Abstract
En el presente artículo, vamos a hablar de las diferentes ventajas que en la actualidad representa para las empresas el poder llevar los enlaces de Fibra Óptica, prácticamente hasta el escritorio de sus empleados, así mismo, hablaremos de las grandes ventajas que esto conlleva para las empresas dedicadas al diseño e instalación de redes, tanto para el área empresaria como para los usuarios domésticos, desde los grandes corporativos multinacionales, hasta los miles de hogares que cuentan con servicios de televisión pro cable, telefónica, Internet, etc. Del mismo modo, hablaremos a grandes rasgos de la historia de la fibra óptica, su aplicación como medio de transmisión y el futuro de la fibra.
Introducción
En la actualidad, la importancia de las comunicaciones ha ido en aumento considerablemente, hasta el punto en el que se han vuelto de vital importancia para la vida de las empresas (así como de las personas).
Es sumamente difícil imaginarnos la vida sin teléfono, sin Internet, sin Chat, sin Messenger, sin televisión, sin correo electrónico, en fin, sin canales de comunicación remota.
Esta importancia es la que ha originado una exigencia para los canales por los cuales se transmite la información que deseamos enviar (o recibir, según sea el caso). Nos interesa que la información viaje de forma rápida, segura, integra.
Antecedentes de las redes de telecomunicaciones
Desde hace muchos años, el ser humano ha establecido canales de comunicación. Se tiene evidencia que desde los años 200 A.C., las civilizaciones antiguas utilizaban mensajeros en relevo a pie (o a caballo) para enviar mensajes. Si las estaciones de relevo estaban en la línea de visión, a veces se utilizaban señales de humo en vez de enviar físicamente al mensajero y, como es de imaginarse, estas señales no podían ser muy complejas.
Esto cambio radicalmente en 1973, cuando Claude Chappe inventó el telégrafo óptico: un sistema de señales que podía alcanzar grandes distancias, basado en una especie de semáforo con ciertos grados de movimiento, con lo que se podían codificar cientos de símbolos.
Con este telégrafo óptico, se construyó la primera red de telecomunicaciones en Europa entre los años de 1793 y 1852.
En 1880, Alexander Graham Bell inventó el fotófono, con el cual demostró que la voz se podría transmitir en un haz de luz. Bell enfocó un haz de luz en un espejo delgado, al hablar las ondas sonoras hacían vibrar el espejo, y la cantidad e energía que se transmitía al detecto de luz variaba en intensidad de una manera correspondiente.
Durante los años consecuentes y hasta 1970, con los experimentos desarrollados en los laboratorios BELL y los desarrollos de diodos láser que podían operar a temperatura ambiente, basados en una estructura hetero-unión, se despertó un gran interés en las comunicaciones ópticas, debido a que el láser representaba una fuente óptica coherente que podía proporcionar una capacidad de información cien mil veces mayor que la que podía ofrecer un sistema de microondas.
Con el potencial que podían proporcionar las comunicaciones ópticas, a mediados de los 70’s se realizaron experimentos que utilizaban la atmósfera como canal de comunicación (lo que años después se manifestaría como las redes inalámbricas), posteriormente se intento transmitir por diversos medios, tales como el agua, hasta que se introdujo la idea de utilizar vidrio para transmitir las señales de luz emitidas por un láser, sin embargo la perdida de luz era demasiado grande, hasta 1949, cuando después de muchos años de investigación, se decidió utilizar un revestimiento al vidrio para evitar la perdida desmedida de luz, y con este principio de transmitir luz por medio de una barra de vidrió dentro de un tubo, se dio origen a la fibra óptica.
Aún con los avances hasta ahora obtenidos, la perdida que representaba la utilización del vidrio la hacia inadecuada para la transmisión de datos, por ende, la hacia inoperante para las redes de telecomunicaciones a gran distancia.
Después de muchos años de investigación con resultados pocos favorables, se llegó a la construcción de fibras a base de Silicio dopadas con germanio (para aumentar la refracción) o con flúor (para disminuir la refracción)
En la actualidad, las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: el grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas.
