Introducción a WDM y OTN

Ing. Fernando Mendioroz, MSc. (c.)
Popayán, 2014
Universidad del Cauca
Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
Departamento de Telemática

 Generalidades WDM
 Introducción.
 Sistemas CWDM y DWDM.
 Mux/Demux en DWDM.
 Elementos de red en WDM.
 Red de Transporte Óptico (OTN)
 Introducción.
 Tramas y Jerarquías.
 Capas de procedimientos.
 Jerarquías de transporte Óptico y Múltiplex.
 Monitoreo de conexión tándem (TCM).

Introducción: Fibra Óptica
 Guía de ondas dieléctrica que opera a frecuencias ópticas. Cada
filamento consta de un núcleo central (óxido de silicio y germanio)
con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material
similar con un índice de refracción ligeramente menor.
 De acuerdo a las leyes de Snell (𝑛1. sin 𝜃1 = 𝑛2. sin 𝜃2), dados la
diferencia de índices de refracción y ángulo de incidencia, en el
interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes
del revestimiento. De este modo, se pueden guiar las señales
luminosas sin pérdidas por largas distancias.

Ventajas de la Fibra Óptica respecto a otros medios de transmisión:
 Menor costo.
 Menor potencia de transmisión (no necesita potencia para desplazar
la onda una vez que se ha transmitido por la guía).
 Menor tamaño y peso de equipamiento (más fibras transmitiendo
más información en el mismo cable de transmisión).
 Mayor capacidad de transmisión de información por unidad de
tiempo (en el orden de hasta 350 Tbps contra 1 Gbps).
 Menor degradación de señal de FO respecto a cables de cobre.
 Inmunidad a la interferencia.

Cableado de Fast Ethernet original
Nombre Tipo de cableado
Longitud máxima
de segmento
Características
100Base-FX Fibra óptica 2000 m. Full duplex a 100 Mbps; Largas tiradas.
Cableado de Gigabit Ethernet
Longitud máxima
de segmento
Características
1000Base-SX Fibra óptica 550 m. Fibra multimodo (50, 62.5 μ)
1000Base-LX Fibra óptica 5000 m. Monomodo (10 μ) o multimodo (50, 62.5 μ)
Cableado de 10 Gigabit Ethernet
Longitud máxima
de segmento
Características
10GBase-SR Fibra óptica 300 m. Fibra multimodo (0.85 μ)
10GBase-LR Fibra óptica 10 Km. Fibra monomodo (1.3 μ)
10GBase-ER Fibra óptica 40 Km. Fibra monomodo (1.3 μ)
Comparación de características según emisor de datos vía fibra óptica
Ítem LED Semiconductor LASER
Tasa de datos Baja Alta
Tipo de fibra Multimodo Multimodo o monomodo
Distancia Corta Larga
Vida útil Larga Corta
Sensibilidad térmica Menor Sustanciosa
Costo Bajo Alto

Introducción: Generalidades WDM
 La Multiplexación por Longitud de Onda (WDM) se basa en la
transmisión simultánea de un conjunto de señales ópticas por una
FO sin interferencia mutua.
 Las señales de diferentes longitudes de onda se multiplexan en un
terminal desde fuentes independientes y se recuperan en un terminal
intermedio o final (demultiplexación), mediante filtros sintonizados a
las longitudes de onda especificadas. Los filtros multiplexores y
demultiplexores ópticos permiten la inserción y extracción de
múltiples señales ópticas de longitudes de onda determinadas (λk)
desde una misma fibra.
 El OADM (Optical Add-Drop Multiplexer) es otro elemento de red de
gran importancia en las redes WDM, para la inserción y extracción de
señales ópticas individuales en puntos intermedios del camino entre
extremos, permitiendo el diseño de redes WDM con facilidades
similares a las redes SDH.

