Análisis de la arquitectura ASON/GMPLS sobre Redes de Transporte Ópticas

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Análisis de la arquitectura ASON/GMPLS sobre Redes de Transporte Ópticas Autor: Khetwayo Zulu. Tutor: Ing. Rolando Pérez Versón. Santa Clara 2014 "Año 56 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Análisis de la arquitectura ASON/GMPLS sobre Redes de Transporte Ópticas. Autor: Khetwayo Zulu e-mail: [email protected]. Tutor: Ing. Rolando Pérez Versón e-mail: [email protected]. Santa Clara 2014 "Año 56 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. La clave del éxito no está en vivir por reglamento sino en vivir por principios. Zulu.

(5) ii. DEDICATORIA. A mí querida esposa Molly, por ser una gran influencia en la realización de este trabajo. Tu amor lo hizo posible.. A mis Padres Margaret Zulu y Steven Zulu, quienes siempre fueron piedras fundamentales en mi formación como un verdadero hombre de principios y amante de la justicia. Papá que tu memoria viva a través de las cosas que me enseñaste y el ejemplo que eras.. A mis amados hermanos Steven, Bong’ani, Jabulani y Chisomo, por ser ejemplos de carácter perseverante y de lucha.. Al Creador y Fabricante del Universo..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Agradezco a mí esposa Molly, a mis Padres y familia de casa y de la misma fe, a mi tutor Ing. Rolando Versón, a mi Apóstol Cristina María Pentón, a todos mis profesores que alguna vez compartieron sus conocimientos conmigo, a mis compañeros de la carrera, a mis amigos y todos los que de alguna forma contribuyeron a la realización de este trabajo..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Para confeccionar el presente trabajo y alcanzar los resultados esperados, fue necesario elaborar las tareas siguientes: 1. Analizar las principales características de las redes de transporte que se utilizan en las redes NGN. 2. Seleccionar de un software de simulación de redes que se adapte a arquitectura DWDM. 3. Diseñar e implementar de un modelo ASON/GMPLS que se pueda acoplar al software de simulación. 4. Elaboración de un informe que contenga los resultados de la investigación.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Las redes ASON (Automatic Switched Optical Networks) son la evolución natural de las redes ópticas actuales, ya que éstas están prácticamente limitadas por el crecimiento exponencial en la demanda de ancho de banda y servicios del mercado actual. ASON, cuenta entre sus características principales: el descubrimiento automático de los recursos de la red, la configuración de servicios extremo a extremo, la selección del destino y la fuente, la optimización del Ancho de Banda, la implementación de QoS, de restricciones de enlaces y la restauración del servicio de manera rápida y automática en caso de avería. De esa forma el objetivo principal de este trabajo es analizar la arquitectura ASON/GMPLS sobre DWDM en servicios de alta demanda utilizando herramientas de modelación y simulación de redes. Con este proyecto se pretende contribuir a la formación de profesionales especializados en las redes de datos a partir de la generación de una metodología que les permita conocer y analizar las posibles redes de transporte que se utilizan en las NGN. Con la ejecución del proyecto se dan soluciones a problemáticas modernas de los servicios de alta demanda en redes metropolitanas y la utilización de una forma más eficiente de los recursos, lo cual determina directamente en el ahorro de grandes sumas de dinero y fondo de tiempo, que se invierten en la posible solución de situaciones de este tipo..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1. 1.1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS .................................................... 6. Tipos de Redes de datos ........................................................................................... 6. 1.1.1. La convergencia en las redes de Telecomunicaciones ...................................... 7. 1.1.2. Redes de nueva generación (NGN) .................................................................. 7. 1.2. Redes de Transporte ................................................................................................. 9. 1.2.1. Redes de tranporte ópticas OTN ....................................................................... 9. 1.2.2. IP/ATM sobre SONET/SDH sobre DWDM .................................................. 10. 1.2.3. La red IP/DWDM ........................................................................................... 11. 1.3. La arquitectura de la red DWDM........................................................................... 12. 1.3.1. Elementos de una red óptica DWDM ............................................................. 13. 1.3.2. Topologías para redes DWDM ....................................................................... 14. 1.3.3. Ventajas de la red DWDM sobre la red SDH/SONET ................................... 16.

(10) vii 1.3.4 1.4. GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) ......................................... 17. 1.4.1 1.5. Tecnologías Competitivas............................................................................... 17. Protocolos de GMPLS .................................................................................... 18. Redes Ópticas con Conmutación Automática, ASON. .......................................... 20. 1.5.1. Recomendación UIT-T G.8080/Y.1304 ......................................................... 20. 1.5.2. Planos de ASON ............................................................................................. 22. 1.5.3. Arquitectura del Plano de Control Rec. UIT-T G.8080/Y.1304. .................... 25. 1.5.4. Interfaces en Plano de Control ........................................................................ 27. 1.5.5. El Plano de Gestión......................................................................................... 29. 1.6. Conclusiones del Capítulo...................................................................................... 30. CAPÍTULO 2.. MATERIALES Y MÉTODOS................................................................ 31. 2.1. Estrategias de implementación de una red ASON ................................................. 31. 2.2. Mecanismos de recuperación de fallos en redes ópticas ASON ............................ 33. 2.2.1. Causas de los Fallos ........................................................................................ 33. 2.2.2. Tiempo de Fallo y su impacto......................................................................... 34. 2.2.3. Esquemas de Recuperación ............................................................................ 35. 2.3. Mecanismos de Protección ..................................................................................... 36. 2.3.1. Conmutación de protección automática APS ................................................. 37. 2.3.2. Sistemas de protección basados en anillos (OMS-Ring) ................................ 39. 2.3.3. Protección con p-cycles .................................................................................. 40. 2.4. Estrategias de restauración ..................................................................................... 42. 2.4.1. Restauración centralizada secuencial (RCS) .................................................. 42. 2.4.2. Restauracion centralizada en paralelo (RCP) ................................................. 49. 2.5. Herramientas de Simulación .................................................................................. 56.

(11) viii 2.5.1. OPNET MODELER ....................................................................................... 57. 2.5.2. Network Simulator NS-2 ................................................................................ 59. 2.5.3. GNS3 .............................................................................................................. 59. 2.5.4. OMNET++ ...................................................................................................... 61. 2.6. Equipos utilizados en la implementación de ASON/GMPLS sobre DWDM ........ 69. 2.6.1. Equipos para redes WDM/OTN de Huawei ................................................... 69. 2.6.2. Ericsson Marconi MHL 3000 ......................................................................... 71. 2.7. Conclusiones del Capítulo...................................................................................... 72. CAPÍTULO 3. 3.1. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................. 73. Implementación de la red ASON/GMPLS en OMNeT++ ..................................... 73. 3.1.1. Descripción del modelo en el lenguaje NED. ................................................. 75. 3.1.2. Descripción del modelo en C++. .................................................................... 76. 3.1.3. Configuración de la simulaciones. .................................................................. 77. 3.2. Herramientas de análisis de los resultados. ............................................................ 78. 3.2.1 3.3. Captura de los paquetes. ................................................................................. 79. Pruebas y resultados ............................................................................................... 79. 3.3.1. Escenario I ...................................................................................................... 80. 3.3.2. Escenario II ..................................................................................................... 82. 3.3.3. Escenario III .................................................................................................... 86. 3.4. Conclusiones del Capítulo...................................................................................... 87. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 89 Conclusiones ..................................................................................................................... 89 Recomendaciones ............................................................................................................. 89 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 91.

