Conmutadores fotónicos basados en tecnología MEMS 2D
Tecnología basada en MEMS (microelectromechanical systems) 2D
Los operadores han establecido DWDM como un mecanismo flexible y económico para responder a las crecientes necesidades de ancho de banda de las redes ópticas. Esta infraestructura basada en longitudes de onda está conduciendo hacia una nueva generación de redes ópticas, donde se demanda una mejora de escalabilidad, flexibilidad y distribución dinámica de los servicios de comunicaciones. Precisamente en este entorno resulta clave la existencia de dispositivos fotónicos con determinadas funcionalidades, entre los cuales se encuentran los conmutadores fotónicos. Las primeras generaciones de conmutadores utilizados en las redes ópticas se basaban en conversión óptica-eléctrica-óptica (OEO) junto con una matriz electrónica para realizar la conmutación. Sin embargo, la gran complejidad y consumo de potencia de estos conmutadores OEO los convierte en uno de los mayores costes de la infraestructura de red, a la vez que se encuentran limitados por el estado del arte de la circuitería electrónica.
En cambio, los conmutadores completamente ópticos pueden construirse utilizando una serie de tecnologías que permiten gestionar y conmutar las señales fotónicas sin necesidad de convertirlas en señales eléctricas. De este modo, se consigue en cierta medida independencia respecto a la tasa de bit y a los protocolos transportados por cada uno de los canales ópticos, y se consigue salvar la limitación impuesta por la circuitería electrónica actual. Así, redes ópticas transportando canales a 160 Gbit/s son posibles en la actualidad únicamente empleando conmutadores completamente ópticos.
La migración hacia redes DWDM transparentes y completamente ópticas se basa pues en consideraciones económicas, de velocidad y en la aparición de una serie de importantes tecnologías de conmutación. Entre las diferentes tecnologías existentes para la implementación de conmutadores completamente ópticos en redes DWDM, la que está captando mayor atención es la tecnología MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). A continuación comentaremos la tecnología basada en MEMS 2D, la cual está evolucionando hacia su inmediata sucesora (MEMS 3D) en el caso de dispositivos donde se requieren altas prestaciones (mayor escalabilidad, mayor velocidad de conmutación, etc) aunque sea en perjuicio de un mayor coste.
En cambio, los conmutadores completamente ópticos pueden construirse utilizando una serie de tecnologías que permiten gestionar y conmutar las señales fotónicas sin necesidad de convertirlas en señales eléctricas. De este modo, se consigue en cierta medida independencia respecto a la tasa de bit y a los protocolos transportados por cada uno de los canales ópticos, y se consigue salvar la limitación impuesta por la circuitería electrónica actual. Así, redes ópticas transportando canales a 160 Gbit/s son posibles en la actualidad únicamente empleando conmutadores completamente ópticos.
La migración hacia redes DWDM transparentes y completamente ópticas se basa pues en consideraciones económicas, de velocidad y en la aparición de una serie de importantes tecnologías de conmutación. Entre las diferentes tecnologías existentes para la implementación de conmutadores completamente ópticos en redes DWDM, la que está captando mayor atención es la tecnología MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). A continuación comentaremos la tecnología basada en MEMS 2D, la cual está evolucionando hacia su inmediata sucesora (MEMS 3D) en el caso de dispositivos donde se requieren altas prestaciones (mayor escalabilidad, mayor velocidad de conmutación, etc) aunque sea en perjuicio de un mayor coste.
Tecnología MEMS 2D
Consiste en una matriz de microespejos que pueden activarse por medio de señales eléctricas. Las señales ópticas de entrada viajan paralelamente a la superficie donde se sitúan los espejos hasta que encuentran un espejo que las refleja/redirige hacia una dirección perpendicular. De este modo, controlando la posición de los espejos activos es posible conmutar las señales de las fibras de entrada hacia cada una de las fibras de salida.
Esta configuración planar no puede escalarse con facilidad por encima de las 32 entradas y 32 salidas, ya que el número de espejos o de rutas de conmutación crece de forma exponencial con el número de puertos. Por ejemplo, 2 puertos requieren solamente 4 espejos, mientras que 32 puertos requieren 1024 espejos. Además, conforme el número de espejos aumenta, también lo hace la distancia que deben recorrer las señales desde un punto a otro del conmutador. Esta distancia está relacionada con la capacidad que poseen los espejos de redirigir los haces de forma precisa y con bajas pérdidas. Es decir, las tolerancias exigidas en la alineación de los espejos resultan prohibitivas para dispositivos con tamaños por encima de los 32 x 32 puertos. Algunas de las características típicas de uno de estos conmutadores se resumen en la tabla I.
Tabla I. Características de un conmutador óptico basado en la tecnología MEMS 2D.
| Número de puertos | De 2 x 2 a 32 x 32 |
| Retardo de conmutación | 10 a 20 ms |
| Pérdidas de inserción | 0,5 a 6 dB |
| Pérdidas dependientes de la polarización | 1 dB |
| Pérdidas dependientes del trayecto | 3 dB |
| Longitud del trayecto | Variable |
| Rizado en la respuesta | 0,2 dB (1250 a 1525 nm) |
| Diafonía | -50 dB |
| Estabilidad térmica | 0,2 dB (-5 a 70 ºC) |
Aplicaciones
Estos conmutadores fotónicos suelen integrarse con otros componentes para la fabricación de bloques funcionales utilizados en redes ópticas WDM, como por ejemplo, optical cross-connects (OXCs), optical add-drop multiplexers (OADM) o elementos de protección de red. No obstante, como se ha comentado con anterioridad son válidos para aplicaciones donde no existe un elevado número de fibras ópticas. Es decir, su mercado se dirige más hacia las redes metropolitanas que hacia las complejas redes de transporte.
Además de las labores de enrutamiento de canales ópticos, una aplicación típica de los conmutadores fotónicos es la fabricación de elementos de protección/restauración de las redes ópticas. Estos elementos se encargan de restaurar una conexión de red cuando se produce un corte en algunas de las líneas de comunicación (fibras ópticas). Por ejemplo, el uso de OXCs en un enlace con 6 fibras primarias más 1 de reserva. Cuando ocurre un corte en alguna de las 6 fibras primarias utilizadas para el transporte del tráfico, los OXCs situados en cada uno de los extremos del enlace conmutan a la línea de reserva la conexión correspondiente a la línea cortada. La conmutación debe realizarse lo suficientemente rápido como para impedir la interrupción del servicio.
Además de las labores de enrutamiento de canales ópticos, una aplicación típica de los conmutadores fotónicos es la fabricación de elementos de protección/restauración de las redes ópticas. Estos elementos se encargan de restaurar una conexión de red cuando se produce un corte en algunas de las líneas de comunicación (fibras ópticas). Por ejemplo, el uso de OXCs en un enlace con 6 fibras primarias más 1 de reserva. Cuando ocurre un corte en alguna de las 6 fibras primarias utilizadas para el transporte del tráfico, los OXCs situados en cada uno de los extremos del enlace conmutan a la línea de reserva la conexión correspondiente a la línea cortada. La conmutación debe realizarse lo suficientemente rápido como para impedir la interrupción del servicio.
http://www.ercoasl.com/index.php/id/2/objeto/15/claves/Conmutadores-fotonicos-basados-en-tecnologia-MEMS-2D
Adan Fernando Chaparro Castillo
CI:17501640
EES
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