Los regeneradores ópticos son equipos electrónicos activos que no necesitan realizar la conversión óptico a eléctrico. La señal que se recibe en estos equipos es una señal óptica y si la regeneración consiste únicamente en la amplificación de la luz a la entrada, se emplea la denominada fibra dopada con erbio. La fibra dopada con erbio da mejor rendimiento para las longitudes de onda de 980 nm o 1480 nm e irradian luz en longitudes de onda de 1550 nm. La longitud de onda de 1550 nm es especialmente
importante para las comunicaciones ópticas porque las fibras normalizadas tienen pérdidas mínimas en esta longitud de onda.
En la Ilustración 7, se puede ver el funcionamiento de la fibra dopada por erbio. En eje de coordenadas se define en sentido creciente los niveles de energía superiores y en el eje de las abscisas el tiempo. El erbio es un elemento cuyos iones son capaces de absorber los fotones bombeados por la fuente láser externa (980 nm). Esto provoca que los electrones del erbio pasen de un nivel de reposo a un nivel superior, paso 1. En este estado de energía superior EB, denominado banda de bombeo, el tiempo de vida de los
átomos es muy limitado debido al material, obligando a pasar al átomo en un instante de tiempo aleatorio t2 a la banda metaestable, paso 2. Esta caída es muy rápida y no es
radiativa, es decir, no genera un fotón.
Desde este nuevo estado, cuando incide un fotón, fotón 1, en la fibra en el instante t3, el átomo pasa de la banda metaestable a estado de reposo (estado base) liberando un
fotón con la misma longitud de onda y fase que el incidente, fotón 2. Se logra así, tener una señal óptica a la salida con mayor potencia lumínica e idénticos valores de longitud de onda y fase que la señal óptica presente en la entrada.
Ilustración 7: Principio funcionamiento EDFA
La repetición de este proceso de forma sucesiva a lo largo del tramo de fibra óptica dopada con erbio, provoca la amplificación óptica. Este tipo de regenerador es el denominado 1R, únicamente se amplifica la señal de la entrada, ni se ajusta el pulso ni se realiza recuperación de reloj.
Atendiendo al procesado que se efectúa sobre una señal, los regeneradores se clasifican en tres tipos:
• 1R, Regeneración: Únicamente amplifican la señal a la entrada. No contrarresta efectos de ruido o dispersiones. También se amplifica las componentes de ruido.
• 2R, Regeneración & Remodelación: Una vez amplificada la señal se reconstruye. Para ello, se genera de nuevo un pulso con dos niveles claramente diferenciados. Si la
• 3R, Regeneración, Remodelación & Recuperación de reloj. Además de amplificar y regenerar la señal, la sincroniza. Este tipo de regeneradores cancela los efectos de las no linealidades y de la dispersión.
En la Ilustración 8, se observa que la señal transmitida son pulsos digitales. En el eje de coordenadas se representa la amplitud de la señal digital dada en voltios, y en el eje de abscisas la componente del tiempo. Tras la propagación de la señal por la fibra se produce una degradación que es necesario equilibrar para su correcta recepción.
Ilustración 8: Tipos de regeneración
El tipo de regeneración 3R se realiza siempre en los sistemas de comunicaciones cuando una vez que se recibe la información de la tarjeta enfrentada, tras sufrir las degradaciones y dispersiones en la fibra óptica correspondientes, se reconstruye para que sea exactamente igual a la que se envió. De acuerdo a la Ilustración 1, la señal que es entregada a la Red de equipos, tiene que ser una señal filtrada, sin componentes espectrales no deseados y en niveles de potencia adecuados.
Técnica de multiplexación y topología de la red
Este proyecto se centra en la topología de red bidireccional utilizando como técnica la multiplexación por división de longitudes de onda, se consigue así que se transmita los datos en los dos sentidos posibles por una única fibra óptica.
