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Sistemas de Cableado
basados en Fibra Óptica
AGENDA
• La necesidad de la fibra óptica.
• Introducción a las comunicaciones ópticas.
• Tipos de fibra óptica.
• Cables de fibra óptica.
• Conectores de fibra óptica.
• Conectorización.
• Empalmadoras de fusión.
• Diseño de enlaces ópticos.
• Medidas de enlaces ópticos.
• Reflectómetros ópticos.
EstEstáándaresndares dede CableadoCableado
• INTERNACIONAL
(PERO BASADOS EN EUROPA)
• ISO INTERNATIONAL STANDARDS
ORGANISATION
• IEC INTERNATIONAL ELECTRO TECHNICAL
COMMISION
• ISO/IEC 11801
¿¿QUIEN ESCRIBE LOSQUIEN ESCRIBE LOS
ESTANDARES?ESTANDARES?
El sistema de cableado genérico tiene una topología
de estrella jerárquica.
El sistema de cableado debe
tener esta forma.
El número y la presencia de
CD y BD depende de
la situación geográfica del
lugar en cuestión.
Por ejemplo, un único edificio
no tiene por que necesitar un
repartidor de campus.
ESTANDARES
CD
BDBDBD
FDFDFD
TO TO TO TO
CABLE TRONCAL
CAMPUS
CABLE TRONCAL
EDIFICIO
CABLEADO
HORIZONTAL
Las funciones del BD
y FD se pueden
combinar
Están permitidos
enlaces adicionales
entre FD, y en algunos
casos se utilizan como
backup de
emergencia, etc.
FD
FD
FD
TO
TO
TO
CDBDFD
BD/FD
FD
TO
TO
TO
FD
FD
FD
ESTANDARES
EVOLUCIÓN DEL TRÁFICO DE
RED
La regla 80/20
• Se aplicaba cuando los grupos de
trabajo prevalecían
• 80% del tráfico se produce dentro del
grupo de trabajo
• 20% del tráfico es entre distintos
grupos
• Los servidores pertenecen al grupo
de trabajo
Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation
Local Server Local Server Local Server
Core Switching / Routing
20%
80%80%80%
Los servicios de las compañías
(como el e-mail) incrementaron
el tráfico en las troncales
Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation
Local Server Local Server Local Server
Core Switching / Routing
60%
40%60%60%
eMail Server
Enterprise Service
40%
40%
Los servicios de las compañías
se desplazaron hacia el núcleo
conforme la demanda
aumentaba
Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation
Local Server Local Server Local Server
Core Switching / Routing
40%
60%60%60%
eMail Server
Enterprise Service
40%
40%
La migración de los servicios
hacia el núcleo condujo a la
formación de centros de datos y
granjas de servidores, pero
también incrementó la
necesidad de ancho de banda
en las troncales
Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation
Enterprise Servers
Core Switching / Routing
80%
20%20%20%
eMail Server
Enterprise Services
80%
80%
Laser printer Laser printer IBM laser printer
Plotter
Laser printer ASCII Printer
Virtual LAN needed to
Assign Enterprise Services
to Workgroup
Switch
Principal
100 Mbps
LAN
Switch
10
10
10
10
10
1995
10 Gbps
1 G
1 G
1 G
1 G
1 G
2005
LAN
Switch
LAN
Switch
1 Gbps
100
100
100
100
100
2000
Redes de Area Local
ARQUITECTURA LAN
Una Planta
Otra Planta
servidores
1000
router
El mundo
exterior
RTC, RDSI,
lineas
dedicadas
Otro Edificio
10 Gigabit
ethernet
Troncal de
Campus
Un Edificio
100 Ethernet switch100BaseTX
Troncal de
edificio
1000
Gigabit
Ethernet
Switch
COMPARADA CON EL
COBRE
• La fibra tiene un ancho de banda
mucho mayor
• La fibra tiene mucha menos
atenuación
• La fibra no se ve afectada por las
interferencias electromagnéticas
• La fibra es pequeña y ligera
• La fibra es segura
INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A LASN A LAS
COMUNICACIONESCOMUNICACIONES
ÓÓPTICASPTICAS
¿QUE ES LA FIBRA OPTICA?
Núcleo
Revestimiento
Rayo de luz
INDICE DE REFRACCIÓN
n <n <n1 2 3
n1
n2
n3
REFRACCION / REFLEXION
Rayo refractado
Rayo incidente rayo incidente
rayo refractado
rayo incidente
rayo reflectado
Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3
AIRE
AGUA angulo
critico
Cono de
aceptación
REVESTIMIENTO
NUCLEOEje
APERTURA NUMERICA
INTRODUCIENDO LA LUZ EN LA FIBRA
El ángulo A es el Angulo Crítico.
La N.A.( Apertura Numérica de la fibra ) = SINθ.
Cuanto mayor sea el valor de N.A., más fácil es introducir luz en la fibra
A
θ
Dispersion Modal
Multimodo Salto de Indice
Pulso de Entrada Pulso de Salida
T kT
Transmisión de SeñalesOn Off On On Off On
On Off On
On On On
Off Off Off
Umbral del
Receptor
Dispersión excesiva
Dispersión excesiva + atenuación
Bit Error
Bit Error
1 0 1
1 0 1
1 1 1
0 0 0
Pérfiles del Indice de Refracción
del núcleo125
0
Diametro(µm)
1.46
125
0
Indice de Refracción
1.001.00
1.46
1.481.48
Diametro(µm)
MM Salto
de Indice
MM Indice
Gradual
Dispersion Modal
Pulso de Entrada Pulso de Salida
Multimodo Indice Gradual
Rapido
Rapido
Lento
T k’T
DISPERSION - ANCHO DE BANDA
Sección de la fibra refracción entrada del pulso salida
índice de Pulso a la Propagación Pulso a la
Tipo : monomodo
125 um n10um
Tipo : multimodo de salto de indice
125 um n100 um
Tipo : multimodo de indice gradual
125 um
n
50um
Diferentes Tipos de Fibra
62.5 um 125 um 125 um50 um
9 um 125 um
TIPOS DE FIBRA
¿Porqué hay diferentes tipos de fibra
(multimodo/monomodo)?
