onda en los nodos ópticos puede reducirse cuando se conmuta en el dominio de la
frecuencia. Por ello la red resulta más flexible y fácil de configurar. Y en general, los
recursos de la red se utilizan de forma más eficiente bajo patrones de tráfico
dinámicos.
La forma más directa de realizar la conversión de longitud de onda es la basada en
un conversor electro-óptico, donde la señal se fotodetecta para modular
posteriormente un láser o modulador externo. Sin embargo, esta técnica es válida
para tasas de 2,5 Gbit/s e inferiores, ya que a mayores velocidades el consumo de
potencia y el coste aumentan considerablemente. De hecho, a 40 Gbit/s sólo resulta
factible la conversión de longitud de onda mediante dispositivos completamente
ópticos. En este artículo analizaremos las diferentes tecnologías ópticas existentes
para la construcción de convertidores de longitud de onda en redes WDM.
Dependiendo de la estructura de la red, se imponen diferentes requisitos a los
conversores de longitud de onda, entre los cuales se encuentran:
· Transparencia al formato y a la tasa de bit.
· Penalización de potencia y pérdidas de inserción bajas.
· Longitud de onda de salida sintonizable.
· Funcionamiento independiente de la longitud de onda, polarización, margen
dinámico o relación señal a ruido de la señal de entrada.
· Potencias ópticas de entrada moderadas.
· Bajo consumo de potencia.
· Posibilidad de convertir a la misma longitud de onda (regeneración).
· Bajo chirp.
· Gran ancho de banda óptico.
Evidentemente, todas las tecnologías de conversión de longitud de onda no cumplen
con todas estas características, por lo que algunas de ellas serán más adecuadas
que otras para determinados propósitos. Las tecnologías que estudiaremos en este
artículo serán aquellas basadas en puertas ópticas, estructuras interferométricas o
mezclado de ondas. Si bien existen otro tipo de tecnologías basadas en láseres con
modos de funcionamiento especiales, las anteriores son las más comúnmente
empleadas para la construcción de conversores de longitud de onda.
Conversores basados en puertas ópticaConversores ópticas
Este tipo de conversor de longitud de onda es uno de los más simples. Su
funcionamiento consiste en utilizar un dispositivo que actúe como una puerta óptica
en respuesta a una excitación óptica. De este modo, los efectos de saturación de la
ganancia de un dispositivo activo, como por ejemplo un SOA, pueden utilizarse para
convertir la longitud de onda de la señal. Esta técnica se conoce con el nombre de
modulación de ganancia cruzada (cross-gain modulation, XGM) y se representa en la
figura 1.
La ganancia del SOA se satura cuando aumenta la potencia óptica de entrada debido
a la disminución de la densidad de portadores. Esto ocurre para potencias de unos -
10 dBm. De este modo, el patrón de datos de la señal óptica de entrada puede
modificar la ganancia del SOA e imprimir esta modulación sobre una señal continua
que se introduzca al mismo tiempo en el SOA. El resultado final es que los datos de
la señal de estrada se transfieren a la longitud de onda de la señal continua. Es
decir, esta señal se amplifica cuando el nivel de la señal de entrada es bajo, y se
atenúa cuando el correspondiente nivel de la señal de entrada es alto (saturación).
Como se puede ver en la figura 1(a), este proceso tiene la particularidad de que los
datos aparecen invertidos sobre la nueva longitud de onda.
La gran ventaja del convertidor basado en XGM es su simplicidad que le permite
incluso alcanzar tasas de bit de hasta 40 Gbit/s. Para alcanzar velocidades elevadas
se requiere que la densidad de fotones en la región activa sea alta, lo cual puede
conseguirse aumentando las potencias ópticas, el factor de confinamiento, la
corriente de polarización, la ganancia diferencial y la longitud del SOA. No obstante,
aumentar la longitud del dispositivo reduce el ancho de banda óptico, por lo que
existe una solución de compromiso. Otras ventajas de este esquema son su
independencia frente a la longitud de onda de la señal de entrada y su alta eficiencia
de conversión. Además puede ser independiente de la polarización si se diseña
cuidadosamente.
Entre los inconvenientes de esta arquitectura se encuentran la degradación de la
tasa de extinción y de la SNR debido al ruido ASE. Las figuras de ruido se encuentran
en torno a los 7-8 dB. Además se produce distorsión de amplitud y modulación de
fase de la señal de salida como consecuencia de la variación de la densidad de
portadores y del índice de refracción, lo que conduce a la aparición de jitter en la
señal de salida. El dispositivo funciona mejor cuando la conversión se produce hacia
longitudes de onda menores.
En la figura 1(b) se muestra también una arquitectura alternativa en donde se evita
la utilización del filtro óptico a la salida, resultando un dispositivo más simple y
barato. En este caso las señales viajan a través del SOA en sentidos opuestos. Dado
que no existe filtro, la longitud de onda de salida puede sintonizarse y además es
posible incluso convertir a la misma longitud de onda. Sus principales
inconvenientes son que se encuentra limitada en velocidad debido al tiempo de
tránsito de las señales y la señal convertida sufre bastante jitter.
Conversores basados en mezclado de ond Conversores onda
El mezclado de ondas es un proceso no lineal coherente que, a diferencia de XGM,
requiere normalmente un control de la polarización y la fase de las señales ópticas.
Puede ocurrir tanto en guías pasivas como en SOAs, siendo las técnicas más típicas
el mezclado de cuatro ondas (four-wave mixing, FWM) y la generación de frecuencia
diferencia (difference frequency generation, DFG). El mezclado de ondas consiste en
la interacción de diversas ondas en el interior de un medio no lineal para producir a
su salida nuevas frecuencias, por lo que es un candidato ideal para la construcción
de conversores de longitud de onda. Las nuevas ondas generadas tienen una
intensidad proporcional al producto de las intensidades de las ondas que
interaccionan, mientras que sus fases y frecuencias se forman como una
combinación lineal de las fases y frecuencias de las ondas originales. De este modo,
la información de magnitud, fase y frecuencia se mantiene tras el proceso de
conversión y la técnica resulta independiente del formato de modulación de los
datos, lo cual supone una clara ventaja.
El proceso no lineal de FWM ya fue explicado con anterioridad (Conectrónica no. 36,
pp. 12-15). En el esquema más simple de conversión de longitud de onda intervienen
dos ondas (una onda de bombeo que induce los efectos no lineales y una onda de
señal que transporta los datos), para producir a la salida una nueva onda con los
datos situada simétricamente respecto al bombeo. También aparecen nuevas ondas
adicionales que no tienen utilidad para este tipo de aplicación. En la figura 5 se
representa el espectro típico a la salida del dispositivo conversor, el cual suele ser
típicamente un SOA o una fibra de dispersión desplazada. Este proceso no lineal
tiene además la particularidad de venir acompañado siempre por un fenómeno de
conjugación de la señal óptica que tiene gran aplicación para ecualizar la distorsión
causada por la dispersión cromática de la fibra durante la transmisión (Conectrónica
no. 35, pp. 12-15).
Los convertidores basados en FWM en SOA tienen características únicas que los
hacen muy adecuados, como son una estricta transparencia frente al formato de
modulación y un funcionamiento casi independiente de la tasa de bit. No obstante, la
eficiencia de conversión decrece conforme se separan en frecuencia las ondas de
bombeo y de señal. Así, para una separación de 10 nm se producen reducciones de
unos 15-25 dB. La principal limitación de los conversores basados en FWM es su
fuerte dependencia con la polarización de la señal de entrada. Por ello se han
propuestos diversos esquemas insensibles a la polarización, como por ejemplo el
uso de dos ondas polarizadas ortogonalmente o el tratamiento separado de ambas
polarizaciones.
Finalmente, en guías pasivas de LiNbO3 la interacción no lineal entre dos ondas
puede utilizarse para la conversión de longitud de onda, lo que se conoce como DFG.
Algunos parámetros típicos de estos conversores son una eficiencia de conversión
de -6 dB, una potencia de bombeo de 100 mW, una longitud de interacción de la guíaonda
de 2 cm o un ancho de banda de conversión de 90 nm. El proceso de DFG puede
utilizarse para trasladar de forma simultánea un conjunto de canales WDM desde una
longitud de onda central a otra sin necesidad de demultiplexar los canales
individuales. Si bien puede emplearse FWM para conseguir el mismo efecto, en el
caso de DFG no se generan frecuencias adicionales y por lo tanto se reduce la
diafonía. Debe tenerse en cuenta que en el caso de FWM no se pueden filtrar las
componentes que se generan dentro de la banda de canales.
Actualidad y futuro de las redes ópticas
Si bien las arquitecturas de redes tradicionales están compuestas de cuatro capas:
la capa física de fibra, la capa de multiplexación óptica, la capa de conmutación
ATM y la capa de enrutamiento IP, muchos proveedores de servicio están
respondiendo al mercado cambiante con el fin de optimizar el funcionamiento de sus
redes y los costes de mantenimiento. Los principales motores de este cambio son el
espectacular incremento de tráfico IP, principalmente como consecuencia de
Internet, y los avances producidos en las tecnologías de transmisión óptica. Así
pues, uno de los cambios fundamentales consiste en trasladar los beneficios
proporcionados por ATM a la capa IP mediante desarrollos tales como MPLS
(multiprotocol label switching). De hecho, en las grandes redes IP la capa ATM está
desapareciendo debido a que ahora los enrutadores IP presentan mejoras en cuanto
a la velocidad de procesamiento y de transmisión de paquetes.
