Redes ópticas de transmisión DWDM: diseño e implementación

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(1)ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN. PROYECTO FIN DE GRADO TÍTULO: REDES ÓPTICAS DE TRANSMISIÓN DWDM: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN. AUTOR: Diego Sánchez Lucas. TUTOR: Carlos Cortés Alcalá. TITULACIÓN: Sistemas de telecomunicación. DEPARTAMENTO: Teoría de la Señal y Comunicaciones. V ºB º. Miembros del Tribunal Calificador: PRESIDENTE: Carmen Ortiz Martínez VOCAL: Carlos Cortés Alcalá SECRETARIO: Francisco José Arqués Orobón Fecha de lectura: Calificación: El Secretario,.

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(5) Resumen. Resumen Debido a la evolución de los nuevos servicios informáticos de valor añadido, tales como entorno de virtualización, contenido multimedia bajo demanda, aplicaciones en la nube, las empresas de telecomunicaciones se han visto obligadas a aumentar el ancho de banda para soportar los grandes requerimientos que los nuevos servicios requieren. Para aumentar el ancho de banda es necesario incrementar el número de canales que se transportan por una misma fibra óptica. En este tipo de tecnología se busca reducir el coste de la instalación de la fibra, lo que obliga a emplear nuevas tecnologías de multiplexación, permitiendo así transportar más servicios en la misma fibra óptica. La tecnología DWDM del acrónimo del inglés Dense Wavelength Division Multiplexing que significa multiplexado compacto por división en longitudes de onda, es una tecnología que permite la transmisión de un conjunto de señales portadoras con diferentes longitudes de onda sobre una misma fibra sin interferencia mutua; cada longitud de onda representa un canal óptico dentro de la fibra. Un sistema DWDM posee métodos ópticos que permiten combinar dichos canales dentro la fibra y extraerlos en puntos apropiados a lo largo de la red. El propósito general de este proyecto se centra estudio, diseño e implementación de una red de comunicaciones basada en tecnología DWDM que interconecta los diferentes hospitales y centros de procesado de datos del País Vasco. La red de comunicaciones diseñada permite una velocidad de transmisión de datos de 162 Gbps simultáneos. En este proyecto también se ha diseñado la red de gestión. El objetivo que tiene esta red es permitir la conexión a los equipos de forma remota y notificar los eventos que sucedan a un servidor externo. La red de gestión es independiente a la red de comunicación.. 1.

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(7) Abstract. Abstract Due to the rapid evolution of new value-added IT services, such as virtual environment, multimedia content on demand and cloud applications, among others, the majority of the current telecom companies have been forced to modify and broaden the bandwidth in order to support the requirements that these new services demand. However, enlarging the bandwidth also implies an increase in the total number of channels used to carry the fiber optics, which translates into additional capital investments. Therefore, the main objective of this project is to reduce the cost of the fiber optics installation. To achieve this goal, companies are required to use new technologies of multiplexing, enabling the transport of much more services in the same fiber. The technology called DWDM (Dense Wavelength division multiplexing) allows the transmission of a set of carrier signals with different wavelengths through the same fiber, without any interference among them. Thereby, each wavelength represents an optic channel within the fiber. DWDM systems provide optical methods that enable the combination of such channels within the fiber and, additionally, their extraction in appropriate points along the network. This project is intended to study, design and implement a communications network based on the DWDM technology, which interconnects different hospitals and other data processing centers located in the Basque Country. The designed network allows data transmissions of 162 gigabytes per second. In addition, this project also includes the design of a management network, which is independent of the communications network. The purpose of this network is to allow the remote connection and so, being able to notify about possible incidents in an external server.. 3.

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(9) Índice. Índice Resumen ........................................................................................................ 1 Abstract ......................................................................................................... 3 Índice de Ilustraciones .................................................................................... 7 1. Introducción ........................................................................................... 17 Objetivos ................................................................................................ 17 Alcance ................................................................................................... 18 Introducción al mundo de las comunicaciones ópticas ............................ 19 1.3.1 Historia de las comunicaciones ópticas ................................................... 19 Organización del documento .................................................................. 20. 2. Marco Tecnológico ................................................................................. 25 Equipos de interconexión de sistemas abiertos, modelo OSI ................... 25 Luz como soporte de información ........................................................... 27 Atenuación en la fibra óptica según la longitud de onda ......................... 29 Características equipos de línea .............................................................. 30 2.4.1 Características transmisor óptico ............................................................ 31 2.4.2 2.4.3. 3. Características receptor óptico ................................................................ 33 Características regenerador óptico ......................................................... 33 Técnica de multiplexación y topología de la red ...................................... 35. Equipamiento DUSAC-350 ...................................................................... 41 Tarjeta transpondedora: FTX - 10C / 1C .................................................. 41 Módulo de supervisión y gestión ............................................................ 44 Módulos ópticos ..................................................................................... 45 Sistema de alimentación redundante ...................................................... 47 Sistema de ventilación ............................................................................ 48. 4. Especificaciones y restricciones de diseño .............................................. 51 Servicios solicitados ................................................................................ 51 Solución técnica propuesta ..................................................................... 53 Características de la red .......................................................................... 53. 5. Diseño de la solución propuesta ............................................................. 57 Diseño esquema de red DWDM .............................................................. 57 Balance de potencias .............................................................................. 59 Diseño de la red de gestión ..................................................................... 61 Diseño documentación ........................................................................... 63 Diseño de la disposición de los equipos .................................................. 65 Diseño plan de contingencia ................................................................... 71. 6. Configuración del equipamiento............................................................. 81 Configuración parámetros de gestión DUSAC-350 ................................... 82 Configuración canales DUSAC-350 .......................................................... 86 5.

(10) Índice. 7. 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4. Información del estado del canal ............................................................ 86 Configuración del canal ........................................................................... 87 Configuración parámetros SFP usuario ................................................... 89 Certificación del enlace, BERT ................................................................. 90. 6.2.5 6.2.6 6.2.7 6.2.8. Configuración cifrado del canal ............................................................... 91 Estado SFP usuario................................................................................... 92 Performance Monitoring ......................................................................... 93 Visualización de eventos DUSAC-350 ...................................................... 93. Pruebas a realizar ................................................................................... 97 Medidas de latencias .............................................................................. 97 Certificación de canal, BERT .................................................................. 100. 8. Presupuesto de ingeniería .................................................................... 105 Coste de personal ................................................................................. 105 Coste del equipamiento ........................................................................ 105. 9. Conclusiones ........................................................................................ 109 Trabajo futuro ...................................................................................... 110. 10 Referencias .......................................................................................... 113 11 Bibliografía adicional ............................................................................ 117 12 Anexos ................................................................................................. 121 Hojas de configuración ......................................................................... 121. 6.