Cuando más pequeño es el núcleo,
menor atenuación
mayor ancho de banda
Pero
más difícil de conectorizar y medir
requiere el uso de laser
LEDLED
LaserLaser
Led vs Laser
Ventanas de Longitud de Onda
Longitud de Onda
1ª Ventana
850nm
2ª Ventana
1300nm
3ª Ventana
1550nm
800 1000 1200 1400 1600
Atebuación
• 850nm y 1300nm/multimodo-LED
• 1310nm y 1550nm/monomodo-Laser
LED vs. Laser para
Multimodo
• Velocidad máxima de transmisión de
un LED ~ 622 Mbps
• Las velocidades de Gigabit requieren
lasers
• ¿Porqué no utilizar entonces
monomodo…?
• Laser de Emisión por superficie de
cavidad vertical (Vertical Cavity
Surface Emitting Laser - VCSEL)
– Similar al Laser Fabry-Perot, pero…
• Reduce drásticamente el coste de
los lasers acercandolos a los LEDs
• Disponible sólo en 850 nm
VCSEL
Fuentes de Luz
1550nm
LASER
1310nm
Monomodo
LASERLASERLED1300nm
VCSELVCSELLED850nm
Multimodo
10Gbps1 Gbps
10/100
Mbps
Tipo Ancho de Banda Atenuación Dispersión Indice
Fibra Mhz - km dB/km ps/nm - km Refracción
850nm 1300nm 850nm 1300nm 1310nm 1550nm
50/125 400 600 3 1 1.488
62.5/125 200 500 3.5 1 1.499
1310nm 1550nm
Monomodo 0.45 0.30 3.5 18 1.468
ESPECIFICACION DE FIBRA
OPTICA
GIGABIT ETHERNETGIGABIT ETHERNET
FIBRAFIBRA ANCHO DE BANDAANCHO DE BANDA DISTANCIADISTANCIA
MHz.kmMHz.km mm
850/1300 nm850/1300 nm 850nm 1300nm850nm 1300nm
•• 62.5/12562.5/125 160/500160/500 220220 550550
•• 62.5/12562.5/125 200/500200/500 275275 550550
•• 50/12550/125 400/400400/400 500500 550550
•• 50/12550/125 500/500500/500 550550 550550
IEEE 802.3z aprobado el 25 de Junio de 1998
NUEVAS PROPUESTAS PARA
FIBRA DE ISO 11801
ISO 11801 2ª Ed PROPONE
‘CLASES’ DE FIBRA PARA
DIFERENTES APLICACIONES
ISO 11801 2ª Ed.
Tipos de Fibra Optica
2000500150050/125OM3
ND50050050/125OM2
ND50020062.5/125OM1
8501300850
Efectivo
(LASER)
Núcleo Saturado (LED)Tipo de
Fibra
Clase
Optica
Ancho de Banda (MHz-Km)
ISO 11801 2ª Ed.
Clases de Fibra Optica
VelocidaddeTransmisión
(Mbps)
Distancia (M)
OS1OS1OM310000
OS1OM2OM11000
OM1OM1OM1100
OM1OM1OM110
2000500300
CABLES DE
FIBRA OPTICA
Brand-Rex Ltd
CONSTRUCCION TIPICA DE FIBRA
Núcleo
Revestimiento 125um
Protección primaria 250um
Fibra óptica con protección primaria
CONSTRUCCIÓN DEL
CABLE
• Protección de la fibra
• Elementos de refuerzo
• Barreras anti humedad
• Armaduras
• Cubiertas
Brand-Rex Ltd
Brand-Rex Ltd
Latiguillo Duplex
"T2ZL"
Duplex plano "T2L"
900um Fibra ajustada
Cubierta LSF/0H
CABLES DE FIBRA OPTICA
PROTECCIÓN AJUSTADA
Universal, distribución “C-NMLU”
Brand-Rex Ltd
Cubierta LSF/0H
Barrera antihumedad
Hasta 24 fibras de protección
ajustada
Fibras de aramida
CABLES DE FIBRA OPTICA
PROTECCIÓN AJUSTADA
Supertubo “LU”
Brand-Rex Ltd
Cubierta Exterior
material LSF/0H
Hasta 12 fibras en un tubo
relleno con gel
Capa de fibras de aramida
como elementos de refuerzo
CABLES DE FIBRA OPTICA
UNITUBO
Armadura de hilos de acero “S-MB-SWA”
Brand-Rex Ltd
Cubierta Polietileno
Atadura
Cubierta PVC
Armadura de hilos
de acero galvanizado
.
Relleno de gel
Elemento central de acero
Cinta de Aluminio
Barrera antihumedad
6 tubos rellenos de gel
colocados helicoidalmente
alrededor del elemento central
hasta 12 fibras por tubo
CABLES DE FIBRA OPTICA
MULTITUBO
PRUEBAS DEL CABLE
IEC 794 / EN 187 000
• TRACCIÓN MÁXIMA
• APLASTAMIENTO
• IMPACTO
• FLEXIBILIDAD
• TORSION
• RADIO DE CURVATURA
• RANGO DE TEMPERATURAS
• PENETRACION DE AGUA
CONECTORES
ÓPTICOS
CONECTORES
• El propósito de los conectores es
enfrentar dos fibras ópticas.
• Tienen que cumplir correctamente su
función:
– Conectar y desconectar
• Un buen conector debe ofrecer
resultados repetitivos.
PROTECTOR DEL
CABLE
CASQUILLO DE
CRIMPADO
FERRULE
CUERPO
DIAGRAMA DE UN
CONECTOR
Dos conectores ópticos se conectan utilizando
un pequeño accesorio llamado de múltiples
formas: las mas usuales son “adaptador” y
“acoplador”.
ADAPTADOR SC ADAPTADOR ST
ADAPTADORES
ENFRENTAMIENTO
• En realidad pretendemos alinear los
núcleos de las dos fibras.
• La concentricidad es fundamental:
– Núcleo-Revestimiento
– Revestimiento-Capilar
– Capilar-Ferrule
– Ferrule-Guías de alineamiento
PARÁMETROS
• Existen dos parámetros básicos para
definir la calidad de un conector.
