Por Francisco Apablaza M.
En todas las tecnologías, cada cierto tiempo, aparecen las “Nuevas Generaciones”, propias de su evolución. En esta oportunidad aparece la NG-WDM (se dice que ésta es la 3a generación), que está sufriendo en los próximos años un cambio, que han debido asumir todas las tecnologías de los medios de transmisión, ello es, entre otros, la conmutación, como necesidad de optimizar su utilización. Se ha aplicado conmutación de circuitos, de paquetes, o de mensajes; conmutación estadística o secuencial; los datagramas o circuitos virtuales.
La optimización requerida va por la necesidad de mejorar la utilización de un recurso que se agota y destinarlo a un usuario sólo por determinados tiempos de conexión según sea su demanda, lo que lleva también una optimización en los costos involucrados en los modelos de asignación de éstos para determinar una valorización de los servicios.
La conmutación conlleva agregar una complejidad adicional a la tecnología de transmisión propiamente tal: la inteligencia del control, que también ha evolucionado drásticamente, desde el control electromecánico que se utilizó en la telefonía de los años 50-60 hasta el control basado en máquinas, mediante los computadores o por software.
El WDM se originó para compartir un recurso de alto costo, como es la fibra óptica de tendidos de largas distancias (regionales, nacionales o internacionales, transcontinentales), pero al ser un multiplex es una asignación permanente de parte del recurso fibra: un canal óptico, o una lambda. Con la demanda siempre creciente, hay redes en que se prevé, puedan llegar a utilizar toda la capacidad de la fibra óptica, por lo tanto también ya hay propuestas tecnológicas para afrontar el reto de extender la vida útil comercial-contable de los cables de fibra óptica, a menos en lo que dice relación a su ancho de banda de utilización. La vida útil técnica por deterioro físico de los materiales de los cables, que es varios decenios de años, probablemente no se pueda extender.
La NG-WDM, ¿cómo se ha afrontado el desafío? Las técnicas a aplicar son las mismas de antaño: modulación multinivel óptica, conmutación óptica para asignación dinámica de rutas y una nueva asignación de canalización, de grilla a fija a grilla flexible. De estas propuestas, la de mayor avance es ésta última. En este documento se procura dar un resumen introductorio a la nueva evolución de nueva generación a que se enfrenta el uso de la fibra óptica.
La Demanda
Lo más repetitivo que se encuentra es la creciente demanda de ancho de banda o capacidad de transmisión, que se muestra en curvas exponenciales de la tasa de crecimiento de los requerimientos de capacidad [bps].
Sin embargo, la realidad es bastante diferente en cada país o cada red, no en cuanto al crecimiento, sino a las capacidades realmente utilizadas y por lo tanto a las perspectivas de llegar a una situación crítica.
Las redes de transporte actuales en buena parte se comparten entre grandes tributarios SDH de alta jerarquía (STM16-STM64) y los grandes routers IP-MPLS CORE que hacen uso de algún canal óptico.
Cualquiera sea el tipo de concentración que alimenta un WDM, son afluentes previos que provienen de múltiples fuentes de información, de múltiples tipos de información y/o servicios finales al usuario (telefonía, fija, telefonía móvil, datos dedicados, datos internet, video, etc,). En consecuencia para planificar el futuro de la red de trasporte WDM no se puede perder de vista esos afluentes, pues sus requerimientos de conectividad difieren de unos a otros. Tampoco se debe olvidar la cada vez más cercana convergencia IP, que harán realidad la visión de Shannon, Nyquis y Hartley de que toda fuente de información no son más que bits.
Mientras se tengan concentradores SDH aguas arriba, en el WDM no se podrá aplicar conmutación, ya que por definición del SDH obedece a circuitos permanentes. Sin embargo, cuando son Routers MPLS, si es posible un conmutación, pues están presentes protocolos de conmutación de paquetes que podrán asimilarse a una conmutación posterior en el WDM.
