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Pruebas de redes ópticas de nueva generación

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Autores: Olaf Herr, de JDSU, y Geoff Kempster, de Livingston.

La llegada de Ethernet de 40/100 Gbits a la red básica permitirá a las compañías operadoras satisfacer la demanda, por parte de los abonados, de mayores anchos de banda, a la vez que cambian a una arquitectura de redes exclusivamente IP, que proporciona más flexibilidad. No obstante, Ethernet de 40/100 Gbits también requerirá un cambio significativo en las pruebas de redes de telecomunicaciones, ya que las interfaces del cliente se basan en una transmisión óptica paralela a través de múltiples longitudes de onda, en vez de la transmisión serie convencional utilizada en las actuales redes ópticas.

Las razones para migrar a una infraestructura de redes ópticas de velocidad más alta son fáciles de entender. En primer lugar existe la necesidad de reforzar la red de retorno (backhaul) móvil para que pueda cubrir la nueva demanda de ancho de banda procedente de la comunicación 3G/LTE. Aparte de esto, en los últimos años ha crecido enormemente la demanda de ancho de banda en general, debido al número cada vez más alto de usuarios de Internet y la creciente popularidad de una gran variedad de aplicaciones; y parece que esta tendencia no se frenará en un futuro próximo.

Las cifras, divulgadas por YouTube este verano, nos dan una idea de la magnitud del problema. El año pasado se registró un aumento del número de visitas diarias a páginas superior al 50%, ascendiendo a 3 mil millones al día. Cada minuto se carga una asombrosa cantidad de contenido, equivalente a 48 horas. Asimismo, otra plataforma popular de hospedaje de vídeos, Vimeo, casi ha cuadruplicado sus visitas mensuales desde su inicio en 2011 (véase la figura 1). Además de todo ello, la aparición de la computación en la nube significa que los procesos se ejecutarán con creciente frecuencia en la red, en vez de realizarse localmente. Esta actividad también exigirá velocidades más altas de enlace ascendente y descendente. Teniendo en cuenta estos factores, la empresa de estudios de mercado IDC pronostica que el número total de usuarios de Internet ascenderá a 2,7 mil millones, aproximadamente, en 2015, lo que representa más del 40% de la población mundial; y ABI Research prevé que en 2016 el tráfico global de Internet superará la marca de 1.000.000 GB.

Figura 1: Visitas mensuales de Vimeo en 2011 [datos compilados por Quantcast]
Figura 1: Visitas mensuales de Vimeo en 2011, datos compilados por Quantcast
Entrada en el mundo paralelo

Es posible que no lo parezca a primera vista, pero es cierto que la tecnología de 100 Gbits es muy disruptiva, especialmente en la capa física con datos que se transportan a través de longitudes de onda óptica de 4 x 25 Gbits/s (o 10 x 10 Gbits/s) ordenadas en paralelo. De este modo, se puede incrementar la capacidad de ancho de banda en un orden de magnitud de cientos de millones de paquetes de datos por segundo. Estas cuatro o diez longitudes de onda se convierten en diez vías eléctricas, cada una con carriles virtuales de 2 x 5 Gbits, lo que aumenta el nivel de complejidad de cada implementación e introduce nuevos errores y alarmas en la capa física. Por lo tanto, se necesita una estrategia de pruebas completamente nueva y mucho más sofisticada.

Actualmente, los fabricantes de equipos de red utilizan dos tipos diferentes de módulo transpondedor enchufable con factor de forma C (CFP). El factor de forma físico lo ha especificado el grupo CFP MSA. El tipo de interfaz LR4 de 4 x 25 Gbits/s (100GBASE-LR4), tal como se especifica en el estándar IEEE 802.3ba, probablemente se convertirá en el tipo dominante.