(11) Índice de ilustraciones. Índice de Ilustraciones Ilustración 1: Red de área extensa .................................................................................. 19 Ilustración 2 Modelo OSI................................................................................................ 25 Ilustración 3: Hipótesis estado energético ...................................................................... 27 Ilustración 4: Atenuación en fibra óptica según longitud de onda.................................. 30 Ilustración 5: Equipamiento Dusac-350.......................................................................... 31 Ilustración 6: Espectro radiación material activo............................................................ 32 Ilustración 7: Principio funcionamiento EDFA .............................................................. 34 Ilustración 8: Tipos de regeneración ............................................................................... 35 Ilustración 9 Multiplexación por longitudes de onda ..................................................... 36 Ilustración 10: Tipo de topología de red ......................................................................... 37 Ilustración 11: DUSAC-350 equipado ............................................................................ 41 Ilustración 12: Identificación LOCAL/REMOTO .......................................................... 42 Ilustración 13: FTX-10C FTX-1C .................................................................................. 42 Ilustración 14: Módulo óptico......................................................................................... 46 Ilustración 15: Conexionado óptico DWDM .................................................................. 47 Ilustración 16: Fuente alimentación 220V y 24V ........................................................... 47 Ilustración 17: Fuente alimentación 48V ........................................................................ 47 Ilustración 18: Esquema red DWDM alto nivel ............................................................. 51 Ilustración 19: Esquema de red DWDM ......................................................................... 58 Ilustración 20: Atenuadores LC ...................................................................................... 61 Ilustración 21: Red de gestión......................................................................................... 62 Ilustración 22: Documentación del emplazamiento ........................................................ 63 Ilustración 23: Documentación de la gestión .................................................................. 64 Ilustración 24: Documentación configuración del canal ................................................ 64 Ilustración 25: Documentación estado del enlace ........................................................... 65 Ilustración 26: Armario 19¨ CPD.................................................................................... 66 Ilustración 27: Diseño bastidor Vitoria 1 y Vitoria 2 ..................................................... 67 Ilustración 28: Diseño Bastidor Vitoria 3 y Vitoria 4 ..................................................... 68 Ilustración 29: Diseño bastidor Bilbao ........................................................................... 69 7.

(12) Índice de ilustraciones Ilustración 30: Diseño bastidor Donostia........................................................................ 70 Ilustración 31: Diagrama de flujo Prueba 1 .................................................................... 71 Ilustración 31: Diagrama flujo Prueba 2 ......................................................................... 72 Ilustración 33: Diagrama de Flujo Prueba 3 ................................................................... 73 Ilustración 34: Diagrama de flujo Prueba 4 .................................................................... 74 Ilustración 35: Diagrama flujo Prueba 5 ......................................................................... 75 Ilustración 36: Diagrama flujo Prueba 6 ......................................................................... 76 Ilustración 37: Diagrama de flujo Prueba 7 .................................................................... 77 Ilustración 38: Conexión DUSAC-350 ........................................................................... 81 Ilustración 39: Inicio software Dusac ............................................................................. 81 Ilustración 40: Inicio software DUSAC-350 .................................................................. 82 Ilustración 41: Configuración IP DUSAC-350 ............................................................... 83 Ilustración 42: Configuración SNMP DUSAC-350 ....................................................... 83 Ilustración 43: Configuración Syslog DUSAC-350 ....................................................... 83 Ilustración 44: Configuración NTP DUSAC-350 ........................................................... 84 Ilustración 45: Configuración Radius DUSAC-350 ....................................................... 84 Ilustración 46: Menú tarjetas DUSAC-350..................................................................... 85 Ilustración 47: Menú GASC-350 .................................................................................... 85 Ilustración 48: Visualización estado canal ...................................................................... 86 Ilustración 49: Configuración canal DUSAC-350 .......................................................... 88 Ilustración 50: Configuración longitud de onda canal DUSAC-350 .............................. 89 Ilustración 51: Configuración bits Rate Selection SFP usuario ..................................... 90 Ilustración 52: Configuración SFP usuario ..................................................................... 90 Ilustración 53: BERT canal DUSAC-350 ....................................................................... 91 Ilustración 54: Cifrado canal DUSAC-350 ..................................................................... 92 Ilustración 55: Información SFP usuario DUSAC-350 .................................................. 92 Ilustración 56: Performance Monitoring canal DUSAC-350 ......................................... 93 Ilustración 57: Eventos/Alarmas DUSAC.350 ............................................................... 94 Ilustración 58: Latencia Bilbao – Donostia .................................................................... 97 Ilustración 59: Latencia Vitoria 1 – Donostia ................................................................. 98 Ilustración 60: Latencia Vitoria 4 - Donostia ................................................................. 98 Ilustración 61: Latencia Vitoria 1 - Bilbao ..................................................................... 98 8.

(13) Índice de ilustraciones Ilustración 62: Latencia Vitoria 3 - Bilbao ..................................................................... 99 Ilustración 63: Latencia Vitoria 4 – Bilbao..................................................................... 99 Ilustración 64: Tipo de bucles ....................................................................................... 100 Ilustración 65: Bucle tarjeta FTX-10C ......................................................................... 101 Ilustración 66: Prueba BERT ........................................................................................ 101 Ilustración 67: Resultado BERT tarjetas....................................................................... 102. 9.

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(15) Índice de tablas. Índice de Tablas Tabla 1: Características FTX-10C FTX-1C .................................................................... 43 Tabla 2: Correspondencia longitud de onda/canal .......................................................... 46 Tabla 3: Características enlaces ...................................................................................... 52 Tabla 4: Balance de potencia .......................................................................................... 60 Tabla 5: Tabla latencias circuitos interprovinciales........................................................ 97 Tabla 6: Presupuesto coste de personal ........................................................................ 105 Tabla 7: Desglose equipamiento DUSAC-350 ............................................................. 106. 11.

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(17) Lista de acrónimos. Lista de Acrónimos DWDM. Dense Wavelength Division Multiplexing. CWDM. Coarse Wavelength Division Multiplexing. BER. Bit Error Rate. BERT. Bit Error Rate Test. SFP. Small Form-factor Pluggable. PTRO. Punto de terminación de red óptico. ALS. Automatic Laser Shutdown. RS. Rate Selection. RTLD. Red Transporte Larga Distancia. SDH. Synchronous Digital Hierarchy. 13.

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(19) REDES ÓPTICAS DE TRANSMISIÓN DWDM: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN. 15.

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(21) 1. Introducción. 1 Introducción La memoria de este proyecto anhela ser una recogida de toda la información necesaria para el diseño de una red de comunicaciones ópticas de alta velocidad de transmisión de datos con módulos existentes en el mercado adaptados al mismo. En ella se incluirá tanto la información teórica estudiada en el proceso, como la descripción de todos los problemas acontecidos en el mismo y su correspondiente solución. Toda la documentación aquí generada se empleará para la posterior integración y mantenimiento de la red de comunicaciones ópticas diseñada. Para ello, se cuenta con la colaboración de la empresa española Fibernet S.L, fabricante de tecnología óptica. La motivación para llevarlo a cabo entre otras es: ser aspirante a convertirme en Ingeniero en la especialidad de Sistemas de telecomunicación. La electrónica y el diseño desde muy pequeño han sido mi motivación y mi pasión, la realización de este proyecto no es más que el intento de fusión de ambos mundos. Aclarar que es un proyecto planteado por iniciativa del alumno bajo la supervisión del tutor Don Carlos Cortés Alcalá. Es complicado que un profesor colabore en un proyecto de este tipo, por lo que he de estar eternamente agradecido. Con la realización de este proyecto se pretende demostrar que el alumno ha adquirido los conocimientos y las aptitudes propias de un Graduado en Ingeniería de Telecomunicaciones.. Objetivos Este proyecto consiste en el diseño e implementación de:. • Diseño de la topología de Red: Necesario optimizar el diseño de la topología de manera que no existan puntos críticos y garantizar que ante determinados problemas en la red puedan existir soluciones automatizadas. • Diseño esquema de red DWDM: Una vez definido la topología se realiza el diseño de los elementos que componen la red. Se define el número de canales necesarios, la longitud de onda para cada uno, así como su ancho de banda. • Cálculos balance de potencias: Se plantea para cada canal las potencias de transmisión, de recepción y se compara con la sensibilidad y potencia de saturación del servicio llevado. Tras el análisis se considera si es necesario amplificar. 17.

