Supóngase que una compañía que tiene dos enlaces entre dos ciudades desea optimizar el trafico entre ellas. Primero, los datos deben ser enviados mas rápido. Luego, mas accesos deben ser adquiridos. Estas son las bases de la Multiplexacion por División de Tiempo (TDM) y de la Multiplexacion por División de Longitud de Onda(WDM).
La capacidad de este enlace es la suma de la velocidad de cada uno de los accesos. La tecnología de transmisión asociada con el concepto de Multiplexacion, esclarece TDM y WDM. La red de transporte ha sido definida como un set de enlaces entre sitios de telecomunicaciones. Antes que la Multiplexacion fuese descubierta, cada llamada telefónica necesitaba su propio enlace para ser transmitida; por ende, varias llamadas telefónicas necesitaban varios enlaces, lo cual era muy costoso.
Una manera de poner mas de una llamada telefónica sobre cada enlace debía ser encontrada para ahorrar dinero, y la mejor forma de hacerlo es multiplexar las llamadas, con esto se logra un mejor uso de los enlaces. La manera mas sencilla de entender la multiplexacion es recordar el juego de transmisión que se solía jugar en la infancia, el cual consistía de dos vasos conectados por un pedazo de hilo. En esencia, esto era un enlace privado. La Multiplexacion, sin embargo, posibilita que muchas llamadas telefónicas puedan ser enviadas por la misma línea. Los usuarios terminales tienen la ilusión de estar en su propio enlace privado.
En efecto, la Multiplexacion crea un enlace telefónico virtual para todos los usuarios, lo cual es una temprana versión telefónica de realidad virtual. Multiplexacion sincrónica es TDM, y la transmisión óptica utiliza otro tipo de Multiplexacion, WDM.
2.4 WDM Y TDM
WDM toma las señales ópticas (cada una llevando información a una cierta velocidad de datos), les da un color (una longitud de onda a una frecuencia especifica), y luego las envía por la misma fibra. Cada pieza del equipo que esta enviando una señal óptica tiene la ilusión de estar usando su propia fibra. WDM obtiene mas capacidad de trafico, no aumentando la velocidad de transmisión, sino transmitiendo paralelamente cada señal en su propia línea dedicada.
El trafico en cada línea puede viajar a velocidades distintas, esto es, que cada línea es independiente. Las longitudes de onda usadas por WDM son escogidas dentro de un cierto rango de frecuencias (alrededor de los 1550nm), también llamado ventana. TDM esta ahí para generar la cadena de bits más rápida o económica en una parte de la red. La cadena mas rápida desarrollada actualmente es 10 Gbps. Esta cadena puede luego ser alimentada dentro de un sistema WDM, creando la mayor capacidad en una fibra, que es ahora 160 longitudes de onda a 10 Gbps o 1.6 Tbps de capacidad sobre una sola fibra.
El desarrollo de la próxima velocidad de transmisión (40 Tbps) esta apenas en camino. Algunas pruebas de WDM a esta velocidad ya han sido completadas. Si el multiplexor (sincrono) TDM no puede generar el color apropiado que se necesita para el sistema WDM, un adaptador (convertidor de onda) puede ser usado. Los multiplexores sincrónicos generan los colores correctos para el sistema WDM, ahorrando esta pieza de equipo extra. Sin embargo, este convertidor de longitud de onda es todavía muy útil para recoger trafico desde otras fuentes.
Funciones similares entre los ambientes TDM Y WDM podrían ser fácilmente identificadas. De hecho, TDM simplemente manipula cadenas de bits, mientras que WDM manipula longitudes de onda (o cadenas de luz).
FREE-SPACE OPTICS
Se puede ver Free-Space Optics(FSO) como una tecnología de acceso para la "ultima milla" de una red de área metropolitana. Estas redes están basadas, en parte, en la infraestructura de las telecomunicaciones sobre fibra óptica, incluyendo arquitecturas de red de Synchronous Optcal Network (SONET), el estándar norteamericano para transmisión sincrónica de datos; y Synchronous Digital Hierarchy (SDH), el estándar internacional y equivalente de SONET.
FSO es una tecnología bastante nueva cuyos orígenes datan de aplicaciones militares satelitales, y que fue desarrollada recientemente solo para usarse en redes del área metropolitana. La tecnología tiene sus inicios en las aplicaciones militares desarrolladas en los alrededores de 1940. No fue sino hasta la década de los 60´s, que los primeros avances significativos de la tecnología FSO empezaron a ocurrir en los Estados Unidos, Europa y Medio Oriente, donde investigadores militares, ingenieros y técnicos aplicaron el uso de láser infrarrojo en dispositivos de comunicaciones con el propósito de proveer una transmisión segura de voz y datos y que no sea susceptible al "jamming" (crear interferencia para bloquear o interrumpir otras señales) de los sistemas de comunicaciones basados en radio frecuencia.
