Los rápidos avances producidos en DWDM, junto con la creciente demanda de servicios de alta velocidad y gran ancho de banda, están provocando cambios sustanciales en las arquitecturas de las redes ópticas. Así, la tecnología DWDM se está expandiendo progresivamente desde el núcleo de las redes ópticas de alta velocidad hacia las redes metropolitanas y de acceso. Y todo ello provocado por el éxito alcanzado por las soluciones DWDM de largo alcance que han permitido un aumento espectacular en la capacidad de las redes ópticas de transporte.
Los rápidos avances producidos en DWDM, junto con la creciente demanda de servicios de alta velocidad y gran ancho de banda, están provocando cambios sustanciales en las arquitecturas de las redes ópticas. Así, la tecnología DWDM se está expandiendo progresivamente desde el núcleo de las redes ópticas de alta velocidad hacia las redes metropolitanas y de acceso. Y todo ello provocado por el éxito alcanzado por las soluciones DWDM de largo alcance que han permitido un aumento espectacular en la capacidad de las redes ópticas de transporte.
De hecho, se ha observado que la introducción de tecnología DWDM en las redes ópticas metropolitanas produce grandes beneficios en cuanto a coste, flexibilidad y eficiencia. Las primeras generaciones de sistemas DWDM dependían de subsistemas eléctricos que se encargaban de realizar funciones de conmutación, gestión de conexiones, protección y gestión de prestaciones. Sin embargo, se debe destacar las ventajas adicionales que conlleva la introducción de redes ópticas transparentes en el ámbito de las redes regionales y metropolitanas. Una red óptica transparente hace referencia a una red que mantiene el tráfico en el dominio óptico, es decir, sin ningún tipo de conversión OEO (óptica-eléctrica-óptica) en ninguno de sus nodos. Estas redes también se conocen habitualmente por el nombre de redes todo ópticas (all-optical networks), y sus elementos básicos son OADMs (optical add-drop multiplexers) y OXCs (optical cross-connects) que trabajan directamente sobre los canales ópticos sin realizar ningún tipo de conversión al dominio eléctrico.
La reducción en la cantidad de conversión OEO en una red óptica representa importantes ahorros de coste y de consumo de potencia, a la vez que se facilita una evolución más rápida hacia mayores velocidades. Así pues, el impulso por la migración hacia redes ópticas transparentes se basa fundamentalmente en consideraciones económicas, viéndose favorecido por la aparición de toda un serie de nuevas tecnologías de conmutación óptica. En este artículo se analizará en primer lugar la arquitectura jerárquica de las redes ópticas, para analizar posteriormente la implicación que tiene la introducción de la tecnología DWDM en el entorno de las redes metropolitanas. En un siguiente artículo se estudiarán las distintas tecnologías de conmutación óptica existentes que permiten la realidad de estas redes ópticas transparentes.
JERARQUÍA DE RED ÓPTICA
La jerarquía de red óptica se ilustra en la figura 1, donde se pueden observar los distintos segmentos o dominios de red que la conforman: redes de largo alcance, redes metropolitanas y redes de acceso. A continuación analizaremos más en detalle las características de cada uno de estos segmentos de red.
REDES DE LARGO ALCANCE:
Las redes de largo alcance pueden cubrir distancias geográficas de miles de kilómetros, enlazando entre sí las distintas redes metropolitanas y extendiendo a su vez la conectividad entre dominios regionales. Dada la gran capacidad de transporte que requieren este tipo de redes, el esquema tradicional basado en SONET/SDH tuvo que sustituirse por un despliegue de tecnología DWDM a gran escala. Al mismo tiempo, las distancias de transmisión tan elevadas y el gran número de canales ópticos provoca la aparición de múltiples efectos no lineales (Conectrónica no. 36, pp. 12-15) y degradaciones de las señales (Conectrónica no. 48, pp. 8-12). En muchos casos se requiere conversión optoelectrónica (OE) y regeneración electrónica 3R para mantener una calidad de señal y una tasa de errores aceptable, lo cual se encuentra enfrentado con los planteamientos de las redes ópticas transparentes. Como resultado de todo esto, las soluciones de largo alcance son muy costosas y representan inversiones estratégicas de larga duración.
Sin embargo, la mejora de las diferentes tecnologías empleadas (fibras, amplificadores ópticos, filtros y elementos compensadores de dispersión) está permitiendo incrementos notables de la capacidad de transmisión y la migración hacia arquitecturas de red multilongitud de onda con velocidades del orden de Tbit/s. Las redes de largo alcance continúan evolucionando con cada nueva generación de mejoras DWDM, convirtiéndolas en más robustas, eficientes y económicas. Así, las redes de nueva generación serán capaces de desarrollar mecanismos flexibles de protección, conmutación y enrutamiento. Y para ello es necesario también que el escalón inferior (redes metropolitanas) sea eficiente y robusto.