(22) 1. Introducción • Cálculos de dispersiones en la fibra óptica: Junto al cálculo de potencias se analiza si es necesario introducir en la red elementos regeneradores que reestructuren de nuevo la señal. • Diseño de la red de gestión: Uno de los requisitos del diseño es poder gestionar los equipos de forma remota. De esta manera, se pueden detectar errores o realizar cambios sin la necesidad de estar conectado físicamente al equipo. Se emplea como pasarela un router de gestión independiente a la red de datos y única para cada nodo. • Diseño hojas de configuración de los equipos: Una vez definidos todos los conceptos anteriores se diseña las hojas de configuración. Estas hojas reúnen todas las variables necesarias para que el enlace funcione correctamente. Sirve como documento técnico para realizar la configuración de los equipos y como documento de referencia para el posterior mantenimiento de la red. • Diseño disposición de los equipos: Un punto muy importante de este proyecto es estudiar la viabilidad para emplazar los equipos. Una vez conocido el sitio disponible en cada nodo, se reserva el espacio necesario representando los equipos en un alzado del bastidor. • Diseño plan de pruebas: Se diseña un plan de pruebas para comprobar la respuesta de toda la red simulando fallos en un entorno controlado. • Documentación y cierre de proyecto: Se documenta todo los procesos detallados en un informe y se realiza el cierre regular.. Alcance La memoria del proyecto pretende ser una recogida de información de todos los conceptos que se han analizado y todos los procesos que se han realizado, con el ideal de allanar el camino a personas con los siguientes perfiles:. • Ingenieros de telecomunicaciones: Profesionales que desean conocer el diseño de este tipo de redes de alta tasa de velocidad. • Empresas de telecomunicaciones: Empresas interesadas en aumentar el conocimiento en este tipo de tecnología y que se sientan atraídas por la electrónica.. 18.

(23) 1. Introducción • Estudiantes de niveles superiores: Estudiantes que comienzan a conocer el mundo de las redes de comunicaciones que quieran centrar su estudio en la capa física del modelo OSI.. Introducción al mundo de las comunicaciones ópticas. 1.3.1 Historia de las comunicaciones ópticas El gran desarrollo de las comunicaciones ópticas tuvo que esperar hasta la mitad del siglo XX cuando el científico Albert Einstein propuso la idea de emisión estimulada. Junto a Einstein, fueron los investigadores Bird y Houssel quienes realizaron la primera transmisión de información a través de fibra óptica. Fue en este momento cuando la gran necesidad de aumentar el ancho de banda, debido al despliegue de la red telefónica a nivel mundial, originó uno de los factores decisivos en el desarrollo de los sistemas ópticos. Anteriormente a este avance, todos los canales de voz eran transmitidos de forma analógica multiplexados en frecuencia por cables coaxiales. El principal problema que presenta esta técnica era la elevada atenuación que presenta el medio de transmisión según se escalaba en frecuencia. Para aumentar el ancho de banda era necesario desplazar la señal portadora a frecuencias más elevadas, con el consecuente incremento de atenuación. Para llevar a cabo la comunicación punto a punto era necesario introducir en la red repetidores que amplificasen la señal, lo que encarecía el diseño. Fue este el verdadero motivo por el cual las comunicaciones ópticas se vieron impulsadas. Sea cual sea el sistema de comunicación existe una serie de elementos fundamentales que son comunes para cualquier infraestructura. Si se analiza la Ilustración 1,. Ilustración 1: Red de área extensa. 19.

(24) 1. Introducción Se encuentra como primer elemento la Red de equipos. La red de equipos son la fuente de mensaje, originan la información a transmitir. A continuación, se encuentra el equipo de transmisión. Éstos son los encargados de adaptar la señal al canal por el cual se desea transmitir. Una vez realizado el tratamiento de la señal, se transporta la información al nodo extremo por medio del medio de transmisión, en este caso la fibra óptica. Por último, la información es entregada de nuevo al equipo de transmisión que adapta la señal de la fibra óptica a los receptores Red de Equipos 2. El diseño de la red es muy necesario entenderlo claramente, como resumen los elementos son: • Transmisor/ Receptor: Son los componentes encargados de originar y recibir la información. Son sistemas bidireccionales, la comunicación no es unilateral. En la Ilustración 1, corresponde con la Red de equipos. • Equipo de transmisión: Elemento que recibe la señal y realiza todo el tratamiento necesario para asegurar que la comunicación no se vea interrumpida. • Medio de Transmisión: Medio por el cual se envía la información. En este estudio el medio de transmisión es la fibra óptica.. Organización del documento La memoria del proyecto se ha estructurado en 11 capítulos, en los que se tratan diferentes temáticas relacionadas con el desarrollo realizado para llevar a cabo el proyecto. Explicando la temática de los capítulos se dispone:. • El primer apartado de este proyecto es “Introducción”. Aquí se detalla los objetivos que se persiguen con la realización del proyecto, las personas a las que está dirigido, una breve introducción al mundo de las comunicaciones ópticas y por último se explica las soluciones que existen en el mercado. • En el “Marco Tecnológico”, se describe brevemente todos los campos de conocimiento que se han abordado para la realización del proyecto. Se ha evitado incluir información innecesaria, remitiendo a bibliografía en los casos necesarios. • En el tercer capítulo, “Especificaciones y restricciones de diseño”, alberga cada una de las características que se han tenido en cuenta a la hora de realizar el diseño.. 20.

(25) 1. Introducción • Seguidamente, en el capítulo “Diseño de la solución propuesta”, se especifica en varios apartados el diseño del esquema de red, el diseño de la red de gestión, diseño de la documentación, la disposición de los equipos y el diseño del plan de contingencia. • Una vez queda definido toda la fase de diseño, se incluyen en el capítulo “Configuración del equipamiento” un manual en el que, paso a paso, se detalla la configuración del equipamiento para su correcto funcionamiento. • A continuación, en el siguiente capítulo, “Pruebas a realizar”, se presentan las medidas de latencia en la fibra y la certificación BERT de todos los canales. • Finalmente, en las últimas secciones, se ofrecerá el presupuesto de ingeniería y un desglose de todos los equipos necesarios, una serie de conclusiones junto con unas líneas de trabajo futuro, además de exponer la documentación consultada y los anexos con información adicional.. 21.

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(27) REDES ÓPTICAS DE TRANSMISIÓN DWDM: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN. CAPÍTULO 2 MARCO TECNOLÓGICO. 23.