(12) ix GLOSARIO DE TÉRMINOS .............................................................................................. 93 ANEXOS .............................................................................................................................. 95 Anexo I Anexo II. Solución MHL 3000 ....................................................................................... 95 Instalación de INET .................................................................................... 95.

(13) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Durante los últimos años, las redes de telecomunicaciones han evolucionado de forma creciente y exponencial. El aumento de la cantidad de empresas, organizaciones y cuerpos gubernamentales demanda la creación de enlaces que ejecuten eficientemente el intercambio de información entre usuarios, sin importar la distancia que los separa y de forma casi instantánea. La efectividad de una red depende mayormente de su arquitectura de transporte. Para afrontar los nuevos retos, se ha necesitado una red que posea diferentes tecnologías interrelacionadas entre sí. Es decir, crear una red que utilice una única infraestructura para soportar todos los servicios de comunicaciones. Este fenómeno se denomina convergencia de redes. Gracias a la aparición de las redes de acceso de próxima generación (Next Generation Networks, NGN) la convergencia de las redes se ha materializado en algunos aspectos. Una NGN debe ser capaz de proporcionar independencia de dispositivo, es decir, acceder a los mismos servicios independientemente del dispositivo y de la tecnología que el cliente utilice. Las redes de cobre han sido la base de las telecomunicaciones en los últimos 100 años. En la actualidad asistimos a una revolución tecnológica en el sector con la sustitución del cobre por fibra óptica, este salto permite mejorar drásticamente las prestaciones de las redes actuales, alcanzando velocidades de acceso de más de 1000 Mbps. La sustitución de las redes de cobre por las de fibras ópticas ha sido la base a la migración a las redes de transporte ópticas (OTN). Con el paso del tiempo, se ha incrementado la capacidad de información que la red puede transportar. Esto ha sido posible gracias a la nueva tecnología DWDM (Densa Multiplexación por División de Longitud de Onda). Esta tecnología ha sido un gran alivio.

(14) INTRODUCCIÓN. 2. al agotamiento del Ancho de Banda de los usuarios que se ha experimentado en la última década. La arquitectura tradicional de la red se basa de una pila de capas compuestas por el protocolo de Internet IP soportado por un modo de transferencia asíncrono (ATM) que hace más eficiente el uso de los niveles subyacentes, o a través de una jerarquía digital síncrona (SDH) que proporciona la asignación de un ancho de banda adecuado y ofrece un mecanismo inteligente. El medio físico de transporte de las longitudes de onda que establece el ancho de banda que contienen datos se define a través de la Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM). Esta estructura de cuatro capas tiene varias limitaciones; entre las que se encuentran: . Dificultad de manejo y limitación, por parte de cualquiera de estos niveles desde el punto de vista de escalabilidad.. . Algunas funciones brindadas por una capa pueden ser duplicadas por otra, por ejemplo la protección que ofrece SDH puede solaparse con la protección óptica de WDM.. Este problema dio lugar al surgimiento de una estructura de dos capas con la integración de los clientes IP en un bloque y el nivel físico en otro. De allí surgieron dos propuestas de diferentes entidades de normalización con el objetivo de hacerse cargo del plano de control: GMPLS estandarizado por el IETF, y ASON como respuesta de la ITU-T. Las principales entidades de telecomunicaciones coinciden en una combinación adecuada de los dos métodos (ASON/GMPLS) como la alternativa más eficiente para el manejo y la gestión IP que están por venir. ASON, (Automatic Switching Optical Networks Rec. UIT-T G.8080/Y.1304) fue aprobada el 6 de junio del 2006 por la Comisión de Estudio 15 (2005-2008) de la UIT-T por el procedimiento de la Recomendación UIT-T A.8. Esta Recomendación recoge la arquitectura y requisitos de las redes de transporte con conmutación automática, tal como se aplican a las redes de transporte de la jerarquía digital síncrona (SDH, Synchronous Digital Hierarchy), definidas en la Rec. UIT-T G.803, y las redes ópticas de transporte, definidas en la Rec. UIT-T G.872. El surgimiento de ASON ha ofrecido grandes avances en las redes ópticas durante los últimos años, entre estos podemos mencionar: el descubrimiento.

(15) INTRODUCCIÓN. 3. automático de los recursos, configuración de servicios extremo a extremo, selección del destino y la fuente, Ancho de Banda, QoS, restricciones y establecimiento del servicio y realización rápida y automática de rutas en cada nodo. El control y la inteligencia de red de transporte residen en el estándar GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) que es la base del plano de control. En Cuba, donde el desarrollo tecnológico no ha crecido aparejado al del mundo moderno, no se cuenta con la disponibilidad de todos los recursos para acceder a la totalidad de las tecnologías de recién creación, pero esta problemática no ha frenado el interés de los científicos y técnicos especializados por hacer viable estos avances en nuestro contexto nacional. En la actualidad, la mayoría de las empresas, organizaciones y universidades de nuestro país se están dando cuenta de los beneficios prácticos del uso de los servicios Videoconferencia y VoIP, de ahí que el interés por la aplicación de nuevas soluciones que garanticen la calidad y eficiencia de las comunicaciones se haya convertido en una tarea de primer orden. La presente investigación está sustentada en dar respuesta al siguiente problema científico: ¿Cómo evaluar el comportamiento de la arquitectura ASON/GMPLS sobre DWDM en servicios de alta demanda y tiempo real? Objetivo General: Analizar la arquitectura ASON/GMPLS sobre DWDM en servicios de alta demanda y en tiempo real, utilizando herramientas de modelación y simulación de redes. Objetivos Específicos: 1. Realizar una comparación entre las diferentes arquitecturas de transporte que se utilizan en las redes NGN. 2. Seleccionar un software de simulación que responda a las exigencias de una red DWDM. 3. Seleccionar un modelo que se ajuste a las exigencias de los servicios de alta demanda que utilizan en la arquitectura ASON/GMPLS. 4. Realizar una comparación de los resultados obtenidos mediante la simulación para evaluar la eficiencia del modelo seleccionado..

(16) INTRODUCCIÓN. 4. Con la ejecución del proyecto se dan soluciones a problemáticas modernas de los servicios de alta demanda en redes metropolitanas y la utilización de una forma más eficiente de los recursos, lo cual determina directamente en el ahorro de grandes sumas de dinero y fondo de tiempo, que se invierten en la posible solución de situaciones de este tipo. Organización del informe Para lograr todo lo antes expuesto, este trabajo se ha estructurado de la siguiente forma: Introducción: Se definirá la importancia, actualidad y la necesidad de llevar a cabo la investigación acerca del tema y se dejarán explícitos los elementos de la misma. Desarrollo: CAPITULO I: Se hace una descripción de las principales características de las redes de transporte que se utilizan en las redes NGN y de las redes de transporte ópticas, específicamente las redes conmutadas automáticamente (ASON). CAPITULO II: Se explican varias topologías de diseño de la red propuesta, los parámetros de su funcionamiento, así como las características de los equipos técnicos y de los softwares de simulación que se pueden utilizar para evaluar este tipo de redes. CAPITULO III: Resultados y validación mediante la comparación con ejemplos prácticos de la efectividad del software se simulación seleccionado para modelar redes ASON/GMPLS. Conclusiones: Se realizará un análisis crítico de los resultados obtenidos a partir de los objetivos que se trazaron inicialmente. Recomendaciones: Espacio donde se señalan los puntos de vista desde los cuales se enfoca la investigación. Además se hace referencia a los aspectos que se puedan realizar en futuras investigaciones con el objetivo enriquecer el material y que permitan la mejora de este proyecto..