• Pérdidas de Inserción: es la atenuación
del conector en dB (menor valor, mejor)
• Pérdidas de Retorno: expresa la cantidad
de luz reflejada por el conector (mayor
valor, mejor). Es más importante en
monomodo.
PÉRDIDAS INTRÍNSECAS
DIFERENTES DIÁMETROS DE NÚCLEO
DIFERENTES APERTURAS NUMÉRICAS
PÉRDIDAS EXTRÍNSECAS
DESALINEAMIENTO LATERAL
SEPARACIÓN ENTRE LAS FIBRAS
PÉRDIDAS EXTRÍNSECAS
DESALINEAMIENTO ANGULAR
PULIDO DEFECTUOSO
MT-RJ
ST
SC
LC
SC
Conectores Opticos
CONECTORES Y
ADAPTADORES SC-DÚPLEX
CONECTORES Y
ADAPTADORES ST
No se recomienda su utilización con fibra monomodo
Conectores y
adaptadores MT-RJ
Conectores y
adaptadores LC
CONECTORIZACIÓN DE
FIBRA ÓPTICA
CONECTORIZACIÓN
• Existen dos formas de conectorizar
una fibra:
• Montando manualmente un conector
sobre el extremo de la fibra.
• Empalmando un pigtail por fusión a
la fibra.
La conectorización (colocación de conectores en los
cables de fibra óptica) se realiza mediante diferentes
técnicas:
EPOXY
HOT MELT (3M)
ANAEROBICO
Curado en frío
CRIMPADO
CONECTORIZACIÓN
MANUAL
REVESTIMIENTO
FERRULE
CUERPO
PROTECCION PRIMARIA
MAL BIEN
AJUSTE DE LA FIBRA
Resina
Ferrule
Cuerpo
FibraResina
INSERCIÓN DE LA FIBRA
Ferrule
Cuerpo
Fibra
Resina
Ferrule
Cuerpo
Cuchilla
Fibra
Resina
Ferrule
Cuerpo
CORTE DE LA FIBRA
A
B
C
PULIDO DE LA FIBRA
MONTAJE DE UN PANEL
REPARTIDOR PARA RACK
DE 19”
PANEL REPARTIDOR COMPACTO
PARA RACK
PREPARACIÓN DEL PANEL
16mm 20mm 25mm 20mm 16mm
INSTALACIÓN DE LOS
ADAPTADORES
PREPARACIÓN DEL CABLE
FIRST MARKSECOND MARK
2 METRES
COMPRESSION GLAND
2 METRES
POSITION "A"
PELADO DEL CABLE
CUT YARNS
BACK TO GLAND
FIJACIÓN DEL CABLE
NYLON CABLE TIE
ORDENACIÓN DE LAS
FIBRAS EN EL PANEL
NYLON CABLE TIES
EMPALMADORAS DE
FUSION
• Existen tres motivos para realizar
empalmes en planta externa:
– Sobrepasar la máxima longitud instalable.
– Sobrepasar la longitud suministrada por
bobina.
– Realizar segregaciones o derivaciones.
• Los empalmes deben estar protegidos por
cajas.
• También empalmamos fibras al utilizar
pigtails en la conectorización.
EMPALMES DE FIBRA OPTICA
1
2
3
4
5
6
7
8
CAJA DE EMPALME
CAJA DE EMPALME
Connector Front Plates
HEL-FMKIT-001
HEL-FMKIT-002
HEL-FMKIT-003
HEL-FCAS-001
HEL-FCAS-002
320mm
PANEL REPARTIDOR MODULAR
PARA RACK
• Existen dos métodos para empalmar
fibras ópticas:
– Empalmes mecánicos (solo para
multimodo).
– Empalmes de fusión (monomodo o
multimodo).
EMPALMES DE FIBRA OPTICA
FIBRES
PRECISION MADE GLASS
OR ELASTOMER TUBE
INDEX MATCHING GEL
EMPALMES MECÁNICOS
EMPALME POR FUSION
Calentando las dos fibras, estas quedan unidas
VISTA MEDIANTE EL MICROSCOPIO
DE LA EMPALMADORA POR FUSION
FIBRAS
ELECTRODOS
EMPALME POR FUSION
Fibras alineadas
esperando
a ser limpiadas
mediante arco
Fibras preparadas para
ser empalmadas
Fibras después de ser empalmadas
INSPECCION
PREPARACIÓN DE LAS
FIBRAS
• Limpieza: limpiar completamente las
fibras de cualquier residuo (gel, suciedad,
etc.)
• Pelado: eliminar las protecciones de la
fibra.
• Limpieza: limpiar los restos de protección
por medio de alcohol isopropílico.
• Corte: cortar las fibras.
CORTAR LA FIBRA
Corte perfecto
Corte incompleto
Muesca
Recubrimiento no eliminado
CORTADORAS DE FIBRA
FUSIÓN DE LAS FIBRAS
• Las fusionadoras alinean, aproximan y
calientan las fibras para obtener un
empalme perfecto, de bajas pérdidas y
mínimas reflexiones.
• Se basan en apoyar las fibras sobre unos
soportes acanalados en V.
• La geometría de las fibras introduce un
grado de incertidumbre respecto al
alineamiento.
