que usa WDM se ilustran en la figura 3.8:
32
Amplificadorde Potencia Preampüficador
MultiplexadorÓptico
DcmultiplexadorÓptico
Figura 3.8: Sistema WDM
Los láser se usa como transmisores y es un láser para cada longitud de la
onda. Un multiplexor óptico combina estas señales para que ellos se transmitan
en una fibra. Los amplificadores ópticos se usan para inyectar potencia en la
señal óptica para compensar las pérdidas del sistema. En el lado del receptor, el
demultiplexor separa cada longitud de la onda para dárselos a los receptores
ópticos. Las señales ópticas se agregan al sistema a través de WADMs
(multiplexores add/drop de longitud de onda).
3.2.2.1 Fibra Óptica
La fibra es esencialmente un filamento fino de vidrio que actúa como una
guía de ondas. Una guía de ondas es un medio físico o un camino que permite la
propagación de ondas electromagnéticas como la luz. Debido al fenómeno de la
reflexión interna total, la luz puede propagarse a través de la fibra con pequeñas
pérdidas.
La fibra óptica posee muchas características que la hacen un excelente
medio físico para redes de alta velocidad. Dentro de estas características se
resalta como principal la relación entre la atenuación y la longitud de la onda que
presenta, además de las siguientes: la inmunidad a las interferencias y el ruido,
pequeño tamaño y peso, alta resistencia a los agentes químicos y la temperatura,
aislamiento eléctrico y flexibilidad en la expansión de la capacidad.
Para intentar corregir los efectos de la dispersión y de las no-linealidades en
una fibra, se desarrollaron varios tipos de fibras. La opción de un tipo o de otro
33
representa un compromiso entre la calidad que uno quiere obtener y el precio que
uno quiere pagar. Dentro de los varios tipos de fibras se pueden mencionar:
A Fibra multimodo índice gradual,
A Fibra monomodo,
A Fibra con núcleo expandido (LEAF: Large Effective Core Área Fiber),
A Fibra con dispersión no cero (NZ: No Zero),
A Fibra con núcleo expandido, dispersión no cero (NZ) y dispersión plana
(LEAF NZ DFF),
* Fibra con dispersión gerenciada,
A Fibra con dispersión gerenciada y núcleo expandido.
3.2.2.2 Emisores o Fuentes de Luz
El láser (LÁSER: Light Amplificaron by Stimulated Emisión of Radiation) es
responsable de la generación de las señales ópticas a ser transmitidas en un
sistema óptico. Eso se hace a través de la emisión estimulada de fotones, que
permite al láser producir luz coherente a una potencia alta (luz que contiene una o
más frecuencias diferentes).
Haz de Luz
Medio Láser
Espejo de Transmisión
Figura 3.9: Estructura general de un láser
En WDM, las señales eléctricas son convertidas en señales ópticas (luz)
mediante diodos láser cuya longitud de onda se encuentra dentro de un rango
permitido para poder realizar la multiplexación. Los láser utilizados en WDM son
prácticamente iguales que los utilizados para comunicaciones de larga distancia,
34
excepto por la necesidad de que algunos requerimientos sean más críticos y
presenten nuevas exigencias adicionales:
3.2.2.2.1 Ancho Espectral y Ancho lineal:
El ancho espectral necesario en WDM depende del número de canales
usados en cada uno de los sistemas a i mp I ementar y de la tolerancia de sus
componentes, como por ejemplo los demultiplexores. Generalmente, cuanto más
estrecho es el ancho espectral, mejor es el láser, pero esto implica mayores
costes y menor beneficio. Dentro de esta característica se encuentran los láser
DBF (Distributed Feedback) y DBR (Distributed Bragg Reflector) [4].
3.2.2.2.2 Estabilidad de Longitud de Onda:
Generalmente en comunicaciones ópticas, para minimizar los efectos de la
dispersión y el ruido de partición de modo, es necesario una estabilidad muy alta.
Sin embargo, los sistemas WDM necesitan minimizar constantemente las
variaciones de la longitud de onda. Un cambio de 1 ó 2nm no tiene porqué
perjudicar a un sistema WAN tradicional de un solo canal, pero podría provocar
errores en un sistema WDM [4].
3.2.2.2.3 Láser Sintonizarle en Longitud de Onda:
Existen dos tipos básicos: el primero, variando el índice refractivo de la parte
de la cavidad adyacente al enrejado y el segundo, variando la longitud de onda
reflejada por un enrejado externo dentro de una cavidad externa del láser. Este
acercamiento usualmente involucra movimientos mecánicos del enrejado y por
consiguiente es relativamente lento. La capacidad de sintonización es importante
en las redes ópticas. El hecho de que la sintonización en el transmisor o el
receptor sea rápida es fundamental para el rendimiento de sistemas "Broadcast
and Select" en topologías LAN y WAN [4].
3.2.2.2.4 Láser Multi-Longitud de Onda:
Este tipo de láser pueden ser utilizado para implementar una sintonización
muy rápida simplemente seleccionando que longitud de onda será transmitida;
35
aun así, pueden transmitirse simultáneamente varias longitudes de onda. Están
hechos mediante una combinación de láser de diferentes longitudes de onda,
juntos en un mismo sustrato, como se ve en la siguiente figura 3.10 [4].
Moduladores de Láser DBR
1 x NCombinador
Amplificador
Figura 3.10: Láser Multi-Longitud de Onda
3.2.2.3 Multiplexores
En WDM son necesarios dispositivos eficaces para introducir por una única
fibra distintas longitudes de onda. Si se utilizan acoplamientos pasivos en la
multiplexación las señales de luz perderían gran parte de su fuerza. Por otro lado
si se utilizan Rejillas de Littrowo AWGs (Array Waveguide Gratings) o elementos
similares la pérdida se reduce considerablemente. Una típica Rejilla de Littrow
comercial combinando 32 canales tiene una pérdida de unos 6dB por canal (3/4
de cada señal es perdida). Existen AWGs con pérdidas totales de 5dB para 64
canales.
El escoger unos aparatos u otros depende del sistema que queramos
construir. Si un sistema va a utilizar tan solo 4 canales se puede utilizar un
acoplamiento. Por otro lado, si queremos un sistema con mayor número de
canales, un dispositivo de los mencionados será mucho más adecuado [4].
3.2.2.4 Amplificadores y Repetidores
La tecnología WDM permite transmisión de información en un rango amplio
de distancias entre emisor y receptor. En distancias cortas la atenuación de la
36
fibra (mínima para una longitud de onda de 1550nm) y la dispersión (mínima para
1300nm) no representan un gran problema. Sin embargo para largas distancias
estos fenómenos son un factor a tener en cuenta por lo que se requiere el uso de
amplificadores-repetidores. Para hacernos una idea, en los cables transatlánticos
se colocan repetidores cada 75km.
Los repetidores convencionales funcionan transformando la señal óptica en
eléctrica, amplificando ésta última, y transformándola de nuevo a una señal óptica
mediante un diodo láser para de nuevo inyectarla en la fibra óptica con mayor
potencia que antes. Este proceso es complejo e introduce retardos debido a los
dispositivos electrónicos que son necesarios para ello. Este problema se podría
solucionar si todo el camino fuese óptico (all-optical).
Esta solución fue llevada a cabo por la Universidad de Southampton
mediante repetidores/amplificadores ópticos de fibra dopada con erbio (EDFAs:
Erbium Doped Fiber Amplifier). Estos repetidores evitan el tener que convertir la
señal óptica a eléctrica y viceversa, y obviando así los retardos. El funcionamiento
de estos repetidores ópticos se basaba en la posibilidad de amplificar una señal
óptica de longitud de onda 1550nm haciéndola pasar por una fibra de 3 metros de
longitud, dopada con iones de erbio, e inyectando en ella una luz láser de 650nm
(fenómeno que se conoce como bombeo o pumping), consiguiéndose de esta
manera hasta 125dB de ganancia. En la actualidad, los repetidores-amplificadores
comerciales utilizan un láser con una longitud de onda de 980 o 1480nm en lugar
de los 650nm originales.
El número de amplificadores en un tramo se reduce en la misma proporción
que aumenta el número de canales por una sola fibra, lo que aumenta la ftabilidad
del sistema y su complejidad baja. Debido a la alta potencia de los amplificadores
DWDM y su bajo nivel de ruido, se pueden transmitir hasta 32 canales
independientes de 2.5Gbps cada uno, a lo largo de distancias de hasta 600Km sin
necesidad de utilizar repetidores.
37
Los amplificadores dopados de erbio tienen un rango de funcionamiento
limitado en cuando a la longitud de onda de las señales que procesan (figura
3.11):
T).
a
1
2.0
1.0
0.8
0.4
0.2
0.1
RANGO DE GANANCIA ALTA EDFAs
H h
1.2 1.3 1.4 1.5
LONGITUD DE ONDA
1.6 1.7
Figura 3.11: Rango de ganancia de EDFAs
Existen tres tipos básicos de EDFAs:
1. Amplificadores de potencia
2. Amplificadores de línea
3. Preamplificadores
3.2.2.4.1 Amplificadores de Potencia:
Son colocados justo después de la etapa de multiplexado, a la salida del
sistema transmisor. La limitación de estos amplificadores es por lo general la
potencia total de salida.
3.2.2.4.2 Amplificadores de Línea:
Reciben un nivel relativo de señal bajo y deben amplificarlo por el mayor
número de dB posible. Las limitaciones de estos amplificadores son la ganancia,
el ruido que introducen y potencia total de salida.
38
3.2.2.4.3 PreAmplificadores:
Estos amplificadores han de ser bastante sensibles, deben tener un bajo
nivel de ruido y una ganancia aceptablemente alta debido a que generalmente no
necesitan una señal de alta potencia a la salida. Una salida de -20dBm por canal
es normalmente una potencia de salida suficiente.
Al poner muchos EDFAs en cascada sobra una gran distancia, hay que tener
en cuenta la aparición de varios efectos que pueden distorsionar la señal. Estos
efectos son:
1. Ganancia no lineal dinámica de los amplificadores.
2. Generación de fluctuación de potencia.
3. Ruido introducido por los amplificadores.
4. Dependencia de efectos de polarización.
De todos estos efectos sólo los tres primeros son realmente significativos. El
cuarto efecto solamente es importante en sistemas con un alto número de
amplificadores.
Para seleccionar un tipo de amplificador debemos tener en consideración los
siguientes parámetros:
Control de dispersión
Un sistema WDM tiene igual problema de dispersión como en una única
longitud de onda. En un sistema WDM, un láser de espectro mínimo puede usarse
para permitir una separación suficiente entre canales. Además, la dispersión
puede ser mayor cuando la velocidad de canal óptico se incrementa.
Efecto de interferencia
Los canales ópticos en WDM presentan efecto de interferencia mutua dentro
de los dispositivos y durante la transmisión. Los dos efectos más importantes son:
"Stimulated Raman Scattering (SRS)" y "4-way mixing".
39
Amplificadores EDFAs
Se debe seleccionar de acuerdo a la salida del sistema transmisor, teniendo
en cuenta un bajo ruido y una ganancia de gran ancho de banda en los 1550nm,
que presentan bajas pérdidas en la fibra.
Longitud de onda seleccionada
Cuando el espacio entre canales WDM es desigual, el "crosstalk" (ruido)
puede ser eliminado. El espacio entre los canales es calculado, tal que, el
crosstalk ocasionado por 4-way mixing y SRS disminuya entre canales; pero
dentro de ellos.
3.2.2.5 Demultiplexores
Para la recepción de las señales ópticas es necesario el uso de filtros ópticos
que permitan seleccionar (demultiplexar) la longitud de onda que nos interesa.
Son el equivalente a un filtro paso banda de un sintonizador de radio.
Existe tres maneras básicas de realizar la demultiplexación [4]:
1. Dividir la señal mezclada en varias salidas, para filtrar separadamente
cada puerto.
2. Dividir un canal en un tiempo.
3. Dividir un canal óptico entero en una sola operación.
3.2.2.5.1 Red de divisores de 3dB con filtros Fabry-Perot
La figura 3.12 muestra una configuración de 8 puertos, que usa una cascada
de red de 3dB, para dividir la señal en 8 salidas iguales que son filtradas por filtros
Fabry-Perot (FP) para separar cada señal individual de otra.
Para aumentar la selección de longitud de onda y su costo, se puede
reemplazar el filtro FP por un FBGs (Fiber Bragg Gratings) y circuladores, y la
40
cascada de red de 3dB con un equipo de acoplamiento fused-fiber (fibra con
fusible). Esta configuración presenta varias desventajas: Pérdida de la potencia
de la señal muy rápidamente. En redes WAN, un preamplificador óptico se usa
para elevar la señal antes de separarla.
Esto hace difícil de fabricar un demultiplexor con acoplamiento de fibra, pero
si se puede fabricar con tecnología planar que permite superar la desventaja. Su
costo es lineal de acuerdo al número de puertos [4].
Red de acoplamiento
Entrada
Filtros Fabiy-Perot
h
Figura 3.12: Una red de divisores con filtros Fabry-Perot [4]
3.2.2.5.2 Circuladores con FBGs
La figura 3.13 muestra la configuración con 4 puertos de salida. El FBG
refleja la longitud de onda seleccionada hacia el circulador y deja pasar las otras
al siguiente circulador. Esta operación involucra una atenuación de 1dB o menos
por cada circulador, lo que obliga a utilizar un amplificador si son bastantes los
canales utilizados. Esta configuración es muy selectiva y separa muy
estrechamente los canales. Su costo es lineal con el número de puertos [4].
41
Figura 3.13: Demultiplexor de circutador con FBG [4]
3.2.2.5.3 FBG con acoplamiento
Esta configuración ofrece un filtro de banda estrecha con una forma "fíat top"
que es ideal para WDM, y mucho menos costosa (figura 3.14). El problema con
este tipo de demultiplexación es la extremadamente alta pérdida por inserción, las
cuales son 6+10log(n)dB por canal, lo que obliga a preamplificar la señal de
entrada a un nivel alto [4].
M+X2+X3+X4
x4Splitíer
Acopladores de resonancia
\-
FBG
FBG
FBG
FBG
Figura 3.14: Demultiplexor de 3dB con acoplamiento FBG [4]
3.2.2.5.4 Rejillas de Liítrow
Las rejillas de Littrow se puede utilizar como multiplexor y demultiplexor
(figura 3.15). Presenta dificultad al ubicarle mecánicamente en una fibra, debido a
que requiere alta precisión. Su costo es muy elevado. Sin embargo, si los puertos
son más de 20 el Rejillas de Littrow puede ser rentable [4].
42
Figura 3.15: WDM con Rejillas de Littrow [4]
3.2.2.5.5 Ruteador de rejilla de longitud de onda
Los ruteadores de rejilla de longitud de onda (WGRs: Wavelength Grating
Routers) son conocidos también como AWGs. La figura 3.16 muestra el esquema
de un ruteador de longitud de onda con matriz de guía de onda. Se lo puede
reconfigurar como un dispositivo simple WGR para un sistema WDM, tal que,
presente un solo puerto en un lado y múltiples puertos en el otro; además, se lo
puede utilizar en ambas direcciones al mismo tiempo (figura 3.17). Esta ventaja, le
permite ser multiplexor y demultiplexor sobre fibras duales (una en cada dirección)
para conexiones múltiples.
X 1.2.3.
X 1.2,3.
X 1X 2X 3 X 1.2.3^, |
X 1.2.3.
14 3
X 1
Figura 3.16: Ilustración de un ruteador con matriz de guía de onda [4]
43
X 1,2,3
i3
1, 2, 3
Figura 3.17: Multiplexor-demultiplexor de longitud de onda bi-direccional [4]
Un ejemplo es su utilización en una fibra a la casa (FTTH) como un
multiplexor remoto (pasivo) y una red óptica pasiva (PON), como se muestra en la
figura 3.18.
Cnwxftém
X 1.2,3
Figura 3.18: Multiplexor-demuttiplexor de longitud de onda [4]
Un aspecto importante de los WGRs es que presentan hasta 132 puertos
disponibles, pero, su principal problema es la temperatura que debe tener un
excelente control para un funcionamiento estable [4].
44
3.2.2.6 Conmutadores
Hasta ahora hemos conseguido establecer las bases para establecer una
conexión WDM punto a punto. Sin embargo, aún no se estable los principios
tecnológicos para crear redes más generales basadas en WDM. Necesitamos
pues algún tipo de elemento de interconexión que nos permita hacer estas redes.
Estos elementos de interconexión se depositan en tres categorías [4]:
1. Estrella Pasiva y Ruteador Pasivo,
2. Conmutador de División de Espacio y Conmutador Activo,
3. Multiplexor Inserción-Extracción.
3.2.2.6.1 Estrella Pasiva:
Este es un elemento utilizado para el broadcast, de tal manera que una señal
es introducida en una determinada longitud de onda desde una fibra de entrada y
su potencia será dividida entre todos los puertos de salida de la estrella. Todas las
señales de salida tendrán igual forma y longitud de onda que la señal de entrada,
diferenciándose, eso si, en la potencia, que será mucho menor. Las colisiones tan
sólo podrán ocurrir cuando dos o más señales de igual longitud de onda sean
introducidas como entrada.
Si tenemos una estrella con tantas longitudes de onda como puertos de fibra
óptica, una estrella pasiva de N x N puede direccionar hasta N conexiones
simultáneas a través de sí [4].
3.2.2.6.2 Ruteador Pasivo:
Un ruteador pasivo puede encaminar de forma independiente varias señales
de entrada a distinta longitud de onda (por supuesto, si no son de distinta longitud
de onda ocurrirán colisiones) hacia varios puertos de salida. Para hacer esto,
primero necesita demultiplexar las distintas longitudes de onda. Una vez echo
esto, multiplexa las señales deseadas es cada uno de los puertos de salida. Por
ejemplo, podemos hacer que tres señales de longitud de onda Xi, \2 y ^3
respectivamente incidentes en el puerto 1 de entrada sean enviadas en las
45
mismas longitudes de onda a los puertos de salida 1, 2 y 3 respectivamente. La
manera más sencilla de construir estos routers es mediante multiplexores y
demultiplexores colocados de forma consecutiva y estableciendo las conexiones a
nuestra conveniencia, según se muestra en la figura 3.19 [1-3]:
DMIUX MuxFigura 3.19: Interconexión WDM para N puertos de entrada-salida y M longitudes de onda [3]
La elección de encaminar las señales de entrada a un puerto de salida u otro
se realiza de forma pasiva (de ahí router pasivo), es decir se establecen
internamente las conexiones y no pueden ser alteradas dinámicamente.
De la misma forma que antes, suponiendo que tenemos tantas longitudes de
onda como puertos de fibra, un router pasivo de N x N puede direccionar hasta N2
conexiones simultáneas a través de sí. Sin embargo, un router pasivo no tiene la
posibilidad de emitir en broadcast. Estos routers están siendo ya comercializados
y se conocen también como Latin Routers, Waveguide Grating Routers (WGRs),
Wavelength Routers (WRs) [1-3].
3.2.2.6.3 Conmutador de División de Espacio
Este dispositivo está diseñado para permitir que cualquier puerto de entrada
pueda ser conectado a cualquier puerto de salida. Están fabricados con sencillos
interruptores ópticos digitales como se muestra en la figura 3.20:
46
Figura 3.20: Conmutador de división de espacio óptico 4x4 [4]
Solamente una longitud de onda está presente en cualquier fibra de entrada.
Esta debe ser multiplexada antes de introducirla en las entradas de la misma
forma que explicamos en el apartado anterior. Este aparato es bidireccional, con
lo que cuando los dos puertos (de salida y de entrada) están conectados, pueden
ser utilizados en ambas direcciones. Los interruptores ópticos digitales pueden ser
sustituidos por conectores en cruz como se muestra en la figura 3.21.
Figura 3.21: Conmutador óptico con conectores en cruz (cross-connect) [4]
47
3.2.2.6.4 Conmutador Activo:
Añadiendo una serie de Conmutadores de División de Espacio al router
pasivo, conseguimos que las interconexiones entre los puertos de entrada y salida
puedan ser reconfigurados electrónicamente. Esta idea se muestra en la figura
3.22 [3].
Figura 3.22: Estructura de conmutador activo [4]
Si utilizamos conversones de longitud de onda, como se muestra en la figura
3.23, estos permiten tener una configuración con dominio tanto en longitud de
onda como en espacio que permiten proveer una conectividad universal [1].
Demoltiplexor Conmutador Conversar MntóplexorWDM Óptico Longitud de onda WDM
Figura 3.24: Conmutador óptico con conector en cruz y conversor de longitud de onda [4]
48
3.2.2.7 Multiplexor Insercíón-Extracción de Longitud de Onda
Los multiplexores inserción-extracción de longitud de onda (WADM:
Wavelength Add-Drop Multiplexors) permiten añadir o retirar un único canal de
una multiplexación de canales WDM sin interferir sobre dichos canales. La idea
básica se muestra en la figura 3.25, mediante este esquema permitimos que
estaciones intermedias sean capaces de recoger información de una red, sin que
el resto de los canales se vean afectados [4][1].
Multíplexor Add-Drop
EstaciónIntermedia
Figura 3.25: Multiplexor Inserción-Extracción [4]
Existen distintos métodos para construir los multiplexores inserción-
extracción, entre ellos se pueden destacar [1-4]:
1. Red de rejillas de longitudes de onda,
2. Circuladores con FBGs (Fiber Bragg Gratings),
3. Cascadas de filtros interferométricos de Mach-Zehnder (MZIs).
3.2.2.7.1 Red de Rejillas de Longitudes de Onda
Además de las características ya mencionadas de tos multiplexores
inserción-extracción genéricos, este sistema permite añadir o retirar más de una
longitud de onda a la vez. Por otra parte, las perdidas de señal por cada canal
añadido o eliminado son de 5 y 10dB por cada canal que deja pasar. Este sistema
necesita ecualización para que todas las señales tengan la misma potencia [1-4].
49
1,2.3 ^ 1,2,_31
Figura 3.26: Muitiplexor Add-Drop de matriz de longitud de onda [4]
3.2.2.7.2 Circuladores con FBGs (Fiber Bragg Gratíngs):
El esquema de este tipo de multiplexores se muestra en la figura 3.27:
Circuladores SaHda
Entrada
PuertoExtracción
PuertoInserción
Figura 3.27: Multiplexor Add-Drop usando FBG y circulador [4]
En este caso, el canal añadido debe que tener la misma potencia y longitud
de onda que el que se acaba de retirar. Esta configuración tiene una pérdida de
señal de 3dB y es apropiado para redes MAN donde muchos nodos están
conectados por un bucle de fibra única [1-4].
50
3.2.2.7.3 Cascadas de Filtros Interferométricos de Mach-Zehnder:
Este tipo de multiplexores están en proceso de desarrollo por IBM Research
(ver figura 3.28). En ellos la longitud de onda que queremos retirar se tiene que
sustituir por otra que queramos añadir. El problema de este método es el gran
tamaño de los dispositivos (30-40cm de largo) lo que dificulta su implementación
mediante tecnología plana.