(17) INTRODUCCIÓN. 5. Referencias Bibliográficas: Se hará un listado de las referencias bibliográficas consultadas siguiendo la metodología existente para este fin. Anexos: Se exponen imágenes y procedimientos que ayudan a una mejor comprensión del trabajo..

(18) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 6. CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. La necesidad de comunicación en el mundo es un problema que nunca se acaba. La evolución de la tecnología en cuanto a la transferencia de información de un lugar a otro es una gran respuesta a las necesidades de la sociedad hoy. El crecimiento de la cantidad de empresas, organizaciones y cuerpos gubernamentales demanda el desarrollo de redes que ejecuten el intercambio de entre usuarios distantes de forma casi instantánea. 1.1. Tipos de Redes de datos. Hoy en día, existen diferentes tipos de redes de acuerdo a la localización o extensión geográfica. Las Redes de Área Local (LAN) son las más comunes de encontrar, estas pueden soportar tráfico de datos, voz y video. El alcance de estas redes establece una máxima distancia entre nodos de algunos kilómetros (un poco menos de 5 Km), típicas de instalaciones industriales, edificios de oficinas, colegios y universidades. Las LANs hacen uso de la tecnología Ethernet con velocidades actuales de 1Gbps, 10Gbps, 40Gbps, y hasta 100Gbps. Las Redes de Área Extendida (WAN) cubren grandes áreas geográficas, un factor importante en ellas es que requieren emplear enlaces de comunicación a través de compañías telefónicas y otros portadores de comunicación. Las Redes de Área Metropolitana son intermedias entre LAN y WAN, típicas de ciudades con topología de anillo. Pueden soportar datos, voz y video a velocidades superiores a 100 Mbps y distancias entre. 5-70Km, utilizan cable coaxial o fibra óptica, distinguiéndose por no utilizar. elementos de conmutación. En el siglo XXI han surgido las redes RPR y ASON (Redes de transporte ópticas de conmutación automática), a 1 Giga, 10 Gigas y 40 Gigas, incluso utilizando las tecnologías WDM y DWDM con alcances entre 40 y 70 Km (Paliza 2013). El principal mercado de estas soluciones es Europa debido al empleo de tecnología.

(19) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 7. heredada que se encuentra ya instalada basada en la tecnología SDH(OSIAM 2005). La interconexión de Redes LAN, MAN y WAN forma la Red de Redes (INTERNET), que no ha parado de evolucionar aceleradamente desde finales de los años 80. 1.1.1 La convergencia en las redes de Telecomunicaciones El sector de las telecomunicaciones hoy se caracteriza por varias tendencias interrelacionadas entre sí. La convergencia en comunicaciones puede entenderse en varios aspectos diferentes: convergencia de redes, servicios y terminales. La convergencia de redes es la utilización de una única infraestructura de red para soportar todos los servicios de comunicaciones. Actualmente, la tendencia es establecer un núcleo de red basado en IP con la posibilidad de acceder con cualquier tecnología de acceso, y la utilización de Ethernet y DWDM (Pinart 2009). Por otro lado, una NGN debe ser capaz de proporcionar independencia de dispositivo, es decir, acceder a los mismos servicios independientemente del dispositivo, para mayor comodidad del usuario (Reilly 2010). La convergencia ha sido posible gracias a la aparición y el desarrollo de las redes de nueva generación (NGN). 1.1.2 Redes de nueva generación (NGN) Las redes de cobre han sido la base de las telecomunicaciones en los últimos 100 años. En la actualidad asistimos a una revolución tecnológica en el sector con la sustitución de dichas redes por las denominadas redes de acceso de próxima generación (Next Generation Networks, NGN) basadas en fibra óptica (Colitti 2009). Reemplazar el cobre por fibra óptica permite mejorar drásticamente las prestaciones de las redes actuales, alcanzando velocidades de acceso de más de 1000 Mbps(Spencer 2010). En la Figura 1.1, se muestra un Backbone NGN, las plataformas de acceso a la red y los diferentes servicios que ofrece (Saïdane 2009)..

(20) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 8. Figura 1.1 La Red de Nueva Generación NGN Existen numerosas definiciones de NGN, sin embargo, por su validez internacional, se considera la definición dada por el Grupo de Estudio 13 del Sector de Normalización de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT–T) en la Recomendación Y.2001, que define una NGN como: Una Red basada en paquetes que permite prestar servicios de telecomunicación y en la que se pueden utilizar múltiples tecnologías de transporte de banda ancha propiciadas por la QoS (Quality of Service), y en la que las funciones relacionadas con los servicios son independientes de las tecnologías subyacentes relacionadas con el transporte. Permite a los usuarios el acceso sin trabas a redes y a proveedores de servicios de su elección. Se soporta movilidad generalizada que permitirá la prestación coherente y ubicua de servicios a los usuarios (Y.2001 2004). También se refiere a la evolución de la actual infraestructura de redes de telecomunicación y acceso telefónico con el objetivo de lograr la convergencia de los nuevos servicios multimedia (voz, datos, video) en los próximos años (Cherif Ghazel 2009). Estas nuevas redes estarían construidas a partir del protocolo IP, siendo el término “todo-IP” comúnmente utilizado para describir dicha evolución. Además soportarían movilidad universal y prestación de servicios uniformes y siempre en línea “always on”(Khan 2011)..

(21) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 1.2. 9. Redes de Transporte. En la actualidad y pese a la crisis económica mundial, estamos asistiendo a una auténtica revolución de las telecomunicaciones derivada, principalmente, de la liberalización del sector y el crecimiento de los usuarios de Internet. La interconexión e interoperabilidad de redes a escala internacional requieren sistemas de transporte flexibles que puedan procesar señales en diferentes formatos. Las tendencias actuales de las redes de transporte en telecomunicaciones, se caracteriza por la sustitución progresiva de enlaces de microondas y satelitales por fibra óptica como medio de transmisión. Junto con la expansión de las redes de transmisión, se utilizan cada vez más sistemas NG-SDH (SDH de Nueva Generación), con una adecuada adaptación de tráfico IP, sobre la red de transporte, con funcionalidades de operación, administración, mantenimiento y provisionamiento (OAM&P), a través de sistemas basados en la Red de Gestión de Telecomunicaciones (TMN, Telecommunications Management Network). 1.2.1 Redes de transporte ópticas OTN Una red óptica de transporte se compone de una serie de elementos ópticos de red interconectados por enlaces de fibra óptica, capaces de ofrecer funcionalidad de transporte, multiplexación, encaminamiento, gestión, supervisión y supervivencia de los canales ópticos que transportan señales clientes(G.872 2001). Las NGN son basadas mayormente en las redes de transporte óptica. Éstas dieron paso al desarrollo de las redes de nueva generación debido a la inteligencia que traen en sí. En el nuevo modelo de red, la capa de transporte incluye las funcionalidades de transmisión, conmutación y enrutamiento de paquetes en la red (GNU-Linux 2013). Actualmente, se está dando un gran crecimiento del tráfico de datos, impulsado fundamentalmente por el auge del uso de Internet. La demanda de ancho de banda crece, y continuará creciendo, motivada sobre todo por el aumento de los servicios IP y esto debe corresponderse con un crecimiento en la capacidad de las redes. Hay varios tipos de redes de transporte que han evolucionado en redes OTN. Algunos de ellas son:.