CANAL EN V: PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
CANAL EN V: ERRORES DE
ALINEAMIENTO
concentricidad núcleo/revestimiento
requer. típico: > 0,8 µm
diámetro de revestimiento
requer. típico: ± 1,0 µm
curvaturas
requer. típico: > 2 metros
circularidad del revestimiento
requer. típico: > 1,0%
TIPOS DE FUSIONADORAS
• MANUALES
• AUTOMÁTICAS DE ALINEAMIENTO
FIJO
• AUTOMÁTICAS DE ALINEAMIENTO
EN 3 EJES
ALINEAMIENTO EN LOS
TRES EJES
PAS
LID
DISEÑO DE
ENLACES OPTICOS
PARAMETROS DE ENLACES OPTICOS ISO/EN
MULTIMODO MONOMODO
850 nm 1300 nm 1310 nm 1550 nmParametro
Atenuacion dB/km 3.5 max 1.0 max n/a n/a
BW MHz.km 200 min 500 min n/a n/a
Conector
Perdidas Insercion
Perdidas Retorno 20 min 20 min 26 min 26 min
Perdidas de empalme 0.3 max 0.3 max 0.3 max 0.3 max
0.75 max 0.75 max 0.75 max 0.75 max
Atenuacion dB
Multimodo MonomodoSubsistema de Longitud
cableado máxima
850 nm 1300 nm 1310nm 1550 nm
Horizontal 100 m 2.5 2.2 2.2 2.2
Troncal edificio 500 m 3.9 2.6 2.7 2.7
Troncal campus 1500 m 7.4 3.6 3.6 3.6
ISO 11801 2nd Ed en ROJO
OF 300 300 m 2.55 1.95 1.8 1.8
OF 500 500 m 3.25 2.25 2.0 2.0
OF 2000 2000 m 8.5 4.5 3.5 3.5
PARAMETROS DE ENLACES OPTICOS ISO/EN
Pérdidas totales = 0.75 + (1.9 x 3.5) + 0.3 + 0.75 = 8.45 dB a 850 nm
Latiguillo adaptador conector panel repartidor
cable 1.9 km
conectores 0.75 0.75
cable 1.9 x 3.5
empalme 0.3
empalme
Perdidas de enlace permitidas = 8.5dB
Cálculo de pérdidas
Troncal de Campus
ISO 11801 2ª Ed.
Clases de Fibra Optica
VelocidaddeTransmisión
(Mbps)
Distancia (M)
OS1OS1OM310000
OS1OM2OM11000
OM1OM1OM1100
OM1OM1OM110
2000500300
APLICACIÓN LONGITUD
DE ONDA
DISTANCIA
62.5/125
OM1
DISTANCIA
50/125
OM2
DISTANCIA
50/125
OM3
DISTANCIA
MONOMODO
OS1
10BASE-FL 850 nm 2,000 m 1,340 m 1340 m
100BASE-SX 850 nm 300 m 300 m 300 m
100 BASE-FX 1300 nm 2,000 m 2,000 m 2000 m
1000BASE-SX 850 nm 300 m 600 m 600 m
1000BASE-LX 1300 nm 600 m 600 m 600 m 5,000 m
10GBASE-SR 850 nm 26 m 82 m 300 m
10GBASE-LW 1310 nm 40,000 m
ATM 155 1300 nm 2,000 m 2,000 m
ATM 622 1300 nm 500 m 500 m 15,000 m
ATM 155 swl 850 nm 1,000 m 1,000 m
FDDI 1300 nm 2,000 m 2,000 m
Token Ring 850 nm 2,000 m 1,400 m
Fiber Channel
133
850 nm 2,000 m 2,000 m
Fiber Channel
266
850 nm 700 m 2000 m
Fiber Channel
531
850 nm 350 m 1000 m
Fiber Channel
1062
850 nm 300 m 500 m
Fiber Channel
1062
1300 nm 10,000 m
MEDIDAS DE ENLACES
OPTICOS
Panel 1 con un conector
directamente terminado y
conectado al adaptador
Panel 2 con cable
empalmado a un latiguillo
y este conectado al
adaptador
Perdida Conector Perdida Fibra Per. Conector
1.2 X 3.5 = 4.2dB0.75 dB 0.75 dB
Perdida Empalme Perd. Empalme
0.3 dB 0.3 dB
xEmpalme mecánico
o por fusión
EDIFICIO 1 EDIFICIO 2
Longitud del cable p.e.. 1.2KM
Cable fibra óptica multimodo
x
Panel Panel
MEDIDAS DE ENLACES
OPTICOS
Después de calcular la atenuación máxima
del enlace y verificar que se mantienen
dentro de los límites marcados por la
norma, el paso siguiente es medir el enlace
para comprobar que el sistema de cableado
tiene la misma atenuación o más baja.
Para esta medición se utiliza un OTDR o una
fuente de luz y un medidor de potencia
óptica.
MEDIDAS DE ENLACES
OPTICOS
CALIBRATED
LIGHT SOURCE
OPTICAL
POWER METER
LENGTH OF CABLE UNDER TEST
MEDIDOR DE POTENCIA Y
FUENTE DE LUZ CALIBRADA
Fuente
de luz
Medidor
de
potencia
Latiguillo de Test
Conectores
adaptadores
CALIBRADO DEL MEDIDOR DE
POTENCIA
Latiguillo
de Test
Enlace a medir
A A
MEDIDAS DE ENLACES
Fuente
de luz
Medidor
de
potencia
Conectores
adaptadores
Latiguillo
de Test
REFLECTOMETROS
OPTICOS
OTDR
• El OTDR es un Reflectómetro Óptico en el
Dominio del Tiempo:
– Óptico: las medidas se realizan transmitiendo
pulsos de luz.
– Dominio del tiempo: las medidas se realizan en
el dominio temporal. Representamos
gráficamente el nivel de señal en función del
retardo.
– Reflectómetro: La señal recibida y analizada es
causada por las reflexiones que se producen
en conectores, empalmes y en la propia fibra.
APLICACIONES DEL OTDR
• Para medir las pérdidas totales de un
enlace.
• Para medir las pérdidas de una sección.
• Para medir las pérdidas de un empalme o
un conector.
• Para medir las reflexiones de un conector
o un empalme mecánico.
• Para localizar defectos o roturas de la
fibra.
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
• El OTDR transmite un pulso de luz muy
corto.
• Mide el tiempo que tardan en llegar las
reflexiones.
• Mide el nivel de señal de esas reflexiones.
• Las reflexiones se producen por dos
fenómenos:
– Reflexiones de Fresnel
– Dispersión de Rayleigh
REFLEXIONES DE FRESNEL
• Cuando la luz se encuentra con un cambio
en la densidad del material (por ejemplo el
aire) parte de la energía se refleja (hasta
un 4%).
• La cantidad de luz reflejada depende de:
– La magnitud del cambio de la densidad de los
dos medios.
– El ángulo de incidencia de la luz con la
frontera de separación entre los dos medios.
Fibra
conector
ferrule Pérdidas de
transmisión
= 0.04dB.