Extracción
IX. X. X. X. X.
Extracción Ai
Inserción
Entrada
m Entrada
Salida
CorrienteTérmica
X. X. X. ¿4 fc A*
Figura 3.28: Multiplexor Add-Drop usando una cascada de interferómetros Mach-Zehnder [4]
Los multiplexores Add-Drop y los conectores en cruz para un sistema WDM
establecen las bases de las redes de multiplexación en longitud de onda. Con
ellos, las redes ópticas pueden ser reconfiguradas para optimizar el tráfico,
congestión, crecimiento de las redes, etc. A medida que dichas redes van
creciendo, las longitudes de onda accesibles son limitadas. Esto lleva a introducir
elementos ópticos de interconexión con conversión de longitud de onda.
51
3.2.2.8 Conversones
Cuando una red es escalada a un tamaño considerable, la distribución de
longitudes de onda únicas son muy difíciles e incluso imposibles. A pesar de
haber una cantidad muy elevada de longitudes de onda, solo algunas de ellas son
accesibles en la práctica. Una red podría, por ejemplo, disponer de muchos
canales libres en cada uno de sus enlaces, y sin embargo que ninguna longitud
de onda estuviera disponible para comunicar dos terminales. Supongamos, por
ejemplo, una red como la de la figura 3.29:
J Estación de acceso: Contiene Transmisores y Receptores (rintonizables)
o Conmutador: Contiene conmutadores y amplificadores fotóme oí,conversares de longitud de onda.
Figura 3.29: Esquema de una red WDM
Imaginemos que sólo existen dos canales en todos los enlaces de la red (a
longitudes de onda X y Xi) y que las terminales A y B están manteniendo una
comunicación como la indicada a la figura, a la longitud de onda indicada.
52
Imaginemos ahora que D quiere establecer una comunicación con C, a una
longitud de onda A.I. Pues bien, con lo que sabemos hasta este momento, no
podríamos establecer tal comunicación, a pesar de tener un canal libre en el
enlace entre los nodos NI y N2 al terminal C, debido a que ocurriría una colisión.
Por ello se introduce el concepto de conversor de longitud de onda. Si
nosotros consiguiésemos, de alguna manera, convertir una señal con una longitud
de onda dada en otra que transporte la misma información, pero con distinta
longitud de onda, conseguiríamos resolver el problema. Esta idea está aún bajo
investigación, pero existen principios que indican que es posible. Estos principios
escapan del nivel de este trabajo y no los estudiaremos en mayor profundidad que
su mención:
1. Ganancia en amplitud crosstalk en amplificadores de semiconductor
óptico (SOAs: Semiconductor Optical Amplifiers).
2. Modulación fase-cruzada en SOAs.
3. Four-wave mixing (FWM) en SOAs. Este es el más grande problema de
sistemas WDM, cuando dos o más ondas viajan en la misma dirección y
fibra, la señales se mezclan y producen nuevas señales en el mismo
intervalo de espacio y longitud de onda como las señales mezcladas.
4. Generación de frecuencias diferentes (DFG: Difference frequency
generation). Este es un efecto no lineal dentro de una guía de onda a
niveles alta potencia.
5. Cambio de frecuencia con moduladores acústico-ópticos. Permiten
conseguir cambios de longitud de onda con una alta frecuencia acústica.
3.3 REDES WDM
3.3.1 REDES DE SELECCIÓN Y BROADCAST
Las primeras redes ópticas que se hicieron eran por lo general redes
basadas en el broadcast, utilizando fundamentalmente las estrellas pasivas. Los
53
usuarios de estas redes transmitían sus señales al acoplador en estrella y éste la
distribuía de forma pasiva entre todos los demás nodos de la red. En la figura 3.30
podemos observar esta idea de forma simplificada [3]:
Unicast
Multictut
AcopladorPasho Estrvüa
Estación deTrabaja
Figura 3.30: Red WDM de selección y broadcast [1]
Los usuarios a los que fuese destinada la información (identificable mediante
las direcciones de destino propias del protocolo utilizado, e independiente de
WDM), aceptaban o no esta información mediante las técnicas de
demultiplexación que comentamos en apartados anteriores.
Los terminales podían elegir la longitud de onda en las que emitían de forma
estática o dinámica. Los retardos de propagación no permitían que fueran usadas,
por lo general, por redes MAN y WAN, mientras que resultaban útiles, pero
costosas, para redes LAN y pequeñas MAN. Las primeras redes constaban de 16
a 32 nodos generalmente [3].
54
3.3.2 REDES ADM
A medida que pasaba el tiempo, y los descubrimientos tecnológicos lo
permitían, se empezaron a utilizar multiplexores Add-Drop para construir las
redes. La estructura de un típico ADM (Add-Drop Multiplexor) anillo es el que se
muestra en la figura 3.31 [4]:
MrtfclenrAdd-Dxif
CnexbwcElectrírieas
FwxteKbd&Lnwiteidemia
tenia «toenú fibra
Figura 3.31: Red WDM con ADM y múltiple longitud de onda [4]
Todos los nodos de la red están conectados por dos enlaces bidireccionales,
lo que permite una operación continua en caso de que uno de los anillos se
rompa. Cada elemento ADM atenúa la señal WDM de 2 a 6dB. En grandes WANs
utilizando redes ADM las señales son ecualizadas y amplificadas en cada bloque
ADM. El control de este tipo de multiplexado puede ser dinámico para que así los
usuarios puedan decidir que señales introducir y que señales sacar de la red en
cada momento[4].
55
3.3.3 REDES CON RUTEADOR DE LONGITUD DE ONDA
Además de estas dos configuraciones de redes que hemos visto, existen las
redes de ruteado de longitud de onda, que son las más sencillas de las redes
nodales. La red consta de un número concreto de conmutadores activos
conectados por en^ces de fibra donde cada terminal está conectado a un
conmutador activo mediante otro enlace de fibra [1], como se muestra en la figura
3.29.
En este diagrama, todos los enlaces son bidireccionales. Los terminales A y
C conectados a través de los nodos (conmutadores activos) 1, 6 y 7 utilizando Xi,
mientras que los terminales B y F están conectados a través de los nodos 4, 6, 7 y
8 utilizando \2- Ambos caminos se solapan entre los nodos 6 y 7. En este caso las
longitudes de onda son diferentes, por lo que no hay interferencia entre las
comunicaciones (colisiones) [1].
Sin embargo, si los nodos tiene conversión de longitud de onda esto no sería
necesario y los terminales podrían establecer la comunicación utilizando la misma
longitud de onda, siendo los nodos quienes se ocuparán de cambiar las
longitudes de onda para que no interfiriesen [4]. Esto simplificaría los emisores y
receptores de los equipos terminales permitiendo que la complejidad del sistema
se redujese a los nodos [4].
3.4 ESTÁNDARES PARA WDM
La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) está trabajando en
varias normas de estandarización para la operación de enlaces WDM y de redes
ópticas. Aunque existen muchas discordancias, la industria ha adoptado algunos
aspectos de ellos.
El estudio del Grupo 15 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones-
Telegrafía (UIT-T), ha desarrollado una serie de estándares para las redes ópticas
56
que se encuentran en la serie G-nmc. A continuación se presenta la referencia de
cada recomendación:
G-655 Características de un cable de fibra óptica monomodo con dispersión
desplazada no nula.
G-662 Características genéricas de los dispositivos y subsistemas
amplificadores de fibra óptica.
G-663 Aspectos relacionados con la aplicación de los dispositivos y subsistemas
de amplificadores de fibra óptica.
G-671 Características de transmisión de los componentes ópticos pasivos.
G-681 Características funcionales de los sistemas de línea intercentrales y de
larga distancia que utilizan amplificadores ópticos, incluida la
multiplexación óptica.
G-691 Interfaces ópticas para sistemas STM-64, STM-256 y otros sistemas SDH
con amplificadores ópticos.
G-692 Interfaces ópticas para sistemas multicanales con amplificadores ópticos.
G-957 Interfaces ópticas para equipos y sistemas relacionados con la jerarquía
digital síncrona.
G-958 Sistemas de línea digitales basados en la jerarquía digital síncrona para
utilización en cables de fibra óptica.
3.5 APLICACIONES DE WDM
3.5.1 GENERALIDADES
El principal uso de WDM es reemplazar sistemas que operan basándose en
otras tecnologías de transmisión sobre fibra óptica. Hoy en día se requiere la
instalación de redes de comunicación cada vez más rápidas y con más ancho de
banda. Son muchas las redes que incorporan fibra óptica en su infraestructura y
que por tanto pueden beneficiarse de la tecnología WDM. Esta tecnología es
aplicable tanto a largas como a cortas distancias y tiene la ventaja de que no es
necesario, la mayor parte de las veces, el sustituir la fibra ya existente. El uso de
57
WDM permite dotar a la fibra ya instalada de más capacidad casi de manera
inmediata. Esta característica es muy valorada por los múltiples usuarios que
cada vez requieren más ancho de banda y más velocidad en sus comunicaciones
debido a la aparición de medios de comunicación como Internet (Páginas WEB,
Correo Electrónico, Videoconferencia, Televisión por Cable, Multimedia, etc...)
Por otro lado los proveedores de servicios pueden ofrecer sin dificultad
cualquier tipo de tráfico de voz, datos y/o multimedia sobre protocolos como IP ó
ATM con transmisión síncrona SDH o SONET, todo esto por supuesto sobre fibra
óptica:
En 1998 el uso más extendido de WDM fue en sistemas punto a punto para
larga distancia. Pero es previsible que esta tecnología será utilizada en un futuro
próximo en redes locales LAN y en entornos de mayor tamaño MAN y WAN. Otra
aplicación útil de WDM es la construcción de anillos ópticos que permiten
monitohzar el resultado del envío al transmitirse la misma información en dos
longitudes de onda distintas, por lo que es muy sencilla la detección de errores de
transmisión.
3.5.2 LARGA DISTANCIA CON WDM
Al tiempo que las redes de larga distancia fueron siendo sustituidas por fibra
óptica, se pensó que la capacidad teórica de la fibra sería suficiente para cubrir el
ancho de banda necesario para siempre. Se ha demostrado que esto no es así
con las tecnologías existentes. Como resultado, los proveedores de
comunicaciones a larga distancia basadas en fibra óptica fueron los primeros en
invertir en equipamientos con tecnología WDM, para maximizar la capacidad de
sus redes.
Para hacernos una idea, hoy en día en los Estados Unidos todas las grandes
compañías implementan gran parte de sus redes de larga distancia con
tecnología WDM. Compañías como WorldCom y Qwest han introducido esta
tecnología en Estados Unidos. En Europa también hay compañías importantes
que han apostado por el WDM. Por ejemplo, Telefónica en España, France
58
Telecom en Francia y British Telecom en el Reino Unido, han estado
experimentando con WDM para sus infraestructuras.
Las comunicaciones internacionales a larga distancia entre continentes son
un mercado particularmente atractivo para WDM, debido a las altas velocidades
de transmisión asociadas a estas aplicaciones. Para hacemos una idea de lo
importante que son hoy en día las líneas de larga distancia tanto submarinas
como terrestres, podemos ver en el mapa siguiente las líneas de fibra óptica
existentes y en proyecto que hay en Europa.
>f • * "L-^^"*^™, J- JL L \>
V-^-- Í"~ ^T\TAV; i,;•?>•'. " -ii^r*;^
W \ " ""*•'•,. „"" ** - -v, _
La tecnología WDM tiene un importante papel que jugar en los cables submarinos
intercontinentales debido al rápido crecimiento de la demanda de comunicaciones
intercontinentales como resultado de la globalización del comercio. Igual que en
las comunicaciones terrestres con fibra óptica, WDM es útil para mejorar sistemas
viejos; pero tiene requerimientos adicionales, debido a la necesidad de transmitir
a distancias de hasta 12000km, con velocidades de hasta 2.5Gbps por canal y un
número de canales de entre 4 y 32. La tecnología para larga distancia con WDM
será demandada cada vez más. Esto permitirá a los ingenieros diseñar redes
submarinas más complejas con más puntos en tierra y la habilidad de flexibilizar
el tráfico en las redes submarinas.
59
3.5.3 CORTA DISTANCIA CON WDM
A pesar que el mercado de WDM últimamente está orientado a las redes
públicas de comunicaciones a larga distancia, la fibra también se puede aplicar a
comunicaciones locales. Las compañías de teléfono locales han hecho uso
extensivos de fibra óptica en los últimos años. Inicia I mente se usó para conectar
entre sí oficinas locales, pero ahora está siendo impulsado hacia el anillo local.
Ciertos segmentos de estas redes se prestan a ser desarrolladas con WDM.
Las compañías de teléfono locales están siendo presionadas por la competitividad
para instalar más fibra debido a la aparición de proveedores alternativos. Se prevé
que la tecnología WDM ocupará un segmento bastante significativo dentro del
mercado de comunicaciones locales en los próximos años, permitiendo así a las
empresas comerciales diseñar productos especialmente dedicados a este
segmento.
Otra aplicación de corta distancia para WDM está siendo últimamente el
intento de llevar fibra óptica hasta los usuarios finales de las redes como casas,
comercios y edificios industriales. A pesar de muchos experimentos, para
pequeños usuarios no está teniendo mucho éxito, aunque para grandes edificios
comerciales e industriales está siendo una solución bastante efectiva.
En el presente se están realizando propuestas para realizar redes ópticas
pasivas, PONs (Passive Óptica! Networks), que podrían proporcionar un gran
ancho de banda, tanto en casa como en la oficina.
El acceso a dicho ancho de banda permite que los usuarios utilicen distintos
métodos de acceso como son el TDMA (Time División Múltiple Access), WDMA
(Wave División Múltiple Access), CDMA (Code División Múltiple Access) y SCMA
(Subcarrier Múltiple Access). Así, parece que las PONs pueden surgir como
importantes métodos de acceso.
60
3.5.4 TELEVISIÓN POR CABLE Y BROADCASTING CON WDM
Los operadores de televisión por cable han pasado a utilizar fibra óptica
desde mediados de los años 80, reemplazando así a las líneas de cable coaxial.
Se eliminan así las largas cadenas de amplificadores necesarias para mantener la
calidad de las señales de vídeo. Sin embargo, la tecnología WDM no es utilizable
hoy en día para la transmisión de vídeo por fibra óptica. Aun así, se cree que esto
puede cambiar en un futuro próximo. De hecho, actualmente Phillips Broadband
Networks y Artel Video Systems Inc. se han aliado para el desarrollo de sistemas
de broadcast con tecnología WDM.
Las compañías de televisión por cable tienen que esforzarse en el desarrollo
de redes bidireccionales con el objetivo de competir con los proveedores de
Internet y las compañías de teléfono. La introducción de redes ópticas en los
sistemas no cambia esta situación. Esto es posible mediante la utilización de
WDM bidireccional, que permite transmitir datos en ambos sentidos por una única
fibra.
3.5.5 LANS CON WDM
En los últimos años no han existido prácticamente equipos con tecnología
WDM preparados para operar en redes privadas. Existen algunos ejemplos de
estas redes sobre todo en centros corporativos de datos (bases de datos privadas
principalmente) donde WDM tiene sentido debido a la necesidad de transferir gran
cantidad de información al mismo tiempo dentro de esas redes. Aun así, se
espera que en los próximos años esta tecnología se vea impulsada en el ámbito
de las redes privadas.
La idea de las aplicar comunicaciones ópticas a las redes LAN parece no
haber cuajado lo suficiente en los últimos tiempos. Sin embargo, ha habido
experimentos para conseguir aplicar efectivamente la fibra óptica en redes LAN,
utilizando técnicas de acceso al medio similares a las utilizadas en redes
broadcast como las redes de difusión de televisión por cable. De todas formas
estos esquemas prácticamente no han salido de los laboratorios.
El cambio surgió de la promesa hecha por la empresa BATM Advanced
Communications de desarrollar una aplicación con WDM para redes LAN; además
la empresa 3COM también parece haber trabajado en este sentido. De todas
formas parece que este tipo de redes LAN con tecnología óptica WDM se darán
en el futuro con lentitud y principalmente en redes muy especializadas.
3.5.6 WANS CON WDM
No existe ninguna duda de que las grandes corporaciones están
experimentando una necesidad de incrementar los anchos de banda de sus
WANs. Esto debería ser motivante para los fabricantes de equipos de WDM que
han apostado por las redes de dichas corporaciones. Sin embargo, es importante
darnos cuenta que los anchos de banda requeridos por los usuarios de dichas
corporaciones son mucho menores que los necesitados por los que proporcionan
los servicios. De esta manera, no existe nadie mejor que estos últimos para darse
cuenta de los límites de TDM. Además, la mayoría de las corporaciones tienen la
posibilidad de usar otros servicios de red de alta velocidad, que aunque de ancho
de banda menor, sería suficiente para sus necesidades actuales, haciendo que la
necesidad de una instalación de fibra hiciese mínima la relación necesidad-
calidad-precio. De esta manera, el uso de WDM en WANs de corporaciones es
principalmente restringido, hoy en día, a las compañías que ofrecen servicios de
comunicación.
CAPITULO IV
ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN Y TECNOLOGÍA
EXISTENTE
4.1 RED DE ANILLOS DE LOS VALLES EN EL DISTRITO
METROPOLITANO DE QUITO
La red de transmisión del Distrito Metropolitano de Quito está formada por 5
zonas y permite la interconexión del tráfico de cada una de las centrales
existentes en las mismas, a través de anillos SDH auto recuperables y agregados
STM-4, STM-16 y un centro que permite la gestión de los elementos de red y de
anillos.
La red de transmisión presenta una red de cable de fibras ópticas constituida
por cable monomodo de 1 SOOnm, cuya capacidad es 24 fibras con una longitud
total de 188.5 kilómetros, la figura 4.1 ilustra la red de cables de fibras ópticas al
2001 del Distrito Metropolitano de Quito.
Los anillos de los valles en el Distrito Metropolitano de Quito presentan las
siguientes características:
Anillo
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Cumbayá
Enlace
VFL-CNC
CNC-SNG
SNG-SNF
SNF-ET
ET-MJS
MJS-QCN
QCN-VLF
MSC-CMY
Distancia
[km]
12.5
8.2
5.8
4.4
9.0
7.0
4.0
9.7
Modo de
propagación
Monomodo
Monomodo
Monomodo
Monomodo
Monomodo
Monomodo
Monomodo
Monomodo
Longitud
de onda
[nm]
1.3
1.3
1.3
1.3
1.3
1.3
1.3
1.3
Jerarquía
STM-N
STM-1 6
STM-16
STM-1 6
STM-16
STM-16
STM-16
STM-16
STM-4
Tipo de
protección
SNC/P
SNC/P
SNC/P
SNC/P
SNC/P
SNC/P
SNC/P
SNC/P
Número
de fibras
2
2
2
2
2
2
2
2
63
Anillo
Cumbayá
Cumbayá
Cumbayá
Enlace
CMY-IÑQ
IÑQ-MSC
CMY-TMB
Distancia
[km]
14.0
5.2
4.4
Modo de
propagación
Monomodo
Monomodo
Monomodo
Longitud
de onda
1.3
1.3
1.3
Jerarquía
STM-N
STM-4
STM-4
STM-4
Tipo de
protección
SNC/P
SNC/P
APS 1+0
Número
de fibras
2
2
1
Tabla 4.1: Características de los anillos de los valles
Dentro de este análisis la red de transmisión para el valle presenta una
longitud total de 50.9 kilómetros, mientras que para Cumbayá 28.9 kilómetros y un
enlace punto-punto entre la central Cumbayá y la central Tumbaco de 4.4
kilómetros.
4.1.1 CENTRALES DE LOS ANILLOS DE LOS VALLES EN EL DISTRITO
METROPOLITANO DE QUITO
La red actual del Distrito Metropolitano de Quito y de los Valles sirven para
alrededor de 430335 abonados con la ayuda de 21 centrales de abonados, De
este número de abonados el 18% corresponde al anillo del Valle y el 4% al anillo
de Cumbayá, indicando que no se tomaron en cuenta los abonados de las
centrales que sirven de cross-conect con los otros anillos del Distrito
Metropolitano de Quito.
El anillo del Valle, figura 4.2, presenta 7 centrales digitales con diferentes
tecnologías: ALCATEL, ERICSSON, NEC. En este anillo existen dos "Cross-
Conector" que se encuentran en Quito Centro y Villa Flora.
El anillo de Cumbayá, figura 4.3, presenta 4 centrales digitales con
tecnología ERICSSON. Este anillo presenta dos "Cross-Conector" en Iñaquito y
Mariscal Sucre.
64
Figura 4.1: Re de Transporte Anillo de Fibra Óptica para D.M.Q.
IZS
Km
n
VFL
?
Ctu
4.
0Kr l
o o. £L 01
CN
CSN
G
STM
-16
2F
SN
C/P
7.0K
m nw
9.0K
m
O
QC
NM
NJ
W
SNF
O) en
66
u
u.
i
c INiñ
v:
Figura 4.3: Anillo de Cumbayá
67
4.2 ENCAMINAMIENTO DEL TRÁFICO LOCAL, REGIONAL,
NACIONAL E INTERNACIONAL
ANDINATEL S.A. presenta un esquema de jerarquía de encaminamiento de
zonas y centrales y enrutamiento básico para tráfico local, regional y nacional, que
se lo indica en la figura 4.4.
El encaminamiento actual internacional saliente y entrante de las centrales
está representado en la figura 4.5. Se puede observar una mezcla de flujos de
tráfico local e internacional.
NUMERO DE CENTRALES
ACTUAL
Cl
es
CP
Ruta finalRuta de alto uso
Desborde de tráfico nacional
MEDIANOPLAZO
LARGOPLAZO
Figura 4.4: Jerarquía de zonas y centrales y enrutamiento básico
68
RED INTERNACIONAL
CS
CPTÁNDEM
CL
Ruta finalRuta de alto usoDesbordamiento
Figura 4.5: Enrutamiento para tráfico internacional automático
4.2.1 ENCAMINAMIENTO DE TRAFICO LOCAL
Para el tráfico local, el encaminamiento en los anillos del Valle y Cumbayá en
el D.M.Q. se ilustra en la figura 4.6 :
69
QCN44'
i1
íi
k j i 4! k 'MVMSC1
t ti ii i
IÑ(
S '
34'
Desbordamiento
Figura 4.6: Encaminamiento del tráfico local
En el encaminamiento de tráfico local, se observa que existen tres zonas de
tándem: Quito Centro, Mariscal Sucre e Iñaquito, tanto para el sur, centro y norte
con las siguientes asignaciones:
Zona Tándem QCN4 Zona Tándem MSC1 Zona Tándem INQ4
Monjas
Estación Terrena
San Rafael
Sangolquí
Conocoto
Villa Flora
Cumbayá
Tumbaco
Villa Flora
Cumbayá
Tumbaco
70
La jerarquía de Quito Centro 4 (QCN4), Mariscal Sucre 1 (MSC1) e Iñaquito
4 (IÑQ4) es Quito Tránsito 2 (TDQ2).