Fig 1. Tributarios de un WDM
La concentración de múltiples fuentes o "grooming" realizada por los routers de alta jerarquía (Core Routing) ya están evolucionando a disponer de interfaces ópticas conmutadas y en la evolución que viene se habla de GMPLS, las aplicación de OLS (Optical Label Switching), de OTN (Optical Transport Network), ASON (Automatic Switched Optical Network) y más.
Con el advenimiento de la conmutación óptica hay que retomar los conceptos de teletráfico, el comportamiento probabilístico de la demanda y los modelos de estimación de la probabilidad de congestión. En el dimensionamiento del tráfico de datos (paquetes) no ha llegado a imponerse modelos clásicos de estudio como ha sido para la telefonía, no obstante que los principios del teletráfico son similares, pero en datos ha sido más simple establecer modelos de dimensionamiento por sobre carga (overbooking).
La Variabilidad de la demanda de las conexiones ópticas son: de destino o ruta, de ancho de banda; de inicio y de término de la conexión (duración). El direccionamiento para establecer el destino y el establecimiento de la conexión hará uso de algoritmos de asignación dinámica de los recursos (lambda-ligth path) entre cada nodo de la red, para lo cual se estudian varias alternativas.
En general el comportamiento del inicio y término de la conexión se puede modelar en forma similar al de cualquiera demanda de servicios, aunque con tendencias medias bastante diferentes. El típico modelo es uno del tipo ON-OFF y del tipo markoviano de nacimiento y muerte, que representa el sistema en sus dos estados de libre y ocupado.
Fig 2. Modelo de la oferta de tráfico
El instante en que aparece un requerimiento, se puede modelar como una variable aleatoria del tipo Poisson. Así, si los requerimientos tienen una media de λ=10 solicitudes/hora, significa que esa es la media de la distribución de poisson, que se grafica como:
Fig 3. Distribución de Poisson
Donde se representa una observación de la demanda simulada por “Montecarlo” que ocurre con la frecuencia estadística mostrada en (a) en que claramente la tendencia media es entre 8 y 10 solicitudes simultáneas, lo que se traduce en (b) en la función probabilidad de dicha variable.
Si se asigna o dimensiona que 14 recursos atiendan esa demanda, desde la función distribución acumulada se puede ver que aproximadamente el 85% de las solicitudes serán atendidas. Por supuesto que esa cifra no es adecuada como QoS (calidad de Servicio) para un sistema de telecomunicaciones.
Fig 4. Distribución Acumulativa
Lo indicado es sólo una primera aproximación al problema del modelamiento y dimensionamiento. También hay que tener en cuenta cómo sería la variable aleatoria de duración de la conexión, la que típicamente para telefonía ha sido del tipo exponencial negativa, que representa que muchas llamadas son breves y pocas son largas. Ésta es una de las incógnitas principales para el tráfico de datos.
Hay tres modelos clásicos aplicados en dimensionamiento para teletráfico: ErlangB, ErlangC y Engset, que en algunos trabajos se ha evaluado su representatividad para este tipo de demandas.
Otro gatillante del aumento de demanda es la necesidad de planificar redes de muy alta disponibilidad, lo cual implica duplicar y hasta triplicar los recursos dedicados a rutas respaldadas.
Grillas de canalización
Los principios teóricos de toda canalización están relacionados con las características de la modulación, que en el caso óptico hasta ahora es más común la del tipo OOK. En cualquier caso hay que prevenir la interferencia inter portadoras o intercanales, los índices de intermodulación entre las múltiples portadoras presentes en el medio de transmisión, lo que limita las máximas potencias de transmisión.