(22) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 10. 1.2.2 IP/ATM sobre SONET/SDH sobre DWDM Esta arquitectura se usa para transportar servicios IP. Las tecnologías SONET (Switching Optic Networks) y SDH fueron introducidas en los años 80. Aunque los dos estándares estaban en competencia, siendo SONET introducida en los Estados Unidos por Bellcore y SDH presentada por CCITT en Europa, ambos implementan la funcionalidad de OAM&P (Operation, Administration, Maintenance and Provisioning) haciendo uso de la red de comunicación de datos (DCN, Data Communication Network) soportado por el modelo OSI (Fredy Andrés Cantor River 2011). La capa ATM tiene una capacidad de brindar calidad de servicios. La capa SDH se ocupa de la protección del tráfico y la restauración rápida de la red ante fallas. La capa DWDM permite incrementar la capacidad de los enlaces para un mayor aprovechamiento del ancho de banda. En la Figura 1.2 se muestra las múltiples tecnologías y sus adaptaciones que forman este tipo de red (Solà 2011).. Figura 1.2. Múltiples tecnologías de la red IP/ATM sobre SONET/SDH sobre DWDM. Desventajas de ATM y SONET/SDH Las tecnologías ATM y SONET/SDH tienen algunos inconvenientes. Estos son: . Menor Escalabilidad: Tienen una escalabilidad limitada a la hora de lidiar con altas velocidades (10 y 40 Gbit/s) en el caso de la matriz SDH (Williams 2013).. . Ineficiente uso del ancho de banda debido a la cabeceras de ATM y SDH.. . Mayor costo operacional: Se caracterizan por gran costo operacional debido a las 4 capas, cada una con su plano de gestión y control independiente.. ATM presenta varios inconvenientes importantes para acomodar tráficos grandes. Por lo tanto, últimamente se están diluyendo las ventajas de ATM, mientas que persisten sus.

(23) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 11. inconvenientes, de forma que su eliminación parece inevitable. Se está trabajando en el desarrollo de mecanismos de provisión de calidad de servicio que operan directamente en un entorno IP, como son la arquitectura MPLS(3031 2001), el cual elimina parte de la complejidad implícita en la solución basada en ATM. La arquitectura resultante se muestra en la Figura 1.3 (Solà 2011).. Figura 1.3. La tecnología IP sobre SONET/SDH sobre DWDM 1.2.3 La red IP/DWDM Últimamente, DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) ha sido una de las soluciones tecnológicas que más atención ha suscitado dentro del campo de las comunicaciones ópticas. La madurez de esta tecnología y la explosión de la demanda de ancho de banda en las redes de acceso y metropolitanas han propiciado su adaptación desde entornos de largas distancias a entornos metropolitanos, presentándose como una de las alternativas más atractivas en cuanto a prestaciones-coste (López 2009). La red IP/DWDM es una red diseñada para la transmisión del tráfico IP sobre una red óptica DWDM con el fin de aplicar una conectividad universal de IP y la masiva capacidad de Ancho de Banda dl DWDM. El crecimiento del tráfico IP crece cada día y por eso es necesario una red que tenga una capacidad de Ancho de Banda inagotable como la DWDM (Zhenyu 2012). Debido a esta situación, se ha propiciado la instalación de redes de gran capacidad y bajo coste basadas en la fibra óptica como medio de transmisión. La única tecnología capaz actualmente de explotar todo el ancho de banda ofrecido por la fibra óptica, es la DWDM, la cual permite además una evolución flexible y económica de las presentes redes,.

(24) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 12. respondiendo a la demanda de mayor ancho de banda por parte de los nuevos servicios multimedia (Griliches 2010). La última versión de DWDM que soporta 80 canales con capacidades de 100Gbps por canal, fue lanzada en el año 2013 por Huawei y alcanzando velocidades de hasta 8Tbps (Bureau 2013). En la medida en que el tráfico se concentre más y más en servicios IP dinámicos, es indispensable contar con una infraestructura flexible de la Red Óptica. La tendencia es hacia la introducción de soluciones de conmutación y otras funciones al nivel de longitud de onda, con un mínimo de transformaciones al nivel eléctrico. En este contexto, surge el concepto de Red Óptica de Conmutación Automática (ASON, Recomendación UIT-T G.8080/Y.1304) la cual fue aprobada para transformar la red estática en una red de conmutación automática. Sus principales ventajas radican en que permite la asignación dinámica de los recursos a las rutas, instalación de los servicios en menos tiempo, costos bajos de operación y mantenimiento, recuperación rápida de fallas, entre otras. 1.3. La arquitectura de la red DWDM. Debido a la demanda creciente, una tecnología que resolviera el problema del agotamiento del Ancho de Banda iba a ser un gran aporte para las empresas y otras grandes instituciones. Como solución a ese problema, surgió la tecnología de Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM) y luego una versión mejorada llamada Densa Multiplexación por División de Longitud de Onda (DWDM). Aplicando el modelo OSI a DWDM, se puede plantear que la tecnología DWDM es una tecnología del nivel físico, es decir que, permite el intercambio de las unidades básicas de información (bits) sobre canales de transmisión. Además, es importante señalar que la capa define las conexiones mecánicas requeridas para la activación, mantención o desarticulación (Solà 2011). DWDM permite transmitir múltiples longitudes de onda en una misma fibra óptica simultáneamente. El rango de longitudes de onda utilizado en la fibra puede ser dividido en varias bandas, cada uno de estos canales, a distinta longitud de onda, puede transmitir señales de diferentes velocidades y formatos..

(25) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 13. 1.3.1 Elementos de una red óptica DWDM Las redes DWDM de larga distancia suelen tratarse de enlaces punto a punto y, por lo general, no suelen utilizar ningún tipo de protección. Se pueden distinguir cuatro sistemas (Tabla 1.1): Sistema. Función. OLA o OLT (Optical Line Amplifier):. Amplificar la señal multiplexada en longitud de onda sin ningún tipo de conversión electroóptica.. OTM (Optical Terminal Multiplexer). Multiplexar. (en. transmisión). y. demultiplexar (en recepción) los canales ópticos. OADM. (Optical. Add. and. Multiplexers). Drop Extraer. información. de. un. determinado canal óptico, e insertar nueva información sin alterar el resto de canales multiplexados en longitud de onda o DWDM y sin ningún tipo de conversión electroóptica.. OXCs (Optical Cross Connects).. Conmutador de canales entre fibras de entrada y fibras de salida; es, por lo tanto, el elemento que proporciona mayor flexibilidad en la red y por limitaciones actuales en la tecnología óptica la mayoría de los dispositivos comercialmente disponibles realizan conversión electroóptica limitando su transparencia.. Tabla 1.1. Sistemas de la arquitectura DWDM..

(26) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 14. Los multiplexores OADM extraen longitudes de onda específicas del conjunto de señales multiplexadas, así como insertan nuevas dentro del flujo. Inicialmente, se tenía que planificar la asignación del ancho de banda en el despliegue inicial. Sin embargo, con la aparición de los R-OADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer) se consiguió mucha más flexibilidad pudiendo reasignar el ancho de banda en tiempo real de forma remota. La Figura 1.4 muestra el funcionamiento del multiplexor OADM (Williams 2013).. Figura 1.4. OADM, Multiplexor óptico de inserción y extracción. En la Figura 1.5 se muestra como se interconectan los elementos de la red DWDM (Williams 2013).. Figura 1.5. Los diferentes sistemas de DWDM y las interrelaciones entre sí.. 1.3.2 Topologías para redes DWDM Las arquitecturas de redes están basadas en muchos factores, incluyendo tipos de aplicaciones y protocolos, distancia, utilización y estructura de acceso, y topologías de redes anteriores. En el mercado metropolitano, por ejemplo, las topologías punto-a-punto.