4.2.2 ENCAMINAMIENTO DE TRÁFICO REGIONAL Y NACIONAL
En la figura 47 se ilustra el encaminamiento del tráfico regional y nacional
del Distrito Metropolitano de Quito, en donde se encuentra inmerso los anillos del
Valle y Cumbayá.
i. til I BUL ti(Pli
<C-}HÍJir. J
_.-. -*-..CfNIS*lft
Figura 4.7: Encaminamiento de tráfico regional y nacional
La salida regional se realiza por TDQ2 con un desbordamiento en TDQ1.
Para la salida de TDQ1 hacia los destinos nacionales, hay un desbordamiento en
TDQ2. Esto indica que para el encaminamiento, TDQ2 está considerado como
jerarquía superior a TDQ1.
71
4.2.3 ENCAMINAMIENTO AL SISTEMA INTERNACIONAL
El encaminamiento actual internacional saliente y entrante de las centrales
es representado en la figura 4.8:
Figura 4.8: Encaminamiento actual del tráfico con destino internacional
4.3 PREVISIÓN DE LA DEMANDA
La explotación y la gestión de una red telefónica debe ser orientada
ampliamente hacia el futuro, por lo cual es fundamental tomar las decisiones a
partir de previsiones establecidas sobre la base de informaciones, análisis y
evaluaciones. Para obtener previsiones válidas se necesita información precisa y
completa, tanto de condiciones pasadas como presentes, que permitan, según
sea el caso, establecer un plan de inversión para la realización económica de los
proyectos.
A fin de satisfacer la demanda o, en otros casos, efectuar una repartición
(determinación de los sectores donde la inversión es más urgente) para reducir la
inversión total si la situación económica del país lo justifica. Los gastos producidos
por las previsiones son muy bajos comparados con la cantidad a invertir en las
72
redes. Por lo cual es importante, técnica y económicamente, que las previsiones
sean establecidas a corto, mediano o largo plazo y de la mejor manera posible.
4.3.1 CONCEPTOS BÁSICOS DE PREVISÓN DE LA DEMANDA
Una red de telecomunicaciones no evoluciona linealmente en el tiempo,
evoluciona de acuerdo a una ley logística tal como se ilustra en la figura 4.9, la
curva de crecimiento se caracteriza por tener un crecimiento exponencial al
comienzo y por una disminución exponencial del crecimiento al final, cuando las
series cronológicas convergen hacia un nivel de saturación, en general presentan
las siguientes fases:
1. Una fase de crecimiento lineal lenta o inicial
2. Una fase de crecimiento acelerado
3. Una fase de crecimiento lento o de saturación
CANTIDAD DC LINEASPRINCIPALES
PUNTO DE CRECIMIENTO SATURACIÓN TIEMPOPARTIDA RÁPIDO
Figura 4.9: Fases de crecimiento de la demanda
4.3.1.1 Fase de crecimiento lineal lenta o inicial
En esta fase inicial la demanda proviene principalmente del sector industrial,
comercial y público. Esta fase es muy importante ya que permite la instalación de
la red de telecomunicaciones elemental. La demanda residencial de uso privado
es pequeña en esta fase.
73
4.3.1.2 Fase de crecimiento acelerado
Gracias a un desarrollo económico más avanzado, la importancia de la red
aumenta en los sectores:
Comercial: que demanda una calidad de servicio y una infraestructura
indispensable a su desarrollo.
Residencial: que transforma el bien de lujo que era el teléfono a un bien
de equipamiento corriente.
Esta fase se caracteriza por una situación de escasez debido a que la demanda
potencial es ampliamente superior a la oferta.
4.3.1.3 Fase de crecimiento lento o de saturación
Se llega a esta fase cuando el porcentaje de equipamiento residencial se
ubica entre el 80 y 100%. La composición de la demanda se modifica levemente,
no solo se compone de nuevas demandas sino que se diversifican en:
- Transferencia
- Demanda de sobreequipamiento residencial
- Demanda comercial por nuevos servicios
4.3.1.4 División del mercado
El mercado telefónico es muy heterogéneo; la demanda puede proceder de
dos fuentes principales: los particulares y las empresas o administraciones. Estas
dos fuentes de demanda no tienen las misma necesidad, las primeras presentan
necesidad privada (utilización del teléfono con fines personales), los otros una
necesidad económica o administrativa (problemas de gestión y de relaciones que
requieren una o varias líneas telefónicas).
Esto conduce a una primera distinción de dos tipos de categorías:
74
1. Abonados residenciales
2. Abonados comerciales
4.3.1.4.1 A bañados residenciales
El equipamiento de los residenciales se efectúa, en general, en la fase de
crecimiento rápido de la red. Su porcentaje de equipamiento por vivienda o por
familia está determinado por una ley logística.
4.3.1.4.2 Abonados comerciales
La demanda a este nivel procede de dos fuentes, por un lado el aumento de
líneas por establecimiento, relacionada al desarrollo de la actividad de esos
establecimientos, y por otro lado el aumento de la cantidad de establecimientos,
relacionada con el desarrollo económico.
Para realizar una previsión, necesitamos dos tipos de datos:
- Socio-económicos
- Telefónicos
Los datos socio-económicos suponen una división administrativa que
fragmenta el territorio, mientras, los datos telefónicos necesitan la instalación de
un sistema estadístico interno a la administración.
4.3.2 SITUACIÓN ACTUAL Y PROYECCIÓN AL AÑO 2005
La capacidad proyectada para el año 2005 en los anillos de fibra óptica en el
Distrito Metropolitano de Quito y los Valles, ha sido fijada por ANDINATEL S.A. en
alrededor de 565000 líneas, con una penetración del 25% calculada en relación a
la población del D.M.Q. y los Valles en el año 2005 estimada en 2260000
habitantes.
75
La capacidad actual de las centrales en los anillos del Valle y Cumbayá, se
encuentra detallada en la tabla 4.2:
ANILLO
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Cumbayá
Cumbayá
Cumbayá
Cumbayá
CENTRAL
Quito Centro
Villa Flora
Conocoto
Sangolquí
San Rafael
Est. Terrena
Monjas
Ma. Sucre
Cumbayá
Iñaquíto
Tumbaco
CÓDIGO
QCN
VLF
CNC
SNG
SNF
ET
MNJ
MSC
CMY
INQ
TMB
ABONADOS
28655
38321
8626
8048
11836
0
9332
76115
9423
78264
5651
Tabla 4.2: Capacidad de abonados por central al año 2001
Se propone la siguiente gestión para determinar la capacidad en cada zona
de cobertura de cada sitio de la red existente:
A partir de los datos del Instituto Nacional de Estadísticas y Censo, del
número de viviendas y penetración telefónica por zona en 1990, se estima el
número de viviendas para los años 2001, 2005 y 2010 por zona conservando la
misma distribución del año 1990.
F(.A) (i.1990).F (A)
donde:
F(i,A) designa el número de viviendas residencíales en la zona i en el año A
76
Ftotai(A) designa la población total expresada en número de viviendas en el
año A
Ftotai(1990) designa la población total expresada en el número de viviendas en
1990
La repartición de la capacidad total proyectada en zona fue obtenida al
combinar dos escenarios de evolución extremos. El primero corresponde a una
densidad uniforme en el Distrito Metropolitano de Quito y los Valles como
proyección del estudio, el segundo a una densidad que depende únicamente del
histórico suponiendo que la ley de distribución de la densidad telefónica de
diferentes zonas es constante. La densidad telefónica de cada zona calculada en
relación al número de viviendas está dada por:
D(¡[A)-2-phis('.A)+Dtota,(A)
o
donde:
D(i,A) designa la densidad de la zona i en el año A para el escenario intermedio
Dh¡s(i,A) designa la densidad de la zona i en el año A para el escenario
"histórico"
Dtotai(A) designa la densidad telefónica del Distrito Metropolitano de Quito y
los Valles en el año A
Con:
Dhís(i,A)=D(¡,1990).0^(1990)
donde:
D(i,1990) designa la densidad telefónica de la zona i en 1990
Dt<*ai{1990) designa la densidad telefónica del D.M.Q. y los Valles en 1990
77
De esta forma, la demanda telefónica asociada a cada zona es calculada
para los años 2005 y 2010.
La tabla 4.3 resume la situación en el año 2001 y el resultado obtenido para
la proyección de la red de telecomunicaciones al año 2005.
ANILLO
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Cumbayá
Cumbayá
Cumbayá
Cumbayá
CENTRAL
Quito Centro
Villa Flora
Conocoto
Sangolquí
San Rafael
Est. Terrena
Monjas
Ma. Sucre
Cumbayá
I ñ agüito
Tumbaco
CÓDIGO
QCN
VLF
CNC
SNG
SNF
ET
MNJ
MSC
CMY
INQ
TMB
TECNOLOGÍA
ERICSSON
ALCATEL
NEC
NEC
ERICSSON
ERICSSON
NEC
ERICSSON
ERICSSON
ERICSSON
ERICSSON
ABONADOS
2001
28655
38321
8626
8048
11836
0
9332
76115
9423
78264
5651
ABONADOS
2005
37570
47522
10463
10450
15045
0
11743
87216
13735
90345
7489
Tabla 4.3: Capacidad de las centrales al año 2001 y proyectada al año 2005
4.3.3 PROYECCIÓN AL AÑO 2010
El dimensionamiento de la red para el año 2010 sigue el mismo tratamiento,
descrito en el ítem 4.3.2.
La capacidad proyectada para el año 2010 en los anillos de fibra óptica en el
Distrito Metropolitano de Quito ha sido fijada por ANDINATEL S.A. en alrededor
de 745000 líneas, con una penetración del 28% calculada en relación a la
población del D.M.Q. y los Valles en el año 2010 estimada en 2750000
habitantes.
78
La tabla 4.4 resume la situación proyectada para el año 2005 y el resultado
obtenido para la proyección de la red de telecomunicaciones al año 2010.
ANILLO
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Valle
Cumbayá
Cumbayá
Cumbayá
Cumbayá
CENTRAL
Quito Centro
Villa Flora
Conocoto
Sangolquí
San Rafael
Est. Terrena
Monjas
Ma. Sucre
Cumbayá
I ñ agüito
Tumbaco
CÓDIGO
QCN
VLF
CNC
SNG
SNF
ET
MNJ
MSC
CMY
IÑQ
TMB
TECNOLOGÍA
ERICSSON
ALCATEL
NEC
NEC
ERICSSON
ERICSSON
NEC
ERICSSON
ERICSSON
ERICSSON
ERICSSON
ABONADOS
2005
37570
47522
10463
10450
15045
0
11743
87216
13735
90345
7489
ABONADOS
2010
45098
56010
12789
13489
18987
0
13193
99098
18460
104488
9465
Tabla 4.4: Capacidad de las centrales proyectada al año 2005 y 2010
4.4 ESTUDIO DE TRAFICO
4.4.1 CONCEPTOS BÁSICOS
La cantidad de líneas y equipos de conmutación que deban preverse para
atender al tráfico telefónico, se establecerá de forma tal que, durante las horas
pico solo un porcentaje pequeño, por lo general previamente determinado, no
pueda ser establecido. En la práctica para el planeamiento, dimensionamiento y
desarrollo de circuitos telefónicos se necesitan datos que permitan ver
inmediatamente las cantidades de equipos de conmutación y líneas que hay que
prever.
A través de una red de conmutación se establecen enlaces entre líneas de
entrada y líneas de salida. Las líneas de entrada y de salida pueden ser líneas de
79
abonado, líneas de enlace o equipos de conmutación, así como los equipos
centralizados necesarios eventualmente para el establecimiento de las
comunicaciones. Las líneas de entrada que conducen la demanda de
comunicaciones (tráfico de voz, datos, video) a la red de conmutación, forma el
grupo de entrada. Las líneas de salida que para una determinada tarea de
conmutación reciben y retransmiten conjuntamente la demanda de
comunicaciones, forman un grupo de salida.
Una línea de salida está ocupada cuando existe a través de la red de
conmutación un enlace entre una línea de entrada e indicada la línea de salida.
El tráfico cursado por el grupo de salida se compone de las diferentes
ocupaciones de las líneas de salida, considerándose como ocupación cualquier
utilización de un equipo de conmutación o de una línea, independientemente de la
causa de la misma y sin importar si realmente se establece una comunicación
entre abonados telefónicos.
El lapso durante el cual una línea de salida está ocupada sin interrupción, se
denomina tiempo de ocupación; el tiempo durante el cual se emplean por término
medio tas líneas de salida para una ocupación, es el tiempo medio de ocupación.
La intensidad de tráfico es una magnitud sin dimensión, que se representa
siempre en la unida Erlang (Erl), indicando este valor la cantidad de ocupaciones
que en promedio existen simultáneamente. Una sola línea ocupada
constantemente equivale, por lo tanto, a un tráfico con la intensidad 1 erlang.
La utilización efectiva de una línea de salida es una ocupación realizada. La
solicitud de establecer una comunicación que requiere la ocupación de una línea
de salida se considera como ocupación ofrecida. La demanda de comunicación
rechazada (que se pierde o se desborda hacia otro grupo de salida) constituye
una ocupación perdida o correspondientemente se denomina carga a la
intensidad del tráfico cursado; y oferta, a la intensidad de tráfico ofrecido. La
diferencia entre la oferta y la carga es la intensidad de tráfico rechazado. Se
80
designa por tráfico de desbordamiento al tráfico rechazado cuando se haya
previsto la posibilidad de enviar las ocupaciones rechazadas a otro grupo de
líneas (grupo de desbordamiento); si no existe esta posibilidad, se denomina
tráfico perdido al tráfico rechazado.
En la práctica el dimensionamiento de un grupo de salida debe atender
esencialmente los siguientes criterios:
- La forma en que se atiende al tráfico
Sí los equipos de conmutación trabajan, por ejemplo, como sistema de pérdida o
espera.
- Las características de la red de conmutación
La accesibilidad y la clase de la mezcla.
- La clase de tráfico
Las propiedades estadísticas del mismo.
- La calidad de tráfico requerida
El volumen de la pérdida o indicaciones sobre datos de espera.
Según la forma en que se trate la demanda de comunicaciones en un
sistema de conmutación al presentarse bloqueos, se distinguen entre redes de
conmutación dos tipos que trabajan como sistemas de pérdidas o espera.
Por bloqueo se entiende el estado en que es imposible el establecimiento de
una nueva comunicación bien por estar ocupadas todas las líneas del grupo de
salida o porque en la red de conmutación no se pueda establecer ninguna vía a
una línea libre del correspondiente grupo de salida.
En un sistema de pérdidas se rechaza una ocupación ofrecida si la
conmutación deseada no puede establecerse inmediatamente, debido a un
bloqueo, recibiendo el abonado que llama la señal de ocupado.
En un sistema de espera puede mantenerse una ocupación ofrecida que no
puede ser atendida inmediatamente debido a un bloqueo, hasta que se pueda
81
establecer el enlace. Para las esperas que se presentan en estos casos es
importante el orden en que se atienda a las ocupaciones en espera, por ejemplo,
en el orden de su llegada o en orden casual.
4.4.2 PROPIEDADES DE LA RED DE CONMUTACIÓN
Para determinar el rendimiento de un grupo de salida, se define el concepto
de accesibilidad que en esencia está establecido por la cantidad de líneas de
salida que pueda alcanzarse (libres u ocupadas) desde una línea de entrada a
través de la red de conmutación contemplada. Si la accesibilidad es igual en todo
momento, independiente del estado de ocupación de la red de conmutación, se
habla de accesibilidad constante; caso contrario es accesibilidad variable. Cuando
la accesibilidad es constante y su valor numérico es igual al número de líneas de
salida del grupo de líneas contemplado, se llama accesibilidad completa; y si su
valor numérico es inferior a la cantidad de líneas de salida, se denomina
accesibilidad limitada.
En las redes de conmutación de accesibilidad limitada se concentra las
líneas de entrada en subgrupos de entrada. Todas las líneas de un subgrupo de
entrada alcanzan siempre las mismas líneas de salida. Con el fin de que la red de
conmutación rinda el máximo posible, se asignan las líneas de salida del grupo a
los subgrupos de entrada, generando el concepto mezcla.
4.4.3 CARACTERÍSTICAS DEL TRAFICO EN HORA CARGA
Como los abonados, que son las fuentes de tráfico, inician generalmente sus
pedidos de comunicación en forma casual y sin depender unos de otros,
sosteniéndolas por diferente duración de tiempo, generan aglomeración de tráfico.
Para evitar esta aglomeración y proporcionar agrado y calidad de servicio en los
abonados, se toma como referencia el tráfico en la hora carga de un día hábil
normal de la temporada de mayor tráfico para planear y dimensionar una red de
comunicaciones.
82
Por hora carga se entiende según una definición del ITU-T, aquellos 60
minutos del día en los que a través de varios días hábiles el promedio de la
intensidad de tráfico alcanza su máximo.
Se puede suponer que la intensidad del tráfico se mantiene
aproximadamente constante durante las horas carga y que la cantidad de
ocupaciones simultáneas oscila estadísticamente alrededor de su promedio, que
es la intensidad de tráfico.
Las fluctuaciones casuales del número de líneas ocupadas simultáneamente
de un grupo de líneas, depende entre otras cosas del número de fuentes de
tráfico (abonados) origen del tráfico ofrecido.
Por ejemplo, un tráfico de intensidad 5 erlangs tendrá distintas propiedades
de fluctuación según sea originado por 10 abonados, de ocupación permanente, o
100 abonados, de ocupación ocasional. En el primer caso no se puede ofrecer
más servicio cuando ya existen 10 ocupaciones; determinando un tráfico ofrecido
sin bloqueo, es decir sin pérdida ni espera, por 10 líneas de salida. En el segundo
caso, existen 10 ocupaciones y 90 fuentes de tráfico libres que pueden ofrecer
más servicio, estableciendo un tráfico ofrecido con bloqueos en un sistema de
pérdidas.
Para la elaboración de la matriz de tráfico se requiere un análisis de la
composición del tráfico de los conmutadores, para lo cual se necesita de:
- División del tráfico por categorías de abonados
- División del tráfico por categorías de direcciones de la red
En relación a las categorías de abonados se requieren de tres clases:
- Tráfico medio total por abonado residencial
- Tráfico medio total por abonado profesional
- Tráfico medio total por abonados de empresas
83
Las categorías de tráfico de salida y llegada, indicadas en la figura 4.10,
deben a su vez ser divididas en una cantidad de subcategorías que dependen de
la precisión demandada para el estudio. Una red interconmutador, urbana o
interurbana, se compone de conmutadores de tránsito y de haces donde se
mezclan flujos de tráfico de orígenes y destinos muy diferentes. La extrapolación
de los tráficos totales cursados en esos conmutadores no es posible. Por esta
razón, es indispensable proceder a un análisis de los flujos elementales entre
conmutadores de abonados. Para esto es necesario conocer la manera en que se
reparte el tráfico a la salida del conmutador según los distintos destinos finales,
independientemente del encaminamiento.
Tráfico de origen^
Tráfico terminal
Tráficointerno
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Tráfico de salida
Tráfico de llegada
LADO ABONADO LADO DE LA REDFigura 4.10: Categorías de tráfico
4.4.4 MATRIZ DE TRÁFICO 2001 Y SU PROYECCIÓN AL AÑO 2005 Y 2010
DE LOS ANILLOS DEL VALLE Y CÜMBAYÁ EN EL DISTRITO
METROPOLITANO DE QUITO
Mediante la utilización de un software en ANDINATEL S.A. se sigue el
siguiente procedimiento para determinar la matriz de tráfico 2001:
1. Se calcula el tráfico ofrecido teniendo como dato de entrada el tráfico
cursado medido a la hora carga 10 a.m., este dato es recolectado de
cada una de las centrales de los anillos del Valle y Cumbayá en el
Distrito Metropolitano de Quito conjuntamente con el número actual de
circuitos en funcionamiento.
84
2. Se calcula el grado de servicio teniendo como datos de entrada el
número actual de circuitos en funcionamiento y el tráfico ofrecido
calculado en el punto anterior.
3. Se calcula el número de circuitos necesarios con un grado de servicio
normal (valor normal 0.01).
Como resultado del procedimiento descrito anteriormente se obtiene la
Matriz de Tráfico 2001, de Circuitos 2001 y de 2Mb/s 2001 que se ilustra en la
tabla 4.5, 4.6 y 4.7 respectivamente. La matriz de tráfico 2001 es el punto de
partida para realizar la proyección para los años 2005 y 2010, para determinar la
matriz de tráfico 2005 de los anillos del Valle y Cumbayá en el Distrito
Metropolitano de Quito, se utilizó un método manual para lo cual se siguió el
siguiente proceso:
Utilizando los resultados de la proyección de la demanda al año 2005 por
centrales de los anillos de los valles se realiza una aproximación lineal de la
siguiente manera:
-i-_^= *_ , A , * . m Número de abonados de la central A™ T _ _ . , RTrafico central A con la central li I™. = ^^- * Tráfico central li L™.
Número de abonados de la central A™,
donde:
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Ejemplo:
Para la central de SNG tenemos:
Número de abonados 2001 = 8048
Número de abonados 2005 = 10450
Tráfico de central SNG con SNF en 2001 es: 84.5 erlangs
10450Tráfico central SNG con SNFaxs = - - * 84.5
8048
Tráfico central SNG con SNF2oos = 109.7 erlangs
Con la Matriz de Tráfico 2005 se procede a determinar el número de circuitos
necesarios para cursar dicho tráfico con una probabilidad de pérdida de B = 0.01,
para lo cual nos ayudamos de tas tablas de tráfico. De esta manera obtenemos la
matriz de circuitos 2005.
Ejemplo:
Para el tráfico determinado en el ítem anterior de 109.7 erlangs y con una
probabilidad de pérdida B = 0.01, necesitamos de 148 circuitos.
Las tablas 4.8 y 4.9 ilustran las matrices de tráfico y circuitos
respectivamente para el año 2005. La tabla 4.10 ilustra la Matriz de 2Mbit/s para
el año 2005.
Para la proyección del año 2010, se sigue igual procedimiento que en el año
2005, generando la tablas 4.11, 4.12 y 4.13 de matrices de tráfico, circuitos y
2Mbit/s respectivamente.
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4.5 SISTEMA DE SEÑALIZACIÓN N° 7
El objetivo del sistema de señalización por canal común NT 7, es el de
proporcionar un sistema de señalización de aplicación general normalizado
internacionalmente. Los objetivos fundamentales que persigue la especificación
del sistema de señalización N° 7 del ITU-T son:
1. Tener un sistema para el funcionamiento en redes de telecomunicaciones
digitales, junto con nodos de conmutación o centrales con control por
programa almacenado.
2. Satisfacer exigencias presentes y futuras de transferencia de información
para el diálogo entre procesadores de la red de telecomunicaciones.
3. Ofrecer un medio seguro de transferencia de información en secuencia
correcta y sin pérdida ni duplicación entre nodos de una red de
telecomunicaciones.