Pulso de luz
Pérdidas de Retorno = 35dB.
Cristal
RI = 1.5
Aire
RI = 1
Reflexión < 4%
CONECTOR CON PULIDO PC
REFLEXIONES DE FRESNEL
Cambio en el Indice de Refracción
DISPERSION DE RAYLEIGH
• Cuando se envía un pulso de luz por una
fibra óptica, parte de la luz choca con
unas partículas microscópicas y se
dispersa en todas direcciones.
• Parte de esa dispersión se transmite en
dirección opuesta a la del pulso luminoso.
• Es la principal causa de la atenuación de
las fibras ópticas.
• Es mayor cuanto menor es la longitud de
onda.
DISPERSION DE RAYLEIGH
OTDR
Prolongador
Conectores
Empalme
Conectores
Prolongador
Cursor
Cursor
CONFIGURACION DE TEST
Perdidas
dB
Distancia en Km
0.4 0.8
A B
MEDIDAS DE DISTANCIA
Distancia Km 0.4 0.8
Perdidas
db
C
MEDIDAS DE ATENUACION DE
LA FIBRA
Distancia Km. 0.4 0.8
Perdidas
dB.
F
GH
MEDIDAS DE PERDIDAS EN
EMPALMES
Perdidas
dB.
Distancia Km. 0.4 0.8
J
K
MEDIDAS DE PERDIDAS EN
CONECTORES
Perdidas
dB
Distancia Km. 0.4 0.8
M
MEDIDAS DE PERDIDAS DE
RETORNO
Sistemas de Cableado
basados en Fibra Óptica

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Curso Cableado Estructurado Fibra óptica

  • 1. Sistemas de Cableado basados en Fibra Óptica
  • 2. AGENDA • La necesidad de la fibra óptica. • Introducción a las comunicaciones ópticas. • Tipos de fibra óptica. • Cables de fibra óptica. • Conectores de fibra óptica. • Conectorización. • Empalmadoras de fusión. • Diseño de enlaces ópticos. • Medidas de enlaces ópticos. • Reflectómetros ópticos.
  • 4. • INTERNACIONAL (PERO BASADOS EN EUROPA) • ISO INTERNATIONAL STANDARDS ORGANISATION • IEC INTERNATIONAL ELECTRO TECHNICAL COMMISION • ISO/IEC 11801 ¿¿QUIEN ESCRIBE LOSQUIEN ESCRIBE LOS ESTANDARES?ESTANDARES?
  • 5. El sistema de cableado genérico tiene una topología de estrella jerárquica. El sistema de cableado debe tener esta forma. El número y la presencia de CD y BD depende de la situación geográfica del lugar en cuestión. Por ejemplo, un único edificio no tiene por que necesitar un repartidor de campus. ESTANDARES CD BDBDBD FDFDFD TO TO TO TO CABLE TRONCAL CAMPUS CABLE TRONCAL EDIFICIO CABLEADO HORIZONTAL
  • 6. Las funciones del BD y FD se pueden combinar Están permitidos enlaces adicionales entre FD, y en algunos casos se utilizan como backup de emergencia, etc. FD FD FD TO TO TO CDBDFD BD/FD FD TO TO TO FD FD FD ESTANDARES
  • 8. La regla 80/20 • Se aplicaba cuando los grupos de trabajo prevalecían • 80% del tráfico se produce dentro del grupo de trabajo • 20% del tráfico es entre distintos grupos • Los servidores pertenecen al grupo de trabajo
  • 9. Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Local Server Local Server Local Server Core Switching / Routing 20% 80%80%80%
  • 10. Los servicios de las compañías (como el e-mail) incrementaron el tráfico en las troncales
  • 11. Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Local Server Local Server Local Server Core Switching / Routing 60% 40%60%60% eMail Server Enterprise Service 40% 40%
  • 12. Los servicios de las compañías se desplazaron hacia el núcleo conforme la demanda aumentaba
  • 13. Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Local Server Local Server Local Server Core Switching / Routing 40% 60%60%60% eMail Server Enterprise Service 40% 40%
  • 14. La migración de los servicios hacia el núcleo condujo a la formación de centros de datos y granjas de servidores, pero también incrementó la necesidad de ancho de banda en las troncales
  • 15. Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Enterprise Servers Core Switching / Routing 80% 20%20%20% eMail Server Enterprise Services 80% 80% Laser printer Laser printer IBM laser printer Plotter Laser printer ASCII Printer Virtual LAN needed to Assign Enterprise Services to Workgroup
  • 16. Switch Principal 100 Mbps LAN Switch 10 10 10 10 10 1995 10 Gbps 1 G 1 G 1 G 1 G 1 G 2005 LAN Switch LAN Switch 1 Gbps 100 100 100 100 100 2000 Redes de Area Local
  • 17. ARQUITECTURA LAN Una Planta Otra Planta servidores 1000 router El mundo exterior RTC, RDSI, lineas dedicadas Otro Edificio 10 Gigabit ethernet Troncal de Campus Un Edificio 100 Ethernet switch100BaseTX Troncal de edificio 1000 Gigabit Ethernet Switch
  • 18. COMPARADA CON EL COBRE • La fibra tiene un ancho de banda mucho mayor • La fibra tiene mucha menos atenuación • La fibra no se ve afectada por las interferencias electromagnéticas • La fibra es pequeña y ligera • La fibra es segura
  • 19. INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A LASN A LAS COMUNICACIONESCOMUNICACIONES ÓÓPTICASPTICAS
  • 20. ¿QUE ES LA FIBRA OPTICA? Núcleo Revestimiento Rayo de luz
  • 21. INDICE DE REFRACCIÓN n <n <n1 2 3 n1 n2 n3
  • 22. REFRACCION / REFLEXION Rayo refractado Rayo incidente rayo incidente rayo refractado rayo incidente rayo reflectado Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3 AIRE AGUA angulo critico