Se puede resumir las condiciones a contemplar para asignar la separación Δf y la tasa de modulación B (Baud Rate) en la tabla tomada de [9]:
| Condiciones | Aplicación |
|---|---|
| Δf/B ≥ 5 | Típico WDM (10GBd sobre 100 GHz) |
| 1,2 < Δf/B < 5 | Típico DWDM (10GBd o 28 GBd sobre 50 GHz) |
| 1,0 < Δf/B ≤ 1,2 | WDM quasi Nyquist |
| Δf/B = 1,0 | WDM Nyquist |
| Δf/B < 1,0 | WDM Super Nyquist |
Fig 5. Condiciones de canalización del espectro óptico
En la práctica, el espectro óptico posible de ocupar en una fibra se ha establecido como una norma técnica derivada de la Recomendación ITU-T G.694.1 para sistemas DWDM y G.694.2 para CWDM. Revisando la recomendación para DWDM, por ser los sistemas de uso práctico para redes de larga distancia de alta capacidad, se encuentra que establece “The frequency grid, anchored to 193.1 THz, supports a variety of channel spacings ranging from 12.5 GHz to 100 GHz and wider” [10].
En la actualidad la mayor parte de la tecnología desplegada obedece a alguna de las asignaciones de canalización rígida con separaciones de canales de 12,5; 25; 50; y 100 GHz centradas en los 193,1 THz, para tasas de transmisión de 10; 40; 100 Gbps. Ya en evaluación sistemas con otras separaciones de canal para 400Gbps y 1 Tbps
Fig 6. Grilla fija
También ya está definida una grilla flexible con modularidad de 12,5 GHz (FSU) para distintas tasas binarias de transmisión, que significa un uso más eficiente del espectro, cuando hay demandas no homogéneas [8].
Fig 7. Grilla flexible
Más detalladamente, la definición dada para la grilla flexible es: “las ranuras de frecuencia permitidas tienen una frecuencia nominal central dada por 193,1+n(0,00525) THz, donde n es un entero positivo o negativo incluyendo el cero. El ancho de la ranura (canal) está dado por 12,5*m GHz, con m entero positivo. En definitiva, la gran ventaja es la granularidad de asignación que se puede conseguir con esta grilla.
Fig 8. Un ejemplo de uso de grilla flexible [10]
La tecnología actual consigue multiplexar en etapas sucesivas varios rangos espectrales, pudiendo llegar a desarrollar equipamientos que operan con una gran cantidad de canales ópticos en las bandas asignadas para WDM (CyL).
Fig 9. Bandas ópticas utilizadas
Modulación multinivel
Lo más clásico de la optimización del uso espectral en el pasado han sido los formatos de modulación multinivel, aumentado la tasa de bits/Hz. La tecnología hasta hoy desplegada es mayoritariamente OOK (modulación binaria directa de la intensidad de luz), sin embargo, ya hay avances en esquemas de modulación óptica multinivel, aunque se paga el precio de una mayor probabilidad de errores, que obliga a las técnicas de codificación de canal FEC de mayor capacidad.
Fig 10. Esquemas de modulación óptica [9]
Para tasas superiores a los 10Gbps se ha utilizado moduladores Mach-Zehnder (MZM) de modulación continua de luz de laser DFB (distributed feedback laser), o también moduladores de electro absorción (EAM). Las tablas resumen de [12] describen varios casos y sus características. Fig. 11. Algunas características de modulación óptica multinivel [12] Puede consultarse la referencia citada para entrar a mayores detalles.
Enrutamiento y Conmutación dinámica
La flexibilidad esperada en las nuevas redes ópticas contempla también asignar rutas en forma dinámica, para ello el "crossconect" manual en DDF queda obsoleto y es reemplazado por tecnologías de conmutación basadas en conmutación selectiva de longitud de onda WSS (Wavelength Selective Switching) utilizando dispositivos tales como micro espejos MEM (Micro-Electro-Mechanical Systems ) y otros para establecer los puntos de cruce de los conmutadores.
Se establecen así matrices de conmutación espacial, las que podrían optimizarse de acuerdo a la estructuras de Clos aplicadas en la época de los conmutadores telefónicos, que minimiza el número de elementos de conmutación manteniendo la accesibilidad a todos los puntos de salida. La conmutación dinámica en la red es orientada a la conexión de circuitos, estableciendo "lightpaths" de extremo a extremo desde un nodo fuente a un nodo destino. Para este objetivo es que se desarrollan nuevos dispositivos de conmutación, esquemas de modulación flexibles, algoritmos y protocolos de activación.