4.5.1 ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE SEÑALIZACIÓN N° 7
Uno de los objetivos principales que ha perseguido la definición del sistema
de señalización NT 7 es el poder responder a las necesidades de un gran número
de servicios en materia de señalización (ejemplo: Red Digital de Servicios
Integrados RDSI). La estructura del sistema N° 7 ha sido dividida en dos grandes
partes:
• Una parte denominada Parte de Transferencia de Mensajes (PTM), que
garantiza el transporte fiable de la información de señalización.
• Las Partes de Usuario (PU) específicas del servido-aplicación, que
aseguran la creación y tratamiento de la información de señalización a
transmitir por el PTM. El sistema de señalización N° 7 está concebido para
96
ser usado en forma simultánea en el transporte de mensajes
correspondientes a diferentes servidos-aplicaciones, dando lugar a
diferentes PU.
El principio fundamental de la estructura del sistema de señalización es su
división de funciones en PTM y PU, separadas e independientes para diferentes
aplicaciones. Esta división se ilustra en la figura 4.11.
PARTE DE USUARIO PARTE DE USUARIO
Proceso de •mensajes de
usuario
ENLACE DE SEÑALIZACIÓN
Fundonescomunes detransferencia
Funciones
enlace
Enlace de
señalización
Funciones
enlace
Funciones-Í comunes dei transferencia
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Figura 4.11: Diagrama funcional del sistema de señalización por canal común
El término usuario se refiere a cualquier entidad funcional que utiliza la
capacidad de transferencia proporcionada por PTM. Las funciones de un tipo
particular de usuario, comprenden un PU. El usuario primordial del sistema es la
señalización telefónica que conforma la Parte de Usuario de Telefonía (PUT). Otro
usuario identificado por la UIT-T, es la señalización correspondiente a
comunicaciones de datos (PUD).
4.5.2 NIVELES FUNCIONALES
La figura 4.12 presenta la estructura general de las funciones del sistema de
señalización.
97
Nivel 4 Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1
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señalización
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Pruebas de Mantenimiento
— Flujo de datos de señalización PUT: Parte de Usuario de Telefonía
Señales de control e indicaciones PUD: Parte de Usuario de Datos
Figura 4.12: Estructura general de las funciones del sistema de señalización
4.5.2.1 Función de enlace de datos de señalización (Nivel 1)
El nivel 1 define las características físicas, eléctricas y funcionales de un
enlace de datos de señalización y los medios para acceder al mismo. Su objetivo
principal es proporcionar soporte para un enlace de señalización.
4.5.2.2 Función de enlace señalización (Nivel 2)
El nivel 2 define las funciones y procedimientos para la transferencia de
mensajes de señalización por un determinado enlace de datos de señalización. La
función principal del nivel 2 conjuntamente con el soporte del nivel 1, es
proporcionar un enlace de señalización para una transferencia fiable de mensajes
de señalización entre dos puntos.
98
Un mensaje de señalización entregado por niveles superiores se transfiere
por el enlace de señalización mediante unidades de señalización de longitud
variable. Para un funcionamiento correcto del enlace de señalización la unidad de
señalización comprende, además del contenido de información del mensaje de
señalización, información de control de la transferencia.
Las funciones del enlace de señalización incluyen:
• Delimitación de la unidad de señalización mediante banderas.
• Prevención de la imitación de banderas mediante relleno de bits.
• Detección de errores por medio de bits de comprobación incluidos en cada
unidad de señalización
• Corrección de errores mediante retransmisión y control de la secuencia de
las unidades de señalización medíante números explícitos de secuencia en
cada unidad de señalización y acuses de recibo continuos explícitos
4.5.2.3 Función de la red de señalización (Nivel 3)
El nivel 3 define las funciones de transferencia y los procedimientos que son
comunes e independientes de la operación de los enlaces de señalización
individuales. Como se ilustra en la figura 4.46, estas funciones se agrupan en dos
categorías principales:
1. Funciones de tratamiento de los mensajes de señalización
2. Funciones de gestión de red de señalización
4.5.2.3.1 Funciones de tratamiento de los mensajes de señalización
Son funciones que en la transferencia efectiva de un mensaje, lo dirigen al
enlace de señalización o a la parte de usuario que lo corresponda.
99
4,5.2.3.2 Funciones de gestión de red de señalización
Son funciones que controlan el encaminamiento de los mensajes y la
configuración de los medios de tos que está dotada la red de señalización, en la
base de determinados datos e informaciones sobre el estado de la red de
señalización.
Las diferentes funciones del nivel 3 conversan entre sí, de igual manera que
las otras funciones, por medio de indicaciones y señales de control que se ilustran
en la figura 4.13. La gestión de la red, así como las acciones de prueba y
mantenimiento, pueden incluir el intercambio de mensajes de señalización.
PUT
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Funciones de la red de señalización
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Enlace de dato» d* señalización
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Canalesde
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Pruebas de Mantenimiento" |
Figura 4.13:Estructura detallada de las funciones del sistema de señalización N° 7
100
4.5.2.4 Función de la parte de usuario (Nivel 4)
El nivel 4 consta de diferentes partes de usuario. Cada una de estas partes
define las funciones y procedimientos del sistema de señalización, que son
particulares a un cierto tipo de usuario de sistema. Estas funciones y
procedimientos son:
• Usuarios con funciones de comunicación definidas dentro del sistema de
señalización (Ejemplo: funciones de control de PUT y PUD).
• Usuarios con funciones de comunicación definidas fuera de! sistema de
señalización (Ejemplo: Transferencia de información con fines de gestión o
mantenimiento).
En el caso de "usuario extemo", la parte de usuario puede considerarse
como un interfaz de recepción y entrega de información entre el sistema de
usuario externo y la función de transferencia.
4.5.3 MENSAJES DE SEÑALIZACIÓN
Un mensaje de señalización es un ensamblado de señalización de
información, definido en el nivel 3 ó 4, relativo a una comunicación, transacción de
gestión, etc. El contenido de información de un mensaje debe ser un número
entero de octetos, cuyo límite máximo para la transferencia de bloques de
información de usuario es de 256 en mensajes simples.
En el enlace de señalización, cada mensaje de señalización es empaquetado
para formar una unidad de señalización de mensaje (USM) que incluye
información de control de transferencia relativa a las funciones del nivel 2 del
enlace y enviado como una entidad individual.
101
Cada mensaje contiene información de servicio que incluye un indicador de
servicio propio de la parte de usuario de origen, y en algunos casos información
adicional.
4.5.4 INTERFAZ FUNCIONAL ENTRE LAS PARTES DE USUARIO Y LA
PARTE DE TRANSFERENCIA DE MENSAJES
El interfaz funcional entre la parte de usuario y la parte de transferencia de
mensaje presenta un modelo que ilustra la división de funciones entre estas
partes; es puramente funcional y no exige su existencia, física y eléctricamente,
en una implementación dada del sistema de señalización (figura 4.14). La
interacción principal entre PTM y PU está en la transferencia de mensajes de
señalización a través del interfaz. Cada mensaje está constituido por información
de servicio y señalización. La información de delimitación de un mensaje se
transfiere por el interfaz junto con el mensaje propiamente dicho.
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Figura 4.14: Interfaz funcional entre PTM y PU
4.5.5 PROCESAMIENTO Y TRANSFERENCIA DE LOS MENSAJES DEL
SISTEMA DE SEÑALIZACIÓN N° 7
La figura 4.15 presenta el diagrama funcional de bloques del sistema N° 7,
en la que se representa las fases de información (PU) y transmisión de los
mensajes de señalización (PTM).
102
Las funciones que realiza la parte de transmisión son:
• Almacenamiento de los mensajes de señalización que han de transmitirse
(memoria intermedia del transmisor nivel 2).
• Almacenamiento de los mensajes de señalización que pueden ser
repetidos cuando no se reciben correctamente (memoria intermedia de
retransmisión en el nivel 2).
• Funciones de transmisión para los mensajes de señalización (nivel 2).
• Encaminamiento de los mensajes desde el nivel 4 a la PTM (nivel 3).
La parte de recepción realiza las siguientes funciones:
• Aceptación de los mensajes de señalización y acuses de recibo (nivel 2).
• Almacenamiento de los mensajes de señalización correctos recibidos (nivel
2) y posteriormente enviarlos a la parte de usuario (nivel 3).
• Supervisión de la calidad del canal de datos de entrada; comprobación de
la redundancia de sincronización, alarmas de transmisión realineación
(nivel 1 y 2).
4.5.6 PARTE DE USUARIO TELEFÓNICO (PUT)
La parte de usuario (PUT) define funciones de procesamiento del contenido
de información de los mensajes de señalización específicos de cada usuario.
Estos mensajes constan fundamentalmente de una información de señalización
en el que se incluye: etiqueta, código de encabezamiento, señal propiamente
dicha, categoría de abonado, etc.
La unidad central de proceso del sistema de conmutación almacena los
datos necesarios para el establecimiento de una determinada comunicación,
estos datos son enviados a la parte de usuario que corresponda a través de
software de señalización para su tratamiento.
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Figura 4.15: Diagrama funcional del sistema de señalización N° 7
104
4.5.7 PARTE DE USUARIO DE DATOS (PUD)
La parte usuario de datos (PUD) define los elementos necesarios relativos al
control de la llamada, al registro y cancelación de facilidad en señalización por
canal común utilizando el sistema de señalización N.° 7 para los servicios de
transmisión de datos con conmutación de circuitos. Por lo que respecta a los
procedimientos de control de la llamada y de señalización para facilidades de
usuario y servicios interredes internacionales.
Puede utilizarse para controlar la conmutación de diversos tipos de circuitos
de datos, incluidos los circuitos por satélite, que han de utilizarse en las
transmisiones de datos con conmutación de circuitos a escala mundial. Se ha
diseñado para la explotación bidireccional de circuitos de datos.
El sistema de señalización es adecuado para aplicaciones nacionales de
datos con conmutación de circuitos. La mayor parte de los tipos de mensajes de
señalización de datos y señales especificados para uso internacional se necesitan
también en aplicaciones típicas nacionales de datos. Además, las aplicaciones
nacionales de datos requieren normalmente tipos adicionales de señales. El
sistema ofrece amplia capacidad de reserva en previsión de futuras adiciones de
nuevos tipos de mensajes y señales, de ser necesarios.
Las estructuras de etiqueta especificadas para los mensajes de señalización
de datos exigen que a todas las centrales que utilizan este sistema de
señalización se les asignen códigos incluidos en planes de códigos establecidos
con el fin de identificar sin ambigüedad los puntos de señalización.
4.6 SINCRONISMO
La sincronización de una red digital tiene como objetivo controlar el
deslizamiento en todas las centrales digitales, sobre una tasa máxima admisible
de deslizamiento.
105
4.6.1 DESLIZAMIENTO
El deslizamiento es un tipo de distorsión de transmisión producida
básicamente por la diferencia de frecuencias de los relojes del sistema. Cada
central tiene un reloj que establece la base de tiempo, con el propósito de:
• Recepción de trenes de bits procedentes de otras centrales digitales
• Control de la etapa de conmutación de la central y envío de trenes de bits
conmutados hacia otras centrales.
4.6.2 TASAS MÁXIMAS DE DESLIZAMIENTO
En una red digital se tiene la siguiente jerarquía de tasas máximas de
deslizamiento:
1. Para la Central de Tránsito Internacional (TIN), de acuerdo a la
recomendación G-811 del ITU-T, se deberá tener en condiciones normales
un deslizamiento máximo en 70 días sobre cada enlace digital de 64 kbit/s
a través de la central.
2. La tasa de deslizamiento para una conexión internacional digital de
extremo a extremo, no debe sobrepasar de 5 deslizamientos en 24 horas
en condición nominal, de acuerdo a la recomendación G-822 del ITU-T, la
misma que se encuentra distribuida de acuerdo a:
• Parte tránsito internacional: 8% (1 deslizamiento/60 horas)
• Parte tránsito nacional: 6% (1 deslizamiento/80 horas)
• Parte local: 40% (1 deslizamiento/12 horas)
La repartición de los porcentajes en cada parte de tránsito nacional y local,
son dados por la ITU-T, los cuales pueden variar pero nunca su suma debe ser
mayor que 46%.
Para la red digital de ANDINATEL S.A. las tasas de deslizamiento por central
son:
106
CENTRAL
Local
Nacional
Internacional
DESLIZAMIENTO/TIEMPO
1/12 horas
1/1 Odias
1/1 2. 5 días
RELOJ
1x10^
1x10-lü
1x1 0'11
4.6.3 MÉTODOS DE SINCRONIZACIÓN DE LA RED
Para satisfacer las tasas de deslizamiento mencionadas, básicamente se
utilizan dos métodos de sincronización:
• Operación plesiócrona
• Maestro-esclavo
En la red internacional se utiliza la operación plesiócrona, en la cual los
relojes que controlan las centrales son independientes unos de otros.
En la red nacional se utiliza el método de sincronización maestro-esclavo,
que contiene un reloj de alta precisión para la central de la red que trabaja como
maestro y osciladores de enganche de fase para centrales que trabajan como
esclavas. Las frecuencias de los osciladores de las centrales esclavos se
sintonizan a la frecuencia suministrada por la central maestro, de tal manera que
la frecuencia de la red este unificada. En el caso de que se produjera una falla en
la central maestro, los osciladores de enganche de fase de las centrales esclavos
deben ser capaces de generar la frecuencia correcta durante unos días hasta
restablecer la central maestro.
4.6.4 JERARQUÍA DE LOS NODOS DE SINCRONIZACIÓN Y CALIDAD DE
LOS RELOJES UTILIZADOS
Existen 5 niveles cuya jerarquía es descendente desde el nivel O al nivel 4,
que se especifican a continuación:
107
1. Nivel 0: La central de Tránsito Internacional (TIN) sirve como referencia
nacional de tiempo y opera en forma plesiócrona, está equipada
con un reloj de alta precisión y estabilidad, el tipo de reloj es de
cesio con una precisión superior a 1x10"11 y debe cumplir con los
parámetros de calidad establecidos en la recomendación G-811
del ITU-T. En el caso de producirse una falla en el suministro de la
señal de reloj, se ha previsto la utilización de un reloj atómico
externo de reserva que suministra la señal de reloj a los principales
nodos de red.
2. Nivel 1: Los centros de tránsito secundarios de Quito, disponen de relojes
con osciladores especiales controlados a cristal con una
estabilidad superior a 1x10"10/día y 1x10"10/año, se utiliza el método
de sincronismo maestro-esclavo.
3. Nivel 2: Los centros de tránsito primarios y centrales tándem disponen de
relojes con osciladores de cristal controlados por tensión con una
estabilidad superior a IxIO^/día y IxIO^/año, se utiliza el método
de sincronismo maestro-esclavo.
4. Nivel 3: Las centrales terminales disponen de relojes con osciladores de
cristal controlados por voltaje con una estabilidad superior a 1x10'
9/día y IxIO^/año, el método de sincronismo es maestro-esclavo,
actuando como centrales maestro la tránsito primario y tándem, y
como centrales esclavo las locales.
5. Nivel 4: Las unidades remotas de abonado están sincronizadas a su
respectiva central local mediante sincronismo de tipo maestro-
esclavo, actuando como central maestro la local y como esclavo la
unidad remota. Los relojes de las unidades remota también están
formadas con osciladores de cristal controlados por voltaje, con
una estabilidad superior a 1x10"7/día y 1x10~4/año.
108
4.6.5 ESTRUCTURA ACTUAL DE LA RED DE SINCRONISMO
En la figura 4.16 se presenta la estructura actual de la red de sincronismo, en
la que podemos destacar los siguiente:
RED ACTUAL DE SEÑALIZACIÓN N" 7(RED LOCAL QUITO Y VALLES)
PLATAFORMADEBED
NOTAS: DOBLE ENLACE
UN ENLACE
UN ENLACE ASOCIADO
ENLA CE PENDIENTE
SUR
NÜR PE
Q PUNTO DE SEÑALIZACIÓN PS
Q PUNTO DE THMiSFeRENCIA DE PTS Sx
i--; pu^TODeTR^sfEfiENCMOE PTSSx ALTERNO O DE RESERVA
* CAPACIDAD DE ENLACES OES* EN TDQ2 YMSC1 ESTA COPADA
Figura 4.16: Estructura actual de la red de sincronismo
109
4.7 TECNOLOGÍA DIGITAL SÍNCRONA
4.7.1 ¿QUÉ ES EL SISTEMA DE JERARQUÍA DIGITAL SÍNCRONA (SDH)?
Al considerar la transmisión de señales B-ISDN1, como en el caso de la
HDTV2, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU-T), llegó a la
conclusión, mediante estudios realizados, que ningún sistema, en aquel tiempo,
cumplía con los requisitos básicos para lograr un transporte eficaz de dichas
señales a través de una red. Por consiguiente, antes de proceder con la
estandarización det Interfaz de Usuario en Red (UNÍ), se tomó la cuidadosa
decisión de establecer un nuevo estándar de jerarquía digital que fuese único y a
la vez común a nivel internacional.
La Jerarquía Digital Síncrona (SDH) define las especificaciones de interfaz
necesarias para multiplexar eficientemente varios tipos de señales, tanto para
servicios de alta velocidad como para aquellos, ya existentes, de baja velocidad.
La SDH fue incorporada como el nuevo estándar en noviembre de 1988 por el
Grupo de Estudio 18 de la ITU-T y sometida a una revisión parcial en 1990.
Las características de SDH se resumen en:
1. Interfaz síncrona unificada
Es muy fácil encontrar elementos tributarios en una señal de alta velocidad
multiplexada ya que la red es síncrona. La red SDH puede controlar distintos
tipos de información, así sean en sistemas de 2Mb/s como de 1,5Mb/s. Con
el interfaz unificado es posible crear un ambiente "multiproveedor" para los
operadores de red.
2. Multiplexión flexible de varios tipos de información
1 B ISDN: También RDSI-B; Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha - una red capaz de transmitir una
amplia gama de servicios, incluyendo señales de video.
2 HDTV: Televisión de Alta Definición.
110
El sistema SDH es capaz de multiplexar varios tipos de información con
amplia flexibilidad como, por ejemplo, en el caso de un servicio telefónico
actual al de un servicio futuro de alta velocidad. Por lo tanto, es posible crear
una infraestructura desde ahora capaz de soportar servicios futuros de tipo
B-ISDN.
3. Capacidad abundante de encabezamiento
SDH tiene gran capacidad para trasmitir información OAM (Operación,
Administración y Mantenimiento). Además, provee altos niveles de
funcionalidad y seguridad en la red.
Para hacer todo esto posible, diversas tecnologías han sido introducidas:
"puntero", "trama de 9 filas", "contenedor virtual", "octeto de encabezamiento" y
"sección y trayecto".
La técnica SDH es una nueva jerarquía digital que:
• Trabaja con señales de 155,52Mbit/s (STM-1), 622,08Mbit/s (STM-4),
2,48832Gbit/s (STM-16), y 9,953.28Gbps (STM-64).
• Puede transportar tanto señales PDH existentes como futuras de ATM.
• Las funciones básicas son las mismas que en PDH.
• Multiplexión de señales digitales de menor a mayor velocidad de bits y
transmisión eficaz de grandes cantidades de información.
Esta nueva jerarquía de transmisión adopta una estructura de multiplexión
sincrónica para el multiplexaje de las tributarias en una señal STM-N, esto permite
que el proceso de multiplexaje y demultiplexaje sea mucho más sencillo
permitiendo un acceso simple en las tributarías de baja velocidad. A través de
este mismo medio de transmisión se puede gestionar las funciones de Operación,
Administración, Mantenimiento y Configuración de partes componentes de la red.
Las principales diferencias entre la Técnica SDH y la Técnica PDH vienen
dadas por tres puntos principales:
111
I. SDH es una red síncrona
Todos los elementos de red trabajan con la misma señal de reloj.
II. SDH dispone de abundantes bits de encabezamiento
Para transmitir gran cantidad de información para la gestión de red.
III. SDH dispone de una estandarización unificada
Común a Europa, América y Japón en jerarquías digitales.
Interfaces ópticas estandarizadas.
Estas diferencias son los beneficios principales que presenta SDH, que se
los puede sintetizar a continuación:
Red Síncrona
A Proceso de multiplexión simple
A Acceso fácil de señales tributarias en una señal multiplexada de alta
velocidad de transmisión.
Las funcionalidades de SDH se encuentran resumidas en lo siguiente:
INSERCIÓN/EXTRACCIÓN: Distribución
ANILLO: Recuperabilidad
CONEXIÓN CRUZADA: Gestión de calidad
Gestión de ancho de banda
Diversidad de ruta de protección
Gracias a la red sincrónica, se logran beneficios de accesibilidad a los
tributarios de baja velocidad.
Si se comparan los accesos a los tributarios de PDH y SDH, las diferencias
son notables, especialmente si consideramos la cantidad de equipos
independientes a ser utilizados y la flexibilidad que ofrece a la red la gestión de
sus funciones.
112
MUXINSERCIÓN-EXTRACCIÓN
STM-1
SDH
I II M1NIXCON |L J
STM-1
2M
Figura 4.11: Acceso simple a tributarias
Bits de encabezamiento
Realización de un sistema de gestión de red sumamente avanzado
- Gestión de fallas
- Gestión de configuración
- Gestión de comportamiento
- Gestión de seguridad
- Gestión de cuenta
El uso de los bitios auxiliares representan una herramienta útil para poder
gestionar la red de una manera eficiente y flexible. A estos bitios auxiliares se les
conoce como canales de encabezamiento los cuales se dividen para las capas de
transporte en encabezamiento de sección y encabezamiento de línea, y para las
capas de trayecto en encabezamiento de trayecto.
Interfaz unificada
- Ambiente multiproveedor
- Conexión Internacional
113
La ventaja de disponer interfaces unificadas, le permitirá obtener al cliente un
ambiente multiproveedor, además de garantizarle conexiones internacionales.
En conclusión SDH es una infraestructura para las redes de comunicaciones
del presente, que permite el uso eficiente de servicios de banda ancha e
inteligentes.
4.7.2 RECOMENDACIONES DEL ITU-T SOBRE SDH
Teniendo como objetivo la "Unificación de Jerarquías Digitales", se realizó un
intenso estudio cuya fase terminó en 1988. Dando como resultado las
recomendaciones básicas sobre SDH G-707, las cuales se encuentran como un
compendio de las antiguas G-707, G-708 y G-709 que fueron publicadas con una
rapidez sin precedentes. Luego fueron completadas otras recomendaciones
además de posteriores revisiones de las primeras.
Si se compara con previas recomendaciones, estas recomendaciones cubren
una mayor área, especialmente en el campo de OAM (Operación, Administración
y Mantenimiento). Los objetivos y el modelo que hacen referencia al OAM son
bastante claros y ejecutables; en las recomendaciones G-782 y G-783 se indican
los modelos de equipos y en las recomendaciones G-784 y G-774 se informa
sobre la administración de la gestión.
