INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA

MATERIA: DISEO DE UNA RED WDM

CLAVE: TEF1306

PRFESOR: ING. DOMINGUEZ RAMIREZ ARTUROELABORO: LUIS ANGEL MARTINEZ GOMEZHUMBERTO ZURITA CRUZ

INGENIERA ELECTRNICA

23 DE MARZO DEL 2015FUNDAMENTO TERICO INTRODUCCINLa demanda de capacidad de transporte en el entorno metropolitano es cada vez mayor, debido a la introduccin de servicios y aplicaciones con gran consumo de ancho de banda. Esta necesidad de ancho de banda suscit hace unos aos un gran inters en los sistemas WDM (Wavelength Division Multiplexing), pues, adems, la transparencia inherente a esta tecnologa se adapta muy bien a este entorno, caracterizado por la necesidad de integrar una gran diversidad de clientes, servicios y protocolos. Sin embargo, estos sistemas no cumplieron en ningn momento las previsiones, debido principalmente a que tenan un coste muy alto. No obstante, la madurez de la tecnologa WDM ha permitido conseguir sistemas adaptados especficamente al entorno metropolitano, ofreciendo altos anchos de banda a un coste relativamente bajo.TECNOLOGA WDM WDM es la tecnologa que acopla y transmite varias seales pticas con longitud de onda diferente en una misma fibra ptica.

Multiplexacin por longitud de onda

Transmisin sobre WDM

Los enlaces de comunicacin ptica permiten el envo simultneo de diferentes longitudes de onda o colores de luz a travs de una sola fibra dentro de la banda espectral que abarca los 1300 nm y los 1600nm. Los multicanalizadores WDM son los que permiten acoplar diferentes longitudes de onda dentro de una fibra comn. De la misma manera, un dispositivo WDM puede recuperar las longitudes de onda que se transmitieron a travs de la fibra ptica. Cada uno de los canales WDM es diseado para dejar pasar una longitud de onda o una banda de longitudes de onda en particular. Por ejemplo, un sistema WDM de dos canales puede dejar pasar las bandas de 1310 y 1550nm. El sistema podra utilizarse para enviar dos seales pticas a travs de una fibra comn: una seal con longitud de onda de 1310nm se transmitira a travs del canal de 1310nm, y una seal de 1550nm se enviara por el canal WDM de 1550nm. Los canales WDM se comportan como filtros que nicamente permiten el paso de las seales pticas especificadas para cada canal. A pesar de que actualmente se desarrollan tcnicas para alojar ms de 2000 canales en una sola fibra, los multicanalizadores ms comunes que existen cuentan con 2, 4, 8, 16,32 64 canales. Aqullos que integran dos canales cuyas longitudes de onda se localizan entre las bandas de 1310 y 1550nm se conocen como WDMs de banda amplia.Este tipo de redes pticas se caracterizan por tener mltiples afluentes en un solo nodo como se muestra en la figura.

Red WDM

Al momento de implementar tecnologas WDM, es muy importante que los multicanalizadores utilicen fuentes lser con diferentes longitudes de onda, y que estas fuentes se sintonicen de acuerdo a las longitudes de onda o bandas especficas del multicanalizador. De no utilizar las longitudes de onda correctas, el sistema podra no funcionar adecuadamente Podemos encontrar diferentes tecnologas WDM entre las cuales podemos mencionar las siguientes: DWDM CWDMDWDM MULTIPLEXIN DENSA EN LONGITUD DE ONDA

DWDM pertenece a la categora WDM de banda angosta y est diseado para un espaciamiento entre canales de 100GHz (~0.8nm o menor). Debido a este espaciamiento, DWDM puede acoplar ocho o ms canales dentro de la banda de los 1550nm como en la figura.