Estas señales ópticas se encuentran multiplexadas por división en longitudes de onda cada una de ellas en una longitud de onda diferente. Cada canal está formado por dos longitudes de onda, una es empleada para transmitir y otra para recibir. La Ilustración 9 se observa como es la técnica de multiplexación.
Ilustración 9 Multiplexación por longitudes de onda
El acoplamiento en el sentido de transmisión y recepción se realiza mediante la
multiplexación de cada uno de los pulsos lumínicos en diferentes longitudes de onda.
El acoplamiento en el sentido de recepción y transmisión se realiza mediante la
demultiplexación de cada uno de los pulsos lumínicos en diferentes longitudes de onda.
La separación que existe en DWDM entre longitudes de onda es de 0,4 nm (50GHz) atendiendo a la recomendación de la ITU G.694.2 [5] y el rango seleccionado de longitudes de onda son las que comprende la tercera ventana, empieza en 1530 nm y se termina en 1625 nm. Esta ventana de trabajo con el espaciamiento de 0,4 nm por canal, permite la transmisión de 240 longitudes de onda.
Los nuevos sistemas de transmisión DWDM son capaces de soportar velocidades de 40 Gbps por longitud de onda. Al necesitarse como mínimo dos longitudes de onda por canal, una para transmitir y otra para recibir, este escenario puede proveer un máximo de 4,8Tbps en una sola fibra óptica.
La topología de la red de DWDM puede configurarse para los siguientes escenarios:
• Topología Bus
• Topología Estrella
• Topología Árbol
• Topología anillo
• Topología malla totalmente conexa
• Topología malla inconexa entre todos sus nodos
La Ilustración 10, recoge respectivamente las diferentes topologías y escenarios
El diseño en el que se centra este proyecto es el escenario seis. Es un escenario en el que no existe conexión directa entre todos los nodos a nivel físico. No obstante, el escenario seis puede convertirse en escenario cinco, si se analiza desde otro nivel del modelo OSI. Por ejemplo, desde el nivel de red, nivel tres, se puede reorientar el tráfico entre nodos. Esto permite que exista comunicación entre puntos en los cuales no existe conexión directa. Se emplea para ello parte del ancho de banda de un nodo intermedio.
Más adelante se describen los nodos que componen este proyecto, las longitudes de onda que utilizan y el ancho de banda equivalente. La Ilustración18 “Esquema red
DWDM de alto nivel” se puede identificar, comparando con la Ilustración 10, el tipo de
topología diseñada. Resulta muy evidente asemejar el diseño realizado con la topología de malla inconexa.
CAPÍTULO 3
3
Equipamiento DUSAC-350
El sistema DUSAC 350 es un multiplexor WDM capaz de albergar dos tarjetas de la familia DUSAC. Es una solución compacta, pequeña y escalable. Se ha elegido este equipo por las siguientes características:
• Hasta 18 lambdas CWDM por enlace de fibra óptica.
• Hasta 64 lambdas DWDM por enlace de fibra óptica.
• Convivencia de tecnologías CWDM y DWDM en la misma plataforma.
• Instalación sencilla, puesta en marcha inmediata.
• Acceso completamente frontal.
• Gestión a través de SNMPv2, compatible con cualquier plataforma SNMP.
• Interfaces TDM, módulos de encriptación, amplificadores.
• Topologías punto a punto, punto a multipunto, estrella, bus, anillo, mallada.
• Puede configurarse para que realice regeneración 1R o 3R.
• Diseño compacto. Sistema de alimentación redundadas, sistema de ventilación, sistema de cableado, interfaces, MUX/DEMUX óptico, etc.
Es un equipo modular en el que todos sus componentes se pueden sustituir. Los módulos principales que más adelante se detallan son:
• Tarjetas transpondedores.
• Módulo de supervisión y gestión
• Unidad de multiplexación óptica.
• Fuentes de alimentación.
• Unidad de ventilación.
Ilustración 11: DUSAC-350 equipado
Tarjeta transpondedora: FTX - 10C / 1C
Los transpondedores seleccionados para este proyecto son los denominados interfaces de canal FTX. Se ha elegido esta tarjeta entre un gran abanico de productos al ser tarjetas con capacidad de cifrar el mensaje a nivel óptico, lo que supone un factor adicional de seguridad.