(27) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 15. pueden ser usadas para conectar puntos de empresas, las topologías de anillo para conectar instalaciones Inter-oficinas (IOFs) y para acceso residencial, y las topologías de malla pueden ser usadas para conexiones Inter-POP (Inter Punto-a-punto) y en backbones. En efecto, la capa óptica puede ser capaz de soportar muchas topologías y su configuración práctica puede ser muy flexible. Topología punto-a-punto La topología punto-a-punto puede ser implementada con o sin OADMs. Estas redes están caracterizadas por velocidades de canales ultra rápidos, alta integridad y confiabilidad de la señal, y rápida restauración de trayectoria. En redes long-haul (larga distancia), la distancia entre transmisor y receptor puede ser varios cientos de kilómetros, y el número de amplificadores requeridos entre ambos puntos, es típicamente menor que 10. Topología de anillo La topología de anillo es la arquitectura más común en áreas metropolitanas y en tramos de unas pocas decenas de kilómetros. La fibra anillo puede contener sólo cuatro canales de longitudes de onda, y típicamente menos nodos que canales. Con el uso de OADMs, las arquitecturas de anillo permiten a los nodos tener acceso a los elementos de red, tales como routers, switches y servidores, con la subida y bajada de canales de longitudes de onda en el dominio óptico. Un esquema de esta topología se puede observar en la Figura 1.6 (Solà 2011).. Figura 1.6. Topología de anillo.

(28) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 16. Topología de malla La arquitectura de malla es el presente y futuro de las redes ópticas. Como las redes evolucionan, las arquitecturas de anillo y punto-a-punto tendrían un lugar, pero la malla sería la topología más robusta. Este desarrollo sería habilitado por la introducción de los OXCs (Optical Cross-Connects) y switches configurables, que en algunos casos reemplazarían, y en otros suplementarían, a los dispositivos DWDM fijos. Adicionalmente, las topologías de anillo y malla pueden ser conectadas a enlaces punto-apunto. La topología mallada se muestra a continuación en la Figura 1.7 (Solà 2011).. Figura 1.7. Topología mallada 1.3.3 Ventajas de la red DWDM sobre la red SDH/SONET Además de alto Ancho de Banda, la tecnología DWDM tiene tres principales ventajas sobre. Estas son: . Transparencia: En cada una de las longitudes de onda se pueden ubicar diferentes tasas de bit y protocolos de las capas superiores, e incluso señales previamente multiplexadas por división en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing). Los sistemas instalados actualmente transportan, entre otras opciones, PDH (140/565 Mbps), SDH/SONET (155/622/2500/10000 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (1250 Mbps), Fibre Channel (100 Mbps)..

(29) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. . 17. Escalabilidad: DWDM puede apalancar la abundancia de fibra oscura en redes metropolitanas y empresariales, para rápidamente satisfacer la demanda de capacidad en enlaces punto-a-punto y en tramos de anillos ya existentes.. . Economía: Aunque los sistemas DWDM son relativamente caros debido a la necesidad de componentes ópticos muy avanzados, la reducción en equipamiento y fibras supone una reducción de costes relativamente grande en sus inversiones y en su mantenimiento.. 1.3.4 Tecnologías Competitivas Para cubrir las necesidades de las redes MAN, las alternativas que compiten con DWDM metropolitana son SDH/SONET y Ethernet óptico. Estas tres tecnologías establecerán una intensa batalla para dominar este mercado y cada una tiene una serie de ventajas distintivas para los operadores y sus clientes. Por otro lado, la tecnología ATM presenta grandes inconvenientes que han producido su declive paulatino en este mercado. La tecnología más utilizada en redes MAN en la actualidad, es SDH/SONET aunque la implementación de DWDM hoy en día sería una opción más fiable considerando la necesidad de resolver el problema del tráfico en las redes actuales. La agregación de inteligencia en estas redes de transporte por medio de la implementación del protocolo GMPLS en el plano de control dio lugar al desarrollo de las redes ASON. 1.4. GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching). La explosión de tráfico en el internet actual ha evidenciado la necesidad la implementación de redes de transporte de nueva generación que alivie los routers IP del procesamiento de todos los datos del tráfico entrante. GMPLS es un estándar del IETF (International Ethernet Task Forum) el cual define diferentes protocolos: para ruteo, auto-descubrimiento de topología y señalización. Es una evolución de MPLS (MultiProtocol Label Switching) del IETF y de O-UNI (Optical UserNetwork Interface) del OIF, Optical Interface Forum (OIF 2008). Estas adaptaciones han supuesto la extensión de los mecanismos de etiqueta y de LSP, para crear etiquetas generalizadas y G-LSP (Generalized LSP); afectando también a los protocolos de.

(30) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 18. encaminamiento y señalización para actividades tales como: la distribución de etiquetas, la ingeniería del tráfico, y la protección y restauración de enlaces. La Tabla 1.2 recoge un resumen de los dominios de GMPLS (Moore 2010). Dominio de conmutación Paquete, Celda. Tipo de Tráfico IP, ATM. Dispositivo. Nomenclatura. Router IP,. Capacidad de. Switch ATM. Conmutación de Paquete (PSC). Tiempo. TDM/SONET. Sistema cross-. TDM. connect digital (DSC), ADM Longitud de Onda. Transparente. DWDM. Capacidad de Conmutación de Lambda (LSC). Espacio Físico. Transparente. OXC. Capacidad de conmutación de Fibra (FSC). Tabla 1.2. Dominio de aplicabilidad de GMPLS 1.4.1 Protocolos de GMPLS La evolución de MPLS en GMPLS tiene como característica la extensión de los protocolos de señalización (RSVP-TE y CR-LDP) y los protocolos de enrutamiento (OSPF-TE y ISIS-TE). Estas extensiones acomodan las características de TDM/SONET y redes ópticas. Un nuevo protocolo, Protocolo de Gestión de Enlaces (LMP, Link Management Protocol), ha sido introducido para gestionar y mantener la eficacia del plano de control y el plano de datos entre dos nodos adyacentes. LMP es un protocolo basado en IP que incluye las.

(31) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 19. extensiones a RSVP-TE y CR-LDP (3473 2003). En la Tabla 1.3 se muestra un resumen de los protocolos y las extensiones para GMPLS (Różycki 2009). Protocolos Enrutamiento. Descripción OSPF-TE. Protocolos de enrutamiento para. IS-IS-TE. auto-descubrimiento de topología de red, anunciar disponibilidad de recursos (Ancho de Banda o tipo de protección).. Señalización. RSVP-TE. Protocolos de señalización para el. CR-LDP. establecimiento de LSPs por ingeniería de tráfico. Sus extensiones son: Intercambio de etiquetas para agregar redes no basadas en paquetes. Establecimiento de LSPs bidireccionales. Señalización del establecimiento de caminos de apoyo (información de protección).. Gestión de Enlace. LMP. Gestión de control de canal: Establecida por negociación de los parámetros del enlace y asegurando salud de los enlaces. Verificación de la conectividad de enlace: Asegura la conectividad física entre dos nodos adyacentes.. Tabla 1.3. Protocolos y extensiones de GMPLS..