Los expertos aseguran que la arquitectura de red óptima estaría basada en dos
capas: una capa de enrutamiento IP y una capa de transmisión óptica (figura 1). En
esta red los enrutadores toman decisiones sobre los paquetes, mientras que la capa
de transmisión proporciona rutas de conexión flexibles entre estos enrutadores. Los
nodos de transmisión, tales como OXCs, se encargan de las labores de conmutación
entre las fibras, longitudes de onda individuales, o incluso ranuras temporales del
interior de las longitudes de onda si la funcionalidad SDH se encuentra integrada en
ellos. La conexión entre las capas IP y óptica se realizaría mediante GMPLS
(generalized multiprotocol label switching).
Este planteamiento de separar el enrutamiento y el transporte óptico resulta
bastante lógico, aunque algunas personas argumentan que en un futuro la red se
consolidará en una única capa completamente óptica. Para ello son claves las
investigaciones que se están llevando a cabo en la actualidad sobre nuevos
dispositivos fotónicos (puertas lógicas y memorias ópticas, entre otros) dentro del
Tecnologías de conversión de longitud de onda en redes ópticas WDM
La conversión de longitud de onda es una funcionalidad clave en las redes ópticas
WDM por diversas razones. Por un lado, una red que emplea conversores de longitud
de onda resulta más fácil de gestionar puesto que la asignación de longitudes de
onda
marco de las redes ópticas de paquetes (Conectrónica no. 54, pp. 8-12). En este
artículo y siguientes analizaremos en profundidad todos estos factores que
condicionan el escenario futuro de las redes ópticas.
Control de red basado en IP
Una red óptica se divide generalmente en un plano de transporte, un plano de
gestión y un plano de control. El plano de transporte proporciona la transmisión
óptica y la amplificación de las señales. Por otro lado, el plano de gestión
proporciona mecanismos de configuración, gestión de fallos y de prestaciones, así
como funciones de seguridad y provisión de conexiones. Por último, el plano de
control se encarga de facilitar la configuración rápida y eficiente de las conexiones
dentro de la capa de transporte, reconfigurar o modificar las conexiones
previamente establecidas y realizar funciones de protección/restablecimiento en
caso de fallos.
Como se ha comentado con anterioridad, se espera que las redes ópticas adopten un
esquema de arquitectura IP sobre WDM mucho más simple, en el cual se eliminen las
capas ATM e incluso SONET/SDH, debido en gran parte al actual predominio de
tráfico IP. Así, el primer paso consistiría en eliminar la capa ATM en favor de POS
(packet over SONET), para posteriormente eliminar también la capa SONET.
Evidentemente, dada la inversión actual en tecnología SONET/SDH este proceso
sería gradual y comenzaría en las áreas metropolitanas para extenderse
posteriormente a los enlaces de largo alcance.
La tecnología SONET/SDH (Conectrónica no. 51, pp. 10-15 y no. 52, pp. 8-14) está
diseñada para tráfico de voz y es bastante costosa en relación con Ethernet, que
está diseñada para datos. Adicionalmente, resulta compleja y poco flexible en
relación con la implantación de nuevos servicios y capacidades. Por lo tanto, está
claro que usar conmutadores Ethernet en lugar de multiplexores (ADMs) SONET/SDH
reducirá considerablemente los costes. No obstante, existen diversos obstáculos
para la adopción de la tecnología Ethernet, siendo el principal de ellos el relacionado
con la fiabilidad y disponibilidad de red.
La tecnología SONET/SDH se diseñó inicialmente para redes troncales, por lo que
posee mecanismos de disponibilidad y fiabilidad robustos basados en un alto nivel
de redundancia tanto dentro como fuera de los equipos. En especial, las redes
SONET proporcionan una disponibilidad del 99,999 %, que equivale a una caída de 5
minutos por año. En cambio, la tecnología Ethernet se diseñó principalmente para
redes de empresa donde los requisitos de disponibilidad no son tan altos. En la tabla
I se muestra una comparativa entre SONET y Ethernet.
http://www.facebook.com/photo.php?pid=3580196&id=603292840
Precisamente para reemplazar las capacidades de disponibilidad y fiabilidad de
SONET, especialmente en el entorno metropolitano, existen toda una serie de
técnicas como son el desarrollo de múltiples rutas redundantes en topologías de
malla o nuevos tipos de planos de control (estándar e IP L3 extendido). En cualquier
caso, se requiere todavía algún tipo de entramado, para lo cual Gigabit Ethernet (GE)
constituye una alternativa perfecta. GE es bastante popular en el entorno
metropolitano, pues tiene un coste relativamente bajo y está experimentando una
creciente demanda conforme las empresas comienzan a extender sus LANs a lo
largo de las ciudades.
Evolución del modelo de capaEvolución capas
La figura 2 muestra la evolución de los mecanismos de transporte de IP en relación
con las técnicas de enrutamiento utilizadas. Se observa que los enrutadores basados
en software se reemplazan por otros basados en hardware mucho más rápidos.
Inicialmente estos enrutadores se conectan entre sí utilizando líneas alquiladas: IP
sobre SDH, pero el aumento de tráfico obliga a una expansión del "throughput" de los
mismos. Surgen de este modo los enrutadores IP Terabit electrónicos
interconectados mediante enlaces WDM de gran capacidad: IP (sobre SDH) sobre
WDM. Otra de las posibilidades para el desarrollo de redes IP a gran escala se basa
en el esquema IP sobre ATM, el cual ha sido adecuadamente sustituido por MPLS
como se ha comentado anteriormente. MPLS proporciona conmutación orientada a la
conexión basada en enrutamiento IP y en un protocolo de señalización IP. El
funcionamiento de MPLS se basa en la utilización de etiquetas para la conmutación
de las rutas de los paquetes, pudiendo utilizarse diferentes tecnologías en la capa de
enlace tales como ATM, Frame Relay, PPP, etc.
El siguiente paso en la evolución hace referencia a la capa óptica, encontrándose
esquemas basados en IP sobre WDM y MPLS fotónico (figura 2). La extensión de
MPLS a la capa óptica consiste básicamente en utilizar longitudes de onda como
etiquetas. De este modo, una ruta etiquetada mediante longitud de onda acomoda
paquetes IP que siguen el mismo camino, mientras que el enrutador MPLS fotónico
es el encargado de conmutar estas rutas ópticas. La capa MPLS fotónica puede
constituir una sub-capa del MPLS eléctrico. Dado que los enrutadores IP reconocen a
los enrutadores MPLS fotónicos, ambos pueden funcionar de forma integrada
mediante señalización IP.
En MPLS se añade una etiqueta de la capa 2 a cada paquete en el enrutador de
entrada, la cual se va intercambiando tras cada enlace. En el caso de MPLS fotónico,
se añade una etiqueta de longitud de onda a cada flujo de bits y cada paquete IP se
acomoda en una determinada ruta de longitud de onda en el enrutador de entrada. El
mecanismo de ruta por longitud de onda consiste en reservar una determinada
longitud de onda para una ruta desde el enrutador de entrada hasta el de salida. Otra
posibilidad consiste en una ruta de longitud de onda virtual, según la cual se cambia
la longitud de onda tras cada enlace. Una de las principales diferencias entre MPLS y
MPLS fotónico es que el primero permite unir etiquetas, mientras que el segundo no.
Otra de las diferencias es que con MPLS fotónico el número de rutas disponibles por
enlace está limitado a menos de 100, por lo que esta tecnología se aplicará
inicialmente a redes troncales.
Arquitecturas de red IP
Para la provisión de servicios IP existen dos enfoques distintos: uno basado en
OADMs y OXCs, y el otro basado en enrutadores IP. En el primer caso, se pueden
proporcionar otros servicios además de IP desde la misma plataforma, incluyendo
SDH/ATM. En el modelo de la figura 3 las rutas ópticas proporcionan enlaces entre
los enrutadores para la capa IP. La gestión de red está basada en un modelo clienteservidor
donde la red IP es cliente de la capa de red óptica. Adicionalmente, no
existe ningún intercambio de información de enrutamiento entre ambas capas. La
topología de la capa de red óptica es invisible para la capa IP, por lo que el plano IP
debe tener la capacidad de resolver direcciones o disponer de una base de datos de
los puntos de finalización de las rutas ópticas. Este mecanismo de control es muy
similar al existente en el esquema de IP sobre ATM. En el caso de un mecanismo de
control distribuido, los OXCs y otros equipos se consideran como enrutadores IP
virtuales, y tanto las redes de enrutadores IP como las redes ópticas utilizan
protocolos de señalización y enrutamiento comunes como GMPLS. Es decir, los
enrutadores IP y los OXCs tienen una función equivalente en el plano de control:
todos los dispositivos se comportan como enrutadores IP. Este modelo de
arquitectura se representa esquemáticamente en la figura 4.