Incorporar este grado de conmutación también requiere de algoritmos de enrutamiento y asignación de recursos, de protocolos de señalización y toda la complejidad del plano de control. Todo esto ha llevado a establecer normativas que se han dado en el seno de los grupos de trabajo de la UIT-T y del IETF, como se muestra en la fig.12 y 13 para los que se conoce como ASON (Automatically Switched Optical Network) y GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching).
Fig 12. Organizaciones desarrollando estándares
Fig 13. Especificaciones del plano de control
De esta última figura se puede ver la gran cantidad de documentación de normalización que se ha publicado en relación a la evolución analizada.
Muchos son los términos y siglas que se han acuñado en relación a estos temas, aunque se debe tener en cuenta, que a veces no terminan de imponerse en forma universal. Para algunos de ellos se entrega a continuación una lista de acrónimos y glosario:
BGP (Border Gateway Protocol): es un protocolo de intercambio de información de enrutameinto hacia el exterior de una red. Es especialmente usado entre los operadores ISP (Internet Service Providers) y también entre grandes clientes y su ISP.
CoS (Class of Service): campo del encabezado que categoriza (0-7) el tráfico de un paquete Ethernet para su tratamiento por la capa 2.
EON (Elastic Optical Networking): se refiere en innovador enfoque de redes ópticas que permita la promesa de redes de asignación dinámica de recursos adaptándose a los requerimientos de la demanda instantáneamente.
LCP (Least Congested Path): una de las tantas modalidades de enrutamiento del tipo heurístico propuestas en literatura, junto a: (1) Random, (2) First-Fit, (3) Least- Used/SPREAD, (4) Most-Used/PACK, (5) Min-Product, (6) Least Loaded, (7) MAX- SUM, (8) Relative Capacity Loss, (9) Wavelength Reservation, y (10) Protecting Threshold. Para una introducción a las distintas alternativas de enrutamiento se recomienda la referencia [13]
LMP (Link Management Protocol): uno de los protocolos de GMPLS para coordinar nodos que están en contacto para la señalización y /o enrutamiento, gestionando así un conjunto de enlaces entre dos nodos.
MPLS=MPS ; (Multiprotocol Lambda Switching): una integración entre protocolos del plano de control de MPLS y los conmutadores fotónicos para potenciar su capacidad de provisionamiento, para permitir que la capa de servicio de los agregadores puedan requerir en forma dinámica el ancho de banda requerido a la capa de transporte.
OBS (Optical Burst Switching): es un paso intermedio entre OCS y OPS, donde la información de control es enviada fuera de banda en un canal óptico diferente.
OLSR (Optical-Label Switching Router): es el tipo de equipo (router) que soluciona la integración IPoDWDM facilitando el control extremo a extremo entre la capa IP y la capa de transporte WDM.
OPS (Optical Packet Switching): conmutación de paquetes directamente sobre un enlace óptico para mejorar la pobre utilización del recurso espectral de la conmutación estática de circuitos ópticos (OCS).
OSN (Optical Switching and Networking): para referirse a todo lo relativo a conmutación y redes ópticas.
OSPF (Open Shortest Path First): corresponde a un algoritmo o protocolo de enrutamiento o encaminamiento que elije el camino más corto entre dos nodos de una red. Tambié se le menciona como la ruta de menor costo.
OXC (Optical cross-Connects): es un dispositivo usado en redes para conmutar señales ópticas hacia distintas rutas (lightpath). Han evolucionado de ser electro ópticos a ser totalmente ópticos. Se puede decir que el OADM ( Optical Add-Drop Multiplexer) es un caso especial de OXC. También se usa PXC (PhotonicXC).
QoS (Quality of Service): es el término utilizado para referirse a la calidad de servicio de una red u operador en sus múltiples aspectos. También se utiliza para identificar y clasificar determinados paquetes de información para su priorización en la red, como por ejemplo tráfico de voz IP por sobre FTP.