 WDM explota la transmisión en paralelo: cada señal óptica se asocia a una o
más señales eléctricas. La salida del demultiplexor óptico se aplica a
diferentes foto-detectores.
 Equipos estándar actuales transmiten hasta 480 Gbps por un par de fibras
ópticas (96 canales STM-16 simultáneos o 48 canales STM-64),
disminuyendo costos al utilizar un único amplificador óptico para el grupo
de longitudes de onda.
 En el dominio eléctrico-óptico, es fundamental el transmisor láser
sintonizable, que permite generar señales ópticas con una separación entre
0.4 y 20 nm, con alta estabilidad y control basado en microprocesadores. El
foto-detector o conversor óptico-eléctrico, es un dispositivo de banda ancha
no sintonizado (las señales de entrada son extraídas con filtros pasabanda
en el demultiplexor).
 Numerosos elementos de redes WDM son también utilizados en enlaces
ópticos para redes SONET/SDH, OTN y otras, como ser amplificadores
ópticos (EDFA ó OLA tipo OEO), los regeneradores de señales (R-2R-3R), los
sistemas de energía asociados a los cables de FO requeridos para tele-
alimentación, etc.

http://www.lightriver.com/index.php?p=WDM_From_the_Core_to_the_Edge

Sistemas CWDM y DWDM
 La figura muestra las bandas utilizadas para sistemas de transmisión
CWDM (Coarse WDM) y DWDM (Dense DWDM).
 Los sistemas CWDM operan con longitudes de onda de las bandas
ópticas que existen en la segunda y la tercera ventana de
transmisión de las FO, mientras que los sistemas DWDM operan en la
tercera ventana, en las bandas C y L.

 En los sistemas CWDM el espaciado de los canales es muy superior al
ancho de banda de transmisión.
 CWDM puede acarrear entre 8 y 18 canales ópticos, con un espaciado
mínimo de 20 nm para usos en redes Metro y enlaces cortos, por
debajo de 80 Km a 2.5 Gbps.
 CWDM utiliza componentes de menor costo que DWDM, con menores
exigencias de estabilidad en los componentes ópticos y eléctricos,
utilizando transmisores láser de bajo consumo en los transponders y
amplificadores ópticos OEO (Óptico-Eléctrico-Óptico) de SDH.
 CWDM es utilizado en redes de TV por cable, en sistemas de FO del
tipo FTTH (Fiber To The Home), sistemas CWDM pasivos son
utilizados para separar señales con filtros ópticos basados en
prismas, sin requerimientos de energía eléctrica.

 En DWDM los canales están espaciados en forma regular, con anchos
próximos al BW de la señal acarreada. DWDM puede transportar entre
40 y más de 100 canales ópticos y emplea multiplexores OADM del
tipo pre-configurado o controlables remotamente (ROADM).
 DWDM usa amplificadores EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) de
alta ganancia y estabilidad, y nuevas tecnologías en FO, permitiendo
transmisiones a cientos de Km sin reamplificación y hasta 1000 Km
sin regeneración.
 DWDM es más costoso que CWDM, pero posee mayor capacidad de
transporte y es utilizado en forma estándar para ampliar las
capacidades de las redes de FO terrestres y submarinas a un costo
menor que la instalación de sistemas SDH de jerarquías STM-64 o
STM-256. Sistemas DWDM han sido actualizados con instalaciones
de SDH de capacidades de 400 a 600 Gbps (40 o 60 canales DWDM).

DWDM: Esquema DWDM básico
 Cada señal SK consiste en un flujo STM-16 y cada transponder Tx utiliza un
modulador láser tipo electro-absorción, modulado externamente. Las
señales λk están separadas 100 Ghz (0.8 nm). Cada transponder Tx se
encarga de realizar la conversión electro-óptica de las señales SK y ajusta la
tasa de bit de la señal óptica que ingresa al multiplexor, siendo
independiente del protocolo y la velocidad de SK.
FO
100 Km.
LA
Tx
FO
100 Km.
LA
FO
100 Km.
λ1S1
Tx
λ2S2
Tx
λ3S3
Tx
λNSN
.
.
.
.
MULTIPLEXOR
DEMULTIPLEXOR
Rx
S1λ1
Rx
S2λ2
Rx
S3λ3
Rx
SNλN
.
.
.
.
Transponder Receptor