En las redes basadas en enrutadores MPLS fotónicos también pueden plantearse
sendos esquemas de control: centralizado y distribuido. No obstante, la ventaja en
este caso es que sólo se necesita una simple extensión de la jerarquía MPLS
existente para realizar el control distribuido. Con este esquema, cada enrutador
MPLS fotónico conoce la topología de red de la capa óptica y el estado de los
enlaces. Las figuras 5 y 6 muestran las arquitecturas para estas redes. La elección
de un escenario u otro depende del campo de aplicación y de diversas variables: tipo
de servicios a proporcionar (sólo IP u otros), propiedad de los equipos, segmentación
de la gestión de red, etc.
Mejoras en el estándar SONEMejoras SONET
Al tiempo que Ethernet se modifica para cubrir diversas funcionalidades de SONET
con el fin de implantar el esquema IP sobre WDM, el estándar SONET también está
sufriendo importantes cambios para adaptarlo al tráfico de datos. El principal
problema del estándar SONET para la transmisión de señales de datos es su rígida
estructura de tramas de tasa fija que son mucho más adecuadas para la transmisión
de tráfico de voz que de ráfagas de datos. Así pues, algunas limitaciones que
presenta son:
· Las tasas de línea son altamente discretas: las únicas disponibles son STS-3c
(155 Mbit/s), STS-12c (622 Mbit/s) y STS-48c (2,4 Gbit/s), por lo que para tasas
intermedias hay que escoger la tasa superior que puede ser excesivamente
grande. Adicionalmente, estas tasas no encajan bien con las que se generan
habitualmente en las redes de área local Ethernet. Por ello, para conectar dos
Ethernet LAN a 100 Mbit/s se debe tomar STS-3c con el consiguiente
desperdicio de un tercio del ancho de banda.
· GE emplea una codificación 8b/10b en la capa física, por lo que para
interconectar dos Ethernet LANs remotas se requieren 2,5 Gbit/s. Luego por
tan sólo 100 Mbit/s resulta necesario tomar un canal STS-48c completo para la
transmisión de cada flujo GE.
· No se permite la división del tráfico y la transmisión multicamino, por lo que
para enviar una señal de 100 Mbit/s no se pueden emplear dos rutas de 50
Mbit/s o STS-1.
· Dado que el tipo de tráfico que transporta cada trama SONET se indica
únicamente con un bit de la cabecera, no resulta fácil mezclar distintos tipos
de tramas en el interior de una trama SONET.
Para resolver en parte todas estas limitaciones, la nueva generación de SONET
plantea las siguientes soluciones:
· Concatenación virtual: permite agrupar cualquier número de señales STS-1s ó
T-1s como un único flujo SONET. Por ejemplo, dos señales STS-1s pueden
combinarse para formar una señal STS-1-2v de 102 Mbit/s que sí que resulta
adecuada para transmitir las tramas Ethernet de 100 Mbit/s. Al mismo tiempo,
también permite que las componentes de un mismo flujo tomen distintas
rutas. De este modo, se pueden ofrecer servicios OC-192 mediante cuatro
rutas OC-48 paralelas.
· Esquema de ajuste de la capacidad de enlace: el número de señales STS-1s en
el flujo SONET concatenado virtualmente puede variar de forma dinámica.
· Protocolo de entramado genérico (Generic Framing Protocol, GFP): permite
que cada paquete de la trama SONET tenga su propio tipo de protocolo, por lo
que resulta posible transmitir Frame Relay, Fibre Channel y Ethernet sobre la
misma trama SONET. Además, GFP también dispone de un modo transparente
que se ha diseñado para comprimir los flujos codificados 8b/10b por un factor
80/65. De este modo, una señal GE requiere sólo 1,02 Gbit/s para la
conectividad de su capa física y pueden transmitirse dos flujos GE sobre un
enlace STS-48c.
En resumen, todas estas modificaciones son más adecuadas para tráfico de datos y
proporcionan un compromiso en términos de flexibilidad y disponibilidad. Está claro
que IP seguirá siendo el servicio de datos más popular, pero la pregunta es si
Ethernet será utilizado como medio de transporte o las tramas Ethernet se
transportarán sobre la infraestructura SONET. La pregunta está en el aire. La gran
ventaja que tiene SONET es que en la actualidad existe una importante
infraestructura desplegada, pero los avances que se están produciendo últimamente
en el campo de las redes ópticas de paquetes y desarrollos tales como GMPLS
auguran un futuro muy distinto.
Redes ópticas basadas en GMPLRedes GMPLS
Conforme la infraestructura de las redes públicas evoluciona de un modelo basado
en tecnologías de conmutación de circuitos a otro modelo más optimizado para el
tráfico de datos, también deben hacerlo las redes ópticas de transporte
subyacentes. El plano de control es clave en este cambio, y los esfuerzos se centran
en la actualidad en GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching). En este
artículo analizaremos los fundamentos básicos de GMPLS y los requisitos que
cumplen los dispositivos y redes ópticas basadas en estos protocolos.
Evolución del modelo de red óptica
Las redes ópticas en la actualidad presentan un gran número de capas. Cada una de
estas capas está preparada para manejar un determinado tipo de tráfico y
proporcionar unos servicios específicos. Con el tiempo han surgido incluso equipos
independientes que están especializados en una capa y en un tipo de tráfico como
por ejemplo: enrutadores IP, conmutadores ATM, dispositivos SONET/SDH o
conmutadores DWDM. Si bien este planteamiento permite simplificar el diseño de los
dispositivos, conduce a redes complejas y difíciles de gestionar. Por ello,
últimamente se está tendiendo a reducir el número de dispositivos distintos que
podemos encontrar en la red, consolidando determinadas capas y mejorando sus
funcionalidades, a la vez que se eliminan otras redundantes. Como se comentó en el
anterior artículo, se tiende a un esquema de red con tan sólo dos capas. En este
escenario, el modelo "peer" proporciona una mayor eficiencia de red que el modelo
"overlay" tradicional, ya que se puede desarrollar un plano de control común para
todas las capas con una única serie de protocolos como GMPLS. Para el correcto
funcionamiento de esta red basada en GMPLS, se requieren además elementos de
conmutación ópticos capaces de encaminar o conmutar el tráfico de cualquier tipo:
TDM, paquetes o longitudes de onda.
Actualmente, los esfuerzos para mejorar la eficiencia y escalabilidad de las redes se
centran en tres planteamientos distintos: IP sobre DWDM, MPlS y GMPLS con
conmutación fotónica. IP sobre DWDM utiliza direccionamiento y enrutamiento IP
sobre redes DWDM. La mayoría de los desarrollos emplean paquetes sobre SONET
(PoS) directamente sobre canales DWDM con el fin de consolidar los planos IP y de
datos sobre las longitudes de onda y la fibra. No obstante, esto conduce finalmente a
un sacrificio de velocidad y además no existe ningún mecanismo de comunicación
entre los enrutadores y otros equipos de transporte.
MPlS, por su parte, propone añadir extensiones al protocolo del plano de control con
el fin de incorporar etiquetas y mecanismos de señalización a los servicios de
longitud de onda y ofrecer conexiones inteligentes entre los OXCs en sistemas
DWDM de largo alcance. Al igual que IP sobre DWDM, MPlS se construye sobre una
estrategia ya existente, por lo que tiene al apoyo de diversos fabricantes de OXCs.
Sin embargo, este planteamiento asume un modelo "overlay" basado en un interfaz
usuario-red y, por lo tanto, no integra el plano de encaminamiento de los paquetes de
datos. Las redes MPlS requieren pues enrutadores en su núcleo para procesar los
paquetes, así como ADMs y DXCs de banda ancha para procesar las ranuras
temporales de los canales SONET/SDH. Dado que MPlS se aplica sobre los OXCs, y
los OXCs disponibles comercialmente ofrecen una conmutación relativamente lenta
y no pueden manejar paquetes o tráfico TDM de una forma eficiente, el plano de
control proporciona mejoras tan solo a un número limitado de servicios. Luego no se
espera que MPlS gane aceptación en más de unas pocas aplicaciones de larga
distancia específicas.
GMPLGMPLS
En cambio, GMPLS combinado con la conmutación fotónica representa el
planteamiento más prometedor para la consolidación de las redes troncales. GMPLS
es el resultado de una serie de esfuerzos del Optical Internetworking Forum, Optical
Domain Service Interconnect consortium y la Internet Engineering Task Force para
desarrollar un protocolo que pueda ser utilizado con cualquier tipo de tráfico. Así,
ofrece un plano de control integrado, el cual extiende el conocimiento de la
topología y la gestión de ancho banda a lo largo de todas las capas de red,
permitiendo de forma efectiva la consolidación de los servicios y el transporte. El
resultado final es un desplazamiento del punto de demarcación entre ambos. Ahora
tanto los servicios como el transporte permanecen juntos y separados de la
transmisión, dejando la transmisión de larga distancia como el único elemento sin
conmutación.