A continuación se presenta la referencia de cada recomendación:
G-707 Velocidad de bits de SDH
G-708 Interfaz de nodos en la red para SDH
G-709 Estructura de multiplexión síncrona
G-773 Protocolos para interfaz Q
G-774 Modelo de información de gestión de SDH para vista de elemento de
red
G-782 Tipos y características generales de equipos de multiplexión SDH
114
G-783 Características de bloques funcionales de equipos de multiplexión
SDH
G-784 Gestión de SDH
G-803 Arquitectura de redes de transporte basadas en SDH
G-957 Interfaces ópticas para equipos y sistemas relacionados con SDH
G-958 Sistemas de línea digital basados en SDH para uso en cables de fibra
óptica
Recientemente G-707, G-708 y G-709 fueron convertidos gradualmente en
G-70x.
4.7.3 VELOCIDAD DE BITS DE SDH
Todos los elementos de una red síncrona SDH se rigen por una misma señal
de reloj suministrada por una sola fuente común. Las velocidades de transmisión
están establecidas en 155,52Mb/s y múltiplos enteros de esta (Ejemplo: N x
155,52Mb/s). Hasta ahora se reconocen cuatro velocidades fundamentales
denominadas STM-N (módulo de transporte síncrono-N), donde el coeficiente
multiplicador N = 1, 4, 16 y 64 para generar velocidades de 155,52Mb/s,
622,08Mb/s, 2,48832Gb/s y 9,953280Gb/s respectivamente.
El sistema PDH exige justificaciones de frecuencia en todo proceso de
multiplexión. Por consiguiente, las relaciones entre las velocidades de transmisión
en distintos niveles no logran ser múltiplos enteros.
En cuanto a la transmisión de señales PDH sobre un sistema SDH, sólo
califican las velocidades 1,5Mb/s, 2Mb/s, 6,3Mb/s, 34Mb/s, 45Mb/s y 140Mb/s
para lograr interfaz entre dos sistemas. También se considera la velocidad de
51,84Mb/s como método de transmisión SDH a baja y mediana capacidad, tales
como en los medios de transporte de radio y satélite. Esto, sin embargo, no
representa un nivel válido de SDH.
115
CEPT2.048 Mb/s8,448 Mb/s34.368 Mb/s139.264 Mb/s
ISTM-1
| STM-4
1 STM-16
| STM-64
NORTEAMÉRICA JAPÓN1.544 Mb/s 1.544 Mb/s6.312 Mb/s 6.312 Mb/s44.376 Mb/s 32,064 Mb/s
97,728 Mb/s
15!
62
2,48
9,
520 Mb/s
,080 Mb/s
320 Mb/s
Í53.280 Mb/s
a) SDHI G.7075 _
PDHG.702
STM, Módulo de transporte síncrono
* La velocidad de 51,840 Mb/s que no representa un nivel de SDH,también se considera como capacidad baja y mediana basada en radio y satélite.
Figura 4.17: Velocidades de bits de SDH
4.7.4 CONTENEDOR VIRTUAL, SECCIÓN Y TRAYECTO
Con la introducción de SDH surgen muchos conceptos nuevos: contenedor
virtual, sección y trayecto se encuentran entre los más importantes. Toda
información de servicios es transportada a través del sistema de transmisión SDH,
el cual se halla dentro de una caja llamada "contenedor virtual" (VC). Se preparan
varios VCs diferentes para contener distintos tipos de información de la siguiente
forma:
VC de orden inferior
VC-11 Tamaño equivalente a 1,5Mb/s
VC-12 Tamaño equivalente a 2Mb/s
VC-2 Tamaño equivalente a 6,3Mb/s
VC de orden superior
VC-3 Tamaño equivalente a 34Mb/s y 45Mb/s
VC-4 Tamaño equivalente a 140Mb/s
Si se considera al VC como una unidad para procesar señales (ejemplo:
multiplexión, conexión cruzada, etc.) dentro del sistema SDH, las características
del servicio dejan de ser una preocupación ya que toda información, por muy
116
distinta que sea, lleva la misma apariencia del VC. Al mismo tiempo, toda
información necesaria para la administración del VC de extremo a extremo es
añadida a este.
Existen dos tipos de sección:
- De regenerador
- De multiplexor.
La sección de regenerador representa un segmento en las facilidades de
transmisión entre un elemento de red terminal (LT), donde se genera o termina
una señal STM-IM, y un regenerador o entre dos regeneradores.
Ensamblaje de VC
Ensamblaje de STM-N
Sección de Sección de Sección de, regenerador \. regenerador-
Sección de multiplexor
Figura 4.13: Esquema de sección y trayecto
La sección de multiplexor es un medio de transmisión entre dos LTs
consecutivos. Uno se encarga de originar la señal STM-N y el otro de terminarla.
La red SDH está compuesta por varias secciones de multiplexor con distintos
niveles de STM según la capacidad de transmisión exigida en cada sección.
Trayecto es la conexión lógica entre un punto donde se ensambla un VC y
otro donde este es desensamblado. Es como un caño que conecta dos puntos,
entre los cuales se manifiesta un servicio atravesando una serie de secciones de
multiplexión.
117
2M,34,140M[M, B-ISDN,
OTROS
MUX,LTfADM o DCS(terminación M SOH)
_ _ Regenerador(terminación R SOH)
-Contenedor virtual(terminación POH)
Figura 4.1 8: Esquema de sección y trayecto
4.7.5 ESTRUCTURA DE MULTIPLEXION SDH
4.7.5.1 Terminología
4.7.5.1.1 Contenedor (C-n):
Estructura de información con capacidad de transmisión estándar para
transportar señales PDH o B-ISDN. Este contiene tanto bits de información como
de justificación para sincronizar la señal PDH al reloj de frecuencia SDH, al igual
que otros bits con función de relleno.
4.7.5.1.2 Contenedor virtual (VC-n):
Estructura de información con soporte para la interconexión en la capa de
trayecto que consiste en carga útil de información (PAYLOAD) y encabezamiento
de trayecto (POH) para administrar el trayecto de VC. Por ejemplo, VC-2, VC-11 y
VC-12 son contenedores virtuales de orden inferior con carga útil C-2, C-11 y C12
respectivamente. VC-3 y VC-4 son los de orden superior con carga útil C-3 y C-4
respectivamente o combinación de varias capas de orden inferior. A este proceso
se le llama comúnmente "mapear".
118
4.7.5.1.3 Unidad tributaria (TU-n):
Estructura de información cuya función consiste en proveer adaptación entre
un VC de orden inferior y uno de orden superior. Esta consiste en un VC de orden
inferior y un puntero TU el cual se encarga de mostrar el desplazamiento entre el
comienzo de la trama VC de orden inferior y el de la trama VC de orden superior.
A esto también se le llama "alineamiento" (aligning).
4.7.5.1.4 Grupo de unidades tributarias (TUG-n) :
Se encarga de combinar una o varias unidades tributarias (TU). Por ejemplo,
un TUG-2 puede combinar un solo TU-2 o un grupo homogéneo de TU-1s
idénticos y un TUG-3 puede combinar un TU-3 o un grupo homogéneo de TUG-2.
4.7.5.1.5 Unidad administrativa (AU-n):
Estructura de información cuya función consiste en proveer adaptación entre
una carga útil de un VC de orden superior y un STM-N. Esta consiste de un VC de
orden superior y un puntero AU el cual se encarga de mostrar el desplazamiento
entre el comienzo de una trama VC de orden superior y el de una trama STM-N.
Por ejemplo, AU-4 consiste de un VC-4 y un puntero AU, mientras que AU-3
consiste de un VC-3 y un puntero AU.
4.7.5. /. 6 Grupo de unidad administrativa (A UG):
Grupo homogéneo de un AU-4 o tres AU-3 combinados por multiplexión por
intercalación de bytes,
4.7.5.1.7 Módulo de transporte síncrono (STM-n):
Estructura de información con soporte para conexión de estrato de sección
que consiste en carga útil de información (PAYLOAD) y encabezamiento de
sección (SOH) para gestión de sección. 155,52Mb/s es lo definido como un STM
básico. En STM-n, la velocidad es determinada por n, donde este representa un
múltiplo entero de 155,52Mb/s.
119
4.7.5.2 Estructura de multiplexión
Hay dos maneras de formar una señal STM-n. Una es a través de AU-3,
usada en Estados Unidos, Japón y algunos otros países, conocida en
Norteamérica como SONET (red óptica síncrona). La otra es a través de AU-4,
usada en todos los demás países. Para interconectar estos dos estándares, se
utiliza normalmente un TUG-2.
Procesamiento del punteroMultíplejáónAlineaciónProyección
Figura 4.19: Estructura de muttiplexión SDH
C-12
PTR - - Puntero
S bits de relleno
|POH C-12 | VC-12Valor de desplazamiento ^^^_^^^_^
pTR] ^ I VC-12 I TU-12
3 1 2 *L TUG-2
r. "nJG-2 TUG-3
[POH] ^i 2| "nJG-3
VC-4• de de«pliz«iniBnto
SOIa N AUG
VC-4
AU-4
AUG
STM-N
Figura 4.20: Proceso de multiplexión de 2Mb/s al SDH
4.7.6 ESTRUCTURA DE TRAMA SDH
4.7.6.1 Estructura de trama STM-1
La estructura básica de trama STM-1 es como un marco con una distribución
de bytes en nueve filas con 270 columnas. La trama entera posee una longitud de
125(j,s. El orden de transmisión es por filas y en cada fila los bytes se transmiten
120
de izquierda a derecha. Las primeras nueve filas y columnas contienen el
encabezamiento de sección (SOH), con la excepción de la cuarta fila que se
utiliza para el puntero AU. Las siguientes 261 filas bajo las mismas nueve
columnas corresponden a la carga útil (PAYLOAD), donde se transporta o un VC-
4 o tres VC-3s.
Las primeras tres filas de SOH son encabezamiento de sección de
regenerador (RSOH) el cual es accesible en regenerador y multiplexor, y desde la
quinta hasta la novena fila son encabezamiento de sección de multiplexor
(MSOH) el cual es accesible solamente en multiplexor.
I bto- 1 byte
123 Mi
A-SOH; tara de seoóán da regeneradorM-SOH: tara de sección da nwftqfcKr
Figura 4.21: Estructura de la trama STM-1
Todas las estructuras de trama SDH utilizan nueve filas. Esta cantidad es
precisa para proveer una mejor disposición de señales dentro de la trama en
ambas velocidades 2Mb/s y 1,5Mb/s. De esta manera es posible hacer que todos
los bytes en una columna pertenezcan a una misma fuente de información y esto
permite un sistema bien sencillo para procesar las señales SDH.
La frecuencia de trama (8kHz) es seleccionada de modo que un byte de la
trama pueda corresponder a la capacidad de transición de un canal a 64kb/s, de
allí la capacidad de transporte completa de la trama STM-1 es:
121
'STM-1
_ 8 ^ (9x270) 8x1Q:
~ A X B X C
Donde:
A: número de bits que tiene un byte
B: número de bytes que forman STM-1
C: frecuencia de trama STM-1
4.7.6.2 Estructura de trama STM-n
La multiplexión de ta carga útil STM-1 a la carga útil STM-n se realiza a
través de multiplexión por intercalación de bytes. Esto normalmente ocurre
después de completar el proceso de terminación de los SOHs y renovación de
punteros correspondientes a cada STM-1 (AU-4 o AU-3s). Finalmente se
ensambla un nuevo SOH listo para STM-n
STM-1 (AU-4) STM-N
----- EBB
STM-1
[-1
ccc
NNN
- -N - CBAN -• CBAX. STM-N
Multiplexión por intercalación
M—9xN *-! xN
9 filas
iRSOH
AUPTR
MSOH
ABC -- N A B C - - N ---- ---- N
---- N 125 MS
Figura 4.22: Estructura multiplexión trama STM-N
4.7.7 FUNCIONES DE PUNTERO
Existen dos punteros: AU y TU. El puntero AU se utiliza para colocar los VCs
de orden superior en STM-N. Este también muestra la dirección donde comienza
la trama de carga útil del VC dentro de la trama STM. El puntero TU se encarga
122
de alinear varios VCs de orden inferior en un VC de orden superior y además
indica la dirección donde comienza la carga útil del VC dentro de la trama VC de
orden superior. Ambos se encargan de dos funciones principales:
• Disminución en retardo de multiplexión y
* Justificación de diferencia en frecuencia entre una trama y una carga útil.
Un puntero normalmente se divide en cuatro partes. H1, H2, H3 y otros bytes
no utilizados forman el puntero AU. V1, V2, V3 y V4 (uso futuro) forman el puntero
TU. Las primeras dos partes de un puntero (H1,H2,V1,V2) se utilizan para la
indicación de direcciones y control de justificación. La tercera parte (H3,V3) es la
llamada "oportunidad de justificación", lo que quiere decir que se encarga de
indicar cuándo es necesaria la justificación. El uso de Hn y Vn es idéntico.
Ejemplo:2Mb/« a STM-1 vía AU-4
Figura 4.23: Función de puntero
1
tn/ltf \J ' — - — —
# _ _ _ _ 3 bytes consecutivos tienen el mismo número
Figura 4.24: Puntero AU-4 y número de desplazamiento de puntero
123
VI105
1
139
V2
?i
14
V33511169
V4
7?1
104
t36bytes
—500 Mí
VC 12
TU 12
Figura 4.25: Puntero TU-12 y número de desplazamiento de puntero
4.7.7.1 Disminución en retardo de mu I tiples ion
Normalmente las señales que se originan en distintos puntos presentan
ciertas diferencias de fase a consecuencia de sus contrastes en longitud de
transmisión y tiempos de generación. Para poder alinearlas utilizando los
procesos más comunes de multiplexión, cada señal debe ser escrita en memoria
y leída después bajo una nueva fase de la trama que va a ser multiplexada. Por lo
tanto, es inevitable causar un retardo adicional equivalente a la mitad del tiempo
de trama promedio, que como máximo llegaría a ser hasta el tiempo total de la
trama. Además, se necesita una capacidad de memoria bien amplia ya que el
aumento en retardos tiene como resultado una degradación en la calidad de la
información a ser transmitida.
Para evitar estos inconvenientes, se ha introducido un nuevo método
utilizando punteros en la multiplexión de señales SDH. En este se asigna un
puntero a cada VC que va a ser multiplexado para indicar el desplazamiento
relativo entre el VC y la trama nueva tomando una dirección en dicha trama. De
hecho, cada VC tiene un valor de puntero distinto que se renueva en cada
proceso de multiplexión al que es sometido, de manera que no es necesario
introducir retardo adicional con propósitos de alineación.
124
STM-N //Afi / /
/ /Señal de entrada
Setal centran* ilneadt
Figura 4.26: Renovación de puntero
4.7.7.2 Justificación de diferencia en frecuencia entre una trama y una carga útil
En realidad, la justificación de frecuencia no es un requisito en la red SDH
siendo esta una red síncrona donde todos los elementos de red funcionan bajo el
mismo reloj. Sin embargo, cuando esta red SDH se manifiesta a través de varios
operadores independientes o distintas naciones que dispongan de una fuente de
reloj principal alterna, cabe la posibilidad de que estos estén a otra frecuencia.
También existe la posibilidad de que algunos elementos de red utilicen su propia
fuente de reloj, modo de retención o modo de operación libre, debido a fallas y su
frecuencia se desvía de la red principal.
1
4
9
<N
/"
H1** H2** H3H3H3
\ \l H2
N N N S 3 I D 1 D 1 D
Oportunidad de justificación negativa
(3byte>)
0 0 0
^^_^OportunBl«d de jostificación poiitiva
(3
I : Bu de iooromcato Control de jutíiODación neg.w . D r B* de deoremento invierte obco büs-D
j Controlde justificación poi
itiva
e votoitiva
, invierto orneo bju-I^ ,™lor OM punieni__W 1^ ^ ' acepU por mayor» devoto»
Figura 4.27: justificación de AU-4
Se provee la función de justificación a la red SDH para eliminar esta
diferencia en frecuencia. Este proceso se lleva a cabo cambiando el número de
125
puntero y utilizando bytes de oportunidad de justificación, los cuales son parte del
puntero y de uno de los bytes de carga útil. Se utiliza el byte H3 para realizar
justificación negativa o para transportar información cuando la frecuencia de la
carga útil es mayor que la frecuencia de la trama (H1 y H2 registran un número de
puntero). Esto es evidente cuando se invierten los bits en decrementos del
número de puntero que se encuentra en los bytes de H1 y H2. En las próximas
tramas, el valor de H1 y H2 es disminuido por uno y conservado así hasta la
próxima justificación.
En el caso en que la frecuencia de la carga útil resulte menor que la
frecuencia de la trama, los bytes próximos al puntero, que se encuentran en la
dirección O, se utilizan como bytes de relleno sin transportar información alguna.
Este sería el caso de justificación positiva. Esto se indica invirtiendo los bits de H1
y H2 e incrementando los valores del puntero por uno.
HI | Y | Y |m | 1 | i |HJ |H3 |H3
/ tHI | Y |Y |H3 | 1 | I |H3 |HJ |H3
/ •(Y |Y |m | i 1 1 |ro |HI |HJ
vc-^
^
^tt-i
invertidoi)
HÜ4
ÍT-i""l
n | n [ n ñu |IH-I |
epurtfero
n 1 n 1 n I.H-Í Un-l |' ' ' P T«q«2
LHÉttoOb I
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* /HI [Y |Y \m |i |, |ra | m |m |1 —
ubn> (it<-l)
, k&-I-1 TS-IX
Comienza da VC-4 (mvo)unitiva j**"
Tramí
TU |tt*l | _ _ *. _
Trama 4
125)11
250 ja
375(ii
500,1»
Figura 4.28: Justificación de AU-4: Justificación positiva
En resumen, se emplean dos funciones distintas de justificación en el
proceso de multiplexión SDH, una cuyo propósito central es ajustar las diferencias
en frecuencia dentro de la red SDH y la otra se utiliza como herramienta de
mapear, para proyectar una señal PDH dentro de un contenedor (C-n) y su
propósito es sincronizar señales PDH a la red SDH.
126
Hl Y Y HJ H3 H3
| Y | Y |m I 1 [ I JH3 |1P |m
UL-LHl Y Y
IT 1^ I'
CmnaUD Jcl«M
\Wor*i)*t
lo-:
h-:
- I • I • K
Vfcfc» tt tuMtn (bíi D ina«U«)
•tifinciAii
n-l)
D-l
Figura 4.29: Justificación de AU-4: justificación negativa
4.7.8 ENCABEZAMIENTO
Los sistemas PDH ya existentes también poseen muchos bits de
encabezamiento, los cuales transmiten servicios tales como información de
alarmas remotas. Estos, sin embargo, son de poca capacidad, al menos lo
suficiente como para aprobar los requisitos mínimos que eviten un aumento en la
velocidad de transmisión en línea. En esencia la encabezamiento de SDH es igual
a la de PDH, pero con mucha mayor capacidad y transportabilidad de grandes
cantidades de información OAMP. El medio principal de transmisión en SDH es
como una fibra que, por sus características de banda ancha, es prácticamente
inmune a imperfecciones que puedan ser causadas por aumentos en velocidad de
transmisión.
4.7.8.1 Encabezamiento de sección (SOH)
1. Señal de alineamiento de trama A1, A2
A1 y A2 son patrones fijos de sincronización de trama. A1 está dispuesto en
11110110 y A2 en 00101OOC.
127
C A R O A Ú T I L > T M -
Funciones de tarea de secciónEntramadoTrazo de sección de regeneraciónCanal de comunicición de datos
Canal de servicioMonitoreo de errores
C anal del usuarioM onitoreo de erróte»
Señalización APS
Estado de sincronizaciónReporte del estado de sección
Al
Bl
DI
Al Al AI
El
DI
A2 AZ JO
Fl
D)
XX,
XX
Puntero 00 AUB3
D4
D7
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Bl
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Kl
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^*)K
X -Byte ICTVldH píft UID IUC
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J»•><
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(AI.2)(JO)(DI-3)(D4-12)(El)(E2)(Fl)(Bl)(B2)(Kl.Z)(K2)(SI)( M I )
provisional, para estudio adicionalDCC de sección de regenerador,OCC de sección de multiplexor,accesible en regeneradoresaccesible en multiplexoreíCanal despejado de 64 kb/sBIP-8 de sección de regeneradorBIP-24xN de sección de multíplexorconmutación de proteooión auto mi lio atambién usada como MS-AIS y MS-RDIindicación de nivel de calidadREÍ (cónico de BIP-24xN)
RDI: Indicación de defecto remoto(ante* FERF, Talla de recepción
„„. . je extremo lejano)REÍ: Indicación de Error Remoto
(antes FEBE, error de bloqueextremo
MS: Sección de mulüplexor
DCC: Canal de comunicación de datos
Figura 4.30: Estructura de trama de ST M-1 y tarea de sección
2. Traza de sección de regenerador JO
El uso de JO está aún bajo estudio. Este byte ha sido definido formalmente como
identificador STM.
3. Monitoreo de errores B1, B2
Los errores de transmisión son monitoreados independientemente en las
secciones de regenerador y multiplexor. B1 es para la sección de
regenerador y B2 para la de multiplexor. El método de monitorear se llama
BIP-n (paridad n de bits intercalados). La señal que es monitoreada se divide
en bloques pequeños con "n" cantidad de bits en cada uno. La prueba de
paridad par se aplica a cada bit por independiente en todos los bloques de la
trama comenzando por el primero hasta el último (bit n). El resultado aparece
después en el bit correspondiente del byte B en la trama siguiente. El BIP de
la sección de regenerador (B1) utiliza n = 8 y se aplica a todos los bytes
128
luego de haber sido mezclados. Además, el B1 se renueva en todo
regenerador. El BIP de la sección de multiplexor (B2) utiliza n = Nx24 (N de
STM-N) y excluye los bytes de RSOH debido a que los regeneradores
renuevan el B1 y cambian los D1-3, E1 y F1 cuando estos son accedidos. El
B2, sin embargo, queda intacto en regeneradores. De esta manera pueden
monitorearse por separado tanto el promedio de error de cada sección en
todo regenerador como la ocurrencia total de errores en la sección de
multiplexor.
trama#n
trama#n+l
i 1 ? ••• K" —8[ in ¿n "-n OB
Figura 4.31: Principio de BIP 8
Bf ,rew
uvación de B 1 en cadaamador
#n+l/
IfB2 B2 B2
Ren
/
ovación d«B2 »íáo en nnJti)iajwt
BIP 8 para sección de regenerador BIP Nx24 pira sección de mntóplexor
Figura 4.32: BtP de tarea de sección
Canal de servicio para Ingeniería E1, E2
Los bytes E1 y E2 proveen circuitos de canal de servicio de ingeniería. E1 es
accesible en regeneradores y multiplexores, E2 solo en multiplexores. Cada
circuito posee una capacidad de 64kb/s.
Canal de usuario F1
129
Este es un canal de datos despejado de 64kb/s que puede utilizar cualquier
operador de red para sus propósitos.
6. Canal de comunicación de datos (DCC) D1-3, D4-12
Tres bytes en el RSOH (D1-3) y nueve en el MSOH (D4-12) son asignados
como canales de comunicación de datos para transmitir información OAMP
hacia multiplexores y regeneradores y viceversa. Estos canales son de
192kb/s y 576kb/s, respectivamente.