DWDM: Esquema DWDM básico
 El láser del transponder DWDM se ajusta a la frecuencia óptica acorde según
la grilla ITU-T G.694.1, con una estabilidad mejor que 10 ppm. Las señales
ópticas pueden tolerar una dispersión acumulada de hasta 5.400 ps/nm en
el camino óptico, para canales separados 100 Ghz con señales de 2.5 Gbps.
 Las diez señales ópticas del ejemplo viajan con velocidad constante de
grupo y ocupan casi 20nm del espectro base de la banda C. Los
amplificadores EDFA afectan a cada una de las 10 señales de igual manera.
FO
100 Km.
LA
Tx
FO
100 Km.
LA
FO
100 Km.
λ1S1
Tx
λ2S2
Tx
λ2S2
Tx
λNSN
.
.
.
.
MULTIPLEXOR
DEMULTIPLEXOR
Rx
S1λ1
Rx
S2λ2
Rx
S2λ2
Rx
SNλN
.
.
.
.
Transponder Receptor

Prisma y Lentes
Una señal óptica WDM con N componentes se recibe y procesa por un lente (A), cuyo
índice de refracción es superior al del medio, crea un haz policromático paralelo
mezclando los N componentes, aplicado a la superficie del prisma. La difracción según la
longitud de onda del prisma causa que cada componente λN sea refractado con un
ángulo diferente, descomponiendo la entrada en componentes fundamentales. Un
segundo ensamble de lentes (B) enfoca cada componente λk en un punto correspondiente
a su distancia focal, donde ingresa a la fibra óptica que lleva la señal demultiplexada. El
esquema lineal y pasivo puede utilizarse como multiplexor óptico, si las componentes
ingresan por la derecha.

Demultiplexación WGD (Waveguide Grating Diffraction)
WGD utiliza principios de difracción junto con propiedades de interferometría óptica. Se
utiliza una parrilla de difracción (grating) sobre la cual cada componente de luz
policromática es difractada con un ángulo diferente. Utilizando lentes diseñadas para
que cada ángulo de difracción de entrada se refracte en diferentes puntos del espacio,
cada λk se aplica sobre una fibra óptica diferente, que lleva cada componente óptico a su
fotodetector para la conversión óptica a eléctrica, ecualización y amplificación. El sistema
es pasivo lineal, lo que hace posible su empleo como multiplexor, revirtiendo la
dirección del flujo de señales ópticas.

Demultiplexación AWG (Arrayed Waveguide Grating)
AWG utiliza principios de guías de onda ópticas utilizando una unidad de
branching en la FO de entrada. Las N salidas polícromas viajan sobre el arreglo
de FO en curvatura (guías de onda ópticas) y se acoplan a una segunda unidad
(branching), que tiene por salida N fibras ópticas, una por componente λk.
Cada FO del arreglo tiene una diferencia de longitud constante, para genera
procesos de interferometría constructivos y destructivos en el acoplo de salida
de cada FO, lo que crea el componente λk buscado en cada cavidad de salida.

Demultiplexación MIF (Multilayer Interference Filter)
La tecnología MIF, utilizada en filtros ópticos pasivos de película delgada
denominados filtros de interferencia multicapa, es un equivalente lineal al
proceso WGD.
El proceso se basa en posicionar filtros de película delgada en el camino óptico
de la señal de entrada, tal que cada filtro demultiplexa un componente de
longitud de onda λk.
Cada filtro sólo transmite una
longitud de onda y refleja el resto, en
un efecto cascada de reflexión-
difracción.
Las señales demultiplexadas se
aplican a una FO para su conversión
óptico-eléctrica en un fotodetector.