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(29) 2. Marco tecnológico. 2 Marco Tecnológico Equipos de interconexión de sistemas abiertos, modelo OSI Sea cual sea el sistema de comunicación existe una serie de elementos fundamentales que son comunes para cualquier infraestructura. Estos puntos no estaban tan claros a finales del siglo XX cuando, debido a la gran expansión de las redes de telecomunicaciones, existió un gran desconcierto entre proveedores de tecnología al no existir un estándar al que hacer referencia. Al elaborarse distintas especificaciones e implementaciones en los protocolos de comunicación, las dificultades al compartir información entre diferentes equipos eran abismales. Para solucionar este problema de incompatibilidad, la Organización Internacional de la Normalización, denominada ISO del inglés “International Organization for Standardization” creó el modelo de interconexión de sistemas abiertos (ISO/IEC 7498-1) [1], en el que se recoge una normativa basada en siete niveles claramente diferenciados a los que se especifican las necesidades que deben de cumplir. De esta manera, los fabricantes empezaron a adecuarse a la norma. En la Ilustración 2 se resumen el contenido de este modelo.. Ilustración 2 Modelo OSI. Este proyecto se basa en el estudio e implementación de la capa física de una red de comunicaciones de alta velocidad de transmisión de datos por fibra óptica. A continuación se detalla cada nivel: Nivel físico: Es la base del Modelo OSI. Estudia la topología de la red y las conexiones que necesitan la tecnología para adaptarse al medio de transmisión. Debe de quedar claramente definido el medio de transmisión, en este caso fibra óptica, las especificaciones técnicas de conectores y componentes, así como las características eléctricas. Por último debe abordar la transmisión del flujo de bits y garantizar la conexión. Todos los problemas de potencias, latencias y atenuaciones deben ser resueltos en esta capa antes de continuar. 25.

(30) 2. Marco tecnológico Nivel de enlace de datos: Este nivel va orientado principalmente a vigilar que la transmisión de bits sea ordenada. También debe implementar un control del flujo para detectar errores en caso de que existan.. Nivel de red: Una vez que existe comunicación punto a punto ya establecida, este nivel vigila que los datos lleguen de origen a destino. Permite la comunicación entre equipos aunque no estén directamente conectados. Para ello, implementa protocolos enrutadores capaces de, una vez conocido el destino, dirigir el tráfico por los diferentes caminos que soporta la red para completar la comunicación.. Nivel de transporte: Se encarga de transportar los datos generados por la electrónica origen a la destino. No se hace referencia al tipo de red física que existe entre medias. Los paquetes que se envían se denomina Segmentos, si el servicio está orientado a conexión, o Datagrama si no es orientado a conexión.. Nivel de sesión: Esta capa debe permitir que las operaciones puedan reanudarse en caso de generarse alguna interrupción deseada o no. En los servicios de la capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles al ser englobados implícitamente en capas inferiores.. Nivel de presentación: La finalidad a la que va orientada es a mostrar la información transmitida de forma que el mensaje pueda ser identificable para los distintos equipos e interfaces. Permite cifrar y comprimir los datos, así como la operación inversa.. Nivel de aplicación: Sirve de intermediario entre los niveles inferiores y las aplicaciones que finalmente emplea el usuario.. Este estudio trata el diseño e integración del nivel físico. Analizando la ilustración 1, se identifica el nivel físico como el equipo de transmisión y el medio de transmisión. Recordando conceptos: Equipo de transmisión: Elemento que recibe la señal y realiza todo el tratamiento necesario para asegurar que la comunicación no se vea interrumpida. Medio de Transmisión: Medio por el cual se envía la información. En este estudio el medio de transmisión es la fibra óptica.. 26.

(31) 2. Marco tecnológico. Luz como soporte de información Entendiendo que la teoría sobre la fotónica de comunicaciones es muy amplia y extensa, se centrará este apartado en explicar los conceptos básicos sobre la generación de fotones para su uso como soporte de información. Todos los cuerpos que no se hallan en equilibrio están continuamente radiando o absorbiendo energía. Las comunicaciones pueden ser vistas con un mero intercambio de energía. La mínima porción de energía es la que porta un fotón. Se relaciona la energía del fotón con su frecuencia por la relación: (1). 𝐸 =ℎ·f. donde E, es la energía del fotón, h la constante de proporcionalidad de Planck y f la frecuencia de la onda luminosa. En la tecnología de comunicaciones ópticas se habla en términos de longitud de onda, en lugar de hacerlo en frecuencias, encontrándose ambas magnitudes relaciones por la dependencia: (2). λ=. ' (· 𝝐𝒓. Siendo c la velocidad de la luz en el mismo medio y 𝝐𝒓 la constante dieléctrica de la fibra óptica. Agrupando las ecuaciones (1) y (2) se obtiene la siguiente relación: (3). 𝐸 =ℎ·. ' + 𝝐𝒓. Para entender la interacción de radiación de la materia se debe establecer dos hipótesis. La primera es que los átomos de cualquier material sólo es posible que oscilen entre dos estados de energía en el sistema E2 y E1. Siendo el nivel de energía E2 superior al de E1. La segunda hipótesis es que debe existir una densidad de población de átomos en cada nivel de energía. En la Ilustración 3, queda recogido ambas hipótesis. En el nivel E1 se encuentran los átomos en estado base y en nivel E2 los átomos en estado excitado. Cuando llega un fotón al material y su energía es igual a E2 - E1, de aquí en adelante denominada EGAP, ese fotón se absorbe incrementando así la energía de un átomo en estado base pasando a ser un átomo en estado excitado. E Átomos en estado excitado. E2 Átomos en estado base. E1. Ilustración 3: Hipótesis estado energético. 27.

(32) 2. Marco tecnológico El nivel interno de energía del sistema atómico o molecular se incrementa provocando que se encuentre en un estado inestable, no puede permanecer así de forma indefinida. Tras la absorción de esta energía se genera la denominada aniquilación del fotón. Al encontrarse ahora el sistema en una situación inestable, en un cierto instante de tiempo aleatorio, se produce la emisión espontánea. Esta emisión consiste en que el átomo en estado excitado reduce su energía interna y vuelve a estado base. En este proceso se libera un fotón de energía EGAP (E2 - E1). El fotón que se libera tendrá la misma longitud de onda que el fotón que se absorbió inicialmente, no obstante, no tiene la misma fase. Albert Einstein postuló la idea de emisión estimulada. Esta idea supuso un punto de inflexión en las comunicaciones ópticas. El principal requisito es que todos los átomos se encuentren en estado excitado, para ello se debe aportar una energía inicial al sistema. Una vez que se ha conseguido aumentar la densidad de población de átomos en estado excitado se introduce en el sistema un fotón. Con la llegada de este fotón, sucede que uno de los átomos pasa de estado excitado a estado base, liberando así un fotón de energía EGAP . La gran particularidad es que tendrá misma fase y dirección espacial que el fotón incidente. Se ha conseguido amplificar la luz, es el principio del funcionamiento del LASER “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” en español “Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación”. La principal diferencia entre los dos sucesos explicados es que en el primer caso se absorbe la energía del fotón para elevar la energía interna de la molécula pasando un átomo de estado base a estado excitado, y en el segundo caso, al encontrarse todos los átomos en estado excitado, al introducir un fotón en el sistema se consigue que, en vez de absorberse, un átomo pase de estado excitado a estado base liberando un fotón con mismas variables que el fotón incidente. Si la energía del fotón no hubiese sido E2 - E1 entonces el fotón no hubiese interactuado con esos átomos. No hubiese servido la energía inicial que se aportó al sistema, y en consecuencia, no se realiza la amplificación de la luz. Este modelo es un modelo resumido que permite comprender con facilidad la complejidad que supone el estudio de los niveles energéticos de la materia. En realidad, existen multitud de niveles de energía pudiéndose generar fotones con distintos niveles de energía, o lo que es equivalente, fotones con diferentes longitudes de onda. Para lograr la generación de fotones con misma energía se utiliza la combinación de distintos materiales, denominadas heterouniones. Estas combinaciones permiten confinar la luz lográndose así aumentar la emisión de fotones y por tanto mejorar la eficiencia. Este principio permite controlar la densidad de fotones por unidad de tiempo, empleando para ello un circuito de polarización.. 28.