  • 23. Cono de aceptación REVESTIMIENTO NUCLEOEje APERTURA NUMERICA INTRODUCIENDO LA LUZ EN LA FIBRA El ángulo A es el Angulo Crítico. La N.A.( Apertura Numérica de la fibra ) = SINθ. Cuanto mayor sea el valor de N.A., más fácil es introducir luz en la fibra A θ
  • 24. Dispersion Modal Multimodo Salto de Indice Pulso de Entrada Pulso de Salida T kT
  • 25. Transmisión de SeñalesOn Off On On Off On On Off On On On On Off Off Off Umbral del Receptor Dispersión excesiva Dispersión excesiva + atenuación Bit Error Bit Error 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0
  • 26. Pérfiles del Indice de Refracción del núcleo125 0 Diametro(µm) 1.46 125 0 Indice de Refracción 1.001.00 1.46 1.481.48 Diametro(µm) MM Salto de Indice MM Indice Gradual
  • 27. Dispersion Modal Pulso de Entrada Pulso de Salida Multimodo Indice Gradual Rapido Rapido Lento T k’T
  • 28. DISPERSION - ANCHO DE BANDA Sección de la fibra refracción entrada del pulso salida índice de Pulso a la Propagación Pulso a la Tipo : monomodo 125 um n10um Tipo : multimodo de salto de indice 125 um n100 um Tipo : multimodo de indice gradual 125 um n 50um
  • 29. Diferentes Tipos de Fibra 62.5 um 125 um 125 um50 um 9 um 125 um
  • 30. TIPOS DE FIBRA ¿Porqué hay diferentes tipos de fibra (multimodo/monomodo)? Cuando más pequeño es el núcleo, menor atenuación mayor ancho de banda Pero más difícil de conectorizar y medir requiere el uso de laser
  • 32. Ventanas de Longitud de Onda Longitud de Onda 1ª Ventana 850nm 2ª Ventana 1300nm 3ª Ventana 1550nm 800 1000 1200 1400 1600 Atebuación • 850nm y 1300nm/multimodo-LED • 1310nm y 1550nm/monomodo-Laser
  • 33. LED vs. Laser para Multimodo • Velocidad máxima de transmisión de un LED ~ 622 Mbps • Las velocidades de Gigabit requieren lasers • ¿Porqué no utilizar entonces monomodo…?
  • 34. • Laser de Emisión por superficie de cavidad vertical (Vertical Cavity Surface Emitting Laser - VCSEL) – Similar al Laser Fabry-Perot, pero… • Reduce drásticamente el coste de los lasers acercandolos a los LEDs • Disponible sólo en 850 nm VCSEL
  • 36. Tipo Ancho de Banda Atenuación Dispersión Indice Fibra Mhz - km dB/km ps/nm - km Refracción 850nm 1300nm 850nm 1300nm 1310nm 1550nm 50/125 400 600 3 1 1.488 62.5/125 200 500 3.5 1 1.499 1310nm 1550nm Monomodo 0.45 0.30 3.5 18 1.468 ESPECIFICACION DE FIBRA OPTICA
  • 37. GIGABIT ETHERNETGIGABIT ETHERNET FIBRAFIBRA ANCHO DE BANDAANCHO DE BANDA DISTANCIADISTANCIA MHz.kmMHz.km mm 850/1300 nm850/1300 nm 850nm 1300nm850nm 1300nm •• 62.5/12562.5/125 160/500160/500 220220 550550 •• 62.5/12562.5/125 200/500200/500 275275 550550 •• 50/12550/125 400/400400/400 500500 550550 •• 50/12550/125 500/500500/500 550550 550550 IEEE 802.3z aprobado el 25 de Junio de 1998
  • 38. NUEVAS PROPUESTAS PARA FIBRA DE ISO 11801 ISO 11801 2ª Ed PROPONE ‘CLASES’ DE FIBRA PARA DIFERENTES APLICACIONES
  • 39. ISO 11801 2ª Ed. Tipos de Fibra Optica 2000500150050/125OM3 ND50050050/125OM2 ND50020062.5/125OM1 8501300850 Efectivo (LASER) Núcleo Saturado (LED)Tipo de Fibra Clase Optica Ancho de Banda (MHz-Km)
  • 40. ISO 11801 2ª Ed. Clases de Fibra Optica VelocidaddeTransmisión (Mbps) Distancia (M) OS1OS1OM310000 OS1OM2OM11000 OM1OM1OM1100 OM1OM1OM110 2000500300
  • 42. CONSTRUCCION TIPICA DE FIBRA Núcleo Revestimiento 125um Protección primaria 250um Fibra óptica con protección primaria
  • 43. CONSTRUCCIÓN DEL CABLE • Protección de la fibra • Elementos de refuerzo • Barreras anti humedad • Armaduras • Cubiertas
  • 44. Brand-Rex Ltd Brand-Rex Ltd Latiguillo Duplex "T2ZL" Duplex plano "T2L" 900um Fibra ajustada Cubierta LSF/0H CABLES DE FIBRA OPTICA PROTECCIÓN AJUSTADA
  • 45. Universal, distribución “C-NMLU” Brand-Rex Ltd Cubierta LSF/0H Barrera antihumedad Hasta 24 fibras de protección ajustada Fibras de aramida CABLES DE FIBRA OPTICA PROTECCIÓN AJUSTADA
  • 46. Supertubo “LU” Brand-Rex Ltd Cubierta Exterior material LSF/0H Hasta 12 fibras en un tubo relleno con gel Capa de fibras de aramida como elementos de refuerzo CABLES DE FIBRA OPTICA UNITUBO
  • 47. Armadura de hilos de acero “S-MB-SWA” Brand-Rex Ltd Cubierta Polietileno Atadura Cubierta PVC Armadura de hilos de acero galvanizado . Relleno de gel Elemento central de acero Cinta de Aluminio Barrera antihumedad 6 tubos rellenos de gel colocados helicoidalmente alrededor del elemento central hasta 12 fibras por tubo CABLES DE FIBRA OPTICA MULTITUBO
  • 48. PRUEBAS DEL CABLE IEC 794 / EN 187 000 • TRACCIÓN MÁXIMA • APLASTAMIENTO • IMPACTO • FLEXIBILIDAD • TORSION • RADIO DE CURVATURA • RANGO DE TEMPERATURAS • PENETRACION DE AGUA
  • 50. CONECTORES • El propósito de los conectores es enfrentar dos fibras ópticas. • Tienen que cumplir correctamente su función: – Conectar y desconectar • Un buen conector debe ofrecer resultados repetitivos.