7. Señalización de conmutación de protección automática (APS) K1, K2
El intercambio de información APS entre dos extremos en una sección de
multiplexor se lleva a cabo a través de los bytes K1 y K2. Parte de K2
también se utiliza para enviar MS-RDI (indicación de defectos remotos en la
sección de multiplexor) y MS-AIS (señal de indicación de alarmas en la
sección de multiplexor). Antes de las últimas recomendaciones, MS-RDI era
conocido como MS-FERF.
8. Estado de sincronización S1
El byte S1 comunica a la siguiente estación la calidad de la fuente de
referencia de sincronización utilizada por el equipo, la cual provee
administración y recuperación de fallas en la distribución del reloj de
sincronización.
9. Notificación de estado de sección M1
El resultado de BIP-Nx24 se reporta a su extremo de origen por el byte M1
como MS-REI (indicación de error remoto). Antes de las últimas
recomendaciones, REÍ se conocía como FEBE.
10. Z1 y Z2 son bytes de reserva.
4.7.8.2 Encabezamiento de trayecto de orden superior (VC-3, VC-4)
1. Traza de trayecto J1
Este byte se utiliza para transmitir una validación de trayecto y señal de
trazo. Este forma una trama de 16 bytes que consiste de un byte marcador
de trama y 15 caracteres ASCI I programables. Los caracteres son
transmitidos de manera repetitiva para que, de este modo, una terminal
receptora de trayecto los compare con la cadena de caracteres más
esperada y verifique la conexión continua con el transmisor deseado.
130
Monitoreo de errores B3 (trayecto BIP-8)
Esta función monitorea el comportamiento en la transmisión de extremo a
extremo del servicio (VC), el cual viaja a través de distintos tipos de media
que pudiesen cambiar la ruta y evitar fallas.
Etiqueta de señal C2
El C2 muestra fa composición del VC:
No equipado:
Equipado no especificado:
Estructura TUG:
TU bloqueado:
la sección es completa pero no existe equipo
para generar el trayecto.
servicios fuera de los definidos a continuación
para VC-4, transporta TUG-3s, no señales de
140M para VC-3, estructura SONET,
transporta TUG-2s, no señales de 45M o
34M.
para compatibilidad con versiones anteriores.
(fue eliminado de la recomendación.)
Mapeo asincrono de 34M
o 45M en C-3
Mapeo asincrono de 140M
enC-4
Mapeo de ATM
Mapeo MAN (DQDB)
Mapeo de FDDI
Estado de trayecto G1
El G1 se encarga de comunicarle al originador de trayecto VC el estado de
terminación de trayecto en forma de REÍ y RDI. REÍ señala el resultado del
B3 (BIP-8) en forma de número binario (de O a 8), y RDI es iniciado por la
detección del AIS, por una falla de trayecto o por diferencias en el trazo de
trayecto.
Canal del usuario de trayecto F2, Z3
Estos bytes son asignados para propósitos de comunicación del usuario
entre dos puntos de terminación en el trayecto.
Indicador de posición H4
en etapa de estudio,
en etapa de estudio.
7.
8.
131
El byte H4 provee un indicador generalizado de multitrama para las cargas
útiles. Este puede ser utilizado como un indicador de posición de multitrama
para el VC-1 y otros propósitos.
Canal de conmutación de protección automática (APS) K3
Este byte es utilizado para la señalización APS de protección en los niveles
de trayecto de orden superior (VC-3 y VC-4).
Byte de operador de red Z5
Este se utiliza para el mantenimiento de conexión en tándem (necesita
estudio adicional).
Moníoreo de mores de trayectoReporte de estado de trayecto
Ti»zo de trayecto
Etiqueta de sen» I
Canales de usuario de trayectoSeñalización de APS
Indicador de posición
Byte de operador de red
REÍRDI
(B3) Bff-í(GI) REÍ (ndicación de error remoto)
conteo de errores (BIP-I resultados)RDI (Indicación de defecto remoto)
Recepción de AIS de trayecto, lefia! de falbDJscrepmcB de trazo de trayecto dispareja
(Jl) Verificación de la coneñfa de VCamaría programa ble, 13 caracteres
(C2) Indicación de composición de VCno equipado, equipado no especificado,estructura de TUG, TU bbqneado, ATM,asincrono de 34M o 45M, asincrono de I40M,
MAN (DQDBX FDDI(F2, Z3) canales despejados de 64 Kb/s
(K3) conmutación de protección automáticaen nivel de trayecto de orden superior
(H4) posñión de mnftilrama para el VC-1 y VC-2
(Z5) mantenimiento para conexión en tándem
primer EEBE (error de bloque de extremo lejano)primer FERF (falla de recepción de extremo lejano)
Figura 4.33: Funciones de tarea de trayecto (VC-3, VC-4)
4.7.8.3 Encabezamiento de trayecto de orden inferior (VC-1, VC2)
Con la excepción de no tener el canal de usuario y el indicador de posición,
las funciones del encabezamiento de trayecto de orden inferior son idénticas a las
del encabezamiento de trayecto de orden superior. Estas se pueden resumir en:
BIP-2, REÍ (FEBE), RDI (FERF), identificador de punto de acceso en el trayecto
(equivalente al trazo de trayecto en HOPOH), etiqueta de señal, monitoreo de
conexión de tándem y APS.
La etiqueta de la señal indica el contenido del VC que puede ser:
-"Unequipped" (no equipado),
-"Equipped-non-specific" (equipado no específico),
-uAsynchronous" (asincrono),
132
"Bit synchronous" (síncrono en bits) y
"Byte synchronous" (síncrono en bytes).
V5
n
Mnibno de aran de InyectoReporte de estado de Inyecto
Ideftfkador de punió de acceso de Inyecto
Etiqueta de «£al
(V5) EBP-2REÍ (hdicación de cnw remato)coaleo de aran» (raubdo HP-2 )RFI(indkacaidefaiB remata)REÍ (hdicacion de defecto lanoto)Hecopáán de AIS de trayecto, fila de aofial
Verificación de caneóte de VCproganaMe par únanos,
Byte de apandar de red
(V5)
(J2)
(V5)no onuyado, entapado no específico,«momo, amaino de H, atocrano debylEB, equipado ñu»
(K4) OoamutacióndcprotocdáDHtomátkaen nivel de trayecto de onfcn infería-
(Z6)
RM: artes FERF (fafa de reccpáún de cdrano lejano)I. *tf L T^ HMS*'í?' u"* I RH:fomnÉdate este bit fue «¿gado alavo de taaycclo
' '
Figura 4.34: Funciones de tarea de trayecto (VC-1x, VC-2)
El cuarto bit de V5 es dedicado al indicador de fallas remotas (RFI) el cual es
generado en cuanto se declara una falla. En realidad este bit fue asignado
inicialmente al trazo de trayecto, pero en la última recomendación se estableció el
uso de un byte independiente (J2) para éste.
Cuando se recibe una condición de señal de falla o AIS de trayecto, se le
envía at originador de trayecto el RDI.
Las señales de mantenimiento en ta capa de sección son el AIS de la sección
multiplexora y la RDI (Indicación de Defecto Remoto, anteriormente conocida
como FERF, falla en el extremo receptor).
En la capa de trayecto se tiene el AIS de trayecto y la información del estado
de trayecto en la forma de REÍ (Indicación de Error Remoto, anteriormente FEBE)
de trayecto. Estas señales de mantenimiento de trayecto se aplican a los niveles
de trayecto de orden inferior y superior.
133
LOVC
<
C
•
JIP-2
secckmdt
HOVC
i
í
•4 Etf^x) terranal
BIP-2
*-
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LT
1
:
p.
trayecto de ord
cíón de trayecto
Sección de muta
**áfr"»= . SecBenerttfcr •f^g,
LOS ,LOF
Rl
BIP-8i *11P-24N
REO
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• '
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:n inferí
de orde
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LOS |
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BIP-8*
(FEBE)
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HOVC
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P
LOP ,
1 *•—'AIS . JlAIS
IDI(FERF)
REÍ (FEBE)
LOVC
elección
AIS
Figura 4.35: Señales de mantenimiento
4.7.9 MAPEO
4.7.9.1 Mapeo de señales de 2Mb/s
El tamaño de VC-12 necesario para mapear 2Mb/s son 140 bytes de una
trama de tiempo de SOO^s. Los bytes V5, J2, Z6 y K4 serán utilizados para POH y
el alineamiento de VC-12 dentro de TU-12 se hará posible utilizando un sistema
multitrama que consista de cuatro tramas TU-12.
4.7.9.1.1 Mapeo de señales asincronas de 2Mb/s
El VC-12 encargado de transportar la señal asincrona de 2Mb/s está
compuesto de 1023 bits de información de transporte (127 bytes -*- 7 bits): Dos bits
para oportunidad de justificación (uno para justificación positiva, otro para la
negativa), seis bits para el control de justificación, un byte POH, ocho canales
para la encabezamiento de comunicación cuya función aun no ha sido definida, y
73 bits de reserva (8 bytes + 9 bits).
134
La justificación que se utiliza aquí es para sincronizar una señal PDH a la
frecuencia del reloj SDH, cuyo propósito es distinto al proceso de justificación
presentado en la sección 4.6.7.2 donde la diferencia en frecuencia se "absorbe"
dentro de la red SDH.
I : informaciónOtaraC: control de justificaciónS: oportinidad de controlR: relleno fijoP: trama de señalt2Bción
el mpeo dd bu síncrona
Bit riñeron»
Figura 4.36: Mapeo de señal de 2M en VC-12
4.7.9.1.2 Mapeo de señales de bits síncronos de 2Mb/s
En este caso no es necesario justificación de ningún tipo dado que la señal
de 2Mb/s ya está sincronizada al SDH. Una oportunidad de justificación (S2)
siempre transporta información y la otra (S1) se convierte en un bit de relleno. Los
bits de control son dispuestos en O y 1.
Este tipo de mapeo fue excluido en la última recomendación siendo un caso
especial del primero y además, el mismo multiplexor es capaz de realizar este
mapeo sin ningún tipo de cambio o modificación en el proceso.
4.7.9.1.3 Mapeo de señales de bytes síncronos de 2Mb/s
Este tipo de mapeo se utiliza cuando es necesario tener "visibilidad" de los
canales de 64kb/s por individual en una señal SDH de 2Mb/s.
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63
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NPI
-261
-
NPI
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I
V2
V3
V4
35 35 35 35
252=
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36 36 36 36
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2 3 35 36 V2
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i' 144
bytc
a rSí J
O¡M '
VC
-12
TU
G-2
03
136
4.7.9.2 Mapeo de señales de 34Mb/s y 140Mb/s
El mapeo de una señal de 34Mb/s en VC-3 emplea también justificación de
tipo positiva y negativa. La trama VC-3 se divide en tres subtramas de justificación
que consisten en el siguiente número de filas: 1-3, 4-6 y 7-9. Como la señal
norteamericana de 45Mb/s también puede ser proyectada de esta misma manera
y en el mismo tamaño de VC-3, el mapeo de 34Mb/s resultará en una porción
mayor de bits de relleno que la de 45Mb/s.
1
R ; Bu de rdeno fijoC,C2 ; BitdecoftrcidejuBtifoaciónS, BttdeofxxtunktaddeJBii&acitaI '; Bt de información
^
Jl>3|W3XSlW3JSlK|3XSlPa3XSlPC|JXS «13X8*03X8
• R R R R R R R R - R R R R R R C J C j
Figura 4.38: Mapeo de señal de 34M en VC-3
STM-l
VO4 I : informaciónO : taraC : control de justificaciónS : oportmidad de justificaciónR : rellano fijo
= CRRRRROO= RRRRRRRR
-«- ' ->
POH
1
w|•4 —
9
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í| 961
I | Y
961 j
— i
961 - i
'
Y 961
Figura 4.39: Mapeo de señal 140M en VC-4
137
El mapeo de 140Mb/s en un VC-4, por otra parte, utiliza únicamente
justificación negativa. Cada una de las nueve filas del VC-4 posee una
oportunidad de justificación negativa y cinco bits de control para la justificación.
Ejemplo de Mapeo de VC-12 (2Mb/s) a STM-1
STM1
AU4
VC 4
tX 3
ITUG3
íX7
I
TU62
tX3
ITU 12
270 - 261SOH
AUPTR
AUPTR
Ejemplo de Mapeo de VC-4 (140Mb/s) a STM-1
STM1
AU4
TVC4
•
1T
2HJSOH
I AU PTR
'-«-
270 - 281* 9
261 V
126|is
Ejemplo de Mapeo de VC-3 (34Mb/s) a STM-1
138
AU4
VC 4
tX3I
TUG3
tX1I
TU 3
tXI
iVC3
T9
i
I
1
4 270 s 261 + 9 MSOH
AUPTR
AUPTR
AUPTR
!•*•
I-*-
i
T
86 = 88 + 1
85
*í1
12&*
-*•!
•*•!
4.7.9.3 Mapeo de celda ATM
La celda ATM transporta información B-ISDN y su tamaño es de 53 bytes:
cinco de cabecera y 48 de información.
La celda ATM es mapeada en VC-4 de manera que queden alineados el byte
de la celda y del VC-4.
La posición relativa en los límites de cada celda, junto a la trama VC-4,
cambia en cada trama dado que la capacidad de la carga útil (2340 bytes) no es
un múltiplo entero del tamaño total de la celda (53 bytes). El byte H4 del VC-4
muestra este desplazamiento de sí mismo en relación con el límite de la primera
celda.
Celda ATM
139
VC-4
JlB3C2Gl
F2
Z3
K3Z5
~ c ^ i H HV__ desplazamiento
\_VC4POHje— encabezado
— 53 bjtes >
Figura 4.36: Mapeo de celda ATM en VC-4
4.7.10 ALEATORIZADOR DE DATOS
La forma de onda del sistema SDH es equivalente al código de línea sin
retorno a cero (NRZ). Para obtener una cadencia estable de información y evitar
que la línea de base fluctúe en el punto de decisión de un receptor, es muy
importante que el código de línea tenga suficientes transitorios de datos bien
balanceados. Por ese encabezamiento, la salida del transmisor es mezclada.
datos
reloj rD Q
C S
4 rD Q
C S*- r
D Q
C S
L rD Q
C S
*- rD Q
C S: — t-r
D Q
C S
. A
lr
D Q
C 5
A
redisposición=pulso de,
Adición de modulo 2
A+B-C
1 +1 =» O
1 +0= 1
0 + 1 -1
0 + 0 =0
Stffeifcl orificado- Datos mezclados
L000000100000110
11000000100000I1
11I0000001000001
1111000000100000
111110000001D000
•vr*
írI1I 11'(II I01OíOí0,00I 10»oí01
1;I11"1'IIult0|Oí
°,o¡S'1'OíOí
Figura 4.37: Mezclador de datos
140
El mezclador es un tipo de trama síncrona con una secuencia de 127 bits de
duración cuyo polinomio generador se describe por la siguiente función: 1 + X6 +
X7. Durante el primer bit del byte que le sigue al último byte en la primera fila del
RSOH, éste se redispone en "1111111" y entonces se aplica conforme a ese bit,
lo cual quiere decir que la primera fila del RSOH no se mezcla.
4.7.11 APLICACIÓN EN REDES SDH
A la aplicación de los elementos de red en operación terminal de "punto a
punto" y de "multipunto" se le conoce como "Modo Lineal de Operación". Otro
modo de operación de los elementos de red se le conoce como "Modo en Anillo".
Referencia ITU-T Rec.G-782 Type Illa y Type Illb.
El multiplexor terminal permite que las señales tributarias sean multiplexadas
y cross-conectadas para formar señales de agregado síncronas. Referencia ITU-T
Rec.G-782 Type lia.
El multiplexor de Inserción-Extracción (Add-Drop) permite que las señales
tributarias sean insertadas o extraídas desde la señal de agregado. Referencia
ITU-T Rec.G-782 Type Illa.
Equipo terminalRegenerador
Punto a Punto
Mux de inserción/extracción
\ \ TMultjpunto
TEADM ADM
TR
Anillo
Figura 4.40: Aplicaciones en redes SDH
141
4.7.11.1 Sistema de anillo de conmutación de trayecto unidireccional de 2 fibras
En este tipo de configuración se utiliza la tecnología SNCP, en la cual el
tráfico de tributario se envía en ambas direcciones (horaria y antihoraria) del
anillo. El nodo de recepción compara ambas señales y selecciona la señal con
mejor calidad para la recepción, a este nodo se llama "nodo de anillo con
conmutación de trayecto unidireccional". SNCP soporta operaciones de anillo a
nivel de STM-4. Referencia ITU-T.Rec.G-841.
^ Canal en fibra en servicio
^ Canal en fibra de protección
Figura 4.41: Anillo de conmutación de trayecto unidireccional de 2 fibras
4.7.11.2 Sistema de anillo de conmutación de línea bidireccional de 2 fibras
A este tipo de configuración de 2 fibras, se le llama "anillo con protección de
sección multiplexada compartida". Referencia ITU-T Rec.G-841.
Figura 4.42: Anillo de conmutación de línea bidireccional de 2 fibras
142
4.7.11.3 Sistema de anillo de conmutación de línea bidireccional de 4 fibras
A este tipo de configuración de 4 fibras, se le llama "anillo con protección de
sección multiplexada compartida entre la línea de trabajo(2 fibras) y la línea de
protección (4 fibras)". Referencia ITU-T Rec.G-841.
Linea en servicio
extracción
Conexión de canalde paio
Figura 4.43.1: Anillo de conmutación de línea bidireccional de 4 fibras
Linea en servicio
Linea de protección
extracción
Conexión de canal de paso
Figura 4.43.2: Anillo de conmutación de línea bidireccional de 4 fibras
Línea en férvido
Linea de protección
extracción
Conexión de canal de paso
Figura 4.43.3: Anillo de conmutación de línea bidireccional de 4 fibras
143
4.7.12 FUNDAMENTOS DE SINCRONIZACIÓN EN SDH
4.7.12.1 Arquitectura de sincronización
Todos los elementos de red (NE) en la red SDH se operan bajo un mismo
reloj de frecuencia suministrado por una fuente de señal llamada reloj de
referencia primario (PRC). En la recomendación ITU-T G-811, se encuentran las
especificaciones de rendimiento del PRC, cuya estabilidad y exactitud en
frecuencia se hallan en el orden de ±10"11, posible gracias a un oscilador de cesio.
La distribución de la señal de reloj se manifiesta a través de líneas de
transmisión ordinarias como, en este caso, un sistema de transmisión SDH. Los
elementos de red "intermedios", tales como regeneradores, multiplexores de
inserción y extracción, etc., son operados por medio de un "modo esclavo", el cual
utiliza un componente de señal de reloj extraído de la señal STM-N recibida.
Referencia primaríaG.811
Nodo de tránsitoG.812
Nodo localG.812
Sistema de reloj8BFTS)
Los circuitos de reloj de los elementos de red de SDHpueden trabajar en forma esclava ya sea a una señalde linea o a una referencia extema.El reloj esclavo entra en modo de retención cuandopierde la referencia de sincronización.
Figura 4.44: Arquitectura de sincronización
El deterioro en la señal de reloj, como la fluctuación acumulada durante la
transmisión a través de una cadena de elementos de red y línea de transporte, se
reduce con un equipo de reloj esclavo de alto rendimiento según especifica la
recomendación ITU-T G-812 para nodo de tránsito y para nodo local.
144
Un elemento de red SDH tiene la capacidad de enviar una señal de reloj
externa dirigida hacia el BITS (fuente integrada de temporización de construcción)
para reducir el deterioro en la señal de reloj. El elemento de red intermedio utiliza
directamente la señal de reloj extraída por sí mismo.
4.7.12.2 Fuente de sincronización del elemento de red (NE)
Las señales de reloj necesarias para la operación del NE son producidas por
un circuito de reloj que corre principalmente bajo el modo esclavo. Las fuentes de
referencia disponibles son:
1. Entrada extema
En este puerto normalmente se conecta una señal de reloj extema
proveniente de un reloj de referencia primario (ITU-T G-811), o BITS
(ITU-T G-812 tránsito o local), o el reloj de un sistema de conmutación.
2. SeñaldelíneaSTM-N
El componente de la señal de reloj extraída de una señal de línea STM-N
puede ser utilizado como fuente de referencia, estando éste conectado
hacia el este, oeste o una dirección tributaria. Entonces, el byte S1 del
SOH muestra el nivel de calidad del componente de reloj. Esta señal de
reloj se acepta siempre y cuando la señal STM-N pueda ser encontrada
desde ITU-T G-811 o ITU-T G-812.
3. Señal PDH de 2Mb/s en el tributario
Dos de las señales tributarias de 2Mb/s pueden ser seleccionadas como
fuentes de referencia. Este sería el caso si, por ejemplo, el sistema SDH
fuese instalado en un área aislada con el reloj síncrono comunicado a
través de una señal de 2Mb/s generada por un PRC, o cuando el sistema
SDH es sincronizado a un reloj ESS (sistema de conmutación) en vez de
PRC.
Lo expuesto anteriormente se puede resumir en el siguiente cuadro:
145
Sincronización de SDH
Fuente de reloj y prioridad
externa 1, externa 2 •linea 1, linea 2, línea 3tributaria 1, tributaria 2interna
Extema; de BITS o reloj primarioLínea; de cualquier línea de STM-N o tributaria STM-NTributaria; de cualquier tributaria de 2Mb/sInterna; retención o funcionamiento ubre
El orden de prioridad puede disponerse para cada una de las fuentes de referencia seleccionadasde acuerdo con el plan del usuario.
A parte de ser utilizado en modo de operación esclavo, el circuito de reloj del
NE también puede funcionar como una fuente de reloj independiente, para la cual
existen dos modos de operación:
1. Modo de retención
Mientras el circuito de reloj opera en modo esclavo, todos los parámetros
como frecuencia, fase, etc., son memorizados. Cuando el circuito pierde
contacto con la fuente de referencia, por alguna falla en la línea por
ejemplo, ésta información almacenada facilita el flujo de operación
continua ininterrumpidamente. De este modo, se pueden evitar
perturbaciones de transmisión causadas por cambios abruptos de
frecuencia y fase.
2. Modo de operación libre
El circuito de reloj que es básicamente un VCO (oscilador controlado por
voltaje), opera libremente sin fuente de referencia. Este es una excelente
opción para un área donde no haya una fuente de referencia de reloj
disponible, y donde el sistema SDH se utilice de manera semejante al
PDH.
En cada elemento de red (NE), se establecen los órdenes por prioridad
según la cantidad de fuentes de referencias disponibles. Para seleccionar una
fuente de referencia entre varias candidatas, se utiliza este sistema de prioridad al
146
igual que la calidad estimada de cada fuente. Este último método se explica más
adelante.