Estos primeros sistemas FSO eran capaces de transmitir varios kilobits a través del aire, pero el advenimiento de la Internet y su impacto sobre las telecomunicaciones seria décadas después. De hecho, investigadores europeos de sistemas FSO, experimentaron en los 60´s con distintas formas de enviar señales FSO a través de tuberías subterráneas y subacuaticas, tratando de doblar el haz invisible de luz con espejos donde no se tenia línea de vista. La portabilidad de los sistemas FSO fue su sello desde el principio, especialmente para personal militar que necesitaba equipo de comunicaciones seguro que fuera fácil de instalar, transmitir y de transportar de un lugar a otro.
FSO Y FIBRA ÓPTICA
Los sistemas FSO comparten muchas características con la fibra óptica. Por ejemplo, FSO puede usar las mismas longitudes de onda para transmisión óptica que se usan en fibra óptica, 850nm y 1550nm. También, ambos sistemas utilizan los mismos componentes, como láser, receptores y amplificadores.
Algunos sistemas ya incluyen conexiones para fibra dentro de sus conectores de transmisión, para separar los electrónicos y los ópticos. Un rasgo común del equipamiento FSO disponible comercialmente es que la mayoría de estos sistemas llevan a cabo los pasos de conversión de óptico a eléctrico y de vuelta a óptico (O-E-O) durante los procesos de enviar y recibir información a través del aire y de conectar de nuevo con la interfase de fibra de la red adjunta.
Esto no constituye automáticamente una limitación de rendimiento, pero la conversión (O-E-O) puede impactar la habilidad de escalar fácilmente un sistema FSO a capacidades de ultra alto ancho de banda. La industria de las comunicaciones ópticas, determino desde el inicio la importancia de contar con un sistema "todo-óptico" como backbone de alta capacidad – lejos de la tecnología de multiplexacion de onda – que ha llegado a ser un requerimiento en las redes de comunicaciones de largo y mediano transporte.
Un paso importante en el alcance de este objetivo, ocurrió cuando los sistemas de fibra con Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) estuvieron comercialmente disponibles. En este momento, el concepto de transportar múltiples longitudes de onda a través de una sola pieza de fibra óptica alcanzo atención comercial. La invención del amplificador EDFA allana el camino para las transmisiones ópticas a través de múltiples longitudes de onda sobre largas distancias sin la necesidad de utilizar conversiones (O-E-O) y separar la amplificación eléctrica de cada longitud de onda especifica en todas las estaciones repetidoras.
Los avances en la electrónica de alta velocidad—en combinación con la tecnología de multiplexacion por división de longitud de onda (WDM)—habilito finalmente la revolución del ancho de banda en sistemas de fibra de alta capacidad. Algunas fabricas han eliminado la conversión (O-E-O) de sus enlaces FSO, permitiendo el desarrollo costo-efectivo de un sistema "todo-óptico" de ultra alto ancho de banda usando tecnología FSO sin necesitar la conversión (E-O) entre la fibra y los enlaces de "free-space optics".
SEGURIDAD VISUAL EN EL USO DE LÁSER Y EQUIPOS
INALÁMBRICOS
Los sistemas de comunicación ópticos inalámbricos ofrecen altas capacidades con el potencial para desarrollar grandes concentraciones, una atractiva combinación que satisface las demandas que surgen del crecimiento de la Internet y otras aplicaciones. Estos sistemas son manufacturados en la actualidad por múltiples proveedores, sin embargo, existe una gran brecha en cuanto a las diferencias técnicas entre cada uno de ellos.
Todos ellos emplean transmisores ya sea con láser o diodos emisores de luz (LEDs), motivo por el cual, muchas preocupaciones han surgido en relación con los riesgos potenciales para todo aquel que se encuentre en el camino del haz emitido.
4.1 Cuáles son los peligros?
A diferencia de las microondas y las ondas de radio frecuencia, las ondas ópticas que inciden sobre una persona, generalmente no penetran, ni se disipan en el interior del tejido corporal. Cuando estas ondas inciden en el tejido de una persona, este absorbe su potencia. Dado que el nivel de energía de la irradiación de un sistema óptico inalámbrico es siempre menor al del sol, y a que se encuentra contenido en el infrarrojo, y no en el ultravioleta –peligros a parte del espectro electromagnéticodichas irradiaciones son inofensivas.