Los transpondedores elegidas por tanto, han sido las tarjetas FTX-10C [6] y FTX- 1C [7]. Ambas tarjetas encriptan los paquetes en el tramo de línea mediante el algoritmo AES con clave de 256 bits sin introducir latencia en el servicio. La principal diferencia entre ambas tarjetas es que la tarjeta FTX-10C permite transportar servicios Ethernet LAN a 10 Gbps y la tarjeta FTX-1C permite transportar servicios Ethernet LAN a 1
Gbps.
El conexionado que tienen estas tarjetas está compuesto por dos puertos. El
puerto local, identificado con la serigrafia “L”, se encuentra en el frontal de las tarjetas,
son conectores LC y pueden ser monomodo o multimodo según el tipo de señal. Estos puertos miran hacia los equipos de cliente.
Los puertos de línea son conexiones traseras, la tarjeta FTX-1C presenta la
particularidad de poder usar el puerto de línea en el frontal de la tarjeta al igual que el puerto local, es una situación atípica. Los puertos de línea son los que transmiten a la fibra de planta externa, es decir, los que enlazan una tarjeta con la otra. A continuación se puede ver un esquema del conexionado de las tarjetas.
Ilustración 12: Identificación LOCAL/REMOTO
En la Ilustración 13, se observa físicamente el diseño de ambas tarjetas. Las dimensiones de las tarjetas son exactamente iguales 340 x 300 x 60mm. El sistema DUSAC-350 permite equipar dos tarjetas de cualquier modelo.
La FTX-1C tiene equipados dos Small Form-factor Pluggable Transceptor
denominado comúnmente Transceptor SFP o SFP. Traducido al español significa transceptor de factor de forma pequeño conectable. El SFP, es un módulo extraíble que realiza la función de fuente láser. La señal es adaptada por este módulo para ser del tipo óptica y con la potencia suficiente como para cubrir la distancia que se desee según el tipo de SFP. El SFP insertado en la bahía local, es el que está conectado directamente a los equipos de cliente. Es un SFP de menor coste puesto que las distancias que cubren no superan los trescientos metros. Sin embargo, el SFP equipado en la bahía denominada R, Remoto, es el SFP encargado de transmitir por la fibra óptica a lo largo de decenas de kilómetros, estos módulos tienen un coste mucho más elevado y la frecuencia a la que trabajan en este proyecto son las correspondientes a la tercera ventana (1530 nm -1625 nm) pues muestran menor atenuación. La tarjeta FTX-10C sin embargo, no tiene bahía para insertar un SFP remoto, esto se debe a que la propia tarjeta tiene embebido el sistema de transmisión/recepción láser.
El SFP local trabaja en la longitud de onda de 1330 nm para distancias de pocos centenares de metros o 850 nm para distancias de decenas de metros.
Cuando se equipan las tarjetas en el chasis el resultado es el de la ilustración 11.
La Tabla 1 recoge las principales características de ambas tarjetas, se aprecia que
la tarjeta FTX-1C no es sintonizable en toda la banda C y L, siendo necesario equipar un
SFP con una frecuencia fija determinada, la tarjeta FTX-10C no necesita ser equipada con un SFP de línea al estar integrado en su producción. El salto de frecuencia al sintonizar la FTX-10C es de 50GHz. Otra actividad que no realiza la FTX-1C en comparación con la FTX-10C es que no supervisa el estado de recuperación de reloj, esto es así porque no es un proceso obligatorio cuando el protocolo es 1 Gbps.
Tabla 1: Características FTX-10C FTX-1C
En la parte frontal de ambas tarjetas tienen siete leds que indica el estado del canal. Corresponde con la información más importante, con la visualización de estos leds se puede saber en qué estado está el canal. A continuación, se detalla el funcionamiento de cada uno de ellos.