RMLSA (Routing, Modulation Level and Spectrum Assignment): en relación a transceptores elásticos que pueden ser configurados asignando dinámicamente acción de su matriz de conmutación y topología de red; un formato de modulación adecuado para el máximo alcance y disponibilidad de ancho de canal espectral; y también de los enlaces ópticos disponibles (lightpath) en busca de la condición óptima de asociación entre requerimiento de tráfico y red óptica elástica o flexible.
RSA (Routing and Spectrum Assignment): mecanismo mediante el cual el plano de control selecciona las rutas posibles en la red (enlaces entre nodos) y asigna los el espectro ópticos (lambdas con determinado BW y lightpath).
RWA (Routing and Wavelength Assignment): el procedimiento mediante el cual el plano de control selecciona las rutas posibles en la red (enlaces entre nodos) y asigna los canales ópticos (lambdas y lightpath).
SLE (Static Lightpath Establishment): esquema de enrutamiento y asignación de lambdas como acciones independientes, típicamente utilizado en redes tradicionales de conmutación de circuitos.
ToS (Type of Service): un identificador en el encabezamiento IPv4 usado para presedencia, es decir, para categorizar las clases de tráfico (p.ej. precedencia 0 = tráfico normal, 5 = tráfico crítico). Es uno de los mecanismos para conseguir una QoS.
SDN (Software Defined Networking): aquella red donde el plano de control (software) es independiente de la topología física (hardware), en comparación a las redes actuales en que ambos están ligados. Lo que se pretende es facilitar el provisionamiento incrementado la flexibilidad y desempeño con operaciones simples, en base a protocolos y funciones de red ampliamente programables.
SDM (Spatial Division Multiplexing): se basa en el desarrollo de fibras multi-nucleo (MCF) o fibras multi modo (MMF) en vez de la mono modo (SMF) para aumentar la capacidad de ésta.
Es claro que esta lista de términos no es exhaustiva, pero toma algunos de los principales que se encuentran en la literatura y podrán ayudar a iniciar el estudio de esta NG-WDM.
Modelo de Planificación
La complejidad que imponen las múltiples tecnologías de las redes, desde el acceso, los servicios y el transporte; el comportamiento de todos los tráficos que terminan fluyendo al transporte (Fig.13); y determinar los riesgos y beneficios de introducir las nuevas tecnologías, imponen un gran desafío de planificación.
Fig 13. Diagrama de redes [9]
Toda incorporación de una nueva tecnología y todo nuevo proyecto requiere de una detallada evaluación que implica estudiar y estimar previamente los resultados de su adopción, respondiendo a: ¿es la oportunidad? ¿cuál es la demanda proyectada? ¿es un mejor costo? ¿dónde está la eficiencia? ¿se mantiene o mejora la QoS? Para responder debe establecerse modelos de evaluación.
¿es la oportunidad?
Por lo general en los países en vías de desarrollo se tiene la ventaja de que la tecnología ya viene probada en terreno previamente, por ende es un riesgo menor, sin embargo, en Chile por lo general hay un interés innovador, que hace probar tempranamente las nuevas tecnologías. Una fuente importante de información son los proveedores de tecnología con quienes se pueden hacer acuerdos de colaboración, para evaluar en terreno equipos de prueba con los últimos avances.
Un aspecto a considerar son los tiempos propios de que toma el proceso de planificación en “años presupuestarios”, como se visualiza en la Fig.14
Fig 14. Horizonte de estudio
Debe tenerse la historia del crecimiento del requerimiento de ancho de banda, para de eso proyectar un estimado futuro y por otro lado la capacidad disponible en la fibra óptica. Otros datos del tipo financiero, como la vida útil, y valor residual del equipamiento en operaciones y de los cables de fibra, pues con ellos es posible hacer una evaluación de los beneficios económicos.
Si la vida útil del recurso es aún muy lejana del tiempo presente, se dispone de mayor tiempo para evaluar e introducir una nueva tecnología. Es claro que si la capacidad está por acabar, una vida útil de corto plazo, la planificación quizá debió ya haber comenzado, y en ningún caso podrá estar pensando en tender nuevos cables de larga distancia, tanto por los montos de inversión como por los tiempos de despliegue.
¿cuál es la demanda proyectada?
Entre muchos casos de estudio que se pueden encontrar al investigar cómo se espera crezca la demanda, se presentan algunos ejemplos, como el publicado en 2010 por Analysis Mason, para el crecimiento del tráfico de datos móviles se muestra en la Fig.15, indica que quizá ya era tarde para concretar los proyectos que satisfagan esa demanda.
Fig 15. Caso 1 de estudio
Otro caso de estudio (caso 2), muestra cual sería la demanda de tráfico de acceso a internet que debiera esperar un ISP, visto el 2013. ¿cuánto de esto va a agregarse a nivel de la red de transporte?
Fig 16. Caso 2 de estudio
Las cifras mostradas en el caso 2, no están lejanas a lo que puede ser lo requerido a los ISP locales.
El caso 3 de la Fig. 17 muestra cómo un nuevo actor de demanda que impulsará una mayor demanda, esto es el tráfico M2M, o comunicación de máquina a máquina que se espera genere un explosivo crecimiento en número de conexiones incrementando los requerimientos de las redes en cuanto a ancho de banda (velocidad y throughput).
Fig 17. Caso 3 de estudio
El caso 4 mostrado en la Fig. 18 otra componente de crecimiento que está experimentando, del acceso móvil generado por los nuevos terminales telefónicos, que ya son utilizados para mucho más que el tráfico de voz.
Fig 18. Caso 4 de estudio
Un fenómeno similar se muestra en la Fig. 19, pero en comparación al tráfico de acceso fijo en los países de la OECD.
Fig 19. Caso 5 de estudio
La pregunta es ¿cuáles son los estudios de demanda a largo plazo en nuestro medio?, información que se mantiene reservada en gran medida, aunque se consulte:
http://www.subtel.gob.cl/2013-09-09-13-03-51/normativa-tecnica-internet
poco es lo que se puede obtener de los distintos operadores. Sólo encuentra alguna información discontinuada, como la del gráfico de la Fig. 20 para un enlace internacional de 10 Gbps.
Fig 20. Caso 6 de estudio
La imagen de la Fig. 21 posiciona a distintos países en cuanto a índices de su accesibilidad a internet y calidad de servicio.
Fig 21. Caso 7 de estudio
¿dónde está la eficiencia?
Los factores de eficiencia y optimización deben establecerse claramente, para traducirse en datos específicos a incorporar a la evaluación de costos.
Las nuevas tecnología WDM esperan conseguir, con la flexibilidad, una mejor utilización del ancho de banda en la red de transporte, reducción del número de transpondedores, menor OPEX por SDN y también por consumo energético, lo que adicionalmente contribuye a la idea de las redes verdes.
Fig 22. Variabilidad del tráfico
En el gráfico de la Fig. 22 queda claramente expresada ventaja de disponer de una tecnología que permita una adaptabilidad de recurso ancho de banda al tráfico real.
Mediante simulación, múltiples trabajos estiman cifras de eficiencia en el uso del recurso espectral, mediante asignación dinámica, manteniendo reducidos objetivos de probabilidad de bloqueo.
Fig 23. Simulación de aleatoriedad del tráfico [9]
En la ref.[9] confirma la simulación de los arribos de requerimientos de conexión del tipo poissonianos y duración de la conexión con distribución exponencial negativa, así como la problemática de la fragmentación espectral que se analiza en la ref.[14], que informa un 40% de mejor capacidad transmisión mediante la incorporación de nodos ópticos flexibles, que incorporan mejoras a las aplicaciones de enrutamiento dinámico y modulación flexible, las que generan un efecto de fragmentación del espectro, contrarrestándolo con un algoritmo de defragmentación.
Fig 24. Resultado de mejora por defragmentación [14]
¿se mantiene o mejora la QoS?
Sin duda al existir una asignación dinámica de recursos habrá una degradación de la QoS debido a la probabilidad de congestión, por ello los modelos de estimación y simulación del tráfico de datos, son de suma importancia, y existe mucha investigación al respecto. En la ref. [13] se puede ver resultados de la simulación de los distintos esquemas de asignación para rutas entre nodos. Como ejemplo, sólo se muestra un caso de análisis para un segmento de red con 6 enlaces y 7 nodos concatenados, para los cuales de simula la carga de tráfico y estimación de probabilidad de bloqueo según se muestra en la Fig. 26 para seis algoritmos de asignación, sobre 1 fibra con 16 lambdas.
Fig 25. Diagrama de uso de λ`s para un segmento de red de 6 enlaces [13]
Se puede observar que para altas cargas de tráfico el método que se aleja algo del resultado de los otros es RCL. Es interesante ver que 16 recursos servidores pueden cursar un tráfico de aproximadamente 30 Erl con un 5% de probabilidad de pérdida. En el documento citado se podrá estudiar e detalle éste y otros resultados, para diferentes números de recursos: 4 y 8 lambdas.
¿es un mejor costo?
En este caso el principal recurso de análisis es el cable de fibra óptica, cuyos costos e inversión y en tiempo de construcción son extremadamente elevados, por lo tanto si su capacidad se ve amenazada de ser sobrepasada por la demanda, no es opción pensar en aumentar los cables de fibras, al menos en las mismas rutas que lo requieran. Sólo podría llegar a justificar por diversidad de ruta para mejorar la tolerancia a fallas de la red.
Hacer un mejor uso del recurso, trae como consecuencia un menor costo que debe reflejarse en las distribuciones de costos hacia el servicio. Mientras más bajo de la capa física del modelo de redes está el costo, más complejo es determinar su contribución al servicio final. El modelo de costos debe establecer el horizonte de evaluación considerando la vida útil, la que puede diferenciarse al menos en tres casos importantes: la vida útil contable-financiera para depreciación de reposición e impuestos; la vida útil comercial para determinar el retorno (ROI) y la vida útil técnica que incide en la confiabilidad y duración física. Así por ejemplo, al introducir una nueva tecnología que extienda el tiempo de uso de la fibra óptica, puede extender el horizonte de uso de ella y dependiendo del valor residual que se haya considerado previamente, cambiará su influencia en el nuevo modelo de costos. Si una fibra hoy puede transportar 4 Tbps y con una nueva tecnología WDM se extiende a 6 Tbps, es evidente que el costo del bit transmitido se reducirá.
Determinar los costos de toda una red de fibra óptica no es trivial, debido por la gran cantidad de variables: tendidos aéreos, subterráneos, cables ADSS u OPGW; servidumbres y obras civiles. Un modelo de cubicación de proyectos debe tener todos los elementos, y todas las condiciones de las distintas zonas de instalación. Para llegar a establecer un costo medio, es preferible hacer uso de las liquidaciones de activación de los proyectos de fibra óptica que contienen todas las imputaciones y así establecer un valor medio de la unidad de costo establecida (fibra/km; cable/km).
Un dato empírico que se conoce es que las obras civiles son del orden de 60 a 80% de la inversión total. El rango se que se encuentran las cifras de instalación de cables de fo es entre 10 y 100 us$ por metro. De no contar dato alguno, puede salvar la situación considerar una media de us$ 50/mt cable instalado, el número de filamentos es entre 12 y 24 para redes de larga distancia. Las primeras aplicaciones de la red de larga distancia fue interconectar centros de conmutación telefónica que permitían cientos de llamadas simultáneas, por lo tantos era necesario llevar el costo de cable de fibra a la unidad de llamada/minuto, valor a agregar al costo de comunicación local. Entonces localidades debe agregarse dos nodos de conmutación (centros de tránsito, al menos parte de ellos) y equipos multiplexores que permitían asignar canales dedicados a ser utilizados por los conmutadores.
Actualmente la fibra se comparte con canales telefónicos dedicados (cada vez menos) con circuitos dedicados para la transferencia de tráfico de paquetes (Fig.1). El primer paso en la asignación de costos de la fibra será la unidad canal óptico (Lambda), por tanto definir la capacidad potencial y la capacidad real y la proyección de tiempo en que se utilizará. La unidad de costo de interés hoy será el bps ó Gbps como capacidad de tráfico a cursar.