 Los sistemas AWG y MIF son los más utilizados, por su estabilidad,
aislación de λk y respuesta espectral plana.
 El proceso AWG es sensitivo a la polarización de la señal óptica, lo
que debe ser compensado. Se utiliza con éxito para decodificar
numerosos canales simultáneamente.
 Los sistemas basados en los filtros MIF son imprácticos para
sistemas DWDM con muchos canales.
 Al operar con procesos lineales, estos esquemas son reversibles,
permitiendo construir demultiplexores y multiplexores WDM con la
misma técnica, pero la precisión mecánica (en nanómetros) aumenta
su sensibilidad a cambios de temperatura que pueden requerir que
sean compensados externamente en ambientes inestables (cajas
térmicas).

Transponders
 En transmisión, un transponder convierte señales eléctricas de
sistemas cliente (PDH, SDH, ATM, etc.) en señales ópticas sobre
longitudes de onda (λN) disponibles en sistemas WDM. En recepción,
realiza el proceso inverso.
 Si la señal de entrada ya pertenece al dominio óptico de banda
ancha, la convierte a longitudes de onda específicas de una grilla
DWDM utilizando conversión OEO (Óptica-Eléctrica-Óptica). Esta
conversión habilita a dispositivos no equipados con láseres de
precisión de banda angosta a ser multiplexados en una fibra óptica
singular, tal como enrutadores, conmutadores ATM u otros
multiplexores.
 Un transponder normalmente integra un diodo laser sintonizable, un
modulador sincrónico y un multiplexor para la transmisión óptica. En
el lado receptor, incorpora un filtro óptico sintonizable, un
demodulador sincrónico y un demultiplexor.

Transponders
http://www.ntt-electronics.com/en/optical/ecoc2012.html

Muxponders
 Un muxponder es un transponder con el agregado de un multiplexor
que agrega señales cliente de menor jerarquía en otra de mayor
jerarquía.
 El muxponder mapea múltiples señales cliente (e.g. STM-N de SDH)
en una única señal de mayor capacidad, que luego procesa tal como
un transponder eléctrico-óptico.
Cisco ONS 15454 8-Port
Enhanced Data Muxponder Card

Terminal de Línea DWDM
 Equipo ubicado en cada extremo de un camino óptico DWDM.
 Contiene transponders o muxponders (uno por cada longitud de onda);
multiplexor/demultiplexor o BMDX (Band Mux/Demux); un amplificador
óptico EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) a la salida del multiplexor; en
recepción; un filtro más un preamplificador óptico de bajo ruido a la entrada
del demultiplexor; y otros módulos de control como OSC (Optical
Supervisory Channel), ALC (Automatic Laser Control) y, eventualmente, LOFA
(Line Amplifier), splitters y filtros.
 El gabinete soporta placas para el monitoreo de la red DWDM y visualización
de alarmas y fuentes de alimentación redundantes.

Regeneradores de Línea
 Tres generaciones: 1R (obsoletos), 2R (casi no usados) y
3R.
 Funciones 3R (Reamplification, Reshaping, Retiming):
Retemporización (Retiming) y retransmisión amplificada
(Reamplification).
Regeneración (Reshaping) del pulso eléctrico de salida
para minimizar ISI acumulada.
Conversión OEO.
Monitoreo de estado de encabezados SHD/SONET
(reportan estado y alarmas mediante el OSC –Optical
Supervisory Channel- de DWDM).
Operan en ambos sentidos.

Amplificador EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
 Los amplificadores EDFA se basan en el acoplo de una señal óptica
de alta potencia (bomba óptica) junto con la señal óptica de línea,
utilizando un acoplador selectivo de longitud de onda. La señal mixta
pasa por una sección de FO dopada en el núcleo con iones de Erbio
excitados por la señal óptica de alta energía.
 Los átomos de Erbio liberan su energía como fotones en la misma
longitud de onda y fase que la señal a ser amplificada (en la zona de
1550 nm). La potencia agregada es guiada hacia la FO de salida, en
donde se coloca un aislador, para prevenir reflexiones de la FO
acoplada, la cual continúa llevando la señal amplificada hacia el
siguiente tramo.
 Los EDFA actuales emplean una combinación de ambas frecuencias
de bombeo (980 nm y 1480 nm), para lograr EDFA optimizados, que
pueden proveer 25 dB con bajo ruido adicionado.