En definitiva, GMPLS consiste en una serie de extensiones de protocolo que
proporcionan un control común sobre los servicios de paquetes, TDM y longitudes de
onda. Estas extensiones afectan a los protocolos de señalización y de enrutamiento
MPLS para actividades tales como distribución de etiquetas, ingeniería de tráfico o
protección y restauración, permitiendo un rápido aprovisionamiento y gestión de los
servicios de red. GMPLS puede utilizarse también con las arquitecturas "overlay"
tradicionales en las que cada tipo de tráfico se gestiona por medio de su propio
plano de control. Sin embargo, el gran potencial de GMPLS es que hace posible la
evolución hacia un modelo "peer" en el cual cada elemento de red posee información
completa sobre el resto de elementos y sus capacidades de enlace.
Los modelos "overlay" y "peer" se aplican tanto en el enrutamiento como en la
señalización. El modelo "overlay" mantiene capas de red separadas para cada tipo
de tráfico y dominios administrativos diferentes. En cambio, las redes basadas en un
modelo "peer" se construyen con dispositivos que tienen información completa
sobre los otros dispositivos en todas las capas de red. Por lo tanto, el modelo
"overlay" es adecuado para realizar funciones de red entre operadores, ya que
permite que la información de enrutamiento de cada operador de red se mantenga
dentro de su propio dominio administrativo. Por otro lado, el modelo "peer" resulta
mucho más adecuado para las funciones de red dentro del dominio de un proveedor
de servicios o entre proveedores de servicios con protocolos compatibles, dado que
permite mayor flexibilidad en la optimización de las labores de enrutamiento.
El plano de control GMPLS incluye funcionalidades tales como enrutamiento, gestión
del enlace, señalización y recuperación. Bajo GMPLS, existen tres componentes
principales involucrados en el establecimiento de un canal:
1. Exploración de recursos: se obtiene información acerca de los recursos de red
tales como conectividad o capacidad de los enlaces. Los mecanismos
utilizados para diseminar esta información de estado se basan en una
extensión del Internet Gateway Protocol (IGP).
2. Selección de ruta: se utiliza para seleccionar una ruta apropiada a través de la
red óptica inteligente en base a unas ciertas restricciones impuestas por el
entorno y las limitaciones de la capa física.
3. Gestión de ruta: incluye distribución de etiquetas, así como establecimiento,
mantenimiento y terminación de ruta. Estas funciones se realizan por medio
de un protocolo de señalización extendido como Resource Reservation
Protocol for Traffic Engineering (RSVP-TE) o Constraint-routed Label
Distribution Protocol (CR-LDP).
Estos componentes del plano de control son separables e independientes entre sí, y
precisamente esta modularidad es la que permite que el plano de control pueda
configurarse de forma flexible.
Sin lugar a dudas, uno de los beneficios clave de GMPLS es que deja libertad a los
operadores para diseñar sus redes de acuerdo a sus necesidades específicas y
objetivos empresariales. GMPLS puede utilizarse tanto con redes "overlay" como
"peer", o bien con una configuración híbrida que consolide algunos, pero no
necesariamente todos los tipos de tráfico. Luego GMPLS permite cumplir con el
requisito de los proveedores de servicio que desean iniciar, y completar de forma
progresiva, una transición hacia un plano de control consolidado para los tipos de
servicio y de transporte de su elección. Para ello se necesita un elemento de red
capaz de manejar simultáneamente tráfico de paquetes, TDM y longitudes de onda a
velocidades ópticas. La solución es la conmutación fotónica, la cual se basa en el
plano de control común creado por GMPLS para conmutar servicios y transporte
sobre una única infraestructura óptica.
Conmutación de servicios fotónicoConmutación fotónicos
El desarrollo de GMPLS comenzó con los siguientes planteamientos:
· Los protocolos de señalización y de enrutamiento desarrollados y utilizados
en las redes IP pueden extenderse y adaptarse para cumplir con las
necesidades de otros tipos de tráfico, como TDM y longitudes de onda.
· Esta extensión permitiría una completa integración para todos los tipos de
tráfico.
· Asimismo, las mejoras en la tecnología de conmutación fotónica permitirían la
conversión de longitud de onda (véase Conectrónica no. 61, pp. 10-13) y, con
los protocolos apropiados, la conmutación óptica inteligente sería posible.
Luego GMPLS tiene una completa serie de capacidades que pueden utilizarse para
unir diversas partes de la red diseñadas para transportar múltiples tipos de tráfico.
La figura 3 representa esquemáticamente la jerarquía de interfaces conmutados de
GMPLS. De este modo, sobre una misma fibra podemos transportar simultáneamente
longitudes de onda opacas o transparentes, canales SONET/SDH y paquetes IP,
conmutando y gestionando todos estos servicios en los nodos ópticos de una forma
completamente flexible.
Una arquitectura de red con integración vertical como la presentada anteriormente
requiere de un veloz conmutador fotónico opaco que sea capaz de conmutar
simultáneamente los diferentes tipos de tráfico. Al mismo tiempo, esta clase de red
reduce el tipo de dispositivos desplegados, pues no son necesarios dispositivos
específicos de cada capa de red, sino un único dispositivo llamado conmutador PSS
(photonic service switching). Con tarjetas de línea eléctricas y una veloz
infraestructura óptica, este dispositivo combina los mejores atributos de las
tecnologías óptica y eléctrica. Esta infraestructura óptica le asegura una
escalabilidad prácticamente ilimitada. Por otro lado, las tarjetas de línea son
específicas para cada tipo de tráfico, por lo que el conmutador se puede adaptar
fácilmente a diferentes entornos simplemente con un cambio de las tarjetas.
Precisamente esta versatilidad hace que el conmutador PSS sea perfecto para una
posible migración de un modelo "overlay" a una arquitectura de red basada en
GMPLS. En la figura 4 se muestra la arquitectura de un conmutador PSS configurado
para múltiples tipos de tráfico. Se puede observar cómo existen tarjetas específicas
para cada tipo de tráfico, las cuales se pueden sustituir y configurar en función de
las demandas.
En la actualidad, multitud de compañías trabajan para desarrollar productos y
soluciones basadas en GMPLS. Por ejemplo, en la figura 5 se muestra el aspecto del
conmutador DiamondWaveTM de la empresa Calient Networks. Se trata de un
conmutador fotónico que incluye funcionalidades GMPLS para el desarrollo de redes
completamente ópticas de próxima generación. El módulo de conmutación óptica
que constituye el núcleo del dispositivo se compone de microespejos basados en
tecnología MEMS 3D (véase Conectrónica no. 59, pp. 10-16). Dado que el conmutador
emplea tecnología OOO (conexión completamente óptica y transparente de señales
sin conversión al dominio eléctrico), es independiente de la tasa de bit y de los
protocolos utilizados. Al mismo tiempo, presenta otras características muy
deseables como son: tamaño compacto (acomoda 1024 puertos en un único rack),
bajas pérdidas (menos de 3,5 dB), bajo consumo (por debajo de 2 W por puerto, la
décima parte que las tecnologías OEO) y capacidad antibloqueo.
Redes ópticas basadRedes basadas en CWDM
Recientemente, el concepto de CWDM (coarse wavelength division multiplexing) ha
comenzado a ser bien conocido en la industria de telecomunicaciones. Todo el
mundo reconoce a CWDM como una alternativa de bajo coste que revolucionará el
entorno metropolitano y de las redes de empresa. En este artículo analizaremos a
qué se debe su gran potencial.
El enorme traspiés sufrido por el mercado de telecomunicaciones ha provocado un
cambio significativo en el enfoque de los fabricantes de dispositivos y sistemas de
comunicaciones ópticas. En la actualidad los esfuerzos de los fabricantes se centran
principalmente en el área de las redes metropolitanas, y más concretamente, en la
búsqueda de soluciones que permitan abaratar costes. Diversos fabricantes de
componentes e integradores de sistemas están desarrollando productos CWDM
puesto que la industria reconoce la oportunidad de mercado para esta tecnología.
La tecnología CWDM es especialmente atractiva debido a su bajo coste. En
comparación con DWDM, los sistemas CWDM proporcionan ahorros del orden de un
35% a 65%. Por ejemplo, en la figura 1 se muestran los costes relativos de ambas
tecnologías calculados para un sistema consistente en un anillo protegido de 16
canales, con un hub y cuatro nodos, cada uno de los cuales manejando 4 longitudes
de onda. El ahorro proporcionado por CWDM (hasta un 40% en este caso) se debe a
la reducción de costes de los láseres sin necesidad de control de temperatura y al
menor precio de los multiplexores y demultiplexores pasivos. Básicamente, la mayor
separación entre canales de los sistemas CWDM permite que las longitudes de onda
de los láseres DFB puedan sufrir derivas con los cambios de temperatura, evitando
de este modo la necesidad de emplear controladores de temperatura. Esto trae
consigo un ahorro de espacio, simplifica el empaquetamiento del láser y reduce
además el consumo de potencia (un valor medio de 0,5 W para un láser CWDM en
comparación con más de 2 W para un transmisor láser DWDM conforme a la rejilla de
la UIT).