(33) 2. Marco tecnológico. Atenuación en la fibra óptica según la longitud de onda En este punto se estudia a qué se deben las pérdidas de transmisión en la fibra óptica, en qué longitudes de onda son más críticas y qué ventanas son las más propicias para el diseño de redes DWDM. La atenuación, o pérdidas de transmisión, es uno de los mecanismos más importantes que limitan la máxima longitud de un vano en un enlace por fibra óptica. Cuanto menor sea la atenuación de la fibra, mayor será la longitud del enlace para una potencia recibida dada (marcada por la sensibilidad del fotodetector empleado). Es este el motivo por el que resulta muy interesante conocer la caracterización de la fibra para distintas longitudes de onda. La atenuación de una señal por una fibra óptica viene dada por la acumulación de efectos debidos a la composición del material, a la técnica de fabricación de la fibra, y por la propia estructura física de la misma. La influencia de todos estos factores dependen de la longitud de onda de trabajo. Los mecanismos de atenuación se pueden clasificar en intrínsecos y extrínsecos. Los mecanismos intrínsecos dependen de la estructura de la fibra y se clasifican del siguiente modo: • Absorción: Causada por los átomos que componen la fibra. Los fotones que viajan por el medio son absorbidos por los átomos que componen las moléculas del material de la fibra óptica. El fotón que correspondía con la señal que viajaba, es absorbido e incrementa la energía interna de la molécula de vidrio. En consecuencia, la señal pierde energía, experimenta una atenuación. Existen otro tipo de absorciones que son debidas a la técnica de fabricación de la fibra. En la etapa de producción, siempre quedan residuos de moléculas de iones hidroxilos (OH-) que introducen picos de atenuación muy elevadas en longitudes de onda cercanas a los 1400 nm. Este tipo de dispersión no puede eliminarse. • Scattering: El vidrio, material por el que está compuesto la fibra óptica, presenta variaciones microscópicas que origina fluctuaciones en la constante dieléctrica del material de la fibra. Estas variaciones provocan redirecciones de la señal. Este tipo de dispersión no puede eliminarse. La Ilustración 4 [2], se observa la atenuación que existe debido a todos estos efectos según la longitud de onda. En el eje de coordenadas ser representa la atenuación de la fibra dada en dB/km, en el eje de las abscisas la longitud de onda de la señal dada en µm.. 29.

(34) 2. Marco tecnológico. Ilustración 4: Atenuación en fibra óptica según longitud de onda. La ventana en la que se va a centrar este proyecto es la que menor atenuación presenta, es decir, la tercera ventana 1550 nm-1625 nm. Se evita así los elevados picos correspondientes a la absorción por las moléculas de agua. Paralelamente a los mecanismos intrínsecos, existen los mecanismos extrínsecos que son debidos a que en los enlaces reales se debe sumar adicionalmente la atenuación que introducen las fusiones de fibras, conectores y curvaturas. En enlaces largos, superiores a sesenta kilómetros, la suma de la atenuación que introducen los mecanismos extrínsecos son superiores a la decena de decibelios.. Características equipos de línea Los equipos de línea son equipos electrónicos encargados de realizar la conversión opto-eléctrica y/o la conversión electro-óptica. Una vez que se ha realizado la conversión, permiten la transmisión de las señales ópticas por el medio de transmisión. El equipo de línea empleado para este proyecto es el sistema DUSAC-350 [3]. El sistema DUSAC-350 es un multiplexor DWDM que posibilita la concentración de gran variedad de canales digitales bajo distintos protocolos y su transmisión por una única fibra que conecta puntos geográficamente distantes. En la Ilustración 5, puede observarse el sistema escogido equipado con todos los módulos.. 30.

(35) 2. Marco tecnológico. Ilustración 5: Equipamiento Dusac-350. Los equipos de línea pueden ser transmisores ópticos, receptores ópticos y/o regeneradores. El sistema DUSAC-350 es un equipo que reúne las tres características y por este motivo se ha elegido para este proyecto. A continuación, se detallan las principales características de los equipos de línea. Se han destacado los puntos más importantes utilizando como referencia el libro Comunicaciones Ópticas del Catedrático José Martín Sanz [4]. Si se desea profundizar más en estos conceptos resulta de especial interés el capítulo 3 Equipos de línea.. 2.4.1 Características transmisor óptico La señal de entrada típicamente será del tipo eléctrica. Es necesario realizar la conversión al plano óptico. Esta conversión debe generar una señal óptica que siga las variaciones de la señal de su homónima eléctrica. Es necesario por tanto, la inclusión de un circuito modulador del haz lumínico. El circuito modulador está compuesto por un diodo láser cuya corriente de excitación es estabilizada por medio de un circuito de polarización. La estabilidad de la potencia de salida depende de la temperatura y las horas de funcionamiento del transmisor óptico. Existe una degradación paulatina del láser lo que obliga a evaluar continuamente la potencia de salida. La potencia de recepción está directamente relacionada con la potencia de transmisión del transmisor enfrentado. En el nivel físico, que es el nivel en el que se centra este proyecto, uno de los parámetros más importantes es la potencia de recepción de los servicios. Para comprobar estos valores existen dos alternativas. Una primera que consiste en muestrear de forma periódica la potencia de salida para después realizar las correcciones necesarias en la corriente de excitación y, una segunda opción, empleada en este tipo de transpondedores, que consiste en actuar directamente sobre la corriente de excitación en función de sus dependencia con la temperatura. Este método es el más usado a ser un método de control indirecto. Una vez que se ha generado una potencia de salida constante es inevitable que junto a la señal de información se genere un factor de ruido en los transmisores. El ruido 31.

(36) 2. Marco tecnológico empeora la calidad de la señal, produciendo en casos extremos intermitencias en la comunicación. El principal tipo de ruido es el denominado ruido de partición de modos. Las fuentes de luz teóricas generan un pulso lumínico ideal con un espectro que se presentaría como una línea espectral pura. Sin embargo, en un material activo real no corresponde con el modelo reducido de dos niveles de energía explicado anteriormente (capítulo 2.2 Luz como soporte de información). Ciertamente, según el material se distribuirán en bandas más o menos anchas de energía. En consecuencia, el espectro de la radiación emitido de forma natural por este material activo será siempre de forma curva y de anchura diferente según el material. La ilustración 6, muestra el espectro del láser cuya componente espectral principal , 𝜆- =850 nm, y todas las líneas espectrales generadas y no deseadas.. Ilustración 6: Espectro radiación material activo. No es posible obtener un espectro estrictamente monocromático pues al aplicar la teoría de los sistemas lineales se conoce que la Transformada de Fourier de una delta es una constante infinita, luego el láser debería estar trabajando desde el principio de los tiempos para poder generar un único pulso lumínico. Por tanto, la anchura espectral del haz lumínico representa la fluctuación de longitud de onda del haz lumínico generado por la fuente de luz, por lo que no se mantiene constante la frecuencia de emisión del haz lumínico generado. La fuente de luz nunca es monocromática. Esta variación de longitud de onda provoca que cada una de las longitudes inicie su propia propagación a través de la fibra óptica en instantes diferentes propagándose a velocidades distintas, lo que origina un incremento en el nivel de ruido presente en la entrada del receptor.. 32.