Multicanalizador DWDM

Caractersticas de CWDM Las longitudes de onda utilizables por los sistemas CWDM fueron estandarizadas por la ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication sector) en el ao 2002. La norma, denominada ITU-T G.694.2 (Anexo 2.4), se basa en una rejilla (figura 2.6) o separacin de longitudes de onda de 20 nm (o 2.500 GHz) en el rango de 1.270 nm a 1.610 nm pudiendo as transportar hasta 18 longitudes de onda en una nica fibra ptica monomodo.Por lo general, en CWDM se utilizan lasers de realimentacin distribuida o DFB (Distributed Feed- Back) modulados directamente y soportando velocidades de canal de hasta 2,5 Gbps sobre distancias de hasta 80 km en el caso de utilizar fibra ptica G.652d.El costo de la optoelectrnica en CWDM es tal, que es ms simple y menos caro regenerar que amplificar. Por otro lado, puesto que los regeneradores realizan por completo las funciones de amplificacin, reconstruccin de la forma de la seal y temporizacin de la seal de salida, compensan toda la dispersin acumulada; esto no ocurre en la amplificacin ptica, a no ser que se utilicen fibras con compensacin de dispersin o DCF (Dispersin Compensation Fiber), de alto costo y que adems suelen requerir de una etapa de preamplificacin previa dada la alta atenuacin que introducen.

Rejilla de longitudes de onda en CWDMCOMPONENTES CARACTERSTICOS DE UN SISTEMA WDMComo hemos visto anteriormente ya se menciona algunos componentes de un sistema de fibra ptica, ahora vamos a profundizar en lo que tiene que ver a componentes cuyas caractersticas de trabajo dependen de la longitud de onda ya que son esenciales para configurar otros dispositivos del sistema.Transmisores (Tx)

En primer lugar, se tienen las fuentes generadoras de informacin ptica dentro del sistema transmisor (Tx). Cada una de estas seales es considerada como un canal ptico y cada uno de ellos puede tener diferente velocidad de transmisin. Los transmisores contienen diodos lser cuyo haz de salida contiene la informacin del usuario en el dominio ptico.

Multicanalizacin (Mux) y demulticanalizacin (Demux)

Con estos dispositivos se pueden integrar mltiples canales a una fibra ptica, as como tambin separarlos en el receptor para recuperar la informacin contenida en los canales Rejillas de Bragg (FBG, Fiber Bragg Gratings) Dispositivos Basados en pelculas delgadas (TFF, Thin Film Filters) Arreglos de Rejillas (AWG, Array Waveguide Gratings) Filtros basados en la fusin de dos fibras (Fused fiber) Amplificador ptico

En la trayectoria de la fibra se pueden encontrar condiciones adversas quecincrementen las prdidas del medio de transmisin Es conveniente amplificar y algunas veces regenerar las seales que viajan dentro de la fibra Amplificadores pticos de semiconductor (SOA) Amplificadores de fibra dopada con Erbio (EDFA) Amplificadores Raman

Muticanalizador de Insercin/Extraccin (ADM)

Descompone la seal multicanalizada en sus diferentes longitudes de onda, seleccionar una sola, realizar los procesos de extraccin o adicin de informacin del usuario e incorporar el canal procesado al resto de los canales que viajaban en la fibra ptica originalmenteAlgunas de las tecnologas que se estn utilizado, se basan en: Rejillas de Bragg, Multicanalizadores con arreglos de rejillas (AWGM) Rejillas sintonizables Anillos Resonadores Filtros Sintonizables acstopticos Arreglos de micro espejos (MEM) Interfermetros Mach-Zehnder [19 - 22]

Compensadores de dispersinLa naturaleza de la fibra ptica afecta algunas caractersticas del pulso ptico conforme viaja a travs de ella. Uno de los problemas a los que se enfrenta es la dispersin del pulso

Es importante colocar compensadores de dispersin a intervalos fijos dentro del enlace (tpicamente se colocan de entre 40 Km a 80 Km de distancia entre ellos). Fibras compensadoras de Dispersin (DCF, Dispersion-compensating fiber) Rejillas Chirped

ACOPLADORES La principal funcin de un acoplador es la de unir o separar las seales que llegan o se encaminan a diferentes canales. Cuando se ponen varios acopladores juntos, se habla de rack. Un acoplador es un componente pasivo (no selectivo en longitud de onda) con tres o ms puertos que comparten la potencia ptica entre sus puertos de una forma previamente determinada sin realizar ninguna amplificacin, conmutacin u otra modulacin activa. Existen varios tipos de acopladores los ms usuales se muestran en la figura.

Tipos ms usuales de AcopladoresEl acoplador ms sencillo es el 2x2, esta compuesto por dos fibras de entrada que unen sus seales en el interior del mismo, y otras dos de salida por las que, de acuerdo con las propiedades internas que pueda tener dicho acoplador salen las seales de entrada en una forma determinada. Acopladores de Gua de Onda Plana Cuando se requiere que los acopladores dejen de ser por completo pasivos, es preciso recurrir a un tipo diferente de acoplador diferente basado en el empleo de guas pticas integradas. La diferencia principal es la que se deriva de la ubicacin geomtrica de las guas, que ahora no confluyen a un nico camino, sino que se sitan a una cierta distancia entre s, sin llegar a tocarse. A lo largo de un determinado trayecto ambas discurren paralelas y muy prximas. Esta es la zona que se denomina de interaccin.

acoplador 2x2 mediante guas pticas integradas

AISLADORES Y CIRCULADORES PTICOS El componente bsico para los anteriores dispositivos es el rotador de Faraday. Su base se encuentra en la rotacin que experimenta la polarizacin de la luz cuando atraviesa algunos materiales pticos que contengan tomos o iones magnticos, si a estos cuerpos se les aplica un campo magntico en la direccin de propagacin de la luz, tras haber recorrido una cierta distancia L, el campo rota un ngulo + mientras que si se propaga en sentido contrario, al recorrer una distancia igual el angula girado ser . El dispositivo, en consecuencia, no es recproco. Si la radiacin efectuara un camino de ida y vuelta, reflejndose por ejemplo en un espejo, la polarizacin final sera idntica a la de partida.

CONVERTIDORES DE LONGITUD DE ONDALos convertidores son otro de los componentes indispensable en las redes WDM. Su funcin consiste en modificar la longitud de onda de la portadora sobre la que se encuentra modulados los datos para realizar labores de conmutacin.CONECTORES Y EMPALMES DE FIBRA PTICA Conectores Los conectores se utilizan al igual que los empalmes para la unin de fibras pticas mediante elementos de conexin. Los conectores al igual que los empalmes deben cumplir con los siguientes requerimientos para un buen rendimiento del enlace. Proteccin contra humedad y polvo Prdida de insercin baja (< 1.5 dB) insensible a cambios de temperatura. Resistencia a fuertes tensiones. Estos elementos se encargan de conectar las lneas de fibra a un elemento, sea este un transmisor o un receptor. Los tipos de conectores disponibles son muy variados como se puede apreciar en el (Anexo 2.5), a continuacin mencionamos algunos de los conectores utilizados en fibra ptica que podemos encontrar en el mercado. FC.- Se usa en la transmisin de datos y en las telecomunicaciones. FDDI.- En redes FDDI, suele utilizarse el conector de tipo MIC. LC y MT-Array.- Se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos. SC y SC-Dplex.- se utilizan para la transmisin de datos. ST.- Se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad. MRTJ.- Acoplador de fibra ptica que permite el empalme de cables con la mnima prdida posible. Tipos de conectores de Fibra ptica EmpalmesEl empalme de fibra ptica es la tcnica que se utiliza para unir permanentemente dos fibras pticas en una conexin de bajas prdidas. Debido a que la bobina de cable de fibra ptica no llega a superar los 2 Km. de longitud, mientras que la distancia entre los repetidores puede ser de 30 o 40 Km., por tanto deben realizarse empalmes entre tramos de fibra. Empalmes mauales o mecanicos

Empalmes por fusin

Diseo de la red WDM en el ito.En la red a disear necesitamos conectar 12 nodos; los cuales darn cobertura a su rea a cargo. Los cuales se distribuyen entre diferentes departamentos e ingenieras, que son las siguientes:1.- Econmica Administrativa2.- Servicios escolares3 Centro de informacin4 Laboratorio de Electrnica5 Laboratorio de Elctrica6 Laboratorio de Qumica 7 Laboratorio de Industrial8 Maestra 9 Simulacin10 Posgrado 11 Biblioteca 12 ClaustroY el nodo donde llegan las fibras pticas.

Para la red a implementar en el tec utilizaremos CWDM: WDM Sencillo (Coarse WDM), porque multicanaliza de 8 a 16 por fibra. Ya que solo son 12 departamentos o edificos a comunicar, adems tendramos 4 restantes para conectar a nuestra red algn otro edificio en el futuro. Adems hay otros puntos de porque elegimos este sistema:

Cronolgicamente, CWDM fu el primer sistema en aparecer, ya que los primeros experimentos con WDM transmitan menos de 10 s a la vez.

La velocidad de transmisin que obtendremos normalmente ser de 2.5 gbps.

Asi con este sistema suprimiremos el problema de gran ancho de banda en nuestra red lan del tec.

Los lseres empleados en CWDM no requieren de uncontrol tan preciso de la emitida.

Con las nuevas fibras pticas de espectro extendido, se puede emplearun sistema CWDM de 16 canales espaciados 20 nm

CARACTERISTICAS DE NUESTRA RED:

La red tendr un sistema opaco Reciben y transmiten informacin en forma ptica y el resto del proceso es electrnico (demulticanalizacin, enrutamiento, etc.)

Sera una red pasiva tipo PONS con el objetivo de contar con un sistema capaz de proporcionar un gran ancho de banda en las instalaciones del mismo usuario, con dispositivos de bajo costo conectados en un esquema sencillo.

Terminal Optica de Lnea (OLT), que es el centro de distribucin de informacin a donde llega la seal ptica que proviene de la compaa que ofrece el servicio de red de banda amplia.Nodo Remoto (RN), en donde se encuentra un divisor ptico pasivo (POS, del ingls Passive Optical Splitter), que es el dispositivo fsico que distribuye la seal ptica entre los usuarios.Unidades Opticas de Red (ONU) localizadas en las instalaciones del usuario o en una cabina instalada en una zona donde se ubican los usuarios. Entendindose por cabina a la construccin fsica que resguarda los mdulos de la ONU.

La topologa fsica de nuestra red pasiva PONS sera de tipo anillo con la finalidad de abarcar una mayor cobertura en el tecnolgico de Oaxaca. Y la topologa lgica ser tipo estrella para administrar mejor el ruteo y organizar la forma en que interactan entre s los equipos de la red.

Por lo tano nuestra red quedara asi;

lnea roja representa topologa fsica. Y lnea azul representa la lgica.Nota: emplearemos la tcnica de "paso de estafeta" (Token Ring), para sealar en qu momento un nodo puede transmitir informacin

Nuestra red ser de tipo LAN ya que su cobertura ser solo para el campus del ito.Modo de Transferencia en nuestra lan sera EPON ya que su transmisin es de 100 Mbps, fcilmente escalab

PLANO DE RUTAS Y TRAYECTORIASSELECCIN DE LA FIBRA PTICA Existen en la actualidad diferentes tipos de fibra ptica para WDM, para estos diseos se va a escoger el tipo de fibra en donde se considere factores primordiales como es la capacidad, la distancia, y tecnologa ocupada en su diseo, para lo que vamos a considerar las siguientes recomendaciones de la

Recomendacin UIT-T G.651 (02/98) Caractersticas de un cable de fibra ptica multimodo de ndice gradual de 50/125 m Recomendacin UIT-T G.652 (03/03) Caractersticas de las fibras y cables pticos monomodo. Recomendacin UIT-T G.653 (1997), Caractersticas de los cables de fibra ptica monomodo con dispersin desplazada Recomendacin UIT-T G.654 (1997), Caractersticas de los cables de fibra ptica monomodo de corte desplazado.

COSTOS DE LA FIBRA PTICA EN EL MERCADOPara una fibra de alta calidad con factor de atenuacin de 0.25 dB/km (la recomendacin ITU-T G.652d especifica que sta debe ser menor a 0.35dB/Km) y una previsin de 2 dB de prdidas por empalmes y conectores un lmite tpico de alcance es de 100 km (que produce una atenuacin total del orden de los 27 dB). Esto se puede realizar con equipos SDH para gama de atenuacin 10-28 dB de acuerdo con la recomendacin ITU-T G.957 para sistemas STM-1 de largo alcance.

Precios Fibra ptica G.652dEstos precios no incluyen IVA, depende de la cantidad de metros de fibra ptica que se necesita para la implementacin de la red.COSTOS DE LOS EQUIPOS Para el clculo del enlace se toma en cuenta las caractersticas de los equipos de transmisin, cada fabricante busca aprovechar las ventajas particulares de sus equipos para la aplicacin solicitada. Los principales parmetros a considerar en estos equipos son los siguientes: Las caractersticas de la fuente de emisin de luz, sobre lo cual se recomienda solicitar una fuente lser del tipo DFB (Distributed Feedback B) con ancho espectral normal (de 0.1 nm o menor). Es importante que el equipo acepte una atenuacin de sistema hasta 30 dB o mayor. Los sistemas WDM actuales trabajan en las bandas C y L (1530-1610 nm) pero ya se estn desarrollando fibras que trabajen en la cuarta ventana (1625 nm). La tendencia, forzada por la necesidad de aumentar al mximo la capacidad de transmisin, es la de utilizar la mayor parte del espectro ptico. Se decidi trabajar en la banda C de 1530 nm a 1565 nm debido a que en la longitud de onda en la regin de los 1.400 nm sufren una prdida ptica mayor, debido al pico de absorcin del agua residual que presenta la mayor parte de fibra ptica fabricada hoy en da.En la tabla se detallan precios referenciales de los equipos para la implementacin de la red diseada, sus principales caractersticas

Precios de la plataforma METROPAD

Precios de la Plataforma MSTP Cisco

CONCLUSIONES La Fibra ptica es un medido de transmisin que presenta grandes ventajas como son la gran capacidad, la poca atenuacin, la escalabilidad, la seguridad en la transmisin, mayor calidad de servicio, etc., en comparacin a otros medios de transmisin guiados y no guiados (par trenzado, cable coaxial, enlaces de radio, satelitales). El crecimiento de usuarios de los servicios de Telecomunicaciones, en la actualidad, provoca un aumento en la capacidad requerida por la red, con la tecnologa WDM se amplia las prestaciones de la red sin necesidad de incrementar fibras, sino aumentar la capacidad del equipo existente. La tenencia mundial es hacia el incremento del trfico de Internet, y nuevas aplicaciones como video conferencias, video telfono, TV, audio y otros por lo cual es necesario implementar redes de mayor capacidad. Al momento de implementar tecnologas WDM, es muy importante que los multicanalizadores utilicen fuentes lser con diferentes longitudes de onda, y que estas fuentes se sintonicen de acuerdo a las longitudes de 164 onda o bandas especficas del multicanalizador. De no utilizar las longitudes de onda correctas, el sistema podra no funcionar adecuadamente. RECOMENDACIONES En este estudio se recomienda el uso de la tecnologa CWDM que permite aumentar la capacidad de la red cuando se trata de cortas distancias y permite reducir los costos de los equipos. Se recomienda que los equipos a ser instalados en la red de acceso cumplan con las especificaciones bsicas de este proyecto, dejando as en libertad de optar por equipos con mejores caractersticas y de menos costo, que se encuentren en el mercado. Es de mucha utilidad contar con equipos de caractersticas modulares por cuanto se puede aumentar la capacidad de acuerdo a los requerimientos que se presenten en la red, sin necesidad de mucha inversin.