(32) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 20. Según esto, el principal beneficio que GMPLS ofrece actualmente a los operadores de red, es una rápida provisión de servicios de cualquier tipo, en cualquier momento, con cualquier calidad de servicio, con cualquier grado de disponibilidad, y con cualquier destino. 1.5. Redes Ópticas con Conmutación Automática, ASON.. El día de hoy, las redes son complejas. En ellas conviven múltiples protocolos, la reubicación del ancho de banda ha sido lenta y costosa, ha existido un tipo de red para cada tipo de servicio, la protección siempre es provista por SDH y en general, las redes están concebidas con carácter regional. Las redes de hoy y mañana deben tener mayor capacidad y flexibilidad, deben poder reubicar ancho de banda de un modo rápido y eficiente, deben ser redes multiservicio, deben ser redes adaptables a cada tipo y clase de servicio y finalmente, deben ser concebidas con carácter global (Sylwester Kaczmarek 2013). Las redes de transporte actuales proveen servicios de SONET/SDH y DWDM cuyas conexiones se establecen vía protocolos de gestión. La red óptica de transporte de conmutación automática ASON (Rec. UIT-T G.8080/Y.1304) es una red de transporte inteligente. La idea de ASON es crear un sistema distribuido, basado igualmente en redes ópticas, y encargada del enrutamiento, señalización, establecimiento de recursos y facturación de forma dinámica (G.8080/Y.1304 2006). De esta manera, aparece el concepto de la red de transporte ASON, en otras palabras, el OTN tradicional está migrando hacia arquitecturas con un nuevo concepto distribuido, donde su ente fundamental lo constituye el plano de control. Esta es el encargado de facilitar la rápida y eficiente configuración de las conexiones dentro de la capa de transporte. 1.5.1 Recomendación UIT-T G.8080/Y.1304 La Recomendación UIT-T G.8080/Y.1304 fue aprobada el 6 de junio de 2006 por la Comisión de Estudio 15 (2005-2008) del UIT-T por el procedimiento de la Recomendación UIT-T A.8. Esta recomendación describe la arquitectura de referencia para el plano de control de la red óptica con conmutación automática (ASON) aplicable a las redes de transporte de la jerarquía digital síncrona (SDH) definidas en la Rec. UIT-T G.803, y a las redes ópticas de transporte definidas en la Rec. UIT-T G.872. Esta arquitectura de.

(33) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 21. referencia se describe en términos de los componentes funcionales clave y las interacciones entre éstos. ASON representa una red de transporte con capacidades para conexiones y enrutamiento dinámicos. La ITU ha tenido un enfoque tradicional, comenzando desde lo más general hasta lo más específico. Los protocolos que corren sobre las interfaces son protocolos basados en IP como el GMPLS. Estas interfaces son un conjunto de puntos de referencia que permiten los clientes de ASON el solicitar servicios de red. Como características principales de las redes de transporte ASON, se tiene: . Capacidad para introducir nuevos servicios ópticos: Entre estos servicios, se destacan dos: Servicio de Ancho de Banda bajo Demanda (BODS) y Redes Privadas Virtuales Ópticas (OVPN). El BODS es implementado básicamente por las conexiones conmutadas, y está dirigido al usuario con gran demanda de capacidad y que necesitan las nuevas conexiones o reconexiones por períodos cortos. ASON puede proveer nuevas conexiones en segundos, en lugar de días u horas que tardaban las redes anteriores. El servicio de OVPN debe cumplir con los requerimientos de los operadores IP, en sentido de permitirle al usuario tener visibilidad y control más o menos limitado sobre los recursos de la red reservados para este fin. Se puede dar un control limitado a los usuarios, obviamente el operador de ASON mantiene total control de todos los recursos.. . Capacidad de enrutamiento dinámico: ASON tiene una capacidad de enrutamiento dinámico por la auto-detección de vecinos donde cada nodo reconoce sus nodos adyacentes. También puede auto-detectar enlaces de conexión de manera automática. Una de las características más importante es la auto-detección de topología donde los OXC informan de la existencia de caminos de la capa de transporte a todos los nodos dentro del dominio ASON. Eso se hace a través de protocolos de enrutamiento como OSPF-TE. En otras palabras, existe una ingeniería de tráfico TE de los canales ópticos, en donde la asignación del Ancho de Banda está basada en patrones de demanda en tiempo real.. . Autodetección de la estabilidad y escalabilidad en los sistemas de gestión de operaciones: Cuando ocurre cualquier cambio en la red o se produce una falla, bien.

(34) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 22. sea de modos o de conexiones. Dado que la red ASON es capaz de enrutar y restaurar las conexiones automáticamente en una forma mucho más tolerante a fallas, el requerimiento de mantener la consistencia de esta base de datos es satisfecho (Sylwester Kaczmarek 2013). El plano de control de ASON se encuentra distribuido sobre todos los elementos de la red, lo que hace mucho más escalable que las redes de transporte tradicionales. . Restauración más eficiente de Servicios: ASON ofrece una restauración que es descentralizada, la actualización de la base de datos de la red lograda virtualmente en tiempo real. Esto permite recalcular las rutas y el correspondiente establecimiento de la conexión son distribuidos sobre todos los elementos involucrados de la red cuyos caminos terminales fallaron. Esta forma de servicio de restauración, después de fallos mayores, puede ser alcanzada en segundos en lugar de minutos u horas.. 1.5.2 Planos de ASON Las redes de conmutación automática, tal como se conciben en el estándar ASON, están constituidos por tres planos: el de transporte, el de gestión y el de control. En la Figura 1.8, se muestra un enfoque macro de las interacciones entre estos tres planos (Velasco 2010).. Figura 1.8. Arquitectura de la red ASON.

(35) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 23. Su enfoque fundamental está dirigido a proveer a las redes ópticas con un plano de control inteligente, que incorpore aprovisionamiento dinámico de la red combinado con funciones de supervisión, protección y restauración de conexión. El plano de control es el que se encarga de establecer, supervisar, mantener y liberar las conexiones y las llamadas (servicios). El plano de gestión es el encargado de la supervisión, configuración, seguridad y facturación del sistema. Por último, el plano de transporte, es el encargado de la transferencia de información de los usuarios de un lugar a otro, ya sea unidireccional o bidireccional. Interrelación entre planos Cada plano de ASON es autónomo, pero se producen algunas interacciones. A continuación se proporcionan más detalles sobre las interacciones entre los distintos planos. ASON fue diseñada en su concepción inicial para soportar múltiples clientes y diferentes tecnologías. Esta diversidad crea los diferentes dominios de cada plano. La conexión intradominios e inter-dominios dentro de la capa de control, se realiza a través de las interfaces I-NNI (Internal Network to Network Interface) y E-NNI (External Network to Network Interface). Adicionalmente, existe otra interfaz en la capa de control, y es la que enlaza el dominio de los usuarios con la red de los proveedores de servicio y se conoce por las siglas UNI (User to Network Interface). La Figura 1.9, detalla cómo interactúan los diversos dominios de la red, y los enlaces entre cada uno de los planos (Ji 2010).. Figura 1.9. Interacción entre planos.