(37) 2. Marco tecnológico. 2.4.2 Características receptor óptico El equipo recibe a través de la fibra una señal óptica generada en el equipo enfrentado. Esta señal es necesario que se convierta en una señal eléctrica de datos análoga a la presente en su entrada. Este proceso, denominado fotodetección, consiste en la conversión de fotones en electrones. Al igual que en los equipos transmisores se debe estudiar los parámetros principales que definen a un receptor.. Tasa de Error de Bit: Comúnmente denominado B.E.R del inglés Bit Error Rate. La tasa de error de bit se define como el máximo número de bit erróneos admisibles en recepción con respecto el número total de bits presentes en emisión. Es una medida de calidad. La tasa de error de bit que habitualmente se exige a los sistemas de comunicaciones digitales por fibra ópticas es de un valor de 1x10-10 y representa una relación señal/ruido en el receptor de 22 dB. Las tarjetas transpondedoras elegidas para este proyecto tienen la característica de poder comprobar los bits erróneos que pueden existir en el enlace lanzando un test de prueba durante el tiempo que se desee. En el apartado de este documento 7.2 Certificación de canal, BERT se aporta información con más detalle de este procedimiento.. Margen Dinámico: Se define el margen dinámico de un receptor óptico como el comprendido entre el valor de la mínima potencia óptica presente en la entrada que nos garantiza la obtención de la tasa de error de bit B.E.R deseada, sensibilidad del equipo, y el valor de la máxima potencia óptica que es capaz de soportar el receptor óptico sin que se produzca variación alguna en la tasa de error de bit B.E.R, saturación del equipo. Se trata por tanto de un margen acotado entre dos valores de potencia óptica expresados para una B.E.R específica.. (4). 𝑀𝑎𝑟𝑔𝑒𝑛 𝐷𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐𝑜 = 𝑃;<=;>?>@>ABA − 𝑃;BDEFB'>ó=. 2.4.3 Características regenerador óptico Los regeneradores ópticos son equipos electrónicos activos que no necesitan realizar la conversión óptico a eléctrico. La señal que se recibe en estos equipos es una señal óptica y si la regeneración consiste únicamente en la amplificación de la luz a la entrada, se emplea la denominada fibra dopada con erbio. La fibra dopada con erbio da mejor rendimiento para las longitudes de onda de 980 nm o 1480 nm e irradian luz en longitudes de onda de 1550 nm. La longitud de onda de 1550 nm es especialmente 33.

(38) 2. Marco tecnológico importante para las comunicaciones ópticas porque las fibras normalizadas tienen pérdidas mínimas en esta longitud de onda. En la Ilustración 7, se puede ver el funcionamiento de la fibra dopada por erbio. En eje de coordenadas se define en sentido creciente los niveles de energía superiores y en el eje de las abscisas el tiempo. El erbio es un elemento cuyos iones son capaces de absorber los fotones bombeados por la fuente láser externa (980 nm). Esto provoca que los electrones del erbio pasen de un nivel de reposo a un nivel superior, paso 1. En este estado de energía superior EB, denominado banda de bombeo, el tiempo de vida de los átomos es muy limitado debido al material, obligando a pasar al átomo en un instante de tiempo aleatorio t2 a la banda metaestable, paso 2. Esta caída es muy rápida y no es radiativa, es decir, no genera un fotón. Desde este nuevo estado, cuando incide un fotón, fotón 1, en la fibra en el instante t3, el átomo pasa de la banda metaestable a estado de reposo (estado base) liberando un fotón con la misma longitud de onda y fase que el incidente, fotón 2. Se logra así, tener una señal óptica a la salida con mayor potencia lumínica e idénticos valores de longitud de onda y fase que la señal óptica presente en la entrada.. Ilustración 7: Principio funcionamiento EDFA. La repetición de este proceso de forma sucesiva a lo largo del tramo de fibra óptica dopada con erbio, provoca la amplificación óptica. Este tipo de regenerador es el denominado 1R, únicamente se amplifica la señal de la entrada, ni se ajusta el pulso ni se realiza recuperación de reloj. Atendiendo al procesado que se efectúa sobre una señal, los regeneradores se clasifican en tres tipos:. • 1R, Regeneración: Únicamente amplifican la señal a la entrada. No contrarresta efectos de ruido o dispersiones. También se amplifica las componentes de ruido. • 2R, Regeneración & Remodelación: Una vez amplificada la señal se reconstruye. Para ello, se genera de nuevo un pulso con dos niveles claramente diferenciados. Si la señal que se recibe está muy degradada es posible que en este proceso se produzcan errores. 34.

(39) 2. Marco tecnológico • 3R, Regeneración, Remodelación & Recuperación de reloj. Además de amplificar y regenerar la señal, la sincroniza. Este tipo de regeneradores cancela los efectos de las no linealidades y de la dispersión.. En la Ilustración 8, se observa que la señal transmitida son pulsos digitales. En el eje de coordenadas se representa la amplitud de la señal digital dada en voltios, y en el eje de abscisas la componente del tiempo. Tras la propagación de la señal por la fibra se produce una degradación que es necesario equilibrar para su correcta recepción.. Ilustración 8: Tipos de regeneración. El tipo de regeneración 3R se realiza siempre en los sistemas de comunicaciones cuando una vez que se recibe la información de la tarjeta enfrentada, tras sufrir las degradaciones y dispersiones en la fibra óptica correspondientes, se reconstruye para que sea exactamente igual a la que se envió. De acuerdo a la Ilustración 1, la señal que es entregada a la Red de equipos, tiene que ser una señal filtrada, sin componentes espectrales no deseados y en niveles de potencia adecuados.. Técnica de multiplexación y topología de la red Este proyecto se centra en la topología de red bidireccional utilizando como técnica la multiplexación por división de longitudes de onda, se consigue así que se transmita los datos en los dos sentidos posibles por una única fibra óptica. 35.

(40) 2. Marco tecnológico Estas señales ópticas se encuentran multiplexadas por división en longitudes de onda cada una de ellas en una longitud de onda diferente. Cada canal está formado por dos longitudes de onda, una es empleada para transmitir y otra para recibir. La Ilustración 9 se observa como es la técnica de multiplexación.. Ilustración 9 Multiplexación por longitudes de onda. El acoplamiento en el sentido de transmisión y recepción se realiza mediante la multiplexación de cada uno de los pulsos lumínicos en diferentes longitudes de onda. El acoplamiento en el sentido de recepción y transmisión se realiza mediante la demultiplexación de cada uno de los pulsos lumínicos en diferentes longitudes de onda. La separación que existe en DWDM entre longitudes de onda es de 0,4 nm (50GHz) atendiendo a la recomendación de la ITU G.694.2 [5] y el rango seleccionado de longitudes de onda son las que comprende la tercera ventana, empieza en 1530 nm y se termina en 1625 nm. Esta ventana de trabajo con el espaciamiento de 0,4 nm por canal, permite la transmisión de 240 longitudes de onda. Los nuevos sistemas de transmisión DWDM son capaces de soportar velocidades de 40 Gbps por longitud de onda. Al necesitarse como mínimo dos longitudes de onda por canal, una para transmitir y otra para recibir, este escenario puede proveer un máximo de 4,8Tbps en una sola fibra óptica. La topología de la red de DWDM puede configurarse para los siguientes escenarios: • • • • • •. Topología Bus Topología Estrella Topología Árbol Topología anillo Topología malla totalmente conexa Topología malla inconexa entre todos sus nodos. La Ilustración 10, recoge respectivamente las diferentes topologías y escenarios posibles.. 36.