Amplificador EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)

OADM (Optical Add Drop Multiplexer)
 Similar al ADM de SDH/SONET, utilizados en puntos intermedios de
interconexión de una red DWDM en anillo, permiten subir o bajar
señales eléctricas u ópticas (de una λ particular).
 Contiene tres secciones básicas: un demultiplexor óptico, un
conmutador para las funciones de Add/Drop y un multiplexor óptico.
 Se acoplan pasivamente a la FO sin afectar a las señales de la red
DWDM, con una pérdida de acople de 3 dB.

ROADM (Reconfigurable OADM)
 Los ROADM tienen las prestaciones de los OADM más la capacidad
de configurar por tele-comandos desde un centro de operación de
red o NOC cuáles λK serán subidas y/o bajadas en cada punto de
interconexión. Esto flexibiliza el diseño de las redes DWDM, pues
pueden reconfigurarse en cualquier momento provisionando canales
Add/Drop en forma centralizada. Además pueden crecer
modularmente.
 Emplean filtros ópticos más amplificadores laser que son
reconfigurables por software. Constituye un dispositivo con tres
componentes básicos:
Un conmutador selectivo de longitud de onda o WSS (Wavelength
Selective Switch);
Un monitor de canal;
Un amplificador.

BGF: Bragg Grating Filter:

AWG: Array Waveguide Grating
https://www.ntt-review.jp/anqtest/archive/ntttechnical.php?contents=ntr200706sf2.html

OXC (Optical Cross Connect)
 Un OXC es un elemento de red WDM equivalente a un conmutador digital
electrónico de las redes telefónicas o a un DXC en redes SDH en malla, pero
a nivel óptico, es decir, es capaz de dirigir una señal óptica desde cualquiera
de sus entradas hacia cualquiera de sus salidas. Operan en forma matricial
(N x N), con N entradas y N salidas de fibras ópticas.
 Junto con los ROADM, proveen a los operadores de una capacidad total para
redefinir los caminos ópticos y sus señales componentes a través de un
sistema de gestión remoto.
 Tipos:
 Opacos: pueden operar en el dominio eléctrico, lo que requiere una
demultiplexación interna completa de cada señal acarreada por cada FO
(requieren tecnología DXC de SDH);
 Transparentes: operan solamente en el dominio óptico. Una variante OXC,
con filtros ópticos sintonizables, solo opera con longitudes de onda
específicas;
 Translucentes: Combina las propiedades de los OXC opacos y
transparentes .

Filtros Ópticos
 Utilizan principios de difracción e interferometría para definir anchos de
banda pasante o bloqueantes, en tanto se basan en principios de micro-
mecánica para la calibración en filtros fijos y sintonizables, donde además se
utilizan efectos térmicos, dieléctricos, etc.
 Propiedades deseables:
 Baja pérdida de inserción con independencia de la polarización de la señal óptica;
 Banda pasante ó frecuencia de corte invariante con la temperatura ambiente;
 Banda pasante plana para reducir efectos acumulados de filtros en cascada;
 Lóbulos laterales acentuados, al menos de -20 a – 30 dB para proveer aislación
entre canales contiguos;
 Rápida convergencia al rango deseado (µseg) –para filtros sintonizables-;
 Amplio rango de sintonía de filtros ajustables (que cubran los 40 nm de los EDFA);
 Bajo consumo de potencia;
 Subsistema de ajuste de precisión controlable en forma local o remota.