  • 52. Dos conectores ópticos se conectan utilizando un pequeño accesorio llamado de múltiples formas: las mas usuales son “adaptador” y “acoplador”. ADAPTADOR SC ADAPTADOR ST ADAPTADORES
  • 53. ENFRENTAMIENTO • En realidad pretendemos alinear los núcleos de las dos fibras. • La concentricidad es fundamental: – Núcleo-Revestimiento – Revestimiento-Capilar – Capilar-Ferrule – Ferrule-Guías de alineamiento
  • 54. PARÁMETROS • Existen dos parámetros básicos para definir la calidad de un conector. • Pérdidas de Inserción: es la atenuación del conector en dB (menor valor, mejor) • Pérdidas de Retorno: expresa la cantidad de luz reflejada por el conector (mayor valor, mejor). Es más importante en monomodo.
  • 55. PÉRDIDAS INTRÍNSECAS DIFERENTES DIÁMETROS DE NÚCLEO DIFERENTES APERTURAS NUMÉRICAS
  • 60. CONECTORES Y ADAPTADORES ST No se recomienda su utilización con fibra monomodo
  • 64. CONECTORIZACIÓN • Existen dos formas de conectorizar una fibra: • Montando manualmente un conector sobre el extremo de la fibra. • Empalmando un pigtail por fusión a la fibra.
  • 65. La conectorización (colocación de conectores en los cables de fibra óptica) se realiza mediante diferentes técnicas: EPOXY HOT MELT (3M) ANAEROBICO Curado en frío CRIMPADO CONECTORIZACIÓN MANUAL
  • 70. MONTAJE DE UN PANEL REPARTIDOR PARA RACK DE 19”
  • 72. PREPARACIÓN DEL PANEL 16mm 20mm 25mm 20mm 16mm
  • 74. PREPARACIÓN DEL CABLE FIRST MARKSECOND MARK 2 METRES COMPRESSION GLAND 2 METRES POSITION "A"
  • 75. PELADO DEL CABLE CUT YARNS BACK TO GLAND
  • 77. ORDENACIÓN DE LAS FIBRAS EN EL PANEL NYLON CABLE TIES
  • 79. • Existen tres motivos para realizar empalmes en planta externa: – Sobrepasar la máxima longitud instalable. – Sobrepasar la longitud suministrada por bobina. – Realizar segregaciones o derivaciones. • Los empalmes deben estar protegidos por cajas. • También empalmamos fibras al utilizar pigtails en la conectorización. EMPALMES DE FIBRA OPTICA
  • 83. • Existen dos métodos para empalmar fibras ópticas: – Empalmes mecánicos (solo para multimodo). – Empalmes de fusión (monomodo o multimodo). EMPALMES DE FIBRA OPTICA
  • 84. FIBRES PRECISION MADE GLASS OR ELASTOMER TUBE INDEX MATCHING GEL EMPALMES MECÁNICOS
  • 85. EMPALME POR FUSION Calentando las dos fibras, estas quedan unidas VISTA MEDIANTE EL MICROSCOPIO DE LA EMPALMADORA POR FUSION FIBRAS ELECTRODOS
  • 86. EMPALME POR FUSION Fibras alineadas esperando a ser limpiadas mediante arco Fibras preparadas para ser empalmadas Fibras después de ser empalmadas
  • 88. PREPARACIÓN DE LAS FIBRAS • Limpieza: limpiar completamente las fibras de cualquier residuo (gel, suciedad, etc.) • Pelado: eliminar las protecciones de la fibra. • Limpieza: limpiar los restos de protección por medio de alcohol isopropílico. • Corte: cortar las fibras.
  • 89. CORTAR LA FIBRA Corte perfecto Corte incompleto Muesca Recubrimiento no eliminado
  • 91. FUSIÓN DE LAS FIBRAS • Las fusionadoras alinean, aproximan y calientan las fibras para obtener un empalme perfecto, de bajas pérdidas y mínimas reflexiones. • Se basan en apoyar las fibras sobre unos soportes acanalados en V. • La geometría de las fibras introduce un grado de incertidumbre respecto al alineamiento.
  • 92. CANAL EN V: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
  • 93. CANAL EN V: ERRORES DE ALINEAMIENTO concentricidad núcleo/revestimiento requer. típico: > 0,8 µm diámetro de revestimiento requer. típico: ± 1,0 µm curvaturas requer. típico: > 2 metros circularidad del revestimiento requer. típico: > 1,0%
  • 94. TIPOS DE FUSIONADORAS • MANUALES • AUTOMÁTICAS DE ALINEAMIENTO FIJO • AUTOMÁTICAS DE ALINEAMIENTO EN 3 EJES
  • 96. PAS
  • 97. LID
  • 99. PARAMETROS DE ENLACES OPTICOS ISO/EN MULTIMODO MONOMODO 850 nm 1300 nm 1310 nm 1550 nmParametro Atenuacion dB/km 3.5 max 1.0 max n/a n/a BW MHz.km 200 min 500 min n/a n/a Conector Perdidas Insercion Perdidas Retorno 20 min 20 min 26 min 26 min Perdidas de empalme 0.3 max 0.3 max 0.3 max 0.3 max 0.75 max 0.75 max 0.75 max 0.75 max
  • 100. Atenuacion dB Multimodo MonomodoSubsistema de Longitud cableado máxima 850 nm 1300 nm 1310nm 1550 nm Horizontal 100 m 2.5 2.2 2.2 2.2 Troncal edificio 500 m 3.9 2.6 2.7 2.7 Troncal campus 1500 m 7.4 3.6 3.6 3.6 ISO 11801 2nd Ed en ROJO OF 300 300 m 2.55 1.95 1.8 1.8 OF 500 500 m 3.25 2.25 2.0 2.0 OF 2000 2000 m 8.5 4.5 3.5 3.5 PARAMETROS DE ENLACES OPTICOS ISO/EN
  • 101. Pérdidas totales = 0.75 + (1.9 x 3.5) + 0.3 + 0.75 = 8.45 dB a 850 nm Latiguillo adaptador conector panel repartidor cable 1.9 km conectores 0.75 0.75 cable 1.9 x 3.5 empalme 0.3 empalme Perdidas de enlace permitidas = 8.5dB Cálculo de pérdidas Troncal de Campus