Entrada extema(de BITS)
1 2
Salida extema(para BITS)
1 2
Linea
STM-N
Trib
r Y
, \ . Linea 1 \
Tributaria lr 2 "
SELECTOR ^^3U i- L)
utaria ' l [ J 1 J ' 1 J
Salida de fZMU/s g-j^
i t
/Linea ¿ 1
Interna\" *i Retención (
Ni Función librq
'X Tributaria^N
STM-N
Línea
Figura 4.45: Fuente de sincronización del elemento de red
4.7.12.3 Nivel de calidad en la fuente de referencia
El byte S1 del SOH muestra el nivel de calidad de la señal de reloj utilizada
para generar la señal de línea STM-N (la última recomendación se refiere a S1
como Z1). Las indicaciones S1 son definidas por las recomendaciones del ITU-T
(ver figura 4.46) con la excepción de los números indicados por Q, que no son
especificaciones sino que sirven para explicar.
Cuando se utilizan entradas externas, relojes internos (tanto en modo libre
como en modo de retención) y señales tributarias PDH como fuentes disponibles,
el NE necesita disponer el nivel de calidad para cada uno de estos durante el
proceso de implementación. Si uno de estos se selecciona como fuente de
referencia, entonces el NE le envía un asignador de nivel de calidad en dirección
hacia adelante.
En las señales de línea STM-N, el NE otorga el nivel de calidad a cada uno
de estos elementos tras el byte 81. Inmediatamente que uno de ellos se utilice, el
mismo nivel de calidad que indica el byte S1 es enviado por el NE en dirección
hacia adelante. El NE también envía intencional mente el mensaje Q = 6
147
automáticamente en dirección hacia atrás, independientemente de cual sea el
nivel de calidad de la fuente de referencia que se utilice. "Hacia adelante" es
dirección descendente en la señal de línea desde donde se extrae el reloj y "hacia
atrás" es dirección ascendente. Por ejemplo, cuando se utiliza la señal de línea
que procede del oeste como referencia, entonces la señal procedente del este se
considera en dirección hacia adelante y la del oeste, en dirección hacia atrás. Si la
indicación S1 de la señal de línea recibida es Q = 6, lo cual significa "no se use",
el NE no puede seleccionar la misma como fuente de referencia. La razón por la
cual se mantiene Q activado en Q = 6 automáticamente en dirección hacia atrás,
es para prevenir un bucle de temporización que puede causar conmutación
continua e inestable entre varias fuentes.
Lo expuesto anteriormente se puede resumir en el siguiente cuadro:
Sincronización de SDH
Nivel de Calidad
Q si
O23456
000000100100100010111111
Rec. del ITU-T
significado frastreable hacia atrás)
calidad desconocida (red síncrona existente)G.811G.812 TránsitoG.812 LocalSKIS (fuente de tiempo de equipo síncrono(significa "no se use para sincronización")
otros números son para uso futuro.
* el nivel de calidad se envía al siguiente nodo usando byteSldelSOH
V^M G.811jf/ primaría
i
0=6
/'"VAi 0=2 0=2^
Q-3 Q=3
(AJ) G.812£~d¡ tránsito
. i^
/
9=3 >
Q=6
/'"\"-4i
0=3
Hacia atrás Hacia atrás
Figura 4.46: Indicación de nivel de calidad por byte S1
148
4.7.12.4 Reglas para la conmutación en fuentes de referencia
Las siguientes reglas se aplican normalmente al seleccionar una fuente de
referencia de entre varias que estén disponibles:
1. El nivel de calidad en la fuente (Q) siempre precede el orden de prioridad
(P).2. El orden de prioridad solo se aplica cuando la selección se hace entre
varias fuentes con el mismo nivel de calidad.
3. Cuando el byte S1 muestra un valor de Q = 6, existe alguna falla de
condición; así como una tasa de error excesiva o un AIS, etc.
4. El NE considerará que la calidad de la línea es Q = 6 y no la utilizará.
CAPITULO V
REQUERIMIENTOS FUTUROS DE LA RED DE LOS
VALLES EN EL DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO
5.1 REQUERIMIENTO EN TRÁFICO
La constante evolución de tecnología y la necesidad de servicios de
transmisión de banda ancha, fundamentalmente datos y vídeo, han promovido a
ANDINATEL SA ha realizar un estudio de estos servicios para abonados
comerciales. Este estudio se efectuó en base a encuestas, para determinar el
universo de las compañías. Entren los parámetros que fueron analizados
tenemos:
• Ubicación geográfica:
- Distrito Metropolitano de Quito
- Valle de Los Chillos
- Valle de Cumbayá y Tumbaco
• Tipos de compañía:
- Administración Nacional
- Administración Municipal
- Parque Industrial
- Servicios de Transporte
- Bancas y Seguros
- Televisión y turismo
• Tamaño de la compañía:
- Varias sucursales
-- Necesidad de comunicación local, nacional e internacional
- Alto volumen de transmisión de voz, datos y vídeo.
150
5.1.1 SERVICIOS REQUERIDOS
Para el servicio de voz, la figura 5.1 ilustra los resultados obtenidos de las
encuestas. Se debe indicar que se presentan servicios nuevos y existentes.
Figura 5.1: Servicios de transmisión de voz
- Teléfono, servicio elemental, el más solicitado, ratificando que existe
demanda que no es atendida por ANDINATEL S.A.
- Llamada en espera, servicio que actualmente brinda ANDINATEL S.A. con
gran interés por los usuarios.
- Comunicación móvil, servicio ofrecido por operadores privados. Los
resultados indican el alto índice de crecimiento de los usuarios por la
telefonía celular.
- Transferencia de llamada, servicio que brinda ANDINATEL S.A. que
presenta un incremento considerable.
- Plan de numeración privado, servicio nuevo del cual los usuarios
demandan una implementación en analogía con la ventajas que obtienen
con los sistemas PABX.
- Volver a enrutar la llamada, servicio nuevo que despierta interés en los
usuarios a fin de evitar pérdidas de tiempo en las comunicaciones, este
151
servicio es parte de los beneficios que brinda la Red Inteligente. Un
ejemplo de aplicación constituye el denominado número universal.
- Selección directa a la llegada, servicio nuevo que consiste en dar la
posibilidad de interconexión del PABX con Centrales Públicas con
marcación directa a las extensiones.
- Identificación del abonado llamante, servicio que existe pero limitado.
- Audio conferencia, servicio más conocido como Multiconferencia.
La mayoría de aplicaciones particulares corresponden a redes LAN y de ahí
las necesidades concretas que refleja la encuesta, básicamente se orienta hacia
la posibilidad de interconectar sus redes.
Figura 5.2: Servicios de transmisión de datos
Como se puede observar en la figura 5.2, los encuestados manifiestan un
interés por casi todos los servicios de datos incluidos en la encuesta y merecen
especial atención los siguientes servicios:
- Transferencia de ficheros
- Interconexión de redes LAN
- Correo electrónico
- Conexión permanente Terminal-Servídor
152
- Acceso a bases de datos
Podemos indicar que ANDINATEL S.A. posee un gran número de usuarios
potenciales para los servicios de datos y que ellos han optado por soluciones
privadas del tipo redes LAN con las respectivas limitaciones.
Los servicios de transmisión de vídeo que más despertaron el interés de los
usuarios son los siguientes:
- Vídeo conferencia
- Video-Teléfono / Multimedia
- Vídeo vigilancia
- Acceso a bancos de imágenes
Figura 5.3: Servicios de transmisión de video
Todos estos servicios son nuevos, incluso a nivel privado se los conoce muy
poco, a diferencia de los servicios de uso comercial como son los enlaces T.V. o
redes de distribución de T.V. existentes y utilizados por cadenas de televisión u
operadores de distribución de T.V. a nivel privado que han implementado sus
153
propias soluciones con equipos disponibles en el mercado. Los resultados de los
servicios de vídeo se ilustran en la figura 5.3
5.1.2 MEDIOS REQUERIDOS
La mayoría de usuarios utilizan los enlaces rentados a 4kHz, conocidos en
ANDINATEL S.A. como líneas privadas (LP) que son enlaces por dos hilos de
cobre no conmutados punto a punto y que con los populares modems permiten
satisfacer los requerimientos de interconexión de los usuarios fundamentalmente
para la transmisión de datos.
Figura 5.4: Aplicaciones de transmisión por líneas rentadas
Los enlaces digitales (figura 5.5) son la solución para transmisiones de
banda ancha, en donde su mayor problema es la última milla, debido a que los
canales digitales llegan solo hasta las centrales, faltando por cubrir el tramo hasta
el usuario final, dejando a éste el encontrar la mejor solución para interconectarse,
los cual provoca una mezcla de tecnologías que complican al operador al no
existir una homologación de esos equipos.
154
En relación a los medios de conmutación, los usuarios identifican como un
requerimiento básico la red de telefonía pública coincidiendo con lo expresado en
relación al servicio de voz básico: el teléfono.
Es interesante notar que existe un gran interés por establecer una red
privada virtual nacional e inclusive internacional asociado a ello las ventajas de los
sistemas PABX.
Finalmente debemos indicar el interés por arquitecturas de transporte como
ATM e IP que permiten la interoperabilidad sobre la arquitectura SDH para
disponer de conexiones de alta velocidad que van desde 51Mbit/s y que pueden
llegar a 10Gbit/s, permitiendo el uso de servicios de banda ancha, que son los
requerimientos futuros.
Figura 5.5: Aplicaciones de servicios conmutados
Además se debe indicar que proyectos que demandarán gran capacidad de flujo
de datos, como son el nuevo Aeropuerto de Quito, la interconexión de laó
Universidades ESPE y SAN FRASNCISCO a Internet 2, la creación de una central
backup del tránsito internacional, se encuentran considerados tanto en el anillo
del Valle como el de Cumbayá.
155
5.2 REQUERIMIENTO EN TECNOLOGÍA
5.2.1 TECNOLOGÍA DE MULTIPLEXACIÓN WDM
La topología de las redes de los valles presentan una arquitectura en anillos
de fibra óptica SDH con multiplexores de inserción y extracción (ADM) de
modulación de impulso codificado (MIC). Los flujos de datos digitales en los
anillos de los valles en la actualidad son 622Mbit/s en STM-4 y 2.5Gbit/s en STM-
16, utilizando la técnica de multiplexaje por división de tiempo (TDM) para enviarla
sobre fibra óptica.
Los servicios ofrecidos están caracterizados por voz; líneas privadas STM-1
y STM-4; líneas interurbanas STM-4 y STM-16, líneas interurbanas de Internet,
vídeo y Gigabit LANs STM-1 a STM-16, cada una transmitida aplicando
multiplexaje TDM. En las necesidades de demanda para el 2010 se exigen
requerimientos de tecnología para que tramas STM-16 sean reemplazadas
eventualmente a STM-64 y posteriormente a STM-256.
En una señal de 64Kbit/s de una llamada telefónica, por ejemplo, puede ser
multiplexada a 2Mbit/s utilizando un multiplexor terminal. Sin embargo, para
conmutar esta señal de 64Kbit/s, la señal total debe ser multiplexada. Para lo cual
requiere de un juego completo de multiplexores a cada extremo del enlace, siendo
igual caso para altas velocidades en sistemas de transmisión por fibra óptica, este
arreglo es costoso cuando en la práctica solamente algunas de las señales de
menor orden necesitan conmutación.
La tecnología actual TDM no sería suficiente para afrontar la avalancha de
demanda que se predice en el estudio realizado. El tráfico de datos necesita
entonces el despliegue de la multiplexación de longitud de onda (WDM) en el que
muchas señales pueden ser transmitidas simultáneamente por una sola fibra,
modulando señales discretas en diferentes bandas de frecuencia.
156
Recordemos la Ley de Moore: "La disponibilidad de gran ancho de banda
genera nuevas aplicaciones que emplean más ancho de banda, generando de
nuevo una necesidad de mayor ancho de banda", lo cual nos conduce a una
necesidad indefinida de fibra y de servicios.
A principios de los 90, se denominó transmisión WDM en banda ancha a la
transmisión de una señal a 1550nm y otra de retomo a 1310nm. Más tarde, a
mitad de los 90, el desarrollo WDM permitía espaciamientos más cortos,
implementando transporte bidireccional de 2x2 y 4x4 canales a 1550nm,
alcanzando velocidades de 2,5Gbit/s en enlaces punto a punto. Finalmente, a
finales de los 90, los sistemas densos (DWDM) llegaron a ser una realidad
cuando gran número de servicios y multitud de longitudes de onda comenzaron a
coexistir en la misma fibra, llegando a enviar 32/40/64/80/96 longitudes de onda a
2,5Gbit/s, 10Gbit/s y 20Gbit/s. Aun así, pronto veremos los sistemas ultra-densos
(UDWDM) con transmisión de 128 y 256 longitudes de onda a 10Gbit/s y 40Gbit/s
por canal.
Mediante el uso de tecnología DWDM, cada longitud de onda transmitida por
la misma fibra soporta un canal independiente y, consecuentemente, aumenta el
ancho de banda disponible para diferentes servicios. Esta tecnología DWDM se
sostiene sobre ciertos pilares tecnológicos asociados que, de un modo u otro,
proyectan la implantación de estos sofisticados sistemas de comunicación de
banda ancha.
5.2.2 AMPLIFICADOR ÓPTICO
El amplificador óptico es uno de estos pilares, basados en el bombeo sobre
fibra dopada con Erbio (EDFAS), básicamente amplifican toda una ventana óptica
y por consiguiente, todos los canales (longitudes de onda) incluidos en esa
ventana. El desarrollo de los amplificadores ha sido muy relevante en lo que a
dimensiones y potencia se refiere, decrementando significativamente su coste de
integración.
157
5.2.3 MULTIPLEXOR DE INSERCIÓN Y EXTRACCIÓN
Otra tecnología que avala la eficiencia y potencia del sistema DWDM, es la
posibilidad de construir módulos que extraigan ciertos canales de la red y puedan
incorporar esos u otros canales a la misma, sin necesidad de un complejo
escalado de extracción e inserción.
Estos módulos conocidos como WADM (Wavelength Add&Drop Multiplexor)
están especialmente diseñados para permitir el uso y extracción de canales en
lugares pequeños, con lo cual, el uso de tecnología DWDM se abre paso en el
mercado metropolitano, donde la conectividad ha sido siempre el caballo de
batalla al compararla con los grandes enlaces y su coste de bit por kilómetro.
Los WADMs actuales, soportan una extracción/inserción de 4, 8,16, 32 y 64
canales, siendo esta tecnología una de las más activas en el desarrollo de la red
DWDM.
5.2.4 SISTEMAS DE CONMUTACIÓN Y ENRUTAMIENTO ÓPTICOS
La tercera tecnología que habilita de tal capacidad y ancho de banda al
sistema DWDM, es el desarrollo de los sistemas de conmutación y enrutamiento
ópticos (Óptica! Cross Connect, OXC), tan usados en la protección de la red,
como en el encaminamiento de las señales que por ella viajan. Los nuevos
diseños y materiales permitirán configuraciones MxN sin especificar, permitiendo
el enrutamiento masivo de señales.
158
5.3 DESARROLLO DEL PROYECTO: "IMPLEMENTACIÓN DE
TECNOLOGÍA WDM PARA LOS ANILLOS DE FIBRA
ÓPTICA DE LOS VALLES EN EL DISTRITO
METROPOLITANO DE QUITO"
5.3.1 RED DE TRANSMISIÓN 2010
La demanda cada vez más creciente por nuevos servicios, mayor calidad y
flexibilidad en los mismos, hace posible el presente proyecto con la finalidad de
ofrecer calidad de servicio, prestaciones de banda ancha que el usuario requiere
en el campo de las telecomunicaciones y como una medida para proteger a la red
de anillos de fibra óptica de los valles en el Distrito Metropolitano de Quito contra
cortes.
La tecnología propuesta para la red de anillos de fibra óptica de los valles en
el Distrito Metropolitano de Quito está basada en:
• Implementar protección de sección multiplex óptica para incrementar la
disponibilidad de la red de transporte.
» Trasladar el enrutamiento del tráfico del dominio eléctrico al óptico.
• Trasladar funciones al dominio óptico, donde los operadores pueden
simplificar enormemente sus redes, lo que a su vez reduce los costes de
operación y mantenimiento (O&M).
En relación al flujo de tráfico, en la red existente, solamente una pequeña
porción necesita ser terminado en el nodo, esto es porque:
• El tráfico es demultiplexado y enviado a una capa diferente de la red (por
ejemplo, a una capa de acceso o una troncal de alto nivel).
• El tráfico se concentra en una señal a alta velocidad de bits.
• Un usuario final es conectado al sitio.
159
Procedimiento tradicional
Enrizamiento óptico
Figura 5.6: Ennrtamiento óptico
La introducción de enrutamiento óptico permite que el tráfico de paso y el
tráfico terminado viajen a diferentes longitudes de onda, mientras el tráfico
residual es enviado directamente a través del nodo y terminado en un sitio
diferente de la red. A cada conexión de la red se le asigna su propia longitud de
onda, y solamente las conexiones que terminan son pasadas al conmutador o a la
transconexión subyacente, liberando valiosa capacidad de conmutador y
transconexión, que el operador puede utilizar para generar ingresos adicionales.
La flexibilidad que presenta WDM está determinada a que no requiere equipo
adicional para transportar tráfico SDH, SONET, ATM e IP, gracias a la capa de
transporte óptica DWDM, que integra protección autorestaurable, reduciendo
significativamente los costes totales de la operación de redes. Esta flexibilidad
permite que la conectividad de tráfico IP y datos se confiable y disponible como un
buen tono de línea.
160
Figura 5.7: Flexibilidad de la tecnología DWDM
5.3.2 TECNOLOGÍA PROPUESTA PARA LOS ANILLOS DE FIBRA ÓPTICA
DE LOS VALLES EN EL DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO EN
EL AÑO 2010
La tecnología propuesta para los anillos de fibra óptica para los valles en el
Distrito Metropolitano de Quito, representa únicamente la interconexión lógica de
sus nodos entre sí, y no la interconexión física.
Se ha seleccionado la tecnología DWDM porque ofrece la posibilidad de
implementar una capa de transmisión universal, para los diferentes tipos de tráfico
de cliente. Esta implementación se la realiza generando subredes ópticas, es
decir fraccionando a la red óptica para mantener el tejido de la interconexión
simultánea de SDH, SONET, ATM, IP, y otras capas cliente. Esta flexibilidad
proporciona seguridad a los operadores contra la incertidumbre de la mezcla de
tráfico y la posibilidad de eliminar los estratos de equipo redundante de la pila de
capa de servicio.
El análisis de la tecnología WDM, se centrará en examinar diferentes
esquemas que posibilitan dentro del clima comercial en las telecomunicaciones
161
reducir el coste de transporte. Esto representa para los operadores contemplar la
posibilidad de conectarse con equipos ATM e IP directamente a la capa óptica sin
pasar el tráfico a través de equipos SDH.
Dentro del análisis de los esquemas, su principal aspecto a tratarse es la
pérdida de un enlace que provoca la desviación del tráfico a otros enlaces,
aumentando la probabilidad de congestión y reduciendo la calidad global de
servicio. Por consiguiente, enlaces inestables exigen mayor gestión de red para
mantener el QoS de la red.
Todos los esquemas se analizarán para el caso en que la trama SDH
transporta tanto tráfico ATM como IP, que son las arquitecturas a migración
futura.
5.3.2.1 Esquema propuesto N° 1
Cuando en un anillo conectamos varios nodos SDH a través de la capa
óptica, hay varias medidas que pueden tomarse para aumentar la disponibilidad
del enlace. La primera opción, opción básica, es no proporcionar ninguna forma
de protección en absoluto. Esta opción será la menos costosa para
implementarla, pero también ofrecerá una pobre disponibilidad.
ATM/IP D r~1—
wDM
wDM
— i_J
ATM/IP
Figura 5.8: Esquema propuesto N° 1
5.3.2.2 Esquema propuesto N° 2
El diagrama muestra dos enlaces WDM que representan la estructura de un
anillo cerrado, cuya configuración presenta una disponibilidad del 9.978%.
162
ATM/IP
— i_J 1 —
WDM
f \ /WDM
— i_J^ H ATM
/IP
Figura 5.9: Esquema propuesto N° 2
5.3.2.3 Esquema propuesto N° 3
Realizando una implementación de protección APS 1+1 entre el interfaz del
equipo cliente con el interfaz WDM, se logra una disponibilidad de 99.992%.
ATM/IP
WDM
t \ WDM
HHrtHH••*••
ATM/IP
Figura 5.10: Esquema propuesto N° 3
5.3.2.4 Esquema propuesto N" 4
Alternativamente, se puede duplicar el interfaz equipo cliente e interfaz WDM
(transponder) para realizar una substitución automática de un transponder de
repuesto por un fallo en la unidad. Este transponder de repuesto puede
compartirse entre los dos canales de la configuración anillo cerrado.
Este esquema presenta una disponibilidad de 99.994%, pero a costa de
duplicar las interfaces en el equipo cliente y aceptar una interfaz WDM más
complejo.
163
ATMIIP
/ § WDM
wDM
5 ATM/IP
Figura 5.11: Esquema propuesto N° 4
5.3.2.5 Esquema propuesto N° 5
La disponibilidad de este esquema es del 99.995%. Ésta opción es muy
económica para la fíabilidad que presenta, desde los transponders de repuesto y
tos arreglos tráfico compartido entre los enlaces tributarios.
Combinando una protección tributaria APS 1+1 y la protección del ¡nterfaz
WDM 1:N, aunque bastante complejo y técnicamente factible, logramos
conexiones paralelas entre el equipo cliente y el interfaz WDM dando como
resultado un redireccionamiento puntual. Parecería económicamente una solución
apropiado a load-share. Si un enlace falla, entonces su tráfico se transfiere a otro
enlace. El diagrama siguiente muestra el load-share entre dos canales.
ATM/IP
1
WDM
DM
— i-J
I r~L
ATM-/IP
Figura 5.12: Esquema propuesto N°5
5.3.2.6 Esquema recomendado para la red de anillos de los valles en el Distrito
Metropolitano de Quito
El esquema N° 5 es la solución flexible para extensiones potenciales de la
red, protegida con una estructura multi-anular que permite transferir el tráfico a
otro enlace.
164
Dentro de las características principales que complementan el esquema
propuesto tenemos:
• Implementación de multiplexores WADM que permiten un crecimiento en
STM-16ySTM-64.
• Implementación de conmutadores OXC que permiten un enrutamiento
óptico.
• Capacidad de evolución mayor.
• Estructura jerarquizada que permite la organización de conmutación y
adaptación a un despliegue progresivo.