Físicamente las fibras ópticas se encuentran divididas en dos partes:
- Núcleo: Hecho de silicio, es en donde se transmite la información el cual tiene un diámetro de 9mm, 50mm o 62.5mm.
- Revestimiento: Hecho de silicio dopado con germanio, es el que funciona como un espejo para el núcleo con un diámetro de 125mm.
Finalmente la cubierta primaria, la cual le provee de resistencia mecánica, código de color y protección contra humedad a una fibra y un diámetro de 250mm
Básicamente hay dos tipos de fibras ópticas:
- Monomodo: Es una fibra por la cual se transmite un solo tipo de señal por el núcleo de 9mm. Por ser un diámetro muy pequeño la señal en esta fibra alcanza hasta 100Km sin tener que poner un amplificador de señal.
- Multimodo: Es una fibra por la cual se transmiten varios tipos de señales al mismo tiempo por el núcleo de 50mm o 62.5mm. La desventaja de esto es que la distancia de transmisión es muy corta en comparación con la fibra monomodo, 5-6Km, por lo que su utilización solo en redes en donde se necesita trasferir un volumen alto de información a poca distancia.
Dentro de la clasificación de la fibra, podemos encontrar tres tipos principales de cables:
Cable de Guarda con Fibras Ópticas OPGW:
- El cable de Guarda con Fibras Ópticas tiene principalmente dos propósitos importantes:
- Protección contra descargas eléctricas a líneas de alta potencia en torres de transmisión.
- Se habilita como canal de comunicación de alta capacidad de transmisión de información.
- El cable OPGW esta compuesto por una corona de alambres de Alumoweld en el exterior y un tubo de aluminio en donde van integras las fibras ópticas.
- Cables Dieléctricos Autosoportados ADSS:
- Este tipo de cables con fibras ópticas, tiene la peculiaridad de no contar con algún elemento de metal, por lo que lo hace un cable muy liviano y manejable cubierto por una capa de polietileno.
- El elemento en el cable que le otorga la rigidez mecánica y de tensión, son los hilos de aramida o kevlar, que es con lo que hacen los chalecos antibala.
- Estos cables son diseñados a la medida del proyecto, ya que el costo del cable es variado dependiendo de los claros interpostales y si lleva o no resistencia al efecto tracking.
Cables Tipo Loose Tube:
Estos cables son instalados directamente enterrados o en ducto completamente dieléctricos. Además de estar cubierto por polietileno, el núcleo óptico del cable cuenta con una armadura de fierro.
El impulso de la fibra óptica en las redes de telecomunicaciones
Con todos los avances que representaba la fibra óptica, se empezaba a cocinar el sueño de muchos, poder transmitir grandes cantidades de información, a grandes distancias, de manera rápida y confiable, considerando que la Fibra Óptica representa muchas ventajas si se compara con los cables tradicionales utilizados para la transmisión de datos como lo es el cable coaxial (utilizado en la actualidad para la transmisión de señales de televisión por su gran ancho de banda), o el cable UTP, utilizado aún en la mayoría de las redes de computadoras.
Las principales ventajas de utilizar cable de fibra óptica, en lugar de enlaces de
cobre son las siguientes:
- A diferencia del cobre, la fibra es inmune a campos magnéticos.
- Capacidad de Información, por una sola fibra, se puede dar servicio a mas de 5,000 abonados, mientras que en cobre se necesita un cable de 10,000 hilos
- Velocidad de Transmisión.
- Distancia de Transmisión.
- Seguridad de la Señal.
Con todas estas ventajas, parecía que la fibra óptica sería la respuesta a las plegarias que por años, habían levantado los encargados de las Redes de Telecomunicaciones y muchas empresas empezaron a sustituir sus cableados troncales de cobre por cables ópticos. Sin embargo, aún resulta muy difícil pensar en tener enlaces propios de fibra óptica propios en cada empresa o en cada casa, peor aún, en cada escritorio, esto por el elevado costo que implica la adquisición e instalación de este material.