Al mismo tiempo, el diseño de los filtros de película delgada (thin-film filter, TFF) es
más simple puesto que se necesita depositar menos capas en comparación con
aquellos para DWDM, los cuales deben cumplir unos requisitos estrictos para las
bandas de paso y de guarda. Adicionalmente, se produce también un ahorro de
costes en el empaquetamiento de los TFFs como consecuencia de unos requisitos
de alineamiento menos severos, lo cual permite una mayor automatización de los
procesos de fabricación.
Recientemente, la norma UIT-T G.694.2 ha estandarizado una rejilla de longitudes de
onda para CWDM con un espaciado entre canales de 20 nm. La elección de este
valor no es algo accidental, sino que es el resultado de un minucioso estudio
económico que asegura una reducción significativa en los costes de los
transmisores y de los filtros ópticos, así como un número razonable de canales por
fibra óptica. Sin embargo, como muestra la figura 2 las fibras monomodo G.652
convencionales presentan una atenuación significativa de 1350 nm a 1450 nm
debido al pico de absorción del agua. Las nuevas fibras G.652.C, por ejemplo la fibra
AllWave, eliminan este pico de atenuación y conducen a un aumento de un 33% de
capacidad extra. Considerando un espaciado entre canales de 20 nm, se pueden
transmitir hasta 16 canales CWDM cubriendo la banda de 1310 nm a 1610 nm sobre
una fibra ZWPF (zero water peak fiber). En cambio, una fibra SMF puede transportar
12 canales o incluso menos dependiendo de la posición e intensidad del pico de
absorción. Por debajo de 1310 nm, no obstante, predominan las pérdidas causadas
por dispersión de Rayleigh y no se puede transmitir en entornos metropolitanos,
quedando su uso limitado al bucle de abonado o aplicaciones de corto alcance como
aquellas definidas en IEEE 802.3ae.
Existen diversos escenarios, además de las ya comentadas redes metropolitanas,
donde CWDM constituye una opción atractiva. Por ejemplo, los sistemas de acceso
de banda ancha sobre redes HFC requieren a menudo la transmisión de tráfico de
retorno desde los nodos HFC hacia la cabecera situada a unos 75 km de distancia de
éstos, siendo CWDM un candidato ideal para esta aplicación. El alcance de las
transmisiones digitales banda base sobre CWDM es de hasta 75 km, si bien en el
caso de retorno analógico se tiene un alcance más reducido debido a los requisitos
de relación señal a ruido. La estandarización de esta aplicación está llevándola a
cabo en USA la SCTE (Society of Cable Television Engineers). Los sistemas de
acceso de bucle de abonado FTTC (fiber to the curb), FTTB (fiber to the building) o
FTTH (fiber to the home), caracterizados por alcances de hasta 20 km, constituyen
otro campo de aplicación donde CWDM puede ser beneficioso.
Pero además del requisito de acomodar un amplio margen de alcances del sistema,
los proveedores de servicio deben ser capaces también de proporcionar múltiples
servicios (voz, vídeo y datos) a los usuarios finales a distintas longitudes de onda
usando una variedad de protocolos y tasas de bit: SONET/SDH, ATM, QAM, ESCON,
FICON, DV-6000, OC-3 hasta OC-48, Gigabit Ethernet, etc. En este caso, CWDM se
ajusta perfectamente a este paradigma, ya que ofrece ancho de banda escalable de
una forma económica. Si en un futuro se necesitara aumentar la capacidad por
encima de los 16 canales, entonces podrían colocarse varios canales DWDM en
sustitución de uno o dos canales CWDM de la banda C. Esta técnica se conoce como
DWDM-over-CWDM y permite hacer crecer el sistema de una forma flexible con un
coste inicial reducido.
La mayoría de sistemas CWDM que ya se encuentran implantados en la actualidad
transportan tráfico de almacenamiento (SAN, storage area networking) de las redes
de grandes empresas. Esta aplicación se encuentra en auge últimamente y los
sistemas CWDM son un candidato ideal debido a su bajo coste, por lo que nadie se
preocupa de desperdiciar un canal CWDM completo para transportar un flujo ESCON
de 200 Mbit/s.
Los fabricantes de routers y conmutadores Ethernet están añadiendo capacidades
CWDM en sus equipos por medio de GBICs (gigabit interface converters). Por
ejemplo, Cisco Systems ha incorporado GBICs en siete de sus productos. De hecho,
más de veinte vendedores de sistemas están ofreciendo soluciones CWDM en sus
catálogos de productos. Según los analistas, el mercado mundial de sistemas CWDM
durante el año pasado se situó en torno a los 100 millones de euros y se espera que
en el futuro esta tecnología se convierta en un importante nicho de mercado. Para
finalizar, en la tabla I se resumen a modo comparativo las características de las
diferentes tecnologías WDM existentes.
http://photos-d.ak.fbcdn.net/hphotos-ak-snc3/hs438.snc3/25205_388631227840_603292840_3580197_6481264_n.jpg
NOMBRE :JOSE MORA
ASIGNATURA:SCO
LINK:http://www.emagister.com/uploads_courses/Comunidad_Emagister_35141_35141.pdf
La conversión de longitud de onda es una funcionalidad clave en las redes ópticas
WDM por diversas razones. Por un lado, una red que emplea conversores de longitud
de onda resulta más fácil de gestionar puesto que la asignación de longitudes de
onda
marco de las redes ópticas de paquetes (Conectrónica no. 54, pp. 8-12). En este
artículo y siguientes analizaremos en profundidad todos estos factores que
condicionan el escenario futuro de las redes ópticas.
Control de red basado en IP
Una red óptica se divide generalmente en un plano de transporte, un plano de
gestión y un plano de control. El plano de transporte proporciona la transmisión
óptica y la amplificación de las señales. Por otro lado, el plano de gestión
proporciona mecanismos de configuración, gestión de fallos y de prestaciones, así
como funciones de seguridad y provisión de conexiones. Por último, el plano de
control se encarga de facilitar la configuración rápida y eficiente de las conexiones
dentro de la capa de transporte, reconfigurar o modificar las conexiones
previamente establecidas y realizar funciones de protección/restablecimiento en
caso de fallos.
Como se ha comentado con anterioridad, se espera que las redes ópticas adopten un
esquema de arquitectura IP sobre WDM mucho más simple, en el cual se eliminen las
capas ATM e incluso SONET/SDH, debido en gran parte al actual predominio de
tráfico IP. Así, el primer paso consistiría en eliminar la capa ATM en favor de POS
(packet over SONET), para posteriormente eliminar también la capa SONET.
Evidentemente, dada la inversión actual en tecnología SONET/SDH este proceso
sería gradual y comenzaría en las áreas metropolitanas para extenderse
posteriormente a los enlaces de largo alcance.
La tecnología SONET/SDH (Conectrónica no. 51, pp. 10-15 y no. 52, pp. 8-14) está
diseñada para tráfico de voz y es bastante costosa en relación con Ethernet, que
está diseñada para datos. Adicionalmente, resulta compleja y poco flexible en
relación con la implantación de nuevos servicios y capacidades. Por lo tanto, está
claro que usar conmutadores Ethernet en lugar de multiplexores (ADMs) SONET/SDH
reducirá considerablemente los costes. No obstante, existen diversos obstáculos
para la adopción de la tecnología Ethernet, siendo el principal de ellos el relacionado
con la fiabilidad y disponibilidad de red.
La tecnología SONET/SDH se diseñó inicialmente para redes troncales, por lo que
posee mecanismos de disponibilidad y fiabilidad robustos basados en un alto nivel
de redundancia tanto dentro como fuera de los equipos. En especial, las redes
SONET proporcionan una disponibilidad del 99,999 %, que equivale a una caída de 5
minutos por año. En cambio, la tecnología Ethernet se diseñó principalmente para
redes de empresa donde los requisitos de disponibilidad no son tan altos. En la tabla
I se muestra una comparativa entre SONET y Ethernet.
http://www.facebook.com/photo.php?pid=3580196&id=603292840
Precisamente para reemplazar las capacidades de disponibilidad y fiabilidad de
SONET, especialmente en el entorno metropolitano, existen toda una serie de
técnicas como son el desarrollo de múltiples rutas redundantes en topologías de
malla o nuevos tipos de planos de control (estándar e IP L3 extendido). En cualquier
caso, se requiere todavía algún tipo de entramado, para lo cual Gigabit Ethernet (GE)
constituye una alternativa perfecta. GE es bastante popular en el entorno
metropolitano, pues tiene un coste relativamente bajo y está experimentando una
creciente demanda conforme las empresas comienzan a extender sus LANs a lo
largo de las ciudades.
Evolución del modelo de capaEvolución capas
La figura 2 muestra la evolución de los mecanismos de transporte de IP en relación
con las técnicas de enrutamiento utilizadas. Se observa que los enrutadores basados
en software se reemplazan por otros basados en hardware mucho más rápidos.
Inicialmente estos enrutadores se conectan entre sí utilizando líneas alquiladas: IP
sobre SDH, pero el aumento de tráfico obliga a una expansión del "throughput" de los
mismos. Surgen de este modo los enrutadores IP Terabit electrónicos
interconectados mediante enlaces WDM de gran capacidad: IP (sobre SDH) sobre
WDM. Otra de las posibilidades para el desarrollo de redes IP a gran escala se basa
en el esquema IP sobre ATM, el cual ha sido adecuadamente sustituido por MPLS
como se ha comentado anteriormente. MPLS proporciona conmutación orientada a la
conexión basada en enrutamiento IP y en un protocolo de señalización IP. El
funcionamiento de MPLS se basa en la utilización de etiquetas para la conmutación
de las rutas de los paquetes, pudiendo utilizarse diferentes tecnologías en la capa de
enlace tales como ATM, Frame Relay, PPP, etc.
El siguiente paso en la evolución hace referencia a la capa óptica, encontrándose
esquemas basados en IP sobre WDM y MPLS fotónico (figura 2). La extensión de
MPLS a la capa óptica consiste básicamente en utilizar longitudes de onda como
etiquetas. De este modo, una ruta etiquetada mediante longitud de onda acomoda
paquetes IP que siguen el mismo camino, mientras que el enrutador MPLS fotónico
es el encargado de conmutar estas rutas ópticas. La capa MPLS fotónica puede
constituir una sub-capa del MPLS eléctrico. Dado que los enrutadores IP reconocen a
los enrutadores MPLS fotónicos, ambos pueden funcionar de forma integrada
mediante señalización IP.
En MPLS se añade una etiqueta de la capa 2 a cada paquete en el enrutador de
entrada, la cual se va intercambiando tras cada enlace. En el caso de MPLS fotónico,
se añade una etiqueta de longitud de onda a cada flujo de bits y cada paquete IP se
acomoda en una determinada ruta de longitud de onda en el enrutador de entrada. El
mecanismo de ruta por longitud de onda consiste en reservar una determinada
longitud de onda para una ruta desde el enrutador de entrada hasta el de salida. Otra
posibilidad consiste en una ruta de longitud de onda virtual, según la cual se cambia
la longitud de onda tras cada enlace. Una de las principales diferencias entre MPLS y
MPLS fotónico es que el primero permite unir etiquetas, mientras que el segundo no.
Otra de las diferencias es que con MPLS fotónico el número de rutas disponibles por
enlace está limitado a menos de 100, por lo que esta tecnología se aplicará
inicialmente a redes troncales.
Arquitecturas de red IP
Para la provisión de servicios IP existen dos enfoques distintos: uno basado en
OADMs y OXCs, y el otro basado en enrutadores IP. En el primer caso, se pueden
proporcionar otros servicios además de IP desde la misma plataforma, incluyendo
SDH/ATM. En el modelo de la figura 3 las rutas ópticas proporcionan enlaces entre
los enrutadores para la capa IP. La gestión de red está basada en un modelo clienteservidor
donde la red IP es cliente de la capa de red óptica. Adicionalmente, no
existe ningún intercambio de información de enrutamiento entre ambas capas. La
topología de la capa de red óptica es invisible para la capa IP, por lo que el plano IP
debe tener la capacidad de resolver direcciones o disponer de una base de datos de
los puntos de finalización de las rutas ópticas. Este mecanismo de control es muy
similar al existente en el esquema de IP sobre ATM. En el caso de un mecanismo de
control distribuido, los OXCs y otros equipos se consideran como enrutadores IP
virtuales, y tanto las redes de enrutadores IP como las redes ópticas utilizan
protocolos de señalización y enrutamiento comunes como GMPLS. Es decir, los
enrutadores IP y los OXCs tienen una función equivalente en el plano de control:
todos los dispositivos se comportan como enrutadores IP. Este modelo de
arquitectura se representa esquemáticamente en la figura 4.
En las redes basadas en enrutadores MPLS fotónicos también pueden plantearse
sendos esquemas de control: centralizado y distribuido. No obstante, la ventaja en
este caso es que sólo se necesita una simple extensión de la jerarquía MPLS
existente para realizar el control distribuido. Con este esquema, cada enrutador
MPLS fotónico conoce la topología de red de la capa óptica y el estado de los
enlaces. Las figuras 5 y 6 muestran las arquitecturas para estas redes. La elección
de un escenario u otro depende del campo de aplicación y de diversas variables: tipo
de servicios a proporcionar (sólo IP u otros), propiedad de los equipos, segmentación
de la gestión de red, etc.
Mejoras en el estándar SONEMejoras SONET
Al tiempo que Ethernet se modifica para cubrir diversas funcionalidades de SONET
con el fin de implantar el esquema IP sobre WDM, el estándar SONET también está
sufriendo importantes cambios para adaptarlo al tráfico de datos. El principal
problema del estándar SONET para la transmisión de señales de datos es su rígida
estructura de tramas de tasa fija que son mucho más adecuadas para la transmisión
de tráfico de voz que de ráfagas de datos. Así pues, algunas limitaciones que
presenta son:
· Las tasas de línea son altamente discretas: las únicas disponibles son STS-3c
(155 Mbit/s), STS-12c (622 Mbit/s) y STS-48c (2,4 Gbit/s), por lo que para tasas
intermedias hay que escoger la tasa superior que puede ser excesivamente
grande. Adicionalmente, estas tasas no encajan bien con las que se generan
habitualmente en las redes de área local Ethernet. Por ello, para conectar dos
Ethernet LAN a 100 Mbit/s se debe tomar STS-3c con el consiguiente
desperdicio de un tercio del ancho de banda.
· GE emplea una codificación 8b/10b en la capa física, por lo que para
interconectar dos Ethernet LANs remotas se requieren 2,5 Gbit/s. Luego por
tan sólo 100 Mbit/s resulta necesario tomar un canal STS-48c completo para la
transmisión de cada flujo GE.
· No se permite la división del tráfico y la transmisión multicamino, por lo que
para enviar una señal de 100 Mbit/s no se pueden emplear dos rutas de 50
Mbit/s o STS-1.
· Dado que el tipo de tráfico que transporta cada trama SONET se indica
únicamente con un bit de la cabecera, no resulta fácil mezclar distintos tipos
de tramas en el interior de una trama SONET.
Para resolver en parte todas estas limitaciones, la nueva generación de SONET
plantea las siguientes soluciones:
· Concatenación virtual: permite agrupar cualquier número de señales STS-1s ó
T-1s como un único flujo SONET. Por ejemplo, dos señales STS-1s pueden
combinarse para formar una señal STS-1-2v de 102 Mbit/s que sí que resulta
adecuada para transmitir las tramas Ethernet de 100 Mbit/s. Al mismo tiempo,
también permite que las componentes de un mismo flujo tomen distintas
rutas. De este modo, se pueden ofrecer servicios OC-192 mediante cuatro
rutas OC-48 paralelas.
· Esquema de ajuste de la capacidad de enlace: el número de señales STS-1s en
el flujo SONET concatenado virtualmente puede variar de forma dinámica.
· Protocolo de entramado genérico (Generic Framing Protocol, GFP): permite
que cada paquete de la trama SONET tenga su propio tipo de protocolo, por lo
que resulta posible transmitir Frame Relay, Fibre Channel y Ethernet sobre la
misma trama SONET. Además, GFP también dispone de un modo transparente
que se ha diseñado para comprimir los flujos codificados 8b/10b por un factor
80/65. De este modo, una señal GE requiere sólo 1,02 Gbit/s para la
conectividad de su capa física y pueden transmitirse dos flujos GE sobre un
enlace STS-48c.
En resumen, todas estas modificaciones son más adecuadas para tráfico de datos y
proporcionan un compromiso en términos de flexibilidad y disponibilidad. Está claro
que IP seguirá siendo el servicio de datos más popular, pero la pregunta es si
Ethernet será utilizado como medio de transporte o las tramas Ethernet se
transportarán sobre la infraestructura SONET. La pregunta está en el aire. La gran
ventaja que tiene SONET es que en la actualidad existe una importante
infraestructura desplegada, pero los avances que se están produciendo últimamente
en el campo de las redes ópticas de paquetes y desarrollos tales como GMPLS
auguran un futuro muy distinto.
Redes ópticas basadas en GMPLRedes GMPLS
Conforme la infraestructura de las redes públicas evoluciona de un modelo basado
en tecnologías de conmutación de circuitos a otro modelo más optimizado para el
tráfico de datos, también deben hacerlo las redes ópticas de transporte
subyacentes. El plano de control es clave en este cambio, y los esfuerzos se centran
en la actualidad en GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching). En este
artículo analizaremos los fundamentos básicos de GMPLS y los requisitos que
cumplen los dispositivos y redes ópticas basadas en estos protocolos.