(41) 2. Marco tecnológico. Ilustración 10: Tipo de topología de red. El diseño en el que se centra este proyecto es el escenario seis. Es un escenario en el que no existe conexión directa entre todos los nodos a nivel físico. No obstante, el escenario seis puede convertirse en escenario cinco, si se analiza desde otro nivel del modelo OSI. Por ejemplo, desde el nivel de red, nivel tres, se puede reorientar el tráfico entre nodos. Esto permite que exista comunicación entre puntos en los cuales no existe conexión directa. Se emplea para ello parte del ancho de banda de un nodo intermedio. Más adelante se describen los nodos que componen este proyecto, las longitudes de onda que utilizan y el ancho de banda equivalente. La Ilustración 18 “Esquema red DWDM de alto nivel” se puede identificar, comparando con la Ilustración 10, el tipo de topología diseñada. Resulta muy evidente asemejar el diseño realizado con la topología de malla inconexa.. 37.

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(43) REDES ÓPTICAS DE TRANSMISIÓN DWDM: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN. CAPÍTULO 3 EQUIPAMIENTO DUSAC-350. 39.

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(45) 3. Equipamiento Dusac-350. 3 Equipamiento DUSAC-350 El sistema DUSAC 350 es un multiplexor WDM capaz de albergar dos tarjetas de la familia DUSAC. Es una solución compacta, pequeña y escalable. Se ha elegido este equipo por las siguientes características: • Hasta 18 lambdas CWDM por enlace de fibra óptica. • Hasta 64 lambdas DWDM por enlace de fibra óptica. • Convivencia de tecnologías CWDM y DWDM en la misma plataforma. • Instalación sencilla, puesta en marcha inmediata. • Acceso completamente frontal. • Gestión a través de SNMPv2, compatible con cualquier plataforma SNMP. • Interfaces TDM, módulos de encriptación, amplificadores. • Topologías punto a punto, punto a multipunto, estrella, bus, anillo, mallada. • Puede configurarse para que realice regeneración 1R o 3R. • Diseño compacto. Sistema de alimentación redundadas, sistema de ventilación, sistema de cableado, interfaces, MUX/DEMUX óptico, etc. Es un equipo modular en el que todos sus componentes se pueden sustituir. Los módulos principales que más adelante se detallan son: • • • • •. Tarjetas transpondedores. Módulo de supervisión y gestión Unidad de multiplexación óptica. Fuentes de alimentación. Unidad de ventilación.. Ilustración 11: DUSAC-350 equipado. Tarjeta transpondedora: FTX - 10C / 1C Los transpondedores seleccionados para este proyecto son los denominados interfaces de canal FTX. Se ha elegido esta tarjeta entre un gran abanico de productos al ser tarjetas con capacidad de cifrar el mensaje a nivel óptico, lo que supone un factor adicional de seguridad. 41.

(46) 3. Equipamiento Dusac-350 Los transpondedores elegidas por tanto, han sido las tarjetas FTX-10C [6] y FTX1C [7]. Ambas tarjetas encriptan los paquetes en el tramo de línea mediante el algoritmo AES con clave de 256 bits sin introducir latencia en el servicio. La principal diferencia entre ambas tarjetas es que la tarjeta FTX-10C permite transportar servicios Ethernet LAN a 10 Gbps y la tarjeta FTX-1C permite transportar servicios Ethernet LAN a 1 Gbps. El conexionado que tienen estas tarjetas está compuesto por dos puertos. El puerto local, identificado con la serigrafia “L”, se encuentra en el frontal de las tarjetas, son conectores LC y pueden ser monomodo o multimodo según el tipo de señal. Estos puertos miran hacia los equipos de cliente. Los puertos de línea son conexiones traseras, la tarjeta FTX-1C presenta la particularidad de poder usar el puerto de línea en el frontal de la tarjeta al igual que el puerto local, es una situación atípica. Los puertos de línea son los que transmiten a la fibra de planta externa, es decir, los que enlazan una tarjeta con la otra. A continuación se puede ver un esquema del conexionado de las tarjetas.. Ilustración 12: Identificación LOCAL/REMOTO. En la Ilustración 13, se observa físicamente el diseño de ambas tarjetas. Las dimensiones de las tarjetas son exactamente iguales 340 x 300 x 60mm. El sistema DUSAC-350 permite equipar dos tarjetas de cualquier modelo.. Ilustración 13: FTX-10C FTX-1C. 42.

(47) 3. Equipamiento Dusac-350 La FTX-1C tiene equipados dos Small Form-factor Pluggable Transceptor denominado comúnmente Transceptor SFP o SFP. Traducido al español significa transceptor de factor de forma pequeño conectable. El SFP, es un módulo extraíble que realiza la función de fuente láser. La señal es adaptada por este módulo para ser del tipo óptica y con la potencia suficiente como para cubrir la distancia que se desee según el tipo de SFP. El SFP insertado en la bahía local, es el que está conectado directamente a los equipos de cliente. Es un SFP de menor coste puesto que las distancias que cubren no superan los trescientos metros. Sin embargo, el SFP equipado en la bahía denominada R, Remoto, es el SFP encargado de transmitir por la fibra óptica a lo largo de decenas de kilómetros, estos módulos tienen un coste mucho más elevado y la frecuencia a la que trabajan en este proyecto son las correspondientes a la tercera ventana (1530 nm -1625 nm) pues muestran menor atenuación. La tarjeta FTX-10C sin embargo, no tiene bahía para insertar un SFP remoto, esto se debe a que la propia tarjeta tiene embebido el sistema de transmisión/recepción láser. El SFP local trabaja en la longitud de onda de 1330 nm para distancias de pocos centenares de metros o 850 nm para distancias de decenas de metros. Cuando se equipan las tarjetas en el chasis el resultado es el de la ilustración 11. La Tabla 1 recoge las principales características de ambas tarjetas, se aprecia que la tarjeta FTX-1C no es sintonizable en toda la banda C y L, siendo necesario equipar un SFP con una frecuencia fija determinada, la tarjeta FTX-10C no necesita ser equipada con un SFP de línea al estar integrado en su producción. El salto de frecuencia al sintonizar la FTX-10C es de 50GHz. Otra actividad que no realiza la FTX-1C en comparación con la FTX-10C es que no supervisa el estado de recuperación de reloj, esto es así porque no es un proceso obligatorio cuando el protocolo es 1 Gbps. Tabla 1: Características FTX-10C FTX-1C. En la parte frontal de ambas tarjetas tienen siete leds que indica el estado del canal. Corresponde con la información más importante, con la visualización de estos leds se puede saber en qué estado está el canal. A continuación, se detalla el funcionamiento de cada uno de ellos.. ALR: Es el LED de alarma. Este LED estará encendido si alguna de las alarmas del canal está activo. Para obtener más información se debe acceder por software al 43.