Filtros Ópticos
Tipo de Filtro Óptico Sintonizable
Rango
de ajuste (nm)
Mecanismo de
Sintonía de Filtro
Observaciones
Filtro AWG Sintonizable 40
Estiramiento
termo-óptico
Sintonía termo-óptica.
Uso típico en sintonía fija.
Rejilla de Fibra de Bragg (BGF) 10
Estiramiento
por control térmico.
Sintonía termo-óptica o
estiramiento mecánico.
Uso típico en sintonía fija.
Interferómetro Fabry-Perot (Etalon) 500
Micromecánico;
cavidad con dos espejos
reflectores en paralelo
Rango de sintonía inferior al
de EDFA; convergencia lenta;
implementable con FO.
Interferómetro Fabry-Perot micromecánico < 60
Micromecánico
avanzado
Tecnología más avanzada que el Etalon.
Cristal Líquido F-P 30
Orientación del
cristal
Bajo consumo de potencia.
Interferómetro Mach-Zehnder 4 Termo-eléctrico-óptico
Disponible para integración monolítica
en fotónica. Alta pérdida de inserción.
> 6dB por acoplos dobles entre FO.

Cisco ONS MSTP 15454
Características principales:
 12 contenedores capaces de ubicar cualquier
combinación de ROADM, amplificadores, tarjetas
de servicio DWDM para configuraciones flexibles
de nodo;
 5 contenedores para equipamiento común,
incluyendo OSC (Optical Service Channel) y
procesadores de sistema redundantes;
 Una bandeja de ventiladores intercambiables
en caliente, pantalla LCD integrada y entrada de
potencia DC totalmente redundantes;
 Gestión multi-plataforma para la expansión de
un único elemento de red en múltiples estantes;

 Generalidades WDM
 Introducción.
 Sistemas CWDM y DWDM.
 Mux/Demux en DWDM.
 Elementos de red en WDM.
 Red de Transporte Óptico (OTN)
 Introducción.
 Tramas y Jerarquías.
 Capas de procedimientos.
 Jerarquías de transporte Óptico y Múltiplex.
 Encabezamiento de tramas.
 Monitoreo de conexión tándem (TCM).

Introducción
 Las OTN integran el transporte de señales cliente SONET/SDH,
Ethernet, MPLS, etc., de entre 100 Mbps y 100 Gbps, y velocidades
de línea óptica de 2.5, 10, 40 y 100Gbps, utilizando tecnologías
WDM, con multiplexación eléctrica a nivel de unidad de datos de
canal óptico (ODU) y multiplexación óptica por longitud de onda para
redes MAN ó WAN de mediana y larga distancia.
 OTN aporta (sobre SDH):
 Mejor gestión de fallas en redes multi-operador por las
conexiones tándem;
 Mapeado asincrónico directo de señales de bajo nivel niveles altos;
 Corrección de errores FEC;
 Otras ventajas como la capacidad de transporte POTS (Packet
Optical Transport Network) en redes WAN y MAN.

Introducción
 Estándares básicos de la ITU-T para la arquitectura,
jerarquías, interfaces y gestión de las redes OTN:
Rec. ITU-T G.709/Y.1331: Interfaces para las Redes de
Transporte Óptico.
Rec. ITU-T G.872: Arquitectura de las Redes de
Transporte Óptico.
Rec. ITU-T G.798: Características de la Jerarquía de las
Redes de Transporte Óptico.
Rec. ITU-T G.959.1: Interfaces de la Capa Física en las
Redes de Transporte Óptico.

Introducción
Transporte OTN
Arquitectura punto-a-punto
Transparencia de protocolo cliente
Interfaz red-red universal
OAM&P óptimo
Protección 1+1
Conmutación OTN
Networking óptico virtualizado
Rápido despliegue de servicio
Arquitectura en malla
Máxima eficiencia de red
Aprovisionamiento basado en políticas
Protección multi-trayecto
Restauración basada en políticas
Gestión basada en circuitos
Transporte multi-cliente en
única λ
Eficiencia maximizada de
enlace punto-a-punto
Muxponder OTN

Introducción: el abordaje DWDM (pre-OTN)
DWDM:
 Servicio entre extremos en forma de múltiples
segmentos;
 Mapeo cliente por longitud de onda;
 Gestión centralizada en puntos intermedios
(imposible de extremo a extremo).