Evolución del modelo de red óptica
Las redes ópticas en la actualidad presentan un gran número de capas. Cada una de
estas capas está preparada para manejar un determinado tipo de tráfico y
proporcionar unos servicios específicos. Con el tiempo han surgido incluso equipos
independientes que están especializados en una capa y en un tipo de tráfico como
por ejemplo: enrutadores IP, conmutadores ATM, dispositivos SONET/SDH o
conmutadores DWDM. Si bien este planteamiento permite simplificar el diseño de los
dispositivos, conduce a redes complejas y difíciles de gestionar. Por ello,
últimamente se está tendiendo a reducir el número de dispositivos distintos que
podemos encontrar en la red, consolidando determinadas capas y mejorando sus
funcionalidades, a la vez que se eliminan otras redundantes. Como se comentó en el
anterior artículo, se tiende a un esquema de red con tan sólo dos capas. En este
escenario, el modelo "peer" proporciona una mayor eficiencia de red que el modelo
"overlay" tradicional, ya que se puede desarrollar un plano de control común para
todas las capas con una única serie de protocolos como GMPLS. Para el correcto
funcionamiento de esta red basada en GMPLS, se requieren además elementos de
conmutación ópticos capaces de encaminar o conmutar el tráfico de cualquier tipo:
TDM, paquetes o longitudes de onda.
Actualmente, los esfuerzos para mejorar la eficiencia y escalabilidad de las redes se
centran en tres planteamientos distintos: IP sobre DWDM, MPlS y GMPLS con
conmutación fotónica. IP sobre DWDM utiliza direccionamiento y enrutamiento IP
sobre redes DWDM. La mayoría de los desarrollos emplean paquetes sobre SONET
(PoS) directamente sobre canales DWDM con el fin de consolidar los planos IP y de
datos sobre las longitudes de onda y la fibra. No obstante, esto conduce finalmente a
un sacrificio de velocidad y además no existe ningún mecanismo de comunicación
entre los enrutadores y otros equipos de transporte.
MPlS, por su parte, propone añadir extensiones al protocolo del plano de control con
el fin de incorporar etiquetas y mecanismos de señalización a los servicios de
longitud de onda y ofrecer conexiones inteligentes entre los OXCs en sistemas
DWDM de largo alcance. Al igual que IP sobre DWDM, MPlS se construye sobre una
estrategia ya existente, por lo que tiene al apoyo de diversos fabricantes de OXCs.
Sin embargo, este planteamiento asume un modelo "overlay" basado en un interfaz
usuario-red y, por lo tanto, no integra el plano de encaminamiento de los paquetes de
datos. Las redes MPlS requieren pues enrutadores en su núcleo para procesar los
paquetes, así como ADMs y DXCs de banda ancha para procesar las ranuras
temporales de los canales SONET/SDH. Dado que MPlS se aplica sobre los OXCs, y
los OXCs disponibles comercialmente ofrecen una conmutación relativamente lenta
y no pueden manejar paquetes o tráfico TDM de una forma eficiente, el plano de
control proporciona mejoras tan solo a un número limitado de servicios. Luego no se
espera que MPlS gane aceptación en más de unas pocas aplicaciones de larga
distancia específicas.
GMPLGMPLS
En cambio, GMPLS combinado con la conmutación fotónica representa el
planteamiento más prometedor para la consolidación de las redes troncales. GMPLS
es el resultado de una serie de esfuerzos del Optical Internetworking Forum, Optical
Domain Service Interconnect consortium y la Internet Engineering Task Force para
desarrollar un protocolo que pueda ser utilizado con cualquier tipo de tráfico. Así,
ofrece un plano de control integrado, el cual extiende el conocimiento de la
topología y la gestión de ancho banda a lo largo de todas las capas de red,
permitiendo de forma efectiva la consolidación de los servicios y el transporte. El
resultado final es un desplazamiento del punto de demarcación entre ambos. Ahora
tanto los servicios como el transporte permanecen juntos y separados de la
transmisión, dejando la transmisión de larga distancia como el único elemento sin
conmutación.
En definitiva, GMPLS consiste en una serie de extensiones de protocolo que
proporcionan un control común sobre los servicios de paquetes, TDM y longitudes de
onda. Estas extensiones afectan a los protocolos de señalización y de enrutamiento
MPLS para actividades tales como distribución de etiquetas, ingeniería de tráfico o
protección y restauración, permitiendo un rápido aprovisionamiento y gestión de los
servicios de red. GMPLS puede utilizarse también con las arquitecturas "overlay"
tradicionales en las que cada tipo de tráfico se gestiona por medio de su propio
plano de control. Sin embargo, el gran potencial de GMPLS es que hace posible la
evolución hacia un modelo "peer" en el cual cada elemento de red posee información
completa sobre el resto de elementos y sus capacidades de enlace.
Los modelos "overlay" y "peer" se aplican tanto en el enrutamiento como en la
señalización. El modelo "overlay" mantiene capas de red separadas para cada tipo
de tráfico y dominios administrativos diferentes. En cambio, las redes basadas en un
modelo "peer" se construyen con dispositivos que tienen información completa
sobre los otros dispositivos en todas las capas de red. Por lo tanto, el modelo
"overlay" es adecuado para realizar funciones de red entre operadores, ya que
permite que la información de enrutamiento de cada operador de red se mantenga
dentro de su propio dominio administrativo. Por otro lado, el modelo "peer" resulta
mucho más adecuado para las funciones de red dentro del dominio de un proveedor
de servicios o entre proveedores de servicios con protocolos compatibles, dado que
permite mayor flexibilidad en la optimización de las labores de enrutamiento.
El plano de control GMPLS incluye funcionalidades tales como enrutamiento, gestión
del enlace, señalización y recuperación. Bajo GMPLS, existen tres componentes
principales involucrados en el establecimiento de un canal:
1. Exploración de recursos: se obtiene información acerca de los recursos de red
tales como conectividad o capacidad de los enlaces. Los mecanismos
utilizados para diseminar esta información de estado se basan en una
extensión del Internet Gateway Protocol (IGP).
2. Selección de ruta: se utiliza para seleccionar una ruta apropiada a través de la
red óptica inteligente en base a unas ciertas restricciones impuestas por el
entorno y las limitaciones de la capa física.
3. Gestión de ruta: incluye distribución de etiquetas, así como establecimiento,
mantenimiento y terminación de ruta. Estas funciones se realizan por medio
de un protocolo de señalización extendido como Resource Reservation
Protocol for Traffic Engineering (RSVP-TE) o Constraint-routed Label
Distribution Protocol (CR-LDP).
Estos componentes del plano de control son separables e independientes entre sí, y
precisamente esta modularidad es la que permite que el plano de control pueda
configurarse de forma flexible.
Sin lugar a dudas, uno de los beneficios clave de GMPLS es que deja libertad a los
operadores para diseñar sus redes de acuerdo a sus necesidades específicas y
objetivos empresariales. GMPLS puede utilizarse tanto con redes "overlay" como
"peer", o bien con una configuración híbrida que consolide algunos, pero no
necesariamente todos los tipos de tráfico. Luego GMPLS permite cumplir con el
requisito de los proveedores de servicio que desean iniciar, y completar de forma
progresiva, una transición hacia un plano de control consolidado para los tipos de
servicio y de transporte de su elección. Para ello se necesita un elemento de red
capaz de manejar simultáneamente tráfico de paquetes, TDM y longitudes de onda a
velocidades ópticas. La solución es la conmutación fotónica, la cual se basa en el
plano de control común creado por GMPLS para conmutar servicios y transporte
sobre una única infraestructura óptica.
Conmutación de servicios fotónicoConmutación fotónicos
El desarrollo de GMPLS comenzó con los siguientes planteamientos:
· Los protocolos de señalización y de enrutamiento desarrollados y utilizados
en las redes IP pueden extenderse y adaptarse para cumplir con las
necesidades de otros tipos de tráfico, como TDM y longitudes de onda.
· Esta extensión permitiría una completa integración para todos los tipos de
tráfico.
· Asimismo, las mejoras en la tecnología de conmutación fotónica permitirían la
conversión de longitud de onda (véase Conectrónica no. 61, pp. 10-13) y, con
los protocolos apropiados, la conmutación óptica inteligente sería posible.
Luego GMPLS tiene una completa serie de capacidades que pueden utilizarse para
unir diversas partes de la red diseñadas para transportar múltiples tipos de tráfico.
La figura 3 representa esquemáticamente la jerarquía de interfaces conmutados de
GMPLS. De este modo, sobre una misma fibra podemos transportar simultáneamente
longitudes de onda opacas o transparentes, canales SONET/SDH y paquetes IP,
conmutando y gestionando todos estos servicios en los nodos ópticos de una forma
completamente flexible.
Una arquitectura de red con integración vertical como la presentada anteriormente
requiere de un veloz conmutador fotónico opaco que sea capaz de conmutar
simultáneamente los diferentes tipos de tráfico. Al mismo tiempo, esta clase de red
reduce el tipo de dispositivos desplegados, pues no son necesarios dispositivos
específicos de cada capa de red, sino un único dispositivo llamado conmutador PSS
(photonic service switching). Con tarjetas de línea eléctricas y una veloz
infraestructura óptica, este dispositivo combina los mejores atributos de las
tecnologías óptica y eléctrica. Esta infraestructura óptica le asegura una
escalabilidad prácticamente ilimitada. Por otro lado, las tarjetas de línea son
específicas para cada tipo de tráfico, por lo que el conmutador se puede adaptar
fácilmente a diferentes entornos simplemente con un cambio de las tarjetas.
Precisamente esta versatilidad hace que el conmutador PSS sea perfecto para una
posible migración de un modelo "overlay" a una arquitectura de red basada en
GMPLS. En la figura 4 se muestra la arquitectura de un conmutador PSS configurado
para múltiples tipos de tráfico. Se puede observar cómo existen tarjetas específicas
para cada tipo de tráfico, las cuales se pueden sustituir y configurar en función de
las demandas.
En la actualidad, multitud de compañías trabajan para desarrollar productos y
soluciones basadas en GMPLS. Por ejemplo, en la figura 5 se muestra el aspecto del
conmutador DiamondWaveTM de la empresa Calient Networks. Se trata de un
conmutador fotónico que incluye funcionalidades GMPLS para el desarrollo de redes
completamente ópticas de próxima generación. El módulo de conmutación óptica
que constituye el núcleo del dispositivo se compone de microespejos basados en
tecnología MEMS 3D (véase Conectrónica no. 59, pp. 10-16). Dado que el conmutador
emplea tecnología OOO (conexión completamente óptica y transparente de señales
sin conversión al dominio eléctrico), es independiente de la tasa de bit y de los
protocolos utilizados. Al mismo tiempo, presenta otras características muy
deseables como son: tamaño compacto (acomoda 1024 puertos en un único rack),
bajas pérdidas (menos de 3,5 dB), bajo consumo (por debajo de 2 W por puerto, la
décima parte que las tecnologías OEO) y capacidad antibloqueo.
Redes ópticas basadRedes basadas en CWDM
Recientemente, el concepto de CWDM (coarse wavelength division multiplexing) ha
comenzado a ser bien conocido en la industria de telecomunicaciones. Todo el
mundo reconoce a CWDM como una alternativa de bajo coste que revolucionará el
entorno metropolitano y de las redes de empresa. En este artículo analizaremos a
qué se debe su gran potencial.
El enorme traspiés sufrido por el mercado de telecomunicaciones ha provocado un
cambio significativo en el enfoque de los fabricantes de dispositivos y sistemas de
comunicaciones ópticas. En la actualidad los esfuerzos de los fabricantes se centran
principalmente en el área de las redes metropolitanas, y más concretamente, en la
búsqueda de soluciones que permitan abaratar costes. Diversos fabricantes de
componentes e integradores de sistemas están desarrollando productos CWDM
puesto que la industria reconoce la oportunidad de mercado para esta tecnología.
La tecnología CWDM es especialmente atractiva debido a su bajo coste. En
comparación con DWDM, los sistemas CWDM proporcionan ahorros del orden de un
35% a 65%. Por ejemplo, en la figura 1 se muestran los costes relativos de ambas
tecnologías calculados para un sistema consistente en un anillo protegido de 16
canales, con un hub y cuatro nodos, cada uno de los cuales manejando 4 longitudes
de onda. El ahorro proporcionado por CWDM (hasta un 40% en este caso) se debe a
la reducción de costes de los láseres sin necesidad de control de temperatura y al
menor precio de los multiplexores y demultiplexores pasivos. Básicamente, la mayor
separación entre canales de los sistemas CWDM permite que las longitudes de onda
de los láseres DFB puedan sufrir derivas con los cambios de temperatura, evitando
de este modo la necesidad de emplear controladores de temperatura. Esto trae
consigo un ahorro de espacio, simplifica el empaquetamiento del láser y reduce
además el consumo de potencia (un valor medio de 0,5 W para un láser CWDM en
comparación con más de 2 W para un transmisor láser DWDM conforme a la rejilla de
la UIT).
Al mismo tiempo, el diseño de los filtros de película delgada (thin-film filter, TFF) es
más simple puesto que se necesita depositar menos capas en comparación con
aquellos para DWDM, los cuales deben cumplir unos requisitos estrictos para las
bandas de paso y de guarda. Adicionalmente, se produce también un ahorro de
costes en el empaquetamiento de los TFFs como consecuencia de unos requisitos
de alineamiento menos severos, lo cual permite una mayor automatización de los
procesos de fabricación.
Recientemente, la norma UIT-T G.694.2 ha estandarizado una rejilla de longitudes de
onda para CWDM con un espaciado entre canales de 20 nm. La elección de este
valor no es algo accidental, sino que es el resultado de un minucioso estudio
económico que asegura una reducción significativa en los costes de los
transmisores y de los filtros ópticos, así como un número razonable de canales por
fibra óptica. Sin embargo, como muestra la figura 2 las fibras monomodo G.652
convencionales presentan una atenuación significativa de 1350 nm a 1450 nm
debido al pico de absorción del agua. Las nuevas fibras G.652.C, por ejemplo la fibra
AllWave, eliminan este pico de atenuación y conducen a un aumento de un 33% de
capacidad extra. Considerando un espaciado entre canales de 20 nm, se pueden
transmitir hasta 16 canales CWDM cubriendo la banda de 1310 nm a 1610 nm sobre
una fibra ZWPF (zero water peak fiber). En cambio, una fibra SMF puede transportar
12 canales o incluso menos dependiendo de la posición e intensidad del pico de
absorción. Por debajo de 1310 nm, no obstante, predominan las pérdidas causadas
por dispersión de Rayleigh y no se puede transmitir en entornos metropolitanos,
quedando su uso limitado al bucle de abonado o aplicaciones de corto alcance como
aquellas definidas en IEEE 802.3ae.
Existen diversos escenarios, además de las ya comentadas redes metropolitanas,
donde CWDM constituye una opción atractiva. Por ejemplo, los sistemas de acceso
de banda ancha sobre redes HFC requieren a menudo la transmisión de tráfico de
retorno desde los nodos HFC hacia la cabecera situada a unos 75 km de distancia de
éstos, siendo CWDM un candidato ideal para esta aplicación. El alcance de las
transmisiones digitales banda base sobre CWDM es de hasta 75 km, si bien en el
caso de retorno analógico se tiene un alcance más reducido debido a los requisitos
de relación señal a ruido. La estandarización de esta aplicación está llevándola a
cabo en USA la SCTE (Society of Cable Television Engineers). Los sistemas de
acceso de bucle de abonado FTTC (fiber to the curb), FTTB (fiber to the building) o
FTTH (fiber to the home), caracterizados por alcances de hasta 20 km, constituyen
otro campo de aplicación donde CWDM puede ser beneficioso.
Pero además del requisito de acomodar un amplio margen de alcances del sistema,
los proveedores de servicio deben ser capaces también de proporcionar múltiples
servicios (voz, vídeo y datos) a los usuarios finales a distintas longitudes de onda
usando una variedad de protocolos y tasas de bit: SONET/SDH, ATM, QAM, ESCON,
FICON, DV-6000, OC-3 hasta OC-48, Gigabit Ethernet, etc. En este caso, CWDM se
ajusta perfectamente a este paradigma, ya que ofrece ancho de banda escalable de
una forma económica. Si en un futuro se necesitara aumentar la capacidad por
encima de los 16 canales, entonces podrían colocarse varios canales DWDM en
sustitución de uno o dos canales CWDM de la banda C. Esta técnica se conoce como
DWDM-over-CWDM y permite hacer crecer el sistema de una forma flexible con un
coste inicial reducido.
La mayoría de sistemas CWDM que ya se encuentran implantados en la actualidad
transportan tráfico de almacenamiento (SAN, storage area networking) de las redes
de grandes empresas. Esta aplicación se encuentra en auge últimamente y los
sistemas CWDM son un candidato ideal debido a su bajo coste, por lo que nadie se
preocupa de desperdiciar un canal CWDM completo para transportar un flujo ESCON
de 200 Mbit/s.
Los fabricantes de routers y conmutadores Ethernet están añadiendo capacidades
CWDM en sus equipos por medio de GBICs (gigabit interface converters). Por
ejemplo, Cisco Systems ha incorporado GBICs en siete de sus productos. De hecho,
más de veinte vendedores de sistemas están ofreciendo soluciones CWDM en sus
catálogos de productos. Según los analistas, el mercado mundial de sistemas CWDM
durante el año pasado se situó en torno a los 100 millones de euros y se espera que
en el futuro esta tecnología se convierta en un importante nicho de mercado. Para
finalizar, en la tabla I se resumen a modo comparativo las características de las
diferentes tecnologías WDM existentes.
http://photos-d.ak.fbcdn.net/hphotos-ak-snc3/hs438.snc3/25205_388631227840_603292840_3580197_6481264_n.jpg
NOMBRE :JOSE MORA
ASIGNATURA:SCO
LINK:http://www.emagister.com/uploads_courses/Comunidad_Emagister_35141_35141.pdf
No hay comentarios:
Publicar un comentario