REDES METROPOLITANAS:
Las redes ópticas metropolitanas cubren distancias de cientos de kilómetros, proporcionando servicio a grandes áreas metropolitanas. Constituyen el segmento de enlace entre las redes de acceso y de largo alcance, interconectando todo un abanico de protocolos de cliente y de velocidades de canal. Las redes metropolitanas se guían por dos factores clave: los requisitos de cliente y la tecnología para satisfacer estos requisitos. Para ello, los proveedores de servicio desplegaron en su día tecnología SONET/SDH empleando topologías punto a punto y anillos de ADMs. Sin embargo, en la actualidad las redes metropolitanas están experimentando una rápida metamorfosis como consecuencia de los correspondientes cambios en los dominios de acceso y de largo alcance.
La explosión de capacidad producida en los enlaces de largo alcance DWDM, unido a la creciente demanda de ancho de banda IP coloca a las redes metropolitanas en una encrucijada. La infraestructura actual basada en TDM presenta problemas para conseguir la eficiencia y flexibilidad que necesitan los clientes, en concreto limitaciones para escalar la capacidad e ineficiencia frente al tráfico de ráfagas o impredecible. Teniendo en cuenta estas cuestiones, se requiere una migración hacia una arquitectura ultraescalable y de mayor capacidad. Los proveedores de servicio necesitarán este tipo de soluciones en un mercado competitivo donde el coste, la diferenciación de servicios (QoS, quality of service, y SLA, service level agreement) y la capacidad bajo demanda se convertirán en claras ventajas competitivas. En este sentido, la arquitectura basada en DWDM es la solución más económica para crear redes ópticas metropolitanas con escalabilidad de ancho de banda, flexibilidad, multitud de servicios y capacidad de gestión. En definitiva, el mercado de las redes ópticas metropolitanas plantea interesantes retos y oportunidades tanto para los vendedores de equipamiento como para los proveedores de servicio.
REDES DE ACCESO:
Las redes de acceso se caracterizan por una gran variedad de protocolos e infraestructuras, y por lo tanto también de velocidades: DS1, DS3, OC-3, OC-12, Ethernet a 10 Mbit/s, ESCON a 200 Mbit/s, OC-48 y OC-192. Se encargan de concentrar el tráfico de un gran número de usuarios de Internet residenciales y de grandes corporaciones: empresas privadas, organismos gubernamentales, instituciones educativas, etc. Para soportar esta diversidad de clientes, las redes de acceso deben manejar un conjunto de aplicaciones basadas en multitud de protocolos. Entre los diferentes protocolos se encuentran: IP, ATM, SONET/SDH, Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet, voz multiplexada en TDM, vídeo digital, FDDI (Fiber Distributed Data Interface), ESCON (Enterprise System Connectivity) y Fibre Channel.
Este segmento de mercado ofrece oportunidades muy dinámicas e impredecibles. Estas oportunidades provienen de aplicaciones finales de usuario y tecnologías de acceso mejoradas de alta velocidad, tales como DSL (Digital Subscriber Line), módems de cable o servicios inalámbricos emergentes como LMDS. No obstante, está claro que el tráfico IP continuará en aumento, y este hecho representa muchos factores a tener en cuenta debido a la naturaleza asimétrica e impredecible de los perfiles de tráfico basados en Internet. En general, las redes de acceso se guían por dos cuestiones clave: diversidad de aplicaciones y flexibilidad de arquitecturas. Además, un factor clave que requieren los proveedores de servicio para el desarrollo de redes de acceso eficientes es la "transparencia". De este modo, los vendedores que proporcionen plataformas transparentes frente a múltiples servicios y que simplifiquen las redes, ganarán el mercado.
DIFERENTES GENERACIONES DE REDES DWDM
La primera generación de redes WDM surgió para aliviar el problema del agotamiento de capacidad de las redes SONET/SDH, y tal y como se comentó en el anterior artículo, consistía simplemente en combinar múltiples longitudes de onda en una misma fibra. El número de canales era pequeño (del orden de 16) y la protección se realizaba en las capas 2 ó 3.
La segunda generación de redes metropolitanas DWDM dobla el número de canales e introduce protección de anillo y OADMs estáticos, permitiendo que los proveedores de servicio proporcionen servicios basados en longitud de onda. Adicionalmente, las arquitecturas de red que emplean DWDM de segunda generación soportan interfaces multiservicio protegidos, tales como Gigabit Ethernet, ESCON y SONET/SDH. Si bien estas mejoras son enormes en comparación con las redes SONET/SDH convencionales, la segunda generación de redes posee limitaciones en cuanto a capacidad, coste, escalabilidad y gestión de red. La conmutación entre múltiples anillos metropolitanos se realiza de forma centralizada y las longitudes de onda se demultiplexan antes de ser conmutadas/enrutadas de forma individual. Esto da lugar a conmutadores con un gran número de puertos (por ejemplo, 1024 x 1024) para poder gestionar el tráfico entre anillos, resultando en costes elevados.
La mayoría de OXCs existentes en la actualidad realizan conversiones optoelectrónicas a la entrada y a la salida del conmutador debido a la falta de estándares de interconexión de longitudes de onda en entornos donde existen equipos de múltiples fabricantes. Estos conmutadores ofrecen una escalabilidad muy limitada y se convierten en una solución costosa debido a las funciones de demultiplexado, conmutación y remultiplexado que es necesario realizar (figura 2). Cada conversión requiere transmisores, receptores, fibras y conectores, aumentando el tamaño del conmutador y disminuyendo su fiabilidad. Luego conforme aumentan las capacidades de las redes, sólo los conmutadores todo ópticos proporcionan una correcta protección de las inversiones.
Finalmente, las redes ópticas de tercera generación se caracterizan por ofrecer gestión dinámica de las longitudes de onda directamente en el dominio óptico, proporcionando ventajas significativas con respecto a la segunda generación de redes. Asimismo, el número de canales es mayor y existe una monitorización de prestaciones más sofisticada que se realiza sobre cada canal óptico. Por medio de láseres sintonizables y filtros, junto con tarjetas de interfaz de múltiples velocidades, se puede realizar la gestión dinámica de longitudes de onda en el dominio óptico de una forma rápida y eficiente. Sin embargo, la clave para ganar clientes consiste en su habilidad para proporcionar nuevos servicios o cambiar la capacidad de los existentes de forma rápida.
En resumen, la tercera generación de redes DWDM proporciona conmutación de longitudes de onda directamente en el dominio óptico, teniendo en cuenta además todos los aspectos relativos a coste, escalabilidad y gestión. De este modo, en las áreas regionales y metropolitanas se proponen una serie de elementos que optimizan el funcionamiento de los anillos interconectados y de las redes en malla. Estos elementos consisten en conmutadores WXCs (wavelength cross-connects), OADMs configurables dinámicamente, transpondedores sintonizables y software de gestión avanzado para controlar la capa óptica. A diferencia de la figura 2, el WXC conmuta longitudes de onda individuales sin necesidad de demultiplexar el flujo DWDM, ahorrando gran número de costes y disminuyendo sustancialmente los requisitos de tamaño y consumo de potencia del conmutador. En la figura 3 se muestra esquemáticamente la funcionalidad del WXC, donde se observa que en relación con la figura 2 han desaparecido los de/multiplexores, los costosos transpondedores utilizados para las conversiones OEO y las fibras.
Ahora cada longitud de onda puede enrutarse dinámicamente hacia cualquier nodo de cualquier enlace. De este modo, las redes pueden gestionar las diferentes rutas entre anillos interconectados o arquitecturas en malla. Adicionalmente, los mecanismos de protección de red pueden aprovecharse de estas funcionalidades para redirigir las diferentes longitudes de onda en caso de fallo de algún nodo o enlace.
IMPLANTACIÓN DE DWDM EN LAS REDES METROPOLITANAS
Anteriormente se han comentado las ventajas que conllevan las redes ópticas transparentes basadas en tecnología DWDM. A continuación analizaremos las implicaciones que tiene su implantación en el entorno de las redes metropolitanas, relegando las funcionalidades eléctricas a los extremos de la red. No obstante, se debe matizar antes que las conversiones OEO siguen siendo necesarias para realizar ciertas funcionalidades de red que de otro modo resultarían complejas, como por ejemplo la regeneración 3R (reamplification + reshaping + retiming) de las señales ópticas o la conversión de longitud de onda.
Precisamente para desplazar la funcionalidad eléctrica a los extremos de la red y al mismo tiempo minimizar la cantidad de conversiones OEO requeridas en el núcleo, los proveedores de servicio suelen emplear dos posibles esquemas: (a) arquitectura basada en "islas" geográficas de transparencia o (b) gestión inteligente del canal óptico extremo a extremo. La primera de las posibilidades consiste en crear islas o dominios de transparencia en el interior de la red donde no se requiere regeneración 3R debido a las cortas distancias que recorren las señales ópticas. De este modo, los nodos situados en el interior de una de estas islas no será necesario que implementen conversión OEO. En cambio, las longitudes de onda transportadas entre dos de estas islas requerirán regeneración 3R y posiblemente conmutadores eléctricos o láseres sintonizables en el caso de realizar conversión de longitud de onda. El esquema de esta arquitectura se muestra en la figura 4.
La otra posibilidad se representa esquemáticamente en la figura 5. En este caso, la conversión OEO se realiza basándose en el trayecto que sigue cada uno de los canales ópticos, los cuales se gestionan individualmente. La conversión OEO puede añadirse a los nodos según las necesidades, y las longitudes de onda pueden enrutarse por enlaces diferentes en función de sus limitaciones de transmisión. Las ventajas que proporciona este esquema a los proveedores de servicio son: minimización del número de transceptores desplegados, reducción del tamaño de los conmutadores eléctricos, en caso de ser necesarios, y gestión más flexible del crecimiento de la red.
LUIS A. ARAQUE D.
CI. 18089210
EES. SECCION 2
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