Introducción: el abordaje OTN
OTN:
 Señales cliente digitalmente empaquetadas.
 Posible monitoreo en tránsito de
empaquetamiento, conectividad, extremo-a-
extremo o en segmentos.
 Señales de mantenimiento;
 Canales de comunicación genéricos.

Introducción
Capa IP
(Routers - Links)
OTN
Capa Eléctrica: Mapeo de
cliente, múltiplex de conexión,
composición, monitoreo,
protección/restauración de
ancho de banda no varado.
DWDM
Capa óptica: Add/Drop,
protección, restauración.

Introducción: Servicios detrás de OTN

Tramas y Jerarquías
Entre las normalizaciones para redes OTN introducidas con la Rec. G.709 se
cuentan:
 La estructura de la trama de línea OTN (OTU), con un tamaño fijo de 4 x
4080 bytes (16320 bytes), sin importar el orden de la trama OTUk. Esto
marca una diferencia con SONET/SDH, donde la trama en cada nivel
jerárquico crece en tamaño.
 Detalles de los encabezados de las diferentes tramas encapsulantes de la
señal cliente, que incluye las tramas OPU, ODU y OTU. Los encabezados de
cada nivel permiten funciones como mapeado de señales cliente en OPU,
gestión OAM de la red OTN.
 El procedimiento FEC Reed-Solomon aplicado a la trama OTU, que permite
ampliar el segmento de transmisión sin regeneración óptica, ofreciendo una
performance superior a la de los sistemas DWDM.

La asignación de un encabezado de unidad de señal de transporte/datos/carga
útil (OTUk, ODUk y OPUk) en el canal óptico se define en la figura 5-1 de la
Rec. G.709/Y.1331, exhibida a continuación:

La figura a continuación representa una trama OTUk (Optical Transport Unit-
k), la que luego se inserta en un canal óptico OCh, que es una longitud de
onda (λ) DWDM según la Rec. G.694.1:

Capas de Procedimientos
Niveles de Procedimientos en un Enlace entre dos Terminales de Línea de una red OTN
Acrónimos G.709/Y.1331:
3R: Reamplification, Reshaping and Retiming
OCh Optical Channel with full functionality
ODU: Optical channel Data Unit
OMS: Optical Multiplex Section
OPU Optical channel Payload Unit
OTU Optical channel Transport Unit

Las redes OTN proveen mecanismos estándares para la gestión de las
longitudes de onda de sistemas DWDM a nivel extremo-extremo, sin que sea
necesaria una multiplexación en el dominio eléctrico (OTU, ODU, OPU).
Existen tres capas para el procesamiento eléctrico de las señales y otras tres
para el procesamiento óptico:
1. Optical Channel Payload Unit (OPU)
2. Optical Data Unit (ODU)
3. Optical Transport Unit (OTU)
4. Optical Channel (OCh)
5. Optical Multiplex Section (OMS)
6. Optical Transport Section (OTS)

Los multiplexores OTN (Optical Transport Network) operan tanto en el dominio
eléctrico (que administra y multiplexa jerarquías de tramas) como en el
dominio óptico (para multiplexación de longitudes de onda WDM, su
conformación espectral y transrecepción). Cada vez se usan más ROADM.
El dominio eléctrico encapsula y mapea las señales cliente en OPU, utiliza ODU
de Orden Bajo y Alto (LO, HO) para multiplexación con encabezados para OAM,
y OTU (Optical Transport Unit) para transmisión eléctrica sobre canales ópticos
OCh (uno por λ). Las tramas OTU terminan en un campo FEC (Forward Error
Correction), y son regeneradas en los NE 3R, recalculando el FEC si se requiere.

Las tramas OTU se administran en el dominio óptico de los ROADM, donde se
asignan a canales ópticos OCh (λ C/DWDM).
Los canales OCh se combinan en la sección de multiplex óptico (OMS), cuyas
señales de salida se procesan en la sección de transporte óptico (OTS). En la
recepción, el proceso se invