Introducción
Durante los últimos años
diversos factores han propiciado el importante desarrollo tecnológico de todos
los equipos y servicios relacionados con las telecomunicaciones: grandes
avances técnicos, liberalización del sector, crecimiento de la red Internet...
Las transformaciones derivadas de todos estos procesos están convirtiendo
nuestra era, en la era de la información y las comunicaciones. Esta revolución
de las telecomunicaciones avanzadas, conocida por la Sociedad de la
Información, Autopistas de la Información o Aldea Global, descentralizará y
flexibilizará la economía, modificará los hábitos de vida de las personas y, en
definitiva, transformará radicalmente la sociedad.
Para que esta revolución tenga
lugar, es necesario mejorar las infraestructuras que soportarán servicios
multimedia e interactivos de diversa índole. En efecto, el éxito de esta
revolución global sin precedentes, depende en gran medida de la instalación de
redes de gran capacidad y bajo coste, siendo la fibra óptica el medio elegido
para los sistemas de telecomunicación.
En un principio la tecnología
óptica fue implantada para sistemas de transmisión a larga distancia, pero
ahora está reemplazando al cable coaxial y par trenzado de cobre en las redes
telefónicas locales, las redes de televisión por cable y las redes de datos de
área local. Las razones del atractivo de la fibra óptica, y en particular de la
fibra óptica monomodo, son: baja atenuación, alto ancho de banda, fácil
instalación, inmunidad a interferencias, alta seguridad de la señal,
aislamiento eléctrico, y posibilidad de integración.
No obstante, la completa
explotación de todas las posibilidades que ofrece la fibra óptica no es
sencilla, pero se ha progresado tremendamente en los últimos 20 años, durante
los cuales la capacidad de las redes de largo recorrido se ha duplicado cada
dos años. Considerando un crecimiento anual del 100%, se concluye a que los
requerimientos de capacidad para la próxima generación de equipos, en torno al
año 2010, será del orden de Tbps.
Actualmente, y gracias a la
aparición de amplificadores de fibra óptica y láseres de múltiples longitudes
de onda, la multiplexación por división en longitud de onda es uno de los temas
que más atención suscita dentro del campo de las comunicaciones ópticas, pues
estos dispositivos permiten incrementar enormemente la capacidad de los
sistemas de transmisión sin requerir de desarrollos tecnológicos significativos
y sin alterar las arquitecturas de red implantadas. Es decir, permiten una
evolución flexible y económica de las presentes redes, respondiendo a la
demanda de mayor ancho de banda por parte de los nuevos servicios de
telecomunicaciones avanzadas.
CONCEPTO DE DWDM
La multiplexación por división
en longitud de onda, multiplexación óptica o DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing) tiene su origen, en la posibilidad de acoplar las salidas de
diferentes fuentes emisoras de luz, cada una a una longitud de onda diferente,
sobre una misma fibra óptica. Después de la transmisión a través de la fibra,
las señales a cada longitud de onda diferente, pueden ser separadas entre sí
hacia diferentes detectores en su extremo final. El componente encargado de
inyectar las distintas fuentes sobre la misma fibra óptica es el multiplexor, y
el encargado de separarlas es el demultiplexor.
Cuando la distancia entre
los distintos puntos de la red es muy pequeña, la introducción de nueva fibra
puede ser una solución a los problemas de capacidad. No obstante, cuando las
distancias aumentan, o bien se tiene una base de fibra instalada, la DWDM es la
alternativa más económica.
La transparencia ha sido
otro argumento a favor de las redes de transporte DWDM. Mediante DWDM en cada
una de las longitudes de onda se pueden ubicar diferentes tasas de bit de
distintas capas superiores, como PDH, SDH, ATM e IP. Se puede ver, por lo
tanto, como una tecnología totalmente óptica, independiente de la tasa de bit y
protocolo de las capas superiores.
Hasta ahora las más
importantes técnicas de multiplexación utilizadas eran la TDM (Time Division
Multiplexing) o multiplexación por división en el tiempo, y la FDM (Frecuency
Division Multiplexing) o multiplexación por división en frecuencia. En TDM
se segregan muestras de cada señal en ranuras temporales que el receptor puede
seleccionar mediante un reloj correctamente sincronizado con el transmisor; y
en FDM, cada señal se transporta en una frecuencia subportadora que puede ser
filtrada electrónicamente por el receptor.