(36) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 24. Interacción Control – Transporte Como se puede apreciar, los planos de control y el transporte se encuentran bien diferenciados, y sus interrelaciones vienen dadas por la interfaz de control de conexiones CCI, (Connection Control Interface) como se puede apreciar en la Figura 1.9. A través de ella, se pasa la información del control de conexión para establecer las respectivas conexiones entre los diferentes puertos de los centros de conmutación ópticas. El plano de control ejecuta funciones para manipular efectivamente la capa de transporte. La primera función que ejecuta es el control del autodescubrimiento de los dispositivos y recursos de esta capa de transporte. Interacción Gestión – Transporte El plano de gestión interactúa con los recursos de transporte funcionando en un modelo de información adecuado, que presenta una visión de gestión del recurso subyacente. Los objetos del modelo de información están colocados físicamente con el recurso de transporte e interactúan con ese recurso a través de las interfaces de información de gestión (MI, Management Information) del modelo funcional específico de la capa. Estas interfaces deben estar ubicadas con el objeto gestionado y el componente de control. Interacción Control-Gestión De acuerdo a la recomendación G.8080/Y.1304, cada componente tiene un conjunto de interfaces especiales que permiten supervisar el funcionamiento del mismo, establecer dinámicamente las políticas e influir sobre el comportamiento interno. Estas interfaces son equivalentes a la interfaz NMI del modelo funcional de transporte, y permiten que el componente presente una visión al sistema de gestión y ser configurado por un sistema de gestión. El plano de gestión interactúa con componentes de control ejecutando un modelo de información adecuado, que presenta una visión de gestión del componente subyacente. Los objetos del modelo de información están colocados físicamente con un componente de control e interactúan con ese componente a través de las interfaces de supervisión y configuración del mismo..

(37) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 25. Plano de Transporte El Plano de Transporte contiene todos los elementos de red (Switches y enlaces) que hacen posible la conexión. Las conexiones extremo a extremo son establecidas dentro del Plano de Transporte y son supervisadas bajo el plano de control de ASON, siendo este elemento la principal característica de interrelación entre estos elementos. Los elementos básicos que conforman el Plano de Transporte son: . Conmutadores Ópticos -. OXC Conmutadores Ópticos/Eléctricos/Ópticos. -. PXC Conmutadores Ópticos/Ópticos. . Topología de la red tipo anillo o malla de fibra óptica. . LMP Protocolo decapa de Enlace (Link Management Protocol). Como ya se ha comentado, el Plano de Transporte contiene elementos de la red de transporte (nodos y enlaces) que llevan una entidad conmutada, como por ejemplo, las conexiones ópticas. Las conexiones punto a punto son establecidas dentro del plano de control. El Plano de Transporte proporciona flujo unidireccional o bidireccional para intercambiar información a ser usado entre dos entidades. Este plano es equivalente al descrito en (G.805 2000). 1.5.3 Arquitectura del Plano de Control Rec. UIT-T G.8080/Y.1304. ASON define una arquitectura para el plano de control que permite el establecimiento y desconexión de las sesiones como resultado de requerimientos de los usuarios. Para lograr una cobertura global y el soporte de múltiples tipos de clientes, es que se describe esta arquitectura en términos de componentes y de un conjunto de reglas que se deben aplicar en las interfaces entre los clientes, la red, y entre las propias redes en sí. Una arquitectura del plano de control bien diseñada debe dar a los proveedores de servicio, un mejor control de su red y debe incorporar al menos las siguientes características: . Soportar varias infraestructuras de transporte, tales como la red de transporte SONET/SDH y la red de Transporte Óptica. Debe ser aplicable independientemente del protocolo elegido..

(38) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. . 26. Ser lo suficientemente flexible para permitir un rango de diferentes escenarios en la red. Para ello se divide el plano de control en diferentes componentes.. . Permitir conexiones permanentes, semi-permanentes y conmutadas las cuales pueden ser unidireccionales o bidireccionales.. En esta arquitectura se describen: . Todos los componentes funcionales del Plano de Control, incluyendo interfaces abstractas, primitivas y los protocolos que utiliza.. . Las interacciones entre componentes controladores de llamada.. . Las interacciones entre otros componentes durante establecimiento de la conexión.. El plano de control lleva a cabo una serie de tareas que son definidas en los siguientes módulos funcionales; el Control de Conexión Óptico OCC, el cual provee enrutamiento, señalización y control de conexión; el Controlador de Enrutamiento (RC), el Gestor de los Recursos de Enlace (Link Resource Management LRM) y el Componente Regulador de Tráfico (Traffic Policing Component). También existen otros componentes como los controladores de llamada y los controladores de protocolos. La interacción entre los diversos componentes se muestra en la Figura 1.10 (Toro 2009).. Figura 1.10. El Plano de Control y sus componentes. . Controlador de Conexión Óptico OCC: Es responsable de coordinar tanto al Gestor de Recursos de Enlaces como al Controlador de Enrutamiento, con la finalidad de manejar y supervisar el establecimiento y la liberación de las llamadas, además de la modificación de los parámetros de conexión para aquella ya.

(39) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 27. establecidas. Adicionalmente, el OCC también provee la interfaz hacia las varias redes ubicadas en el plano de transporte, y la interfaz respectiva hacia los dominios de usuarios. . Componente Controlador de Enrutamiento (RC, Routing Controller): Se encarga de proveer la información del camino cuando en OCC la requiere para el establecimiento de la conexión. El Controlador en cuestión logra su función primordial a través de más tablas de enrutamiento que se actualizan dinámicamente y donde se reflejan todos los destinos que se pueden alcanzar a través de las Subredes vecinas.. . Gestor de Recursos de Enlaces LRM: Realiza un seguimiento de la manera en que los recursos de enlace son asignados para la conexión, para que de esta manera controle la capacidad de los recursos. El comportamiento del Gestor va a depender del tipo de conexión involucrada y de los conjuntos de prioridades establecidas.. . El Componente Regulador de Tráfico: La misión de este ente es verificar que las conexiones entrantes manejan el tráfico acordado según los parámetros de cada usuario.. 1.5.4 Interfaces en Plano de Control Tal y como se ha apreciado en las figuras anteriores, el Plano de Control define interfaces con los clientes (UNI), entre nodos de la misma red (I-NNI), entre nodos de diferentes redes (E-NNI) y entre elementos del Plano de Control y los del Plano de transporte (CCI). Interfaz UNI Representa un punto de referencia que separa el dominio del operador, del de sus usuarios. Los protocolos de señalización en la interfaz UNI, deben permitir al usuario ASON llevar a cabo las siguientes funciones: . Control de llamada. . Descubrimiento de recursos. . Control de conexión. . Selección de conexión.

(40) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 28. Obsérvese que no existe función de encaminamiento asociada con el punto de referencia UNI. A este conjunto básico de funciones se pueden añadir funciones adicionales, tales como seguridad y autenticación de llamadas, o servicios de directorio mejorados. Las cuatro funciones anteriores son las de mayor importancia, y están relacionadas con las conexiones como tal. Sin embargo, existe otro grupo de ellas, que son igualmente, responsabilidad del protocolo de señalización. Estas son: Registro de usuarios, asignación de direcciones, descubrimiento de redes y servicios vecinos. Todas las funciones de señalización presentes en la interfaz UNI son controlados del lado del Plano de Control, para el controlador de conexiones. Este constituye el ente señalizador, pero también se apoya en otras entidades como el Controlador de Enrutamiento y el Gestor de Recursos de Enlaces, para realizar completamente sus labores respectivas. Los protocolos de señalización deben ser capaces de soportar las funciones descritas anteriormente. En este sentido se han realizado extensiones a los protocolos LDP y RSVPTE (protocolos de GMPLS) para que puedan ser empleados en esta interfaz. Los esfuerzos de la ITU en cuanto a la señalización se han enfocado en definir los requerimientos y las funcionalidades necesarias en la interfaz UNI. Interfaz O-UNI La O-UNI separa el dominio IP. Tanto de tipo medio, como en modo de enrutamiento. Mientras que una red IP, requiere un análisis del paquete, para determinar a la ruta más adecuada a seguir, en el dominio ASON se utiliza el protocolo GMPLS que tiene una mayor velocidad de enrutamiento y otras más funciones como vimos anteriormente. Cuando un paquete, por ejemplo, llega al O-UNI, éste consulta las tablas de la red ASON (Capa de Control) y determina cuál es la mejor ruta a seguir(Toro 2009). Interfaz I-NNI I-NNI define la interfaz entre Controladores de Conexión adyacentes dentro de la misma red. Existen dos aspectos de importancia a considerar en esta interfaz: la señalización y el enrutamiento. La selección y establecimiento del camino a través de la red óptica requiere un protocolo de señalización. En ASON, las conexiones extremo a extremo se deben realizar tomando en cuenta ciertas restricciones. Por ello la selección de las rutas se basa en algoritmos de enrutamiento que toman en cuenta diversos objetivos como: el balanceo de la.