Bajo esta idea, surgieron unos dispositivos llamados Convertidores de Medios, lo cual como su nombre lo indica, son equipos que nos permiten realizar la interconexión entre dos medio de transmisión diferente, para este caso, de Fibra Óptica a Cobre y viceversa.
Actualmente, podemos encontrar en el mercado convertidores de medios administrables y no administrables (a través de software ó Dip Switches), Switches, Concentradores Star y Multiplexores, Repetidores, Transceivers para 10, 100, 10/100 y Giga Ethernet, ATM, T1/E1, T3(DS3)/E3, OC3, OC12, Serial RS-232, RS-422/485, Redes Token Ring y AS/400. Podemos considerar que la gran mayoría de usuarios de canales de Fibra Óptica son Carriers (Integradores y administradores de redes de Área Local (LAN) ó una Red de Área Metropolitana (WAN) conectada a una Oficina Central (OC) o a un Usuario Final (CPE)).
Dentro de los convertidores de medios actuales, encontramos los que están destinados al cliente que necesita un producto de calidad para convertir medios sin opciones de montaje o DIP switches, generalmente esta es una línea muy básica y por ende, económica.
Posteriormente, encontramos los que van destinados a los clientes que tiene una red que esta creciendo y necesita opciones de montaje pero no SNMP (administración); con estos equipos se puede tener un modulo independiente, Chasis desde 5 y hasta 14 slots con poder de fuente redundante (AC y DC). Generalmente son equipos muy flexibles ya que incorpora DIP switches que le permiten al cliente manualmente forzar los modos de operación en el lado de la fibra o UTP, así como Auto-sensing 10/100, Full-Duplex ó half, Fibra o UTP.
Por ultimo podemos encontrar los convertidores destinados al cliente que requiere tener Gestión SNMP, control de ancho de banda, acceso al puerto en el lado de Fibra Óptica y UTP, tiene MIB statistics, TAG Vlan. En este tipo de convertidores, el cliente elige el modulo (en forma de una tarjeta Nick), después elige el chasis, el cual puede ser independiente, de 2-slot, de 5-slot, ó hasta de 19-slot. Estos equipos generalmente tienen la opción de tener 1, 2 o 3 poderes de fuente redundante (AC y DC), además de que permiten hacer reparaciones sin afectar la red (Sin Necesidad de apagar ó Reiniciar los Equipos).
Estos convertidores, permiten además realizar todo su manejo y configuraciones por medio de un Software, el cual es muy económico y permite al administrador del sistema hacer cambios en lugares remotos. Los módulos tienen DIP switches para hacer cambios manuales, pero también pueden forzar los cambios con el software. Esta habilidad es algo que le da beneficios a Compañías Telecom, Gobiernos, y Bancos. Con el acceso al los puertos también pueden prender y apagar el lado de la Fibra o del UTP. A las empresas proveedoras de servicios de Telecomunicaciones les permite controlar servicios si no pagan sus clientes sin tener que ir al lugar del CPE. Esta opción es excelente para el Gobierno porque ellos tienen ciertas horas de operación donde requieren no tener servicios.
A continuación, marco algunos ejemplos de aplicación:
En primer lugar, consideremos a un proveedor de servicios de Telecomunicaciones, para una red interconectada en estrella:
En este ejemplo, se aprecia como el cobre UTP que viene del Core Switch es convertido a fibra a través de tarjetas administrables montadas en un chasis de 19 módulos administrables, y distribuidas al cliente final (CPE), lado remoto ó a multi usuarios (ó lugar donde se necesitan varios arrendatarios), donde la fibra en ambos casos tiene que regresar a cobre y ser distribuida a los usuarios finales. Al CPE, se le suministra una tarjeta auto administrable como punto de demarcación en un solo modulo.
Del lado de multi usuario, se le suministran dos tarjetas, una auto administrable y una que funge como un mini switch de 4 puertos de cobre, ambas montadas en un chasis de 2 módulos administrables, con lo que obtenemos 5 puertos de cobre.