(48) 3. Equipamiento Dusac-350 equipamiento. Si el LED está encendido no implica necesariamente que el canal no funcione, pero si está apagado se sabe con toda seguridad que todo funciona correctamente.. LASER: Este LED estará encendido únicamente cuando la tarjeta esté transmitiendo potencia óptica.. REM: Es el LED de remoto. Este LED se encenderá cuando reciba potencia de la tarjeta enfrentada dentro de los márgenes. Es decir, la potencia de recepción es mayor que la mínima potencia asumible.. LOC: Es el LED de local. Este LED estará encendido cuando se reciba señal del equipo que genera la información. Por ejemplo, un servidor.. LINK: Indica que las tarjetas enfrentadas están intercambiando correctamente la contraseña utilizando el algoritmo de cifradoAES-256. Corresponde con el cifrado de las comunicaciones.. ACT: Es el LED de activo. Las tarjetas pueden configurarse como principales o como secundarias. En caso de no tener tarjetas de respaldo y ser todas principales, el led de activo estará encendido en todas ellas.. ON: Es el único LED que siempre estará encendido. Indica que la potencia está siendo correctamente alimentada y está encendida.. Módulo de supervisión y gestión El módulo encargado de la supervisión y gestión es el denominado GASC-350, es el módulo responsable de monitorizar, probar, configurar y controlar el estado del servicio. El protocolo estandarizado para la gestión de redes es el protocolo SNMP “Simple Network Management Protocol”. La versión más reciente, SNMPv3 [RFC 3410] actualizada en diciembre de 2002. Este protocolo proporciona a la entidad gestora y un agente gestionado (DUSAC-350) la posibilidad de compartir información. Es necesario definir para cada equipo todas sus variables de estado. Toda la información de gestión se representa como una colección de objetos que forman un almacén virtual de información, conocido como Base de información de gestión (MIB, 44.

(49) 3. Equipamiento Dusac-350 Management Information Base). Los objetos MIB definen por tanto la información de gestión mantenida por un dispositivo gestionado. Existen dos usos comunes del SNMP, un modo proactivo que solicita información explicita de una de las variables del equipo, y un segundo modo reactivo donde el equipo envía un mensaje al existir un cambio en una de sus variables. • Modo Proactivo: La entidad gestora envía una solicitud de información al agente. Consiste en un modelo solicitud-respuesta. El equipo recibe la solicitud, la procesa y envía la respuesta. Típicamente las solicitudes son para consultar información o para cambia el valor de alguna de las variables del objeto MIB asociado al dispositivo. • Modo Reactivo: Un equipo gestionado envía un mensaje sin existir previamente un solicitud por parte de la entidad gestora. Este mensaje es conocido como trap. Se comunica una situación excepcional y ha generado un cambio en uno de los valores de los objetos MIB. Para que la parte de supervisión y gestión funcione correctamente es necesario configurar la dirección IP del equipo, el nombre, la hora, la dirección de envío de alarmas y la puerta de enlace. Sin estos parámetros no se podría acceder al equipo de forma remota ni enviarse correctamente las alarmas con la hora correcta y al servidor indicado. En el apartado 6 Configuración del equipamiento, se detalla la operación a realizar para la correcta configuración de la gestión del equipo. Resumiendo, en este módulo reside el sistema operativo del equipo. Sus principales características las siguientes: • Supervisión continuada de los diferentes elementos del sistema: o Tarjetas de canal o Fuentes de alimentación o Unidades de ventilación • Mantenimiento de un histórico de eventos. • Envío de alarmas SNMP o traps a la plataforma de gestión. • Interfaz para la configuración y la monitorización.. Módulos ópticos Los módulos multiplexadores ópticos son componentes puramente ópticos y pasivos. Los módulos están basados en la tecnología de difracción espacial y pueden utilizar espaciamiento CWDM o DWDM, dependiendo de la capacidad de canales que se 45.

(50) 3. Equipamiento Dusac-350 necesiten. Este tipo de tecnología permite separar las diferentes longitudes de onda que viajan por la fibra por cada uno de los distintos puertos que componen el módulo óptico. Tal como se aprecia en la ilustración 11, la unidad óptica tiene un espacio dedicado dentro del chasis del DUSAC-350. Sin este elemento no se realiza la multiplexación de longitudes de onda, sin esta modulación el sistema dejaría de ser bidireccional y no podrían convivir un conjunto de canales por la misma fibra óptica.. Ilustración 14: Módulo óptico. Los puertos tienen una enumeración del uno al ocho. Cada puerto corresponde con una longitud de onda. El puerto identificado como “U” corresponde con el puerto upgrade y permite concatenar varías unidades ópticas. Todas las señales que entren por este puerto se multiplexan junto a los ocho primeros puertos y ese sumatorio de longitudes de onda sale por el puerto “C” Cada canal está compuesto por una longitud de onda para transmitir y otra longitud de onda distinta para recibir. De este modo, no existe ninguna interferencia. La nomenclatura usada para indicar el conexionado es la siguiente, primero se nombra el número de canal seguido de TX, si esa longitud de onda se usa para la transmisión, y RX, si esa longitud de onda se usa para la transmisión. A continuación, se identifica el nodo con la letra “A” si hace referencia al nodo A, con la letra “B” si hace referencia al nodo B. La longitud de onda de transmisión será la longitud de onda de recepción del canal enfrentado. Atendiendo a la nomenclatura descrita y concretando para el canal 1: Canal 1 TX(A) = Canal 1 RX(B) Canal 1 TX(B) = Canal 1 RX(A) La Tabla 2 resume las equivalencias que existen entre la transmisión de un nodo y otro con un ejemplo con longitudes de onda reales. Tabla 2: Correspondencia longitud de onda/canal. La correspondencia del conexionado entre longitudes representado en la Ilustración 15, mantiene correspondencia con la Tabla 2. 46.

(51) 3. Equipamiento Dusac-350. Ilustración 15: Conexionado óptico DWDM. Sistema de alimentación redundante El chasis DUSAC 350 ha sido diseñado para permitir la coexistencia de dos fuentes por equipo, funcionando simultáneamente de forma que son totalmente redundantes la una de la otra. Dichas fuentes pueden ser tanto de corriente alterna (AC 220V) como de continua (DC 24V, 48V). Todos los tipos de fuentes poseen un piloto que indica entrada de suministro de energía y conector normalizado del cordón de alimentación.. Ilustración 16: Fuente alimentación 220V y 24V. Ilustración 17: Fuente alimentación 48V. 47.

(52) 3. Equipamiento Dusac-350 El equipo cuenta por tanto con un sistema de alimentación redundante. En cuanto una fase de alimentación tiene algún problema o una de las fuentes ha sufrido una avería, automáticamente el equipo trabaja por secundaria. Se puede realizar la operación de sustitución de una de las fuentes con el sistema encendido, lo que aporta gran versatilidad a la hora de reemplazar una fuente dañada. El GASC-350 se encarga de monitorizar continuamente el correcto funcionamiento de los dos módulos, generando traps SNMP y eventos relacionados e informando de su estado al operador a petición.. Sistema de ventilación Esta unidad es extraíble en caliente y alberga tres ventiladores con ciclo de vida de aproximadamente 5 años, cifra muy variable y sensible a las condiciones de temperatura y humedad del emplazamiento del equipo. Si la ventilación del equipo fuese insuficiente, se activarán alarmas que indican un calentamiento excesivo de la unidad. Cada módulo de aireación esta supervisado por el GASC-350. La controladora se encarga de monitorizar continuamente el correcto funcionamiento de los dos módulos, generando traps SNMP y eventos relacionados e informando de su estado al operador a petición.. 48.

(53) REDES ÓPTICAS DE TRANSMISIÓN DWDM: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN. CAPÍTULO 4 ESPECIFICACIONES Y RESTRICCIONES DE DISEÑO. 49.

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