(41) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 29. carga de tráfico de la red, para obtener la mejor utilización de los recursos; y políticas de enrutamiento para seguir los caminos preferidos o más rápidos. Los flujos de información esperados a través del punto de referencia I-NNI soportan las siguientes funciones: . Descubrimiento de recursos.. . Control de conexión.. . Selección de conexión.. . Enrutamiento de conexión.. Para facilitar la automatización del establecimiento de la conexión, y tomando en cuenta las limitaciones mencionadas en el párrafo anterior, los nodos en la red óptica deben poseer la actualización de sus puntos adyacentes, así también la utilización que presentan dichos nodos. Esta información debe ser repartida por toda la red a través de los protocolos de señalización dentro del plano de control. También es importante señalar que, de igual manera los protocolos de la interfaz I-NNI deben soportar funcionalidades presentes en la interfaz UNI. Es decir, deben permitir crear, modificar y eliminar conexiones, así como proveer status de la misma. La interfaz I-NNI podría ser implementada el protocolo GMPLS que provee unas ampliaciones a nivel de enrutamiento, que permitiría una más fácil adaptación en la interfaz en estudio. Interfaz E-NNI El punto de referencia entre diferentes dominios está representado por la E-NNI. Estos dominios pueden pertenecer a una misma administración, o a diferentes administraciones. La diferencia entre I-NNI y E-NNI es significativa. I-NNI se aplica sobre un área con esquemas de enrutamiento únicos, y donde todos los equipos soportan el mismo protocolo de enrutamiento, y el intercambio de información de ruteo entre los nodos es posible. Por otro lado, E-NNI sí soporta diferentes esquemas de enrutamiento y de protección que pudieran usar los diferentes dominios. 1.5.5 El Plano de Gestión Este plano se encarga de las funciones de gestión del Plano de Transporte y de Control y del sistema entero. También presenta coordinación entre todos los planos. El Plano de.

(42) CAPÍTULO 1. REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS. 30. Gestión presenta las siguientes funciones, identificadas en UIT-T M.3010 y otras recomendaciones de la serie M (UIT): Gestión de desempeño, Gestión de Fallas, Gestión contable y Gestión de seguridad. Para permitir un enrutamiento en el plano de transporte, son requeridos parámetros adicionales tales como: enlace, costo, retardo, calidad, los cuales pueden ser provistos por este Plano de Gestión. Este plano además proporciona funciones generales como Gestión de funcionamiento, de configuración y de estadística. A parte de eso, localiza recursos del Plano de Transporte en particiones del Plano de Control y activa y desactiva los procesos de descubrimiento. Subdivide los recursos del Plano de Control y asignación de identificadores únicos a los puntos de acceso de las diferentes capas de red. Realiza también tareas como invocación o invalidación de la protección o restauración de una conexión, a través de un comando. 1.6. Conclusiones del Capítulo. Los nuevos conceptos de redes para este siglo vienen desarrollándose poco a poco en los centros de investigación de las diferentes instituciones normalizadoras, foros de empresas y diversas organizaciones desde hace unos cuantos años. Ya en el siglo pasado comenzamos a hablar de GII (Infraestructura de Información Global) y NGN, y hoy en día aquellos conceptos los estamos materializando con ASTN y ASON. El crecimiento y aceptación de IP como el protocolo sencillo y versátil por excelencia, gracias al desarrollo de los sistemas ópticos, están motorizando la emigración de las redes tradicionales hacia las redes más eficientes. Las redes ópticas están dotadas de funcionalidades que proporcionan transporte, multiplexación, enrutamiento, gestión y capacidad de sobrevivencia de señales de cliente que son procesadas predominantemente en el dominio fotónico. La red ASON/GMPLS sobre DWDM posee mecanismos que hacen posible una rápida restauración óptica, Ancho de Banda inagotable y otros beneficios que ya vimos anteriormente, haciéndose una red de transporte muy eficiente para el ofrecimiento de los servicios de alta demanda como VoIP y Videoconferencia y con mejor calidad de servicio..

(43) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y METODOS. 31. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS. En este presente capítulo se introducen las principales estrategias para la implementación de una red ASON y las condiciones existentes que se deben considerar para lograr un correcto despliegue. Además se aborda una breve descripción de las herramientas de simulación y modelación más utilizadas para el trabajo con redes de telecomunicaciones, además de realizar una comparación de las mismas para escoger la que más se ajusta a los requerimientos de nuestro trabajo. 2.1. Estrategias de implementación de una red ASON. La implementación de ASON en las redes Backbone tiene que ser muy precisa y debe hacerse teniendo en cuenta la madurez de la tecnología, la disponibilidad del proveedor y las condiciones existentes para optimizar el desempeño de esta. ASON puede ser desplegado también, en las redes Metropolitanas, para el transporte de datos a nivel regional en el caso que haya necesidad de aumentar la capacidad del enlace. Madurez de la red existente Actualmente, hay varios proveedores en el mercado global que tienen varias series de productos basados en tecnologías ópticas que sirven como soluciones en redes Backbone y redes regionales. Algunos operadores internacionales que han implementado este tipo de redes son: Beijing Telecom, Telemar Brazil con Backbone inteligente, Hainan Telecom, Ristelecom-Rusia, Flag Telecom, entre otros. Entre los principales protagonistas en la producción de equipos para la implementación de esta tecnología podemos encontrar: Huawei, Tejas Networks, Ericsson, Alcatel-Lucent, NEC Operation y Sycamore. Una red ASON siempre aparece acompañada de DWDM, de esta manera, se pretende llegar a una red del tipo Todo Óptico con una infraestructura programable OADM (Optical.

(44) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y METODOS. 32. Add Drop Multiplexer) muy eficiente en el caso de la topología tipo Anillo. También, la posibilidad de aplicación de los OXC (Optical Cross Connect) es la base de este tipo de red en el caso que sea una red más flexible con topología tipo malla o anillos interconectados. Potencial de Inversión Se ha probado que el costo de implementación de este tipo de red a gran escala es menor que el de otras tecnologías similares. La Figura 2.1 muestra una comparación de las diferentes redes de transporte en función del Costo de Inversión con relación al Ancho de Banda que pueden alcanzar (Huawei 2014).. Figura 2.1.La comparación del costo de inversión de diferentes tecnologías de transporte en función del ancho de banda. En la figura se observa que la tecnología DWDM es más eficiente en áreas metropolitanas donde se requiere gran capacidad de transmisión de datos. El operador de ASON tiene que evaluar la necesidad real de los clientes, ya que el problema de la interoperabilidad de la red existente con ASON es uno de los elementos claves que se tiene que considerar antes de implementarla. La evolución a una red ASON sobre las ya existentes, evidentemente, no es una tarea fácil. Entre los problemas que se pueden presentar durante el proceso de actualización podemos encontrar: . Diferencias en los proveedores del nuevo sistema de gestión de la red ASON y los de los sistemas integrales de las redes ya existentes..