Si bien la FDM y la TDM son
sistemas de multiplexación incompatibles, la DWDM puede hacer uso de señales
previamente multiplexadas mediante las técnicas FDM y TDM en el dominio
eléctrico. Por ello la DWDM es, actualmente, la mejor solución a los límites de
capacidad alcanzados recientemente con la TDM en el dominio eléctrico.
La historia de las técnicas
de multiplexación ha demostrado una evolución en espiral sobre el espacio, la
frecuencia y el tiempo, tal y como se muestra en la Figura 2. En efecto, la
primera técnica de multiplexación óptica ha sido la SDM (Space Division
Multiplexing), consistente en la mera disposición en paralelo, con el fin
de incrementar la capacidad del enlace, de fibras ópticas transportando la
misma longitud de onda entre el origen y el destino. En estos momentos la DWDM,
que también puede verse como una OFDM (Optical Frecuency Division
Multiplexing) considerando separaciones entre portadoras ópticas de GHz, es
la técnica idónea para aprovechar el gran ancho de banda ofrecido por la fibra
óptica. Cabe esperar que la técnica de multiplexación óptica del futuro, cuando
se resuelvan las limitaciones impuestas por la dispersión en la fibra, sea la
OTDM (Optical Time Division Multiplexing).
En efecto, tras evolucionar
de las comunicaciones analógicas a las digitales, y de PDH a SDH, el objetivo
está ahora en pasar de SDH a DWDM. SONET (Syncronous Optical NETwork ) en Norte América y SDH (Syncronous Digital Hierarchy) o JDS (Jerarquía Digital Síncrona)
en Europa, son los estándares de transmisión digital a larga distancia que
resuelven los problemas de compatibilidad entre equipos de distintos
proveedores, la gestión y mantenimiento de los equipos, así como de la
inserción y la extracción de las señales de jerarquías inferiores -de menor
capacidad-, presentados por su predecesor PDH (Plesiochronous Digital
Hierarchy). Tanto PDH, como SONET y SDH, son tecnologías de transmisión
están basadas en multiplexación en el tiempo, que utilizan la fibra óptica como
mero sistema de transmisión, pero que realizan las funciones de amplificación,
encaminamiento, extracción e inserción de señales, etc. en el dominio
eléctrico, a diferencia de DWDM.
La tecnología de transporte
SDH permite diferentes tasas de bit o STM (Synchronous Transport Module),
desde STM-1 (155 Mbps) hasta STM-64 (10 Gbps). La protección se ofrece a través
de topologías en anillo, posibilitadas gracias a ADMs (Add and Drop
Multiplexers) o multiplexores de extracción e inserción de señales, capaces
de reconfigurarse del fallo de un enlace en menos de 50 ms. Otras
características importantes de SDH son la compatibilidad con la tecnología de
transporte precedente -es decir, PDH-, la posibilidad de transportar nuevos
formatos de señales como ATM (Asyncronous Transfer Mode),
estandarización mundial, monitorización de errores y su potente funcionalidad
de administración.
Si consideramos la capacidad de las
diferentes tecnologías como la tasa de transmisión de bits típica utilizada y
el factor de multiplexación ofrecido por los nodos de conmutación y
multiplexación, se puede ver una clara evolución:
·
Inicialmente la transmisión digital era capaz de soportar 2 Mbps (en el
primer nivel de multiplexación o multiplexores básicos), teniendo 64 Kbps cada
una de las señales tributarias. Estos 64 Kbps conforman la tasa de bit de las
redes telefónicas tradicionales.
· El siguiente paso fue mejorar la eficiencia en la transmisión,
permitiendo tasas de bit más altas introduciendocross-connects,
elementos de conmutación entre puertos de entrada y de salida. La señal
agregada pasó a tener una capacidad de 140 Mbps y un factor de multiplexación
de 2 Mbps. Por supuesto también hay tasas de bit intermedias, tales como 8 Mbps
o 34 Mbps. Esta tecnología es PDH.
· Un paso mayor, que está de hecho en desarrollo en todos los países del
mundo, es la introducción de SDH. Actualmente el factor de multiplexación es de
150 Mbps y es posible una capacidad de 10 Gbps. Nótese, de nuevo, que son
posibles otras tasas de bit intermedias.
· Una nueva etapa está en el uso generalizado de la DWDM, que aún no ha
sido totalmente estandarizado debido la rápida evolución de estos equipos, lo
que imposibilita producir recomendaciones a tiempo y constituye una clara
desventaja frente a SDH. Ya no se está lejos de alcanzar una capacidad de 320
Gbps (32 longitudes de onda), con un factor de multiplexación de 10 Gbps.
· El paso siguiente se dará posiblemente en torno al año 2010 y requerirá
grandes avances que superen las limitaciones de la DWDM, consiguiendo
incrementar el factor de multiplexación a 320 Gbps con una capacidad total de
10 Tbps, o quizás la combinación de DWDM con el principio de TDM en el dominio
óptico.
Todas estas características hacen de
DWDM la mejor técnica a corto plazo para llegar a aprovechar todo el ancho de
banda ofrecido por una fibra óptica, sin necesidad de cambiar todos los equipos
y enlaces existentes. La tecnología DWDM es estos momentos, ampliamente
utilizada en redes de cable de fibra óptica submarinos internacionales,
consiguiendo unas capacidades y una funcionalidad inimaginables hace tan sólo
cinco años. Los equipos actuales pueden albergar hasta un SMT-16 (2,5 Gbps) en
cada una de las 32 longitudes de onda que soportan, lo que hace una capacidad
total, que puede ser utilizada gradualmente, de 80 Gbps. En un futuro próximo
se podrá incrementar la capacidad por longitud de onda a un STM-64 (10 Gbps).
El principal reto en el diseño de estos
sistemas es cómo conseguir un mayor número de longitudes de onda sobre
distancias de alrededor de 12.000 Km, para lo que se debe tener un especial
cuidado seleccionando las características de dispersión de cada fibra y el
espaciado entre longitudes de onda. Además, la seguridad y disponibilidad, son
requerimientos absolutamente necesarios de las redes submarinas, por lo que muchos
tramos utilizan componentes redundantes y topologías en anillo. Para ello es
necesario emplear OADM (Optical Add and Drop Multiplexers).
La investigación y desarrollo de las
redes DWDM en redes regionales y metropolitanas ha madurado considerablemente
en pocos años, además de haberse incrementado el número de prototipos
experimentales que actualmente están siendo probados en Europa, Estados Unidos
y Japón. Ya se ha anticipado que la próxima generación de Internet, red donde
el crecimiento de usuarios ha sido especialmente espectacular, casi
exponencial, empleará backbones ópticos basados en DWDM.
La evolución esperada para las
nuevas arquitecturas de red óptica DWDM se espera que sea similar a la
observada en las redes SDH:
· En un primer paso (1997-2000) se instalarán enlaces punto a
punto. No obstante, la gran capacidad que soportan éstos, hacen de la
fiabilidad y seguridad, características totalmente necesarias. Ciertos equipos
permiten el envío de información por un camino redundante de protección, lo
cual constituye una forma sencilla y barata de conseguir el reencaminamiento de
la información, en caso de cualquier problema en el enlace activo.
· El siguiente paso (2000), será la introducción de multiplexores
de inserción y extracción de canales ópticos o OADMs, y la aparición de
arquitecturas en anillo como las de las actuales redes SONET/SDH.
· El último paso (2001), será la interconexión de diversos anillos,
dando lugar a que todas las funciones de conmutación y encaminamiento se
realicen totalmente en el dominio óptico en función de la longitud de onda de
las señales. Un elemento importante son los cross-connects ópticos o OXCs (Optical
Cross Connects), que son elementos de conmutación de canales entre puertos
de entrada y de salida.
En unos cinco años, la red de
transporte europea experimentará un profundo cambio, posibilitado por las
soluciones DWDM ofrecidas a los operadores europeos por los principales
suministradores de dispositivos ópticos: Alcatel, Ciena, DCS, Ericsson,
GPT-Siemens, Lucent, NEC, Nortel, Pirelli. Las cifras de mercado que se prevén
para DWDM se sitúan, según la consultora norteamericana de fibra óptica KMI,
desde los 3.000 millones de dólares actuales, a los más de 9.000 millones para
el año 2004, siendo Estados Unidos el principal inversor. La implantación de la
fibra óptica seguirá su expansión, creciendo desde los 22,8 millones de Km en
1995, hasta los 63 millones de Km del 2001, con una implantación mayoritaria en
Estados Unidos, Japón y China.