  • 102. ISO 11801 2ª Ed. Clases de Fibra Optica VelocidaddeTransmisión (Mbps) Distancia (M) OS1OS1OM310000 OS1OM2OM11000 OM1OM1OM1100 OM1OM1OM110 2000500300
  • 103. APLICACIÓN LONGITUD DE ONDA DISTANCIA 62.5/125 OM1 DISTANCIA 50/125 OM2 DISTANCIA 50/125 OM3 DISTANCIA MONOMODO OS1 10BASE-FL 850 nm 2,000 m 1,340 m 1340 m 100BASE-SX 850 nm 300 m 300 m 300 m 100 BASE-FX 1300 nm 2,000 m 2,000 m 2000 m 1000BASE-SX 850 nm 300 m 600 m 600 m 1000BASE-LX 1300 nm 600 m 600 m 600 m 5,000 m 10GBASE-SR 850 nm 26 m 82 m 300 m 10GBASE-LW 1310 nm 40,000 m ATM 155 1300 nm 2,000 m 2,000 m ATM 622 1300 nm 500 m 500 m 15,000 m ATM 155 swl 850 nm 1,000 m 1,000 m FDDI 1300 nm 2,000 m 2,000 m Token Ring 850 nm 2,000 m 1,400 m Fiber Channel 133 850 nm 2,000 m 2,000 m Fiber Channel 266 850 nm 700 m 2000 m Fiber Channel 531 850 nm 350 m 1000 m Fiber Channel 1062 850 nm 300 m 500 m Fiber Channel 1062 1300 nm 10,000 m
  • 105. Panel 1 con un conector directamente terminado y conectado al adaptador Panel 2 con cable empalmado a un latiguillo y este conectado al adaptador Perdida Conector Perdida Fibra Per. Conector 1.2 X 3.5 = 4.2dB0.75 dB 0.75 dB Perdida Empalme Perd. Empalme 0.3 dB 0.3 dB xEmpalme mecánico o por fusión EDIFICIO 1 EDIFICIO 2 Longitud del cable p.e.. 1.2KM Cable fibra óptica multimodo x Panel Panel MEDIDAS DE ENLACES OPTICOS
  • 106. Después de calcular la atenuación máxima del enlace y verificar que se mantienen dentro de los límites marcados por la norma, el paso siguiente es medir el enlace para comprobar que el sistema de cableado tiene la misma atenuación o más baja. Para esta medición se utiliza un OTDR o una fuente de luz y un medidor de potencia óptica. MEDIDAS DE ENLACES OPTICOS
  • 107. CALIBRATED LIGHT SOURCE OPTICAL POWER METER LENGTH OF CABLE UNDER TEST MEDIDOR DE POTENCIA Y FUENTE DE LUZ CALIBRADA
  • 108. Fuente de luz Medidor de potencia Latiguillo de Test Conectores adaptadores CALIBRADO DEL MEDIDOR DE POTENCIA
  • 109. Latiguillo de Test Enlace a medir A A MEDIDAS DE ENLACES Fuente de luz Medidor de potencia Conectores adaptadores Latiguillo de Test
  • 111. OTDR • El OTDR es un Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo: – Óptico: las medidas se realizan transmitiendo pulsos de luz. – Dominio del tiempo: las medidas se realizan en el dominio temporal. Representamos gráficamente el nivel de señal en función del retardo. – Reflectómetro: La señal recibida y analizada es causada por las reflexiones que se producen en conectores, empalmes y en la propia fibra.
  • 112. APLICACIONES DEL OTDR • Para medir las pérdidas totales de un enlace. • Para medir las pérdidas de una sección. • Para medir las pérdidas de un empalme o un conector. • Para medir las reflexiones de un conector o un empalme mecánico. • Para localizar defectos o roturas de la fibra.
  • 113. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO • El OTDR transmite un pulso de luz muy corto. • Mide el tiempo que tardan en llegar las reflexiones. • Mide el nivel de señal de esas reflexiones. • Las reflexiones se producen por dos fenómenos: – Reflexiones de Fresnel – Dispersión de Rayleigh
  • 114. REFLEXIONES DE FRESNEL • Cuando la luz se encuentra con un cambio en la densidad del material (por ejemplo el aire) parte de la energía se refleja (hasta un 4%). • La cantidad de luz reflejada depende de: – La magnitud del cambio de la densidad de los dos medios. – El ángulo de incidencia de la luz con la frontera de separación entre los dos medios.
  • 115. Fibra conector ferrule Pérdidas de transmisión = 0.04dB. Pulso de luz Pérdidas de Retorno = 35dB. Cristal RI = 1.5 Aire RI = 1 Reflexión < 4% CONECTOR CON PULIDO PC REFLEXIONES DE FRESNEL Cambio en el Indice de Refracción
  • 116. DISPERSION DE RAYLEIGH • Cuando se envía un pulso de luz por una fibra óptica, parte de la luz choca con unas partículas microscópicas y se dispersa en todas direcciones. • Parte de esa dispersión se transmite en dirección opuesta a la del pulso luminoso. • Es la principal causa de la atenuación de las fibras ópticas. • Es mayor cuanto menor es la longitud de onda.
  • 119. Perdidas dB Distancia en Km 0.4 0.8 A B MEDIDAS DE DISTANCIA
  • 120. Distancia Km 0.4 0.8 Perdidas db C MEDIDAS DE ATENUACION DE LA FIBRA
  • 121. Distancia Km. 0.4 0.8 Perdidas dB. F GH MEDIDAS DE PERDIDAS EN EMPALMES
  • 122. Perdidas dB. Distancia Km. 0.4 0.8 J K MEDIDAS DE PERDIDAS EN CONECTORES
  • 123. Perdidas dB Distancia Km. 0.4 0.8 M MEDIDAS DE PERDIDAS DE RETORNO
  • 124.
  • 125.
  • 126. Sistemas de Cableado basados en Fibra Óptica