ALR: Es el LED de alarma. Este LED estará encendido si alguna de las alarmas del canal está activo. Para obtener más información se debe acceder por software al
equipamiento. Si el LED está encendido no implica necesariamente que el canal no funcione, pero si está apagado se sabe con toda seguridad que todo funciona correctamente.
LASER: Este LED estará encendido únicamente cuando la tarjeta esté
transmitiendo potencia óptica.
REM: Es el LED de remoto. Este LED se encenderá cuando reciba potencia de la tarjeta enfrentada dentro de los márgenes. Es decir, la potencia de recepción es mayor que la mínima potencia asumible.
LOC: Es el LED de local. Este LED estará encendido cuando se reciba señal del equipo que genera la información. Por ejemplo, un servidor.
LINK: Indica que las tarjetas enfrentadas están intercambiando correctamente la contraseña utilizando el algoritmo de cifradoAES-256. Corresponde con el cifrado de las comunicaciones.
ACT: Es el LED de activo. Las tarjetas pueden configurarse como principales o como secundarias. En caso de no tener tarjetas de respaldo y ser todas principales, el led de activo estará encendido en todas ellas.
ON: Es el único LED que siempre estará encendido. Indica que la potencia está siendo correctamente alimentada y está encendida.
Módulo de supervisión y gestión
El módulo encargado de la supervisión y gestión es el denominado GASC-350, es el módulo responsable de monitorizar, probar, configurar y controlar el estado del servicio. El protocolo estandarizado para la gestión de redes es el protocolo SNMP “Simple Network Management Protocol”. La versión más reciente, SNMPv3 [RFC 3410] actualizada en diciembre de 2002. Este protocolo proporciona a la entidad gestora y un agente gestionado (DUSAC-350) la posibilidad de compartir información.
Management Information Base). Los objetos MIB definen por tanto la información de gestión mantenida por un dispositivo gestionado.
Existen dos usos comunes del SNMP, un modo proactivo que solicita información explicita de una de las variables del equipo, y un segundo modo reactivo
donde el equipo envía un mensaje al existir un cambio en una de sus variables.
• Modo Proactivo: La entidad gestora envía una solicitud de información al agente.
Consiste en un modelo solicitud-respuesta. El equipo recibe la solicitud, la procesa y envía la respuesta. Típicamente las solicitudes son para consultar información o para cambia el valor de alguna de las variables del objeto MIB asociado al dispositivo.
• Modo Reactivo: Un equipo gestionado envía un mensaje sin existir previamente
un solicitud por parte de la entidad gestora. Este mensaje es conocido como trap. Se comunica una situación excepcional y ha generado un cambio en uno de los valores de los objetos MIB.
Para que la parte de supervisión y gestión funcione correctamente es necesario configurar la dirección IP del equipo, el nombre, la hora, la dirección de envío de alarmas y la puerta de enlace. Sin estos parámetros no se podría acceder al equipo de forma remota ni enviarse correctamente las alarmas con la hora correcta y al servidor indicado. En el apartado 6 Configuración del equipamiento, se detalla la operación a realizar para la correcta configuración de la gestión del equipo.
Resumiendo, en este módulo reside el sistema operativo del equipo. Sus principales características las siguientes:
• Supervisión continuada de los diferentes elementos del sistema:
o Tarjetas de canal
o Fuentes de alimentación
o Unidades de ventilación
• Mantenimiento de un histórico de eventos.
• Envío de alarmas SNMP o traps a la plataforma de gestión.
• Interfaz para la configuración y la monitorización.
Módulos ópticos
Los módulos multiplexadores ópticos son componentes puramente ópticos y pasivos. Los módulos están basados en la tecnología de difracción espacial y pueden utilizar espaciamiento CWDM o DWDM, dependiendo de la capacidad de canales que se
necesiten. Este tipo de tecnología permite separar las diferentes longitudes de onda que viajan por la fibra por cada uno de los distintos puertos que componen el módulo óptico. Tal como se aprecia en la ilustración 11, la unidad óptica tiene un espacio dedicado dentro del chasis del DUSAC-350. Sin este elemento no se realiza la multiplexación de longitudes de onda, sin esta modulación el sistema dejaría de ser bidireccional y no podrían convivir un conjunto de canales por la misma fibra óptica.