Una excepción importante la constituyen los ojos. La pupila proporciona una ventana al interior del ojo, por lo que cualquier nivel de energía óptica que pase a través de ella, generalmente terminará siendo absorbido y disipado en la retina, en el fondo del ojo. La retina es un área sumamente sensitiva del ojo, y puede ser dañada por luz muy fuerte. El nivel de riesgo del ojo depende de muchos factores, entre ellas la longitud de onda de la luz, la energía que alcanza a la retina y la zona irradiada de la retina. La densidad de energía en la retina, más que la energía solamente, es la que determina el nivel de riesgo.
4.1.1 Longitud de onda
El interior del núcleo del ojo es transparente sobre un rango de longitud de onda de la luz visible y una porción del espectro infrarrojo que incluye las longitudes de onda de la mayoría de los sistemas ópticos inalámbricos en el mercado. Independientemente de lo anterior, entre más crece la longitud de onda, el ojo comienza a tornarse opaco y la retina es mayormente protegida. Por ejemplo, para los sistemas ópticos inalámbricos que operan en una longitud de onda de 1400 nanómetros o más, no es posible que causen daño a la retina. Aunque en principio podrían causar daño al núcleo del ojo, la potencia de irradiación requerida debería exceder por mucho la potencia normalmente usada en los sistemas ópticos inalámbricos. Vale la pena indicar que las personas automáticamente evitan la mirada de aquellas fuentes peligrosas de luz visible, como por ejemplo el sol. El peligro de algunas fuentes infrarrojas, surge precisamente porque al ser invisibles, la persona puede mirarla sin darse cuenta.
4.1.2 Potencia
La fuente de potencia promedio de los sistemas ópticos inalámbricos varía mucho, y puede ir desde un miliwatt hasta más de 250 miliwatt. En el transmisor, esta energía es normalmente difundida en una gran apertura, a veces con el propósito expreso de reducir la densidad de potencia transmitida a un nivel más seguro. Cuando la potencia es distribuida de manera uniforme a través de la apertura, la densidad de potencia JT puede ser calculada dividiendo el total de la potencia entre el área de la apertura. Si el haz no llena la apertura, el total de la potencia debe ser dividido por el área del haz. En el caso de un transmisor a base de láser, la distribución a través de la apertura o del haz es usualmente Gaussiana, no uniforme, y la densidad de potencia pico ocurre en el centro. La densidad de potencia puede ser expresada en términos de miliwatt por centímetro cuadrado.
Luego de que el haz transmitido deja la apertura, este empieza a esparcirse y puede ser debilitado por las pérdidas en la atmósfera. El total de potencia que entra en el ojo es producto de la incidencia de la densidad de potencia JL y el área de la pupila. El tamaño de la pupila varía inversamente a la cantidad de luz en el ambiente.
ALGUNAS APLICACIONES TECNOLÓGICAS
En general, se puede considerar a los sistemas Free-Space Optics como una tecnología de acceso de "ultima milla" en las redes de área metropolitana. Los sistemas FSO resultan ser ideales como medio de transporte, esto debido a las características de ancho de banda que estos presentan. Algunas de las aplicaciones más comunes son las siguientes:
1. Extensión de redes metro. Muchas veces se hace necesario extender la capacidad o el alcance de los anillos metro de transporte. Esta aplicación, normalmente no llega hasta el usuario final, por lo que se considera mas bien como una aplicación para el corazón de la red.
2. Empresariales. La flexibilidad de los sistemas FSO, permite que sean desarrollados en muchas aplicaciones empresariales, incluyendo la conectividad LAN a LAN, conexiones intra-campus y otras.
3. Complemento a fibra. Enlaces redundantes pueden ser desarrollados con el fin de proteger las conexiones por fibra. En algunas aplicaciones de negocios, muchos operadores optan por desplegar dos fibras para asegurar la disponibilidad del servicio en caso de que uno de ellas sufra una salida de funcionamiento.
4. Acceso. Otra aplicación, consiste en utilizar los sistemas FSO en aplicaciones de accesos, como el acceso a redes giga Ethernet.
5. Transporte. También, estos sistemas pueden ser usados como transporte en redes LMDS o celulares entre otros.
6. Servicios DWDM. Con la integración de los sistemas WDM y FSO, desarrolladores independientes construyen sus propios anillos de red; aquí, los enlaces FSO son útiles para ayudarse a completar parte de los anillos.
En resumen, los sistemas FSO presentan grandes aplicaciones que les permite ajustarse a las necesidades del cliente y ser utilizados en múltiples y variadas aplicaciones.
Luis A. Araque D.
C.I. 18089210
EES. SECCION 2
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