Dis
eño
del P
roye
cto:
"Im
plem
enta
ción
de
tecn
olog
ía W
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TM
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M-l
O)
CAPITULO VI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES
J Hoy en día, a la hora de crear un nuevo tendido de cable puede resultar
más cara la infraestructura que el propio cable. Por ello muchas veces es
más rentable el aumentar la capacidad de las líneas ya existentes que el
añadir más líneas y nuevas redes al conjunto original. Actualmente, el
método tradicional para incrementar la velocidad de transferencia es la
multiptexación TDM, aunque presenta el problema de los saltos en la
capacidad del sistema ya que pasar de un nivel a otro requiere mayor
complejidad.
s En el caso de la fibra óptica, WDM juega un importante papel en este
campo ya que permite aumentar la capacidad de líneas ya existentes de
una manera progresiva y eficiente. Las ventajas de WDM no solo se
encuentran en el incremento de la capacidad. Debido a que como los
componentes ópticos son simples pueden ser menos costosos y más
fiables que los sistemas electrónicos equivalentes. Además, WDM tiene
otra ventaja añadida sobre la multiplexación TDM convencional (que ha
dominado las redes públicas desde los años 70); esta ventaja es que
tiene una capacidad inherente para la utilización de ADM (Add Drop
Multiplexing).
s En redes WDM la conmutación puede englobar tanto tareas de
encaminamiento estático y dinámico por longitud de onda entre el nodo
origen y el de destino, como la adición y extracción de datos de un
determinado canal (add/drop multiplexers ópticos) en nodos intermedios
y/o finales.
168
Para redes OTDM existe la posibilidad de implementar esquemas de
conmutación más complejos, en esencia, basados en la conmutación de
paquetes. El trabajo en este campo es sin embargo de una complejidad
muy superior a la correspondiente a la redes WDM, ya que es necesario
la perfecta sincronización de todos los elementos de la red y además se
precisa disponer de elementos que actúen como buffers ópticos. Otra
dificultad añadida es la previsible falta de transparencia de este tipo de
conmutadores, que seguramente requerirán la adición de un nuevo nivel
de protocolos para la capa óptica de la red.
Como ya se menciona en puntos anteriores, otra ventaja de WDM es que
la mayor parte de las redes existentes de fibra óptica soportan su
utilización sin la necesidad de cambiar nada. Aunque los componentes
son caros, tas soluciones que utilizan WDM suelen ser más baratas que
otras. Aún así no todos los tipos de fibra admiten la tecnología WDM,
debido a que la tolerancia y ajuste de los láser y filtros son muy críticos.
Por otra parte presentan el problema de la normalización, inexistente
hasta la fecha, lo que no garantiza la compatibilidad entre los equipos.
Centrándonos en los costes que conlleva la utilización de WDM, existen
muchas incógnitas al respecto.
Una solución al bloqueo, se entiende el estado en que es imposible el
establecimiento de una nueva comunicación bien por estar ocupadas
todas las líneas del grupo de salida o porque en la red de conmutación no
se pueda establecer ninguna vía a una línea libre del correspondiente
grupo de salida, se puede dar con WDM.
Varias compañías en diferentes países han iniciado con la
implementación de un nuevo tipo de tecnología de transmisión llamada
Multiplexación por División de Longitud de Onda Densa (DWDM), la cual
permite incrementar la velocidad y capacidad de transmisión (voz, datos o
vídeo) utilizando las redes de comunicación de fibra óptica existentes.
169
Este módulo proporciona al cliente los principios de las tecnologías SDH y
WDM, así como un panorama de sus aplicaciones presentes y futuras.
S Uno podría preguntarse cómo se supone que las técnicas ópticas vayan a
simplificar una red cuando sus propiedades de transmisión son tan
complejas. Lo hacen mediante la aplicación de subredes ópticas, que
permiten sincronización, topología y gestión de la red de soporte (por
ejemplo, comunicación de datos).
s La interconexión de varias subredes permite a los operadores hacer el
máximo uso de las tecnologías de capa cliente. La protección óptica y el
enrutamiento garantizan la eficiencia y la disponibilidad de una solución
de red total.
s Las subredes ópticas pueden ser construidas a partir de otras e
interconectadas entre sí por medio de transconexiones ópticas. El objetivo
inmediato es sacar el máximo beneficio de las inversiones hechas en
tecnología del cliente y de las propiedades que tiene para ofrecer SDH.
6.2 RECOMENDACIONES
S El análisis de la red de anillos de fibra óptica de los Valles en el Distrito
Metropolitano de Quito, permitió definir acciones a corto y largo plazo que
permiten mejorar la calidad de servicio, simplificación del encaminamiento
y gestión de red. Determinando un dimensionamiento del equipo de
transmisión necesario para las ampliaciones de las centrales telefónicas
existentes.
S Dentro de los tópicos importantes que se consideraron en el estudio de
tráfico, se encuentran proyectos como son: Aeropuerto Nuevo de Quito,
Futura conexión a Internet 2 de las Universidades y Escuelas
Politécnicas; así como una recomendación de implementar una central de
170
backup del tránsito internacional, que permitirá descongestionar las
centrales que realizan esta función.
Una vez que la tecnología DWDM ha sobrepasado el marco de aplicación
de las conexiones punto a punto y se ha desdoblado en topologías en bus
y en anillo, los OADMs y OXCs son usados masivamente dentro de la
red. Este hecho conduce a los siguientes retos a los que la tecnología
DWDM podrá hacer frente:
- Mayor control sobre la tolerancia de los láseres y filtros ópticos.
- Supresión de elementos no lineales.
- Presupuestos de potencia óptica mucho más complejos.
- Menor acumulación de ruido óptico.
- Menor coste por bit.
- Menor número de capas en el escalonamiento.
- Mejor protección y restauración de la capa óptica.
- Flexibilidad y rapidez de reconfiguración óptica.
- Optimización del uso de ancho de banda disponible.
Para poder plantear soluciones y repuestas a estos futuros
requerimientos, deberemos tener disponibles opciones como:
- Nuevos tipos de fibra óptica.
- STM-64ÚOC-192
- Conmutación, Intercambio y conversión de longitud de onda.
- Compensación de dispersión a muy bajo coste.
- Regeneración totalmente óptica de señales.
Las redes DWDM estarán sujetas a procesos de optimización
tremendamente exigentes, to cual conducirá a un replanteamiento
constante de términos como coste, espacio, potencia, consumo,
171
repuestos, manejo de la red, formación, etc., que llegarán a extremos
críticos. Por eso, las redes DWDM deben incorporar:
- Total funcionalidad con los canales de servicio (OSC).
- Control y procesamiento total de cabeceras SDH y conversión de
señales sin multiplexación.
- Técnicas de modulación y formatos de datos mejorados.
- Control de dispersión y PMD.
- Estructuración fuera de banda.
- Corrección de errores FEC en la propia banda.
- Conmutación de protección automática.
- Monitorización precisa de errores.
- Interfaces tributarios mejorados para voz y datos.
- Suministro de potencia AC/DC optimizado en coste y consumo.
- Test remoto de la red.
- Acceso de usuario sencillo.
- Menor tamaño de equipos.
- Módulos OADM con gran número de canales.
- Conmutadores ópticos ultra-rápidos, gran densidad de canales.
- Nuevas tecnologías de supervisión y control de red.
El futuro de las redes estará consecuentemente caracterizado por la
centralización y escalonamiento de servicios. La centralización de datos
redundará en la construcción de redes acomodadas para el tráfico de
datos, dado que éste continuará creciendo en un gran porcentaje. El
escalonamiento trae consigo la flexibilidad de un sistema, donde el flujo
total de información puede dividirse en paquetes relativamente pequeños
a la hora de descomponer la señal hasta el más bajo nivel. Cuanto más
preciso es el escalonamiento, mayor es la potencia, rapidez y flexibilidad.
En cualquier caso, la red DWDM, no dará respuesta a la continua e
insaciable demanda de ancho de banda. En teoría, el ancho de banda
172
total disponible en una fibra monomodo es de 50 THz, mientras que se
hace imposible calcular el ancho de banda necesario para cubrir la
demanda y los servicios que la propia ley de Moore sugiere.
BIBLIOGRAFÍA
CAPITULO I:
[I] IEEE J. Select Áreas Commun, vol 8, Agosto 1990
[2] IEEE J Lightwave Technol. Marzo 1993
[3] IEEE J. Lightwave Technol, vol 14, Junio 1996
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[7] Roger L. Freeman, Reference Manual for Telecommunications Engineering,
Second Edition, A Willey-lnterscience Publicat John Willey&Sons, New York,
2000.
[8] ITU-T Recomendación G-655: Características de un cable de fibra óptica
monomodo con dispersión desplazada no nula.
[9] ITU-T Recomendación G-662: Características genéricas de los dispositivos y
subsistemas amplificadores de fibra óptica.
[10] ITU-T Recomendación G-663: Aspectos relacionados con la aplicación de los
dispositivos y subsistemas de amplificadores de fibra óptica.
175
[11] ITU-T Recomendación G-671: Características de transmisión de los
componentes ópticos pasivos.
[12] ITU-T Recomendación G-681: Características funcionales de los sistemas de
línea intercentrales y de larga distancia que utilizan amplificadores ópticos,
incluida la multiplexación óptica.
[13] ITU-T Recomendación G-691: Interfaces ópticas para sistemas STM-64,
STM-256 y otros sistemas SDH con amplificadores ópticos.
[14] ITU-T Recomendación G-692: Interfaces ópticas para sistemas multicanales
con amplificadores ópticos.
[15] ITU-T Recomendación G-957: Interfaces ópticas para equipos y sistemas
relacionados con la jerarquía digital síncrona.
[16] ITU-T Recomendación G-958: Sistemas de línea digitales basados en la
jerarquía digital síncrona para utilización en cables de fibra óptica.
CAPÍTULO IV
[1 ] Disponibilidad de servicio telefónico por zonas censales: Censo de Población
y Vivienda 1990, Instituto de Estadísticas y Censos.
[2] Encaminamiento: Diagramas de interconexión y enrutamiento, ANDINATEL
S.A.
[3] Especificación del Sistema de Señalización por Canal Común utilizado en la
red nacional del Ecuador, Ref. SGP-90-Q2
[4] Ericcson Review, Redes de Transmisión Síncrona, Editorial Staff Marti
Vitanemi, Estocolmo Suecia, 2000.
[5] Anillos de Fibra Óptica SDH para Quito, ANDINATEL S.A.
[6] Capacidad de Circuitos, Datos de Tráfico y Calidad de Servicio en la Red
Digital de Andinatel S.A., ANDINATEL S.A.
[7] Informe ASETA: Diagrama de interconexión, señalización y sincronismo para
el Distrito Metropolitano de Quito, ANDINATEL S.A.
[8] Hugo Carríón R., Ingeniería de Tráfico de Telecomunicaciones, Marzo 2001.
[9] Roger L. Freeman, Teleoommications Transmisión Handbook, 4th ed., John
Willey&Sons, New York, 2000.
[10] James J. Refi, Fiber Optic Cable, AT&T Bell Laboratories.
176
[11] Roger L. Freeman, Reference Manual for Telecommunications Engineering,
Second Edition, A Willey-lnterscience Publicat John Willey&Sons, New York,
2000.
[12] ITU-T Recomendación G-707: Velocidad de bits de SDH
[13] ITU-T Recomendación G-708: Interfaz de nodos en la red para SDH
[14] ITU-T Recomendación G-709: Estructura de multiplexión síncrona
[15] ITU-T Recomendación G-773: Protocolos para interfaz Q
[16] ITU-T Recomendación G-774: Modelo de información de gestión de SDH
para vista de elemento de red
[17] ITU-T Recomendación G-782: Tipos y características generales de equipos
de multiplexión SDH
[18] ITU-T Recomendación G-783: Características de bloques funcionales de
equipos de multiplexión SDH
[19] ITU-T Recomendación G-784: Gestión de SDH
[20] ITU-T Recomendación G-803: Arquitectura de redes de transporte basadas
en SDH
[21] ITU-T Recomendación G-957: Interfaces ópticas para equipos y sistemas
relacionados con SDH
[22] ITU-T Recomendación G-958: Sistemas de línea digital basados en SDH
para uso en cables de fibra óptica
CAPÍTULO V
[1] ERION™ Intelligent Optical Networking Solutions, ERICSSON INC.
[2] Rob Batchellor, Optical Layer Protection: Benefits and Implementation, WDM
Solutions Expert, ERINCSSON INC.
GLOSARIO
SIGLAS INGLES
A
ADM Add Drop Muttiplexer
AIS Alarm Indication Signal-External
APS Automated Protecting Switching
ASCII American Standard Code for
Information Interchange
ATM Asynchronous Transfer Mode
AU Access Unit
AUG Access Unit Group
AWG Array Waveguide Grating
ESPAÑOL
Multiplexor de Inserción Extracción
Señal Indicadora de Alarma
Conmutación con Protección Automática
Código de Estándares Americanos para
Intercambio de Información
Modo de Transferencia Asincrona
Unidad de Acceso
Grupo de Unidad de Acceso
Rejilla de Matriz de Longitud de Onda
B
BER
BIP
B-ISDN
BW
Bit Error Rate Tasa de Errores de Bit
Bit Interieaved Parity Paridad de Bit Compartida
Broadhand-lntegrated Services Digital Red Digital de Servicios Integrados de
Network
Bandwidth
Banda Ancha
Ancho de Banda
C
CATV
CCL
CDM
COMA
CEPT
Cl
CL
Cable Televisión
Code División Multiplex
Code División Multiplex Access
Conference of European Postal &
Telecom mu ni catión Administraron
Televisión por cable
Central Carcelén
Multiplex aje por División de Código
Acceso Múltiple por División de Código
Conferencia sobre Administración de
Telecomunicaciones y Servicio Postal
Europeo
Central Internacional
Central Local
178
SIGLAS INGLES
CMY
CNC
CNR
COT
CP
CS
Carríer Noise Relation
ESPAÑOL
Central Cumbayá
Central Conocoto
Relación portadora a ruido
Central Cotocoltao
Central Primaria
Central Secundaría
D
dB
dBm
DBF
DBR
DCC
DCE
DFG
DFF
DMQ
DN
DNA
DQDB
DTE
DWDM
Decibel
Decibel referencing 1 milliwatt
Distributed Feedback
Distributed Bragg Reflector
Data Communications Channel
Data Circuit Terminating Equipment
Difference Frequency Generation
Dispersión Fíat Fiber
Distribuí ion Network
Digital Network Architecture
Distributed Queue Dual Bus
Data Terminal Equipment
Dense Wavelength División Multiplex
Decibel
Decibel referido a 1 milivatio
Canal de Comunicación de Datos
Equipo de Terminación de Circuitos de
Datos
Generador de Diferente Frecuencia
Fibra con Dispersión Plana
Distrito Metropolitano de Quito
Red de Distribución
Arquitectura de la Red Digital
Bus de datos de Cola Distribuida
Equipo de Terminal de Datos
Multiplexaje por División de Longitud de
Onda Densa
E
ECD
EDFA
ET
ETSI
Erbium doped fiber amplifier
European Telecommunications
Standards Instituto
Central El Condado
Amplificador de Fibra Dopado por Erbio
Central Estación Terrena
Instituto Europeo de Estándares en
Telecomunicaciones
179
SIGLAS INGLES
F
FBG Fiber Bragg Gratings
FDDI Fiber Distríbuted Data Interface
FEBE Far End Block Error
FERF Far End Receive Failure
FP Fabry-Perot Filter
FTTH Fiber-to-the-Home
FWM Four-Wave Mixing
ESPAÑOL
Interface de Datos por Fibra Distribuida
Bloque de Error de Extremo Lejano
Falla de Recepción en Extremo Lejano
Filtro Fabry-Perot
Fibra al Hogar
G
Gbps
GJL
GMN
GW
Gigabits per second
Gateway
Gigabits por segundo
Central Cuájalo
Central Guamaní
Puerta de Entrada Salida de
Comunicaciones
H
HDTV
Hz
High Definrtion Televisión
Hertz (Cycles Per Second)
Televisión de Afta Definición
Hertz (Ciclos por segundo)
IBM
IEEE
IN
IÑQ
|p
ISDN
ISI
ISO
International Business Machine
Instituía of Eléctrica! and Electronic
Engineers
Intelligent Neíwork
Internet Protocol
Integrated Services Digital Network
Intersymbol Interference
International Organization for
Standardization
International Telecommunications
Máquina Comercial internacional
instituto de Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos
Red Inteligente
Central Iñaquito
Protocolo de Internet
Red Digital de Servicios Integrados
Interferencia Intersímbolos
Organización Internacional de
Estandarización
Unión Internacional de Telecomunicaciones
SIGLAS INGLES
Union
180
ESPAÑOL
K
Kbps
kHz
Kilobits per second
Kilohertz
Kilobits por segundo
Kilohertz
L
LAN
LÁSER
LED
LEAF
LLZ
LOH
LOP
LOS
LSB
Local Área Network
Light Amplification by Stimulated
Emisión of Radiation
Light Emulating Diode
Large Effective Core Área Fiber
Une Overhead
Loss of Pointer
Loss of Signal
Least Significant Bit
Red de Área Local
Amplificación de Luz por Emisión
Estimulada de Radiación
Diodo de Emulación de Luz
Fibra con Área de Núcleo Expandido
Central La Luz
Línea de Encabezado
Pérdida de Puntero
Pérdida de Señal
Bit Menos Significativo
M
MAN
Mbps
MNJ
Modem
MS
MS-AIS
MSB
MSC
MS-FEBE
MS-FERF
Metropolitan Área Network
Megabits per second
Modulator/Demodulator
Multiplex Secíion
Multiplex Section-Alarm Identify Signal
Most Significant Bit
Multiplex Section-Far End Block Error
Multiplex Section-Far End Receive
Failure
Red de Área Metropolitana
Megabits por segundo
Central Monjas
Modulador/Demodulador
Sección de Multiplexaje
Señal de Indicación de Alarmas en la
Sección de Multiplexaje
Bit más Significativo
Central Mariscal
Bloque de Error en Extremo Lejano en la
Sección de Multiplexaje
Falla de Recepción en Extremo Lejano en la
Sección de Multiplexaje
181
SIGLAS INGLES
MSOH
MS-RDI
MUX
MZI
Multiptex Seclion Overtiead
Multiplex S e ct ion-Re mote Defect
Identify
Multiplexer
Mach-Zehnder Interferometric Filter
ESPAÑOL
Sección de Multiptexaje del Encabezado
Indicación de Defectos Remotos en la
Sección de Multiplexaje
Multiplexador
Filtro Interferométrico de Mach-Zehnder
N
NE
NI
NMS
NNI
NP
NPC
NRM
NRZ
NSAP
NSP
NT
NTSC
NZ
Network Element
Network Interconnect
Network Management System
Network Node Interface and Network-
to-Network
Network Performance
Network Parameter Control
Network Resource Management
No Return Zero
Network Service Access Point
NetwonX Service Provide
Network Tenmination
National Televisión Standards
Committee
No Zero
Elemento de Red
Interconexión de Red
Sistema de Gestión de Red
fnterface de Nodo de Red / Interface Red a
Red
Rendimiento de Red
Parámetro de Control de Red
Gestión de Recursos de Red
Código de línea de No Retorno a Cero
Punto de Acceso al Servicio de la Red
Proveedor de Servicio de Red
Terminación de Red
Comité de Estándares de Televisión
Nacional
Código de línea de No Cero
O
O&M
OAM
OSI
OTDM
OXC
Operations and Maintenance
Operations, Administraron and
Maintenance
Open System Interconnection
Reference Model
Óptica I Time División Multiplexing
Óptica! Cross Connect
Operación y Mantenimiento
Operación, Administración y Mantenimiento
Modelo de Referencia de Sistemas Abiertos
de Interconexión
Multiplexación por división de tiempo óptico
Interconector Óptico
182
SIGLAS INGLES
P
PABX
PBX
PCM
PDH
POH
PON
PRC
PSTN
PTD
PTM
PU
PUD
PUT
Prívate Automatic Brancn exchange
Prívate Branch exchange
Pulse Code Modulation
Plesiochronous Digital Hierarchy
Path Overhead
Passive Optical Network
Primary Reference Clock
Public Switched Telephone Network
ESPAÑOL
Intercambio Automático de Rama Privada
Intercambio de Rama Privada
Modulación por Código de Pulso
Jerarquía Digital Plesiócrona
Encabezado de Ruta
Red óptica pasiva
Reloj de Referencia Primaría
Red Telefónica Conmutada Pública
Central El Pintado
Parte de Transferencia de Mensajes
Parte de Usuario
Parte de Usuario de Datos
Parte de Usuario de Telefonía
Q
QCN
QoS Qualtty of Service
Central Quito Centro
Calidad de Servicio
R
RDI
RDSI
REÍ
RF
RFI
RIN
RSOH
Remote Defect Identification
Remote Error Identification
Radio Frequency
Remote Fail Identify
Regeneration Section Overhead
Indicación de Defecto Remoto
Red Digital de Servicios Integrados
Indicación de Error Remoto
Radio frecuencia
Indicador de Fallas Remotas
Sección de Regeneración de Encabezado
S
SCM
SCMA
Sub Carrier Multiplex
Sub Carrier Multiplex Access
Multiplexaje por división de subpodadora
Acceso Múltiple por Subportadora
183
SIGLAS INGLES
SDH
SLA
SNA
SNCP
SNF
SNG
SOA
SOH
SONET
SRS
STM-N
Sysnchronous Digital Hierarchy
Semiconductor Láser Amplifier
Systems Network Archrtecture
Sub Network Connection Protection
Semiconductor Óptica! Amplifiers
Sonet Overtiead
Synchronous Óptica! Network
Stimulated Raman Scattering
Synchronous Transfer Mode-N
ESPAÑOL
Jerarquía Digital Síncrona
Amplificador Láser Semiconductor
Sistema de Arquitectura de Red
Protección de Conexión de Subred
Central San Rafael
Central Sangolquí
Amplificador Óptico Semiconductor
Sobrecarga de Sonet
Red Sincrónica Óptica
Dispersión Estimulada de Raman
Modo de Transferencia Síncrona-N
T
TCP
TDM
TOMA
TMB
TU
TUG
Transmission Control Protocol
Time División Multiplex
Time División Multiplex Access
Tributary Unrt
Tríbutary Unit Group
Protocolo de Control de Transmisión
Multiplexaje por División de Tiempo
Acceso Múltiple por División de Tiempo
Central Tumbaco
Unidad Tributaría
Grupo de Unidad Tributaría
U
UDWDM Ultra Dense Wavelength División Multiplexaje por División de Longitud de
Multiplex Onda Ultra Denso
UHDWDM Ultra High Dense Wavelength División Multiplexaje por División de Longitud de
Multiplex Onda Ultra Muy Denso
UNÍ User Network Interface Interfaz de Usuario en Red
USM - Unidad de Señalización de Mensaje
V
VC
VCO
Virtual Channel
Voltage Control Osctllator
Contenedor Virtual
Oscilador Controtado de Voltaje
184
SIGLAS INGLES
VLF
VPN
W
WADM
WAN
WDM
WDMA
WGR
WR
Virtual Prívate Network
ESPAÑOL
Central Villa Flora
Red Privada Virtual
Wavelength Add Drop Muttiplexer Multiplexor Inserción Extracción de Longitud
de Onda
Wide Área Network Red de Área Extensa
Wavelength División Multiplex Multiplexaje por División de Longitud de
Onda
Wavelength División Multiplex Access Acceso Múltiple por División de Longitud de
Onda
Wavelength Grating Router Ruteador de Matriz de Longitud de Onda
Wavelength Router Ruteador de Longitud de Onda