UA-Redes PON Equipos
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REDES PON: EQUIPOS (OLT,ONT,...) Y TIPOS DE CABLES.
Topologías PON
PON es una tecnología punto-multipunto. Todas las transmisiones en una red PON se realizan entre la unidad Óptica Terminal de Línea (OLT –Optical Line Terminal-), localizada en el nodo óptico o central y la Unidad Óptica de Usuario (ONU). Habitualmente la unidad OLT se interconecta con una red de transporte que recoge los flujos procedentes de varias OLTs y los encamina a la cabecera de la red. La unidad ONU se ubica en domicilio de usuario, configurando un esquema FTTH (fibra hasta el usuario, Fiber To The Home).
Existen varios tipos de topologías adecuadas para el acceso a red, incluyendo topologías en anillo (no muy habituales), árbol, árbol-rama y bus óptico lineal. Cada una de las bifurcaciones se consiguen encadenando divisores ópticos 1x2 o bien divisores 1xN.
En algunos casos, dependiendo de la criticidad del despliegue, a red de acceso puede requerir protección.
Todas las topologías PON utilizan monofibra para el despliegue. En canal descendente una PON es una red punto multipunto. El equipo OLT maneja la totalidad del ancho de banda que se reparte a los usuarios en intervalos temporales. En canal ascendente la PON es una red punto-a punto donde múltiples ONUs transmiten a un único OLT. Trabajando sobre monofibra, la manera de optimizar las transmisiones de los sentidos descendente y ascendente sin entremezclarse consiste en trabajar sobre longitudes de onda diferentes utilizando técnicas WDM (Wavelength Division Multiplexing). La mayoría de las implementaciones superponen dos longitudes de onda, una para la transmisión en sentido descendente (1290nm) y otra para la emisión a la cabecera (1310nm) –sentido ascendente-. La evolución de la tecnología óptica ha permitido miniaturizar los filtros ópticos necesarios para esta separación hasta llegar a integrarlos en los transceivers ópticos de los equipos de usuario. Se utilizan estas portadoras ópticas en segunda ventana (en lugar de trabajar en tercera ventana) para contener al máximo los costes de la optoelectrónica.
Al mismo tiempo las arquitecturas PON utilizan técnicas de multiplexión en tiempo TDMA para que en distintos instantes temporales determinados por el controlador de cabecera OLT, los equipos ONU puedan enviar su trama en canal ascendente. De manera equivalente el equipo de cabecera OLT también debe utilizar una técnica TDMA para enviar en diferentes slots temporales la información del canal descendente que selectivamente deberán recibir los equipos de usuario (ONU).
Las arquitecturas PON también han tenido que resolver otro aspecto importante: la dependencia de la potencia de transmisión del equipo OLT con la distancia a la que se encuentra el equipo ONU, que como se ha detallado anteriormente, puede variar hasta un máximo de 20Km. Evidentemente un equipo ONU muy cercano al OLT necesitará una menor potencia de su ráfaga para no saturar su fotodiodo. Los equipos muy lejanos necesitarán que su ráfaga temporal se transmita con una mayor potencia. Esta prestación también ha sido introducida recientemente en los transceptores ópticos PON, que han simplificado notablemente la electrónica anteriormente necesaria para actuar sobre un control de ganancia externo al transceptor. La nueva óptica miniaturiza, integra y simplifica el trabajo con ráfagas de diferente nivel de potencia.
Tipologías de red FTTx
Se entiende por red de acceso de fibra óptica al conjunto de elementos tecnológicos que conectan los terminales de los usuarios finales hasta los equipos terminales de la red de transporte. Comúnmente se denomina a éste tramo la última milla.
Dependiendo del punto de terminación de la fibra óptica, el tipo de red recibe un nombre u otro distinto. Para abarcar todas las tipologías posibles se utiliza el denominador común FTTx.
Entre las diferentes tipologías encontramos:
- Fibra hasta el hogar (Fiber to the home, FTTH)
- Fibra hasta la acera (Fiber to the curb, FTTC)
- Fibra hasta el edificio (Fiber to the building, FTTB)
Redes FTTH
Las Redes PON representan la base sobre la que se están construyendo las nuevas redes de acceso de banda ancha sobre fibra óptica hasta el hogar. Esta nueva aproximación tecnológica es conocida como FTTH (Fiber to the home).
FTTH se basa en la utilización de cables de fibra óptica y sistemas de distribución ópticos adaptados a esta tecnología para la distribución de servicios avanzados, como el Triple Play: telefonía, Internet de banda ancha y televisión, a los hogares y negocios de los abonados.
La implantación de esta tecnología está tomando fuerza, especialmente en países como Estados Unidos y Japón, donde muchos operadores reducen la promoción de servicios ADSL en beneficio de la fibra óptica con el objetivo de proponer servicios muy atractivos de banda ancha para el usuario (música, vídeos, fotos, etc.)
La tecnología FTTH propone la utilización de fibra óptica hasta el domicilio del usuario. La red de acceso entre el abonado y el último nodo de distribución puede realizarse con una o dos fibras ópticas dedicadas a cada usuario (una conexión punto-punto que resulta en una topología en estrella) o una red óptica pasiva (PON) que usa una estructura arborescente con una fibra en el lado de la red y varias fibras en el lado usuario.
EQUIPOS
OLT (Optical Line Termination)
Es el elemento activo situado en la central telefónica. De él parten las fibras ópticas hacia los usuarios (cada OLT suele tener capacidad para dar servicio a varios miles de usuarios). Agrega el tráfico proveniente de los clientes y lo encamina hacia la red de agregación. Realiza funciones de router para poder ofrecer todos los servicios demandados por los usuarios.
La fibra y componentes ópticos que comunican el OLT con el ONT son elementos completamente pasivos. Una fibra conecta un puerto del OLT a múltiples ONT usando divisores ópticos (optical splitters). Una red PON puede estar equipada con hasta 64 ONT, aunque habitualmente esta cifra oscila entre 32 y 48. El OLT puede estar situado a una distancia máxima de 20 km con respecto a los ONT, lo que supera con creces las posibilidades del ADSL por ejemplo (5,5 km) y permite a las redes PON dar servicio a un área geográfica muy amplia.
ONT (Optical Network Termination)
Es el elemento situado en casa del usuario que termina la fibra óptica y ofrece las interfaces de usuario. Actualmente no existe interoperabilidad entre elementos, por lo que debe ser del mismo fabricante que la OLT. Se esta trabajando para conseguir la interoperabilidad entre fabricantes, lo que permitiría abrir el mercado y abaratar precios (situación actualmente conseguida por las tecnologías XDSL)
En el caso de las ONTs de exterior, deben estar preparadas para soportar las inclemencias meteorológicas y suelen estar equipadas con baterías. Existe una gran variedad de ONTs, en función de los servicios que se quieran ofrecer y las interfaces que ofrezcan al usuario: Interfaces fast ethernet, que pueden alcanzar velocidades de hasta 100 Mbps. Se suelen utilizar en usuarios residenciales para ofrecer servicios de televisión o Internet. Interfaces gigabit ethernet, que pueden alcanzar velocidades de hasta 1 Gbps. Se utilizan para dar servicios a empresas. Interfaces RJ11, que se utilizan para conectar teléfonos analógicos y ofrecer servicios de voz. Interfaces E1 o STM-1, para dar servicios específicos de empresa. Es fundamental para el desarrollo del mercado alcanzar la interoperabilidad OLT-ONT entre diferentes fabricantes.
MDU (Multi Dwelling Unit)
Permite ofrecer servicio a múltiples usuarios, frente a las ONTs que dan servicio a un único cliente. Existen varios modelos de MDU entre los que destacan estos dos:
- MDU XDSL:
- Termina la fibra óptica que llega de la central telefónica. Utiliza tecnología XDSL para ofrecer servicios a los usuarios. Van integrados dentro de un armario, que se ubica en una zona común del edificio, con fácil acceso a los pares de cobre que llegan a los pisos.
- La ventaja fundamental que ofrecen respecto a las ONTs es que permiten aprovechar las tiradas de cobre que existen en los edificios. La desventaja es que tienen todas las limitaciones de las tecnologías XDSL.
- MDU con interfaces fase ethernet:
- Están equipadas con una gran cantidad de interfaces ethernet y permiten dar servicio a un edificio que esté cableado con RJ45 o a una empresa.
CABLE DE FIBRA OPTICA
Introducción
Los cables de fibra óptica utilizan la luz como portadora de información. Se trata en realidad de una onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, con la única diferencia que la longitud de las ondas es del orden de micrómetros en lugar de metros o centímetros.
La fibra óptica es el medio de transmisión en los sistemas de comunicaciones ópticas. La importancia de los sistemas de comunicaciones ópticas se debe a:
- Su baja atenuación, por ejemplo en 3ª ventana (1550nm) la atenuación es de 0.2dB/km. Ésto permite emplear enlaces de forma que cada 80 o 100 km coloquemos un amplificador o regenerador (por contra cuando se emplea un cable coaxial se necesita un regenerador o amplificador cada 2km).
- Su gran capacidad. En comunicaciones ópticas se pueden alcanzar tasas de transmisión de 32Thz·km.
- La fibra óptica es inmune a las interferencias electromagnéticas.
- Son más seguras, pues la fibra óptica es más difícil de pinchar y no radia las señales que transmite al exterior, como pasa con el coaxial.
- Al menor tamaño y peso de la fibra óptica y su mayor flexibilidad que otros medios como lo cables coaxiales.
El material con que se fabrica la fibra óptica es el SiO2, el más abundante en la Tierra.
Los principales inconvenientes de la fibra óptica son: su elevado coste para aplicaciones en las que no se necesita tanta capacidad, no son adecuadas para sistemas de difusión y la gran delicadeza con la que hay que tratar la fibra óptica y demás componentes ópticos, pues requieren una gran limpieza y los conectores son muy sensibles.
Componentes de la Fibra Óptica
El Núcleo: En sílice, cuarzo fundido o plástico - en el cual se propagan las ondas ópticas. Diámetro: 50 o 62,5 um para la fibra multimodo y 9um para la fibra monomodo.
La Funda Óptica: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo.
El revestimiento de protección: por lo general esta fabricado en plástico y asegura la protección mecánica de la fibra.
Tipos de Fibra Óptica
Fibra Monomodo:
Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. El dibujo muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 m m. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión que aún se dominan mal.
Las fibras monomodo se dividen en tres tipos fundamentales:
- Fibra monomodo o estándar, conocida por sus siglas en inglés SMF (Standar Single Mode Fiber). Este tipo de fibra monomodo tiene como características más destacadas una atenuación de unos 0,2 dB/km y una dispersión cromática de 16 ps/km·nm en 3ª ventana (1550 nm). En la segunda ventana la dispersión es nula pero la atenuación es mayor, casi el doble que en 3ª ventana.
- Fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber). Las fibras DSF son fabricadas de tal manera que logran tener na dispersión cromática nula en la 3ª ventana. Por contra su atenuación aumenta ligeramente (unos 0.25Db/km), y su principal inconveniente se debe a los efectos no lineales como el fenómeno de mezclado de cuarta onda (FWM), que imposibilitan la utilización de esta fibra óptica en sistemas wDM.
- Fibra NZDSF (Non Zero Dispersion Shifted Fiber). Para resolver los inconvenientes de la fibra anterior, surge la fibra NZDSF. Estas tienen un valor de disperisón proximo a cero, pero no nulo, para lograr contrarrestar los efectos de los fenómenos no lineales mediante la dispersión cromática.
Fibra Multimodo de Índice Gradiante Gradual
Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra, como se puede ver en el dibujo. Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra.
La fibra multimodo de índice de gradiente gradual de tamaño 62,5/125 m (diámetro del núcleo/diámetro de la cubierta) está normalizado, pero se pueden encontrar otros tipos de fibras:
Fibra Multimodo de índice escalonado
Las fibras multimodo de índice escalonado están fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilómetro. En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variación brutal del índice, de ahí su nombre de índice escalonado.
Existe también un tipo de fibras ópticas cuyo núcleo se construye con materiales plásticos, estas son las fibras ópticas de plástico denominadas POF (Plastic Optical Fiber). Su núcelo tiene un diámetro del orden de 1mm, presentan una atenuación de entre 0,15dBm a 650 nm, por lo que se emplean en aplicaciones de cortas distancias (en automóviles y oficinas) empleando un LED rojo como transmisor. Su ancho de banda es muy reducido debido a su gran apertura numérica. Sus principales ventajas son su reducido coste, su fácil manejo y una mayor robustez (las pérdidas debidas a su curvatura son muy bajas con radios de hastas 25mm, lo que facilita su instalación en paredes y lugares estrechos).
Por último, mencionar que existe una normativa que establece un color determinado para el cable según el tipo de fibra:
- Naranja: fibra multimodo
- Amarillo: fibra monomodo
Multimodo de índice escalonado 100/140 mm.
Multimodo de índice de gradiente gradual 50/125 m m.
¿ Qué tipo de conectores se usan ?
Con la Fibra Óptica se puede usar Acopladores y Conectores:
Acopladores
Un acoplador es básicamente la transición mecánica necesaria para poder dar continuidad al paso de luz del extremo conectorizado de un cable de fibra óptica a otro. Pueden ser provistos también acopladores de tipo "Híbridos", que permiten acoplar dos diseños distintos de conector, uno de cada lado, condicionado a la coincidencia del perfil del pulido.
Conectores
1.- Se recomienda el conector 568SC pues este mantiene la polaridad. La posición correspondiente a los dos conectores del 568SC en su adaptador, se denominan como A y B. Esto ayuda a mantener la polaridad correcta en el sistema de cableado y permite al adaptador a implementar polaridad inversa acertada de pares entre los conectores.
2.- Sistemas con conectores BFOC/2.5 y adaptadores (Tipo ST) instalados pueden seguir siendo utilizados en plataformas actuales y futuras. Identificación: Conectores y adaptadores Multimodo se representan por el color marfil Conectores y adaptadores Monomodo se representan por el color azul.
Para la terminación de una fibra óptica es necesario utilizar conectores o empalmar Pigtails (cables armados con conector) por medio de fusión. Para el caso de conectorización se encuentran distintos tipos de conectores dependiendo el uso y l normativa mundial usada y sus características.
ST conector de Fibra para Monomodo o Multimodo con uso habitual en Redes de Datos y equipos de Networking locales en forma Multimodo.
FC conector de Fibra Óptica para Monomodo o Multimodo con uso habitual en telefonía y CATV en formato Monomodo y Monomodo Angular.
SC conector de Fibra óptica para Monomodo y Multimodo con uso habitual en telefonía en formato monomodo.
Características
Coberturas más resistentes
La cubierta especial es extruida a alta presión directamente sobre el mismo núcleo del cable, resultando en que la superficie interna de la cubierta del cable tenga arista helicoidales que se aseguran con los subcables.
La cubierta contiene 25% más material que las cubiertas convencionales.
La resistencia al agua, hongos y emisiones ultra violeta; la cubierta resistente; buffer de 900 µm; fibras ópticas probadas bajo 100 kpsi; y funcionamiento ambiental extendida; contribuyen a una mayor confiabilidad durante el tiempo de vida.
En cables de tubo holgado rellenos de gel, el gel dentro de la cubierta se asienta dejando canales que permitan que el agua migre hacia los puntos de terminación. El agua puede acumularse en pequeñas piscinas en los vacíos, y cuando la delicada fibra óptica es expuesta, la vida útil es recortada por los efectos dañinos del agua en contacto. combaten la intrusión de humedad con múltiples capas de protección alrededor de la fibra óptica. El resultado es una mayor vida útil, mayor confiabilidad especialmente ambientes húmedos.
Protección Anti-inflamable
Los nuevos avances en protección anti-inflamable hace que disminuya el riesgo que suponen las instalaciones antiguas de Fibra Óptica que contenían cubiertas de material inflamable y relleno de gel que también es inflamable.
Estos materiales no pueden cumplir con los requerimientos de las normas de instalación, presentan un riesgo adicional, y pueden además crear un reto costoso y difícil en la restauración después de un incendio. Con los nuevos avances en este campo y en el diseño de estos cables se eliminan estos riesgos y se cumple con las normas de instalación.
Empaquetado de alta densidad
Con el máximo número de fibras en el menor diámetro posible se consigue una más rápida y más fácil instalación, donde el cable debe enfrentar dobleces agudos y espacios estrechos. Se ha llegado a conseguir un cable con 72 fibras de construcción súper densa cuyo diámetro es un 50% menor al de los cables convencionales.
Características Técnicas
La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz.
Básicamente, la fibra óptica está compuesta por una región cilíndrica, por la cual se efectúa la propagación, denominada núcleo y de una zona externa al núcleo y coaxial con él, totalmente necesaria para que se produzca el mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o revestimiento. La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende de tres características fundamentales:
- a) Del diseño geométrico de la fibra.
- b) De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración. (diseño óptico)
- c) De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura, menor será la capacidad de transmisión de información de esa fibra.
Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes. Un cable de 10 fibras tiene un diámetro aproximado de 8 o 10 mm. y proporciona la misma o más información que un coaxial de 10 tubos.
El peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, redundando en su facilidad de instalación.
El sílice tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura, pues funde a 600C. La F.O. presenta un funcionamiento uniforme desde -550 C a +125C sin degradación de sus características.
Características Mecánicas
La F.O. como elemento resistente dispuesto en el interior de un cable formado por agregación de varias de ellas, no tiene características adecuadas de tracción que permitan su utilización directa.
Por otra parte, en la mayoría de los casos las instalaciones se encuentran a la intemperie o en ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo.
La investigación sobre componentes optoelectrónicos y fibras ópticas han traído consigo un sensible aumento de la calidad de funcionamiento de los sistemas. Es necesario disponer de cubiertas y protecciones de calidad capaces de proteger a la fibra. Para alcanzar tal objetivo hay que tener en cuenta su sensibilidad a la curvatura y microcurvatura, la resistencia mecánica y las características de envejecimiento.
Las microcurvaturas y tensiones se determinan por medio de los ensayos de: Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que rebasen el porcentaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen microcurvaturas.
- Compresión: es el esfuerzo transversal.
- Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico.
- Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la existencia del forro impide que se sobrepase.
- Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción.
- Limitaciones Térmicas: estas limitaciones difieren en alto grado según se trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos.
Otro objetivo es minimizar las pérdidas adicionales por cableado y las variaciones de la atenuación con la temperatura. Tales diferencias se deben a diseños calculados a veces para mejorar otras propiedades, como la resistencia mecánica, la calidad de empalme, el coeficiente de relleno (número de fibras por mm2) o el costo de producción.
Ventajas y desventajas
VENTAJAS
- La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de bps.
- Acceso ilimitado y continuo las 24 horas del día, sin congestiones.
- Video y sonido en tiempo real.
- Fácil de instalar.
- Es inmune al ruido y las interferencias, como ocurre cuando un alambre telefónico pierde parte de su señal a otra.
- Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede ser perturbada.
- Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar sacudidas ni otros peligros. Son convenientes para trabajar en ambientes explosivos.
- Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes.
- El peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, capaz de llevar un gran número de señales.
- La materia prima para fabricarla es abundante en la naturaleza.
- Compatibilidad con la tecnología digital.
DESVENTAJAS ->
- Sólo pueden suscribirse las personas que viven en las zonas de la ciudad por las cuales ya esté instalada la red de fibra óptica.
- El coste es alto en la conexión de fibra óptica, las empresas no cobran por tiempo de utilización sino por cantidad de información transferida al computador, que se mide en megabytes.
- El coste de instalación es elevado.
- Fragilidad de las fibras.
- Disponibilidad limitada de conectores.
- Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo.
Normativa y Estandares
La fibra óptica al igual que otros medios de transmisión de datos esta normalizado por varios organismos que especifican las normas físicas,las características y los estándares para la fabricación e instalaciones. Los organismos que la rigen son:
Organismos Reguladores
ANSI: American National Standards Institute.
Organización Privada sin animo de lucro fundada en 1918. Administra y coordina el sistema de estandarización del sector privado de los Estados Unidos.
EIA: Electronics Industry Association.
Fundada en 1924. Desarrolla las normas y publicaciones sobre las principales áreas técnicas: los componentes electrónicos, electrónica del consumidor, información electrónica, y telecomunicaciones.
TIA: Telecommunications Industry Association.
Fundada en 1985 .Desarrolla normas de cableado industrial para muchos productos de las telecomunicaciones y tiene más de 70 normas preestablecidas.
ISO: International Standards Organization.
Organización no gubernamental creada en 1947.Elabora normas con más de 140 países.
IEEE: Instituto de Ingenieros Eléctricos y de Electrónica.
Principalmente responsable de las especificaciones de redes de área local como 802.3 Ethernet, 802.5 Token Ring, ATM y las normas de Gigabit Ethernet
Estandares de la fibra óptica
10 Gigabit Ethernet Fibra Optica
ESTANDAR ANSI/TIA/EIA-568-B.3-1
Fue publicado en el 2000, el estándar ANSI/TIA/EIA-568-B.3 indica los requerimientos mínimos para componentes de fibra óptica utilizados en el cableado en ambientes de edificio, tales como cables, conectores, hardware de conexión, patch cords e instrumentos de prueba, y establece los tipos de fibra óptica reconocidos, los que pueden ser fibra óptica multimodo de 62.5/125 µm y 50/125 µm, y monomodo.
Se especifica un ancho de banda de 160/500 MHz•Km para la fibra de 62.5/125 µm y de 500/500 MHz•Km para la fibra de 50/125 µm, y atenuación de 3.5/1.5 dB/Km para los largos de onda de 850/1300 nm en ambos casos respectivamente.
Anexo ANSI/TIA/EIA-568-B.3-1
Publicado en el 2002. Contiene especificaciones adicionales para la fibra óptica de 50/125 µm para soportar la transmisión serial a 10 Gbps mediante tecnología VCSEL a 850 nm hasta una distancia de 300 m ,(máxima distancia establecida por el estándar para el backbone interior). A este tipo de fibra se le conoce como fibra óptica optimizada para láser (OM3).
La fibra de 50/125 µm OM3 está especificada para un ancho de banda de 1500/500 MHz•Km y atenuación de 3.5/1.5 dB/Km @ 850/1300 nm.
Este ancho de banda corresponde al determinado mediante el Método de Medición de Ancho de Banda por Lanzamiento Saturado de Modos (Overfilled Launch Bandwidth – OFL).
Sin embargo, la forma correcta de medir el desempeño de una fibra de 50/125 µm mejorada para laser es a través del Método de Medición de Ancho de Banda Efectivo por Lanzamiento de Láser (Effective Laser Launch Bandwidth – EFL). Con este método la fibra se certifica para un ancho de banda efectivo de 2000/500 MHz•Km, extendiéndose así la máxima distancia alcanzable para la aplicación 10GB Ethernet.
ESTANDAR IEEE 802.3ae
Publicado en el 2002. Este estándar especifica 10 Gigabit Ethernet a través del uso de la Subcapa de Control de Acceso al Medio (MAC) IEEE 802.3, por medio de Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones (CSMA/CD), conectada a través de una Interfaz Independiente del Medio Físico de 10 Gbps (XGMII) a una entidad de capa física tal como 10GBASE-SR, 10GBASE-LX4, 10GBASE-LR, 10G BASE-ER, 10GBASE-SW y 10GBASE-EW, permitiendo 10 Gbps hasta 40 km y garantizando una Tasa de Bits Errados (BER) de 10-12.Su operación es en modo full dúplex y se encuentra especificada para operar sobre fibra óptica.
10GBASE-R es la implementación más común de 10GBE y utiliza el método de codificación 64B/66B.Son 8 octetos de datos que se codifican en blocks de 66 bits, los cuales son transferidos en forma serial al medio físico a una velocidad de 10 Gbps. 10GBASE-W es una opción que, mediante el encapsulamiento de las tramas 10GBASE-R en tramas compatibles con SONET y SDH, permite la conexión a la WAN.
Por su parte, 10GBASE-LX4 utiliza el método de codificación 8B/10B, dividiendo las tramas de datos de 32 bits y 4 bits de control en 4 grupos de 10 bits que se transmiten en forma simultánea e independiente, cada uno a una velocidad de 2,5 Gbps, mediante Multiplexación por División de Largo de Onda (Wavelength-Division Multiplexed-Lane, WDM).
Las letras "S", "L" y "E" hacen referencia al largo de onda de operación (S=Short Wavelength – 850 nm, L=Long Wavelength – 1300/1310 begin_of_the_skype_highlighting 1300/1310 end_of_the_skype_highlighting nm, E=Extra Long Wavelength – 1550 nm).
Fibras Ópticas Plásticas
La fibra óptica plástica (FOP) se abre camino en el ámbito tecnológico, situación a la que ha contribuido en gran medida el proyecto financiado con fondos comunitarios POLYCOM («Fibras ópticas plásticas con polímeros activos incorporados para la comunicación de datos»). Subvencionado con 1,55 millones de euros, procedentes del área temática «Tecnologías para la Sociedad de la Información» (IST) perteneciente al Sexto Programa Marco (6PM), POLYCOM ha impulsado el empleo de FOP en computación óptica, redes de área local (LAN) de velocidad ultra alta y nuevos dispositivos sensores.
La FOP dedicada a la transmisión de datos viene a ser la «versión de consumo» de la fibra óptica de vidrio y se emplea en las rutas troncales de larga distancia de las redes globales de telecomunicaciones. Para la fabricación de fibras plásticas flexibles se utiliza polimetilmetacrilato (PMMA) y el diámetro de su núcleo es de un milímetro. Estas fibras destacan porque su producción es barata, su instalación sencilla y la transmisión de luz a través de ellas es más segura y requiere menos mantenimiento que las versiones infrarrojas. En su contra se argumenta que no son aptas para la transmisión de datos a larga distancia y alta velocidad.
El consorcio POLYCOM, que reúne a seis socios de Alemania, Italia, Portugal y Reino Unido, ha logrado desarrollar el primer interruptor completamente óptico de alta velocidad para redes FOP, un avance pionero que satisfará la necesidad de la industria y la ciencia de una transmisión óptica de datos rápida.
Los socios del proyecto probaron la técnica proyectando dos haces de luz procedentes de una fuente de láser de pulsos únicos en una fibra óptica plástica especial. Las propiedades físicas de la fibra óptica plástica se modificaron químicamente (se dopó la FOP) con polímeros fotoactivos con el fin de modificar la transmisión de fotones.
Según los investigadores es posible utilizar un pulso de luz para anular el otro si se solapan en el espacio y el tiempo. De esta forma se logra pasar de la posición de encendido a la de apagado y transmitir datos digitales. Además consiguieron invertir esta situación en cuestión de apenas unos pocos femtosegundos (un femtosegundo equivale a la milbillonésima parte de un segundo) gracias a las propiedades específicas de las FOP dopadas.
Esta técnica no sólo aumentará la velocidad de trasmisión de datos en redes FOP; también se podría utilizar para la multiplexación por división de tiempo (TDM) para aumentar el ancho de banda de las redes ópticas por encima de lo que posibilitan las técnicas actuales de multiplexación por división de longitud de onda (WDM).
Los socios informan de que la FOP dopada utilizada para el interruptor óptico fue un polifluoreno denominado F8BT. Además lograron desarrollar varios tipos nuevos de FOP dopada.
En total se han desarrollado y probado cinco o seis generaciones de materiales nuevos usando distintos agentes químicos dopantes con el fin de mejorar sus propiedades ópticas y lograr una dispersión óptima del agente dopante del polímero en varios casos, de tal forma que cada uno de los materiales posee características diferentes que los hacen aptos para distintas aplicaciones.
En la comunidad científica y la industria se está evaluando el posible empleo de FOP para la fabricación de nuevos dispositivos sensores.
PROTOCOLOS
La transmisión y la recepción de información por una fibra óptica siguen métodos de codificación o protocolos similares a los de otro medio de transporte no óptico cuando se establece entre dos puntos determinados. El sistema más sencillo es modular la señal óptica variando la intensidad eléctrica que se aplica al dispositivo generador de la luz. Esto permite enviar una sola señal. En los casos en que se utiliza para transmitir diferentes señales en el mismo canal, la técnica más simple es la de modulación de subportadoras. La señal es superpuesta en subportadoras auxiliares y luego combinadas utilizando la señal eléctrica resultante para modular la portadora óptica (SCM: Sub Carrier Multiplexing). Estas técnicas anteriores son heredadas de los sistemas de comunicaciones de radiofrecuencia. Más propio de la comunicación óptica, para este tipo de enlaces, es la tecnología de combinación de un número de longitudes de onda en la misma fibra (WDM: Wavelength Division Multiplexing). La transmisión de luz por las fibras ópticas presenta diferentes propiedades en función de la longitud de onda del haz que la recorre. La principal característica que se aprovecha para este tipo de transmisión de información es la atenuación que presenta la fibra para las distintas frecuencias de la fuente de luz.
Para ver el potencial de WDM, primero examinaremos las características de una fuente de luz de alta calidad. Como ejemplo, la salida modulada de un láser de tipo DFB (Distributed Feedback Laser) tiene un espectro de frecuencias de 10 a 50 MHz, lo que equivale a un ancho de 1E-3 nm (1 milésima de nanómetro o picómetro). Cuando se usa una fuente como esta se suele establecer una banda de guarda –separación entre canales adyacentes– de 0,4 a 1,6 nm previendo posibles alteraciones con el paso del tiempo o efectos de la temperatura. En la figura anterior podemos ver dos regiones de poca atenuación de una fibra mono-modo. Por un lado el rango de 1270 a 1350 nm (llamado ventana de 1310 nm) y por otro lado el rango de 1480 a 1600 nm (la ventana de 1550 nm). Para encontrar el ancho de banda correspondiente a un ancho espectral en particular, usamos la relación c=λv que relaciona la longitud de onda λ, con la frecuencia portadora v, donde c es la velocidad de la luz. Diferenciando esto tenemos que para Δλ<<λ² |Δv| = (c/λ²) |Δλ|
De la ecuación anterior tenemos que Δv = 14 THz (Tera Hercios) para una banda espectral usable de Δλ = 80 nm en la ventana de 1310 nm. E, igualmente obtenemos que Δv = 15 THz para una banda espectral utilizable de Δλ = 120 nm en la ventana de 1550 nm. Esto da como resultado un ancho de banda total de la fibra de unos 30 THz en las dos ventanas de baja atenuación. Usando diferentes fuentes de luz, cada una emitiendo con una longitud de onda que esté suficientemente espaciada de su vecina, de tal manera que no se interfieran, la integridad de los mensajes independientes de cada fuente se mantiene para una posterior conversión a señales eléctricas en el receptor. La definición de estos canales de comunicación en función de la longitud de onda, se establece según ITU (International Telecommunication Union) en frecuencias. La razón fundamental para seleccionar frecuencias fijas para el espaciado de canales, en lugar de longitudes de onda, radica en que al fijar el modo de funcionamiento de un láser es la frecuencia lo que se selecciona. La recomendación ITU-T G.692 especifica que los canales han de ser seleccionados de unas frecuencias referenciadas a 193,100 THz (1552,524 nm) y espaciarlos 100 GHz (0,8 nm a 1552 nm). Otras alternativas de espaciado son 50 GHz (0,4 nm) y 200 GHz (1,6 nm). La ventaja fundamental de WDM es que las longitudes de onda discretas forman un conjunto de portadoras ortogonal que pueden ser separadas, enrutadas y conmutadas sin interferirse una en la otra.
Con la llegada de las líneas de transmisión de fibra óptica, el siguiente paso en la evolución de TDM (Time Division Multiplexing) fue la creación de un formato estándar de señal llamado SONET (Synchronous Optical Network) para Norte América y SDH (Synchronous Digital Hierarchy) en otras partes del mundo. Los protocolos SONET y SDH especifican formatos para las señales ópticas que pueden ser compartidas entre diferentes redes (europea y americana). Las características más relevantes de estos estándares cubren la normalización de la estructura de los datos (data-frame), las especificaciones del interfaz óptico y las arquitecturas de llamada fundamentales. Aunque hay algunas diferencias en la implementación entre SONET y SDH, todas las especificaciones SONET cumplen con las recomendaciones SDH.
