MEDICIONES EN REDES METROPOLITANAS

1. LAS REDES METROPOLITANAS

Introducción

Una red de Área Metropolitana no es de fácil definición. No es ni acceso ni de larga distancia. Se encargan de unir a las dos y generalmente combina  sus funciones. Eso quiere decir que una Red Metro soporta un mayor número de servicios, protocolos y tráfico en comparación a las redes de acceso y larga distancia. Esto también significa  que las Metro requiere de una administración con mayor flexibilidad y escalabilidad que cualquier otra parte de la red.

Dicho esto existen diferentes definiciones para explicar lo que hoy en día significa una Metro en la práctica. En términos generales, una red  Metro es un sistema de red que puede proveer facilidades de conmutación (switching) a alta velocidad  a distancias típicas dentro de un área metropolitana (por ejemplo, una ciudad y su vecindad inmediata). Pudiera pensarse que la Metro es simplemente una LAN extendida para cubrir una superficie del tamaño de una ciudad. Esto no es exactamente así, pero algunos conceptos y técnicas desarrollados para las LANs se aplican también en las Metro y a medida que la red Metropolitana se aproxime a los usuarios, los servicios y los formatos de trama se hacen muy variados y con mayor interfaces de telecomunicaciones,  lo que lo hace diferente de otras redes de Telecomunicaciones. 

2 TECNOLOGIA EN LAS REDES METRO

2.1 Infraestructura

En el marco de la Red Telefónica Pública Conmutada, las redes de larga distancia  transportaron inicialmente poco tráfico; la mayoría del tráfico, particularmente las llamadas telefónicas, han sido siempre locales dentro de la red Metropolitana. El Internet basada en el contenido,  cambio todo el entorno. Primeramente las redes de Larga Distancia crecieron  y se volvieron dominantes en término de infraestructura.. Hoy en día los contenidos se están volviendo locales, lo que han convertido a  las redes Metropolitanas y de Acceso en verdaderos cuellos de botella, y hoy son la parte de la infraestructura  en la cual han puesto su atención los operadores, con lo cual hoy en día  la infraestructura de las redes Metro y de Acceso representan los segmentos de mas rápido crecimiento, y es aquí donde se utilizan los  términos mas complejos tanto por la variedad de protocolos como arquitectura utilizada.

2.2 Consideraciones sobre la fibra

Aunque en la elección de las fibras a utilizar en una red determinada es necesario evaluar numerosos factores, los dos parámetros de mayor importancia son la atenuación y la dispersión [1]. Estos atributos determinan si una fibra es adecuada para su utilización en una configuración dada.
La Figura (a) muestra las fibras disponibles para las redes Metropolitanas. La fibra que predomina en las redes Metropolitanas actuales es la monomodo estándar (SMF), que tiene un mínimo de dispersión a 1310 nm y un mínimo de atenuación en la región de 1550 nm. Como se muestra en las Figuras (a) y (b), la fibra SMF es compatible con las bandas O (Original), S (“Short”, es decir, corta), C (Clásica) y L(Larga). Como muestra la Figura (b), su mayor atenuación se encuentra en la región de 1383 nm debido a la absorción de la luz por los iones residuales de agua, lo que hace que la fibra SMF no sea la elección ideal para su uso en la banda E (Extendida).

Para abrir la banda E a la transmisión de la fibra, se ha desarrollado una fibra SMF mejorada (E-SMF) que reduce significativamente el pico de atenuación debido a la absorción del agua, sin afectar a la curva característica de dispersión. Consecuentemente, la fibra E-SMF es compatible con todas las bandas desde1260 nm a 1625 nm (bandas O, E, S, C y L), lo que permite disponer de un 30 % más de longitudes de onda que las fibras SMF convencional. Esta gama de longitudes de onda más amplia hace que la fibra E-SMF sea la ideal para su utilización en los sistemas de multiplexación del tipo CWDM,  ya que permite ofrecer longitudes de onda suplementarias en la banda E.

En las futuras redes donde las longitudes de onda atravesarán todo el anillo metropolitano, los sistemas operarán sobre distancias más largas sin necesidad de regeneración de la señal. Dada la mayor dispersión de ambas fibras SMF y E-SMF, el límite de dispersión para los sistemas de 10 Gbit/s se encontrará alrededor de los 70 km. Los anillos de mayor distancia necesitarán la utilización de módulos de compensación de dispersión (DCM); estos módulos contienen grandes longitudes de fibra con dispersión negativa (fibra compensadora de dispersión, DCF) para reducir la dispersión positiva acumulada. A pesar de que estos módulos aumentan la distancia de operación, sin embargo presentan fuertes pérdidas y afectan negativamente al coste del sistema. Las altas pérdidas pueden aumentar las necesidades de amplificación en el anillo.

La característica de dispersión de la familia de fibras monomodo estándar (SMF) limita su utilización a aplicaciones cuya distancias sean menores de 70 km. Estas fibras no son la elección ideal para distancias superiores debido al mayor coste y a las perdidas introducidas por los dispositivos DCF. La fibra de dispersión no nula desplazada (NZ-DSF) resulta una mejor alternativa para su utilización en aplicaciones cuyas distancias sean superiores a 70 km. Como muestra la Figura (a), el punto de dispersión cero de la fibra NZ-DSF se encuentra en una longitud de onda que es mayor que la correspondiente para las fibras de la familia SMF. La Figura (b) muestra que la característica de atenuación de la fibra NZ-DSF es similar a la de la fibra SMF. La fibra NZ-DSF está optimizada para obtener unas prestaciones mejores en la región de 1550 nm, donde tanto la atenuación como la dispersión muestran un comportamiento óptimo. Aunque la fibra NZ-DSF se optimizó inicialmente para aplicaciones de larga distancia, las más recientes generaciones de dicha fibra presentan también unas prestaciones muy interesante para las redes metropolitanas.
La Figura (a) muestra los dos tipos de fibra NS-DSF disponible para su aplicación en redes metropolitanas. Una tiene una dispersión positiva de 8 ps/nm*km a 1550 nm y la otra tiene una dispersión negativa de -8 ps/nm*km. Ambos productos presentan unos niveles moderados de dispersión en la región de 1550 nm y proporcionan una mejor compatibilidad con la multiplexación DWDM, cuyo espaciado entre longitudes de onda es  estrecho. La fibra NZ-DSF metropolitana proporciona compatibilidad con las bandas S, C y L desde 1440 nm a 1625 nm, lo que permite disponer de una banda de transmisión suplementaria. Puesto que la fibra NZ-DSF metropolitana tiene una dispersión que es menor de la mitad de la que tienen las fibras de la familia SMF, se puede utilizar sobre una distancia  mayor antes de que la dispersión llegue a ser un factor limitativo y se requiera compensación. En los futuros sistemas, estas fibras NZ-DSF alcanzarán hasta 200 km, sin necesidad de compensación de la dispersión, eliminándose, de esta manera, los módulos DCM y los amplificadores adicionales que son requeridos por las fibras de la familia SMF. Ambas fibras NZ-DSF con dispersión positiva y negativa son adecuadas para los sistemas cuyas distancias de transmisión son de hasta 200 km, operando en la banda C. No obstante, se recomienda la fibra de dispersión positiva puesto que ofrece mayores distancias de funcionamiento, la posibilidad de poder ser utilizada con los futuros sistemas que operan a 40Gbit/s y la compatibidad con las aplicaciones de acceso y con las generaciones de sistemas precedentes.

Los sistemas de 10 Gbit/s y de 40 Gbit/s requieren una fibra cuya dispersión pueda ser compensada mediante dispositivos estándar. Puesto que los módulos DCM actuales contienen fibra con dispersión negativa, obviamente estos no pueden ser utilizados con las fibras NZ-DSF de dispersión negativa porque no compensarían dicha dispersión. Para compensar la dispersión de las fibras NZ-DSF de dispersión negativa se debe utilizar bobinas de fibra SMF con una alta dispersión positiva. Desgraciadamente se necesita una gran cantidad de fibra de dicho tipo: se requiere un kilómetro de fibra SMF para compensar dos kilómetros de fibra NZ-DSF de dispersión negativa. Esto produce un aumento significativo de las pérdidas en la red, lo que hace que no sea una solución realmente práctica. Adicionalmente, aunque la fibra SMF puede compensar la dispersión de la fibra NS-DSF de dispersión negativa, no puede compensar la pendiente de la dispersión y, de esta manera, se puede llegar a una situación en la cual algunas longitudes de onda excedan las tolerancias de dispersión del sistema, debido a que se aumentan las diferencias de dispersión residual acumulada en el recorrido extremo a extremo.

Como los futuros sistemas a 40 Gbit/s tienen unas tolerancias de dispersión significativamente más ajustadas, la totalidad de la dispersión acumulada de la fibra deberá ser virtualmente compensada. A la vista de los más altos requisitos de compensación de dispersión en los sistemas de 40 Gbit/s, la fibra NZ-DSF de dispersión negativa no se considera compatible con tales sistemas. Por su parte, se recomienda una fibra NZ-DSF de dispersión positiva, diseñada para aplicaciones metropolitanas, con una moderada dispersión de 8 ps/nm*km operando a 1550 nm. La Figura 4.1muestra que, puesto que el punto de dispersión cero de la fibra NZ-DSF de dispersión negativa corresponde a una longitud de onda que se encuentra después de la región de la banda L a 1620nm, su dispersión es muy baja en esta banda y muy alta a 1310 nm. La baja dispersión en la banda L aumenta la no linealidad entre los canales, restringiendo en esta región las capacidades de multiplexación DWDM de la fibra NZ-DSF de dispersión negativa. La alta dispersión a 1310 nm también limita su compatibilidad en esta región. Debido a que la fibra NZ-DSF de dispersión positiva para aplicaciones metropolitanas tiene una longitud de onda de dispersión cero alrededor de 1400 nm, su dispersión es moderadamente baja (típicamente 6 ps/nm*km) a1310 nm lo que le hace ser compatible con los sistemas de canal único que operan a 1310 nm. Esta dispersión representa aproximadamente una cuarta parte de la dispersión de la fibra NZ-DSF de dispersión negativa, dando como resultado que el alcance de dispersión de los sistemas a 1310 nm se cuadriplique. Aunque una fibra NZ-DSF de dispersión positiva ofrece unas buenas prestaciones a 1310 nm, el mayor alcance se consigue con fibra E-SMF o con fibra SMF que tiene su longitud de onda de dispersión cero en la región de los 1310 nm.

Tanto  la tecnología CWDM como  DWDM tienen su lugar en la reciente infraestructura de la Red-Metro. Cuándo estas tecnologías se utilizan en combinación con las fibras ópticas apropiadas, los beneficios económicos son significativos. Las  fibras de aplicación específica,  tales como las fibra de pico de agua cero  (ZWPF- Zero water peak fiber) ó E-SMF,  y las fibra de dispersión no nula desplazada (NZ-DSF) que pueden aumentar los beneficios del WDM.
Inicialmente, las soluciones de DWDM se consideraron para el mercado del Metro porque esta tecnología estaba ya disponible en las redes de larga distancia (Long Haul). Desde que LH requirió del uso de amplificadores dopados con Erbio (EDFAs) para vencer la atenuación, el objetivo fue transmitir el mayor número de canales posible en el espectro en el cual trabajan los EDFA. Esto requiere de filtros ópticos de multiplexación/demultiplexación precisos para proporcionar espaciamientos de 200 GHz ó menos y láseres  controlados con longitudes de ondas estables a una temperatura constante para no permitir el deslizamiento de la señal fuera del canal. Los gastos para lograr este control preciso de la longitud de onda resulta prohibitivo para las redes de distancias cortas como las Metro.

En las metro, no se requieren amplificadores ópticos para distancias cortas, así que los canales de WDM no son limitados a una sola banda espectral. Tal libertad de uso del ancho de banda permite tener canales con mayor espaciamiento, estas características se encuentran  en los sistemas CWDM con espaciamiento de 20 nm entre canal, basado en la Recomendación ITU-T G.694.2.
La rentabilidad de CWDM se relaciona directamente con el espaciamiento de los canales. Los sistemas DWDM, requieren pequeños espaciamiento entre canales por lo que requiere componentes más costosos. Desde que el desplazamiento de las longitudes de ondas del láser es proporcional al incremento de la temperatura, los sistemas DWDM requieren emplear láser refrigerados  para mantener la longitud de onda dentro de las ventanas ópticas estrechas reconocidas por los filtros del múltiplexor/demultiplexor. Los ahorros por usar CWDM van desde el 30% hasta el  65% 

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