Ilustración 14: Módulo óptico
Los puertos tienen una enumeración del uno al ocho. Cada puerto corresponde con una longitud de onda. El puerto identificado como “U” corresponde con el puerto
upgrade y permite concatenar varías unidades ópticas. Todas las señales que entren por
este puerto se multiplexan junto a los ocho primeros puertos y ese sumatorio de longitudes de onda sale por el puerto “C”
Cada canal está compuesto por una longitud de onda para transmitir y otra longitud de onda distinta para recibir. De este modo, no existe ninguna interferencia.
La nomenclatura usada para indicar el conexionado es la siguiente, primero se nombra el número de canal seguido de TX, si esa longitud de onda se usa para la transmisión, y RX, si esa longitud de onda se usa para la transmisión. A continuación, se identifica el nodo con la letra “A” si hace referencia al nodo A, con la letra “B” si hace referencia al nodo B.
La longitud de onda de transmisión será la longitud de onda de recepción del canal enfrentado. Atendiendo a la nomenclatura descrita y concretando para el canal 1:
Canal 1 TX(A) = Canal 1 RX(B) Canal 1 TX(B) = Canal 1 RX(A)
La Tabla 2 resume las equivalencias que existen entre la transmisión de un nodo
y otro con un ejemplo con longitudes de onda reales.
Ilustración 15: Conexionado óptico DWDM
Sistema de alimentación redundante
El chasis DUSAC 350 ha sido diseñado para permitir la coexistencia de dos fuentes por equipo, funcionando simultáneamente de forma que son totalmente redundantes la una de la otra. Dichas fuentes pueden ser tanto de corriente alterna (AC 220V) como de continua (DC 24V, 48V). Todos los tipos de fuentes poseen un piloto que indica entrada de suministro de energía y conector normalizado del cordón de alimentación.
Ilustración 16: Fuente alimentación 220V y 24V
El equipo cuenta por tanto con un sistema de alimentación redundante. En cuanto una fase de alimentación tiene algún problema o una de las fuentes ha sufrido una avería, automáticamente el equipo trabaja por secundaria. Se puede realizar la operación de sustitución de una de las fuentes con el sistema encendido, lo que aporta gran versatilidad a la hora de reemplazar una fuente dañada.
El GASC-350 se encarga de monitorizar continuamente el correcto funcionamiento de los dos módulos, generando traps SNMP y eventos relacionados e informando de su estado al operador a petición.
Sistema de ventilación
Esta unidad es extraíble en caliente y alberga tres ventiladores con ciclo de vida de aproximadamente 5 años, cifra muy variable y sensible a las condiciones de temperatura y humedad del emplazamiento del equipo. Si la ventilación del equipo fuese insuficiente, se activarán alarmas que indican un calentamiento excesivo de la unidad.
Cada módulo de aireación esta supervisado por el GASC-350. La controladora se encarga de monitorizar continuamente el correcto funcionamiento de los dos módulos, generando traps SNMP y eventos relacionados e informando de su estado al operador a petición.
CAPÍTULO 4
ESPECIFICACIONES Y
RESTRICCIONES DE DISEÑO
4
Especificaciones y restricciones de
diseño
Servicios solicitados
El objetivo del presente proyecto es la interconexión de 6 centros mediante servicios Ethernet de 10Gb implementados sobre infraestructura DWDM. Los nodos principales se encuentran en Vitoria (Vitoria 1 y Vitoria 4) que tienen conexión directa con los nodos de Bilbao y Donostia.
Toda la información que va por esta red tienen que ser cifrada extremo a extremo, en la capa física del modelo OSI.
La Ilustración 18, queda definido el esquema a alto nivel del diseño de la red