En la figura anterior podemos ver la estructura básica de una trama SONET. Es una estructura bidimensional consistente en 90 columnas de 9 filas de octetos. La trama fundamental tiene 125 µs de duración. Tenemos entonces que, la velocidad de transferencia de una señal básica SONET es: STS-1 = (90 octetos/fila) * (9 filas/trama) * (8 bitios/octeto) / (125 µs/trama) = 51,84 Mb/s Esto es lo que se llama una señal STS-1, donde STS significa Syinchronous Transport Signal. Todas las demás señales SONET son múltiplos enteros de esta tasa de transferencia, así que una señal STS-N tiene un bit-rate (tasa de transferencia) de N veces 51,84 Mb/s. Tras la conversión eléctrica a óptica, la señal óptica de la capa física que resulta es denominada OC-N, donde OC significa Optical Carrier. Es muy corriente referirse a los enlaces SONET como enlaces OC-N.
En SDH la velocidad básica de transferencia que se toma es equivalente a STS-3 que corresponde a 155,22 Mb/s; a la que se llama STM-1 (Synchronous Transport Module - Level 1). A las velocidades más altas se las denomina de la forma STM-M. Los valores de M (en SDH) soportados por las recomendaciones ITU-T son M = 1, 4, 16, y 64. Son equivalentes a SONET OC-N , donde N = 3M. Vemos que, en la práctica para mantener la compatibilidad entre SONET y SDH, N ha de ser un múltiplo de 3.
Tanto SONET como SDH tratan primero la señal antes de su transmisión para prevenir largas secuencias de 1 o de 0 que produciría pérdida de sincronismo.
INSTRUMENTACIÓN PARA REDES PON
Para la instalación de redes PON necesitamos una serie de equipamientos que nos permitan verificar y certificar el correcto funcionamiento del sistema. La empresa PROMAX Electrónica S.A. fabrica múltiples equipamientos para realizar este tipo de tareas. Entre sus productos podemos destacar los siguientes:
PROLITE-65 Múltiples instrumentos en un solo equipo:
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Medidor de Pérdidas y Potencia Óptica en 3 longitudes de onda (OLTS)
- Medidor de Potencia Óptica Convencional (OPM)
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Medidor de Pérdidas de Retorno Óptico (ORL)
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Medidor de Potencia FTTH-GPON (xPON Meter)
- Dispositivo de Ubicación Visual de Fallos (VFL)
PROLITE-105: Fuente Láser de Triple Longitud de Onda
El PROLITE-105 incorpora tres fuentes de luz láser independientes, que emiten a las longitudes de onda de 1.310, 1.490 y 1.550 nm. En combinación con el Medidor de Potencia Óptica FTTX-xPON (PROLITE-65) permite la certificación de redes ópticas FTTH.
PROLITE-75 Analizador FTTH
El PROLITE-75 es un aparato optimizado para el análisis, instalación y mantenimiento de redes de fibra óptica con arquitectura GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network - Red Óptica pasiva con capacidad de Gigabit), es decir, redes basadas en la tecnología FTTX / PON, que suministran velocidades superiores a 1 Gbps. Proporciona mediciones filtradas, individualizadas y simultáneas para las tres longitudes de onda que se usan en fibra (1490, 1550 nm para Downstream y 1310 para Upstream). Dispone de una sencilla interfaz gráfica de uso muy intuitivo que proporciona un fácil acceso a todas las opciones del instrumento.
Dispone de un localizador de fallos (Visible Fault Locator) que emite una luz láser visible que es de gran ayuda, por ejemplo para la identificación de una determinada fibra, la localización de roturas o cortes, la detección de macrocurvaturas, la presencia de terminaciones dañadas o sucias... Cualquier error o accidente en la instalación es eficientemente detectado con esta función.
ENLACES DE INTERES Y FUENTES
http://en.wikipedia.org/wiki/Passive_optical_network
http://searchtelecom.techtarget.com/sDefinition/0,,sid103_gci214393,00.html
http://www.telnet-ri.es/index.php?id=279
http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Proceso_de_fabricaci.C3.B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/FTTH
http://www.monografias.com/trabajos13/tecnacc/tecnacc.shtml
http://www.arcelect.com/fibercable.htm
http://images.google.es/imghp?hl=es&tab=wi
http://www.estec.cl/descargas/normanewmil.pdf
http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mv?xid=444&edi=12
http://www.monografias.com/trabajos69/normas-fibra-optica/normas-fibra-optica.shtml
http://www.promax.es/esp/index.asp
http://www.fabila.com/noticia.asp?id=772
http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic_optical_fiber
| Universidad | Universitat d'Alacant |
| Facult/Asign | Sistemas y Servicios de Telecomunicación; Escuela Politécnica Superior |
| Profesor | Adolfo Albaladejo Blázquez |
| Autores | Alejandro Amat Reina |
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| Editable por terceros | Si |
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