Es evidente, que en la medida que mas demanda se pueda cursar por el mismo medio de transmisión, mayor será la utilización del recurso, que viene a ser el divisor de su costo.
Conclusion
Inevitablemente llegará el momento, más temprano que tarde, en que la red de trasporte WDM deberá incorporar criterios de diseño de tráfico aleatorio (modelamiento de demanda de Poisson y ocupación exponencial decreciente), diseñar para determinadas cargas de tráfico y estimar indicadores de congestión, ya sea como tráfico perdido o retardado para satisface una QoS adecuada para el servicio.
Ya se está en los albores de la EON, de la que espera, cambiar ancho de banda y/o formato de modulación como reacción dinámica de adaptación al tráfico. No obstante hay que tener en cuenta que existirá una probabilidad de bloqueo, también la fragmentación del espectro ayuda a incrementar ese posible bloqueo.
La EON puede explotar las variaciones de tráfico, de larga y corta duración, permitiendo una concentración (grooming) más flexible, respondiendo con una capacidad (Gbps) mediante la modificación del formato de modulación, y la asignación de mas subportadoras en el lado transmisor. Este ajuste dinámico de la red producirá también un beneficio de ahorro energético, al dejar determinados elementos en condición de reposo en los intervalos de mas bajo tráfico.
Otro desafío es que el procesamiento del plano de control y la reacción de los dispositivos a controlar reaccionen a los tiempos de conexión y desconexión que lo requiera el tráfico.
En resumen lo que se espera de la NG-WDM EON (Elastic Optical Networking) [9]:
| Característica | Beneficios Potenciales |
|---|---|
| Automatización y simplificación de la gestión |
|
| Operación Diámica |
|
| Asignación flexible del espectro |
|
| Incrementa Confiabilidad |
|
| Ofrece servicios heterogéneos |
|
| Escalabilidad |
|
| Eficiencia de costos |
|
| Eficiencia de energía |
|
| Plataforma para crear nuevos servicios |
|
Referencias de consulta:
[1] Cisco pronostica el crecimiento en uso de ancho de banda fija en Argentina; 2014.
http://www.datamation.com.ar/agencias/7017-cisco-pronostica-el-crecimiento-en-uso-de-ancho- de-banda-fija-en-argentina
[2] Demanda de ancho de banda y redes de transporte óptico; 2014. http://www2.alcatel-lucent.com/techzine/es/demanda-de-ancho-de-banda-y-redes-de- transporte-optico/
[3] Los países emergentes, a la cabeza del crecimiento mundial de ancho de banda; 2013. http://www.xatakaon.com/tic/los-paises-emergentes-a-la-cabeza-del-crecimiento-mundial-de- ancho-de-banda
[4] Sector telecomunicaciones año 2014; Subtel; 2015. http://www.subtel.gob.cl/attachments/article/5521/PPT%20Series%20Diciembre%202014%20V Final.pdf
[8] J.M. Simmons; The future of optical networking and communications is here; OFC2014.
[9] F.Pittalá & J.lopez; Future of Optical Systems and Networks; Huawei, LatinCom 2014.
[10] Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid; ITU-T G.694,1; 2012.
[11] I.Tomkos et al; A Tutorial on the Flexible Optical Networking Paradigm: State of the Art, Trends, and Research Challenges; Proceedings of the IEEE; 2014.
[12] E.Lach, W.Idler; Modulation formats for 100G and beyond; Optical Fiber Technology; 2011. [13] HUI ZANG et al; A Review of Routing and Wavelength Assignment Approaches for
Wavelength-Routed Optical WDM Networks; OPTICAL NETWORKS MAGAZINE; 2000.
[14] Fujitsu Develops World's First Technology to Increase Efficiency of In-Service Optical Network Resources; Press releases; 2012.
Francisco Apablaza M.
Abril 2015