Esto nos permite una administración de la red, distribuyendo a varios clientes enlaces de fibra óptica desde la oficina central y dar diferentes servicios a diferentes usuarios (ya que cada puerto de cobre es independiente uno de otro) con un solo par de hilos de fibra, reduciendo con esto los costos en cuestión de equipamiento y teniendo el soporte de la administración incluyendo Tag VLAN, control de acceso de puertos, control de ancho de banda y QoS, entre otras.
Otro ejemplo de aplicación es la siguiente:
En este caso, consideramos una topología de anillo la cual proporciona una trayectoria redundante que evita que un fallo en una estación traiga abajo la red entera. En este ejemplo, dos UTPs de cobre de la red que atraviesa el interruptor principal se convierten en dos acoplamientos de la fibra por medio de un chasis del convertidor de 19 Módulos (esto de acuerdo al tamaño de la red y la oficina central, ya que puede ser también un chasis de 5 módulos) de los convertidores de los medios manejados por un convertidor principal. Uno de los dos acoplamientos de la fibra se distribuye a una posición remota. En cada punto encontramos un chasis con dos tarjetas que comparten el tráfico de Ethernet por medio de la placa madre del cada chasis. El tráfico del interruptor de la base de la red entra en un puerto de la fibra del convertidor de medios, cruza la placa madre de Ethernet, y sale del puerto de la fibra del otro convertidor de medios, comenzando un nuevo segmento de fibra conectado en cascada hasta la localización siguiente. Esta configuración se repite varias veces hasta que el segmento de la fibra cierra el anillo con el otro acoplamiento de la fibra. Esto permite que el encargado de la red pueda moverse entre los diferentes puntos de la red aprovechando el anillo de fibra.
Como podemos ver en ambos casos, podemos llevar fibra hasta el escritorio , o a cualquier punto remoto deseado, de acuerdo a las necesidades de cada persona.
Conclusiones
Tomando en cuenta la integridad total de un sistema de comunicación (RED), podemos decir que los convertidores de medios administrables, han venido a revolucionar la manera de conexión entre dispositivos, ya que podemos utilizar las grandes ventajas de las redes de fibra óptica sin necesidad de absorber los altos costos de mantener una infraestructura como esta y podemos seguir manteniendo nuestras redes actuales, instaladas en nuestras empresas, asumiendo los bajos costos de mantenimiento e instalación, pero teniendo las grandes bondades de lo que, en el pasado, se consideraba solo un sueño.
Además, si consideramos el ancho de banda, prácticamente infinito, de la fibra óptica, podemos pensar en que la Convergencia Digital es ahora una realidad, podemos considerar que la transmisión de Voz, Video y Datos, puede ser realizada al mismo tiempo, por un mismo medio el cual es del grosor de un cabello humano.
Por ahora, podemos disfrutar de esta convergencia de servicios, sin dejar cerrada la puerta a posteriores aplicaciones que se le podrán dar a las redes de telecomunicaciones, podemos seguir soñando, seguir trabajando en la investigación, tal vez, en un futuro no muy lejano, podamos conseguir la transportación de olores y sabores además de colores que ahora vemos, y lo mas impresionante, tal vez en algunos años, podamos ir de un lugar a otro, a la velocidad de la luz.
Bibliografía:
[1] Omnitron Systems Technology Inc., catalogo de productos, disponible en www.omnitron-systems.com
[2] AFL Telecommunications LLC, catálogo de cables, disponible en www.afl.com
[3] Redes de Computadoras, Andrew S. Tanenbaum, Ed. Mc Graw Hill.
[4] Enciclopedia temática Saber y Entender, apartado de Ciencia y Tecnología, Ed. Trillas.
[5] Condumex, catálogo de cables de fibra óptica, edición 2003.
[6] Video demostrativo: “Fabricación de fibra óptica”, disponible en www.corning.com
[7] Especificación de CFE E0000-21, para Cables de Guarda con fibras ópticas integradas.