Consideraciones claves sobre pruebas de laboratorio

  1. Con medidores de potencia tradicionales ni siquiera será posible realizar pruebas simples, como por ejemplo comprobar la potencia óptica de una interfaz de 100 Gbits. Esto se debe a que estos dispositivos acumulan la potencia de todas las longitudes de onda. Por lo tanto, será necesario usar verificadores de canales ópticos o analizadores de espectro óptico para medir la potencia óptica/longitud de onda.
  2. Para asegurar la interoperabilidad entre los diferentes módulos CFP, también es muy aconsejable controlar el cumplimiento de los estándares y los márgenes operativos antes de cambiar a pruebas de capas más altas.
  3. Con el concepto de vías paralelas, las pruebas de asimetría (capa 1) son de una importancia primordial. El cumplimiento de las especificaciones asimétricas puede ser una cuestión importante, que se concreta en implementaciones de Ethernet de 40/100 Gbits con señales que llegan a tiempos ligeramente diferentes. Algunos componentes asimétricos son estáticos por naturaleza; esto se debe a datos transportados a través de múltiples vías, de las cuales cada una podría tener parámetros ligeramente diferentes y valores distintos de tiempo de vuelo. Estos siguen siendo los mismos a lo largo del tiempo. El principal elemento asimétrico adicional es la asimetría dinámica, cuya causa principal son las diferencias en las características de los componentes ópticos en la red (debido a la influencia de factores como la temperatura). Los parámetros de tolerancia para las asimetrías estática y dinámica se definen en el estándar IEEE y deberían verificarse en pruebas de resistencia antes del despliegue, para garantizar un funcionamiento libre de errores cuando el tráfico del cliente pasa por el enlace.
  4. Las pruebas de tasas de bits erróneos (BER) deben realizarse en cada vía para encontrar más fácilmente el origen de los bits erróneos relacionados con los errores físicos (p. ej. si solamente aparecen en unas vías determinadas o se extienden por todas las vías). Una vez que se hayan probado con éxito estas nuevas implementaciones paralelas, se recomienda realizar también pruebas convencionales de Ethernet IP en las capas 2 y 3, utilizando pruebas RFC-2544 o de calidad de servicio (QoS) en múltiples flujos de tráfico. De este modo, se garantiza una priorización adecuada del tráfico dentro de la red.

El equipo necesario para llevar a cabo las pruebas descritas supone una inversión importante. Dada la actual situación económica, los operadores se ven obligados a maximizar los ingresos que generan de la nueva infraestructura de redes de alta velocidad y, al mismo tiempo, deben reducir al mínimo los gastos en costosos equipos de hardware de pruebas. Hoy en día, el alquiler de equipos se considera una fórmula muy atractiva para conseguirlo. Permite a los operadores y a sus contratistas eludir inversiones de capital y evitar los diferentes costes continuos asociados a la propiedad, es decir, mantenimiento/conservación, tiempos de inactividad, seguridad de recalibrado y seguros. Al optar por el método de alquiler, los gastos por los equipos de prueba pueden tratarse como costes operativos y, durante su uso normal, estos equipos pueden generar ingresos más que suficientes para justificarse. Además, los fabricantes de equipos de red también comienzan a considerar el alquiler de soluciones de pruebas como una alternativa viable que les permita enseñar a cualquier cliente nuevo que están trabajando en un proyecto de 100 Gbits/s que requiera ensayos. Por lo tanto, el fabricante no tiene que comprometerse a comprar equipos de pruebas desde el principio y deja la opción de compra para después, una vez finalizadas las pruebas e iniciada la ejecución del proyecto.

Conclusión

La creciente popularidad de servicios que requieren un gran ancho de banda, con abonados que descargan, transmiten y comparten contenido multimedia, y la tendencia cada vez más fuerte hacia juegos online y videollamadas/videoconferencias tienen un enorme impacto sobre el futuro de la industria de telecomunicaciones. La mayor importancia de Internet en nuestra vida diaria y el número cada vez más elevado de usuarios globales obligan a los portadores a actualizar sus redes a velocidades más altas incorporando hardware de alta densidad.

Las soluciones de pruebas para transmisiones de Ethernet de 40/100 Gbits capacitarán a los operadores para realizar todas las pruebas necesarias, desde la capa física hasta la capa IP. Si utilizan equipos de pruebas con especificaciones más estrictas y si disponen de un espectro más amplio de métricas para las pruebas, los operadores podrán desplegar con mayor eficiencia infraestructuras de redes de alta velocidad y aprovechar plenamente las oportunidades comerciales que ofrece dicho despliegue.

El despliegue de redes Ethernet de 40/100 Gbits no solo cambiará la manera de llevar a cabo los procedimientos de prueba, sino que también exigirá una nueva evaluación de cómo los operadores acceden a los equipos de pruebas. Debido a los costes originados, los operadores más previsores y sus contratistas ahora empiezan a adoptar nuevas estrategias de aprovisionamiento. Como consecuencia, JDSU, fabricante de equipos de pruebas, y Livingston, empresa especializada en servicios de alquiler de estos equipos, trabajan juntos para que sus clientes puedan encontrar la manera de acceder al hardware de pruebas más avanzado que mejor se ajuste a su actual situación económica y les ofrezca un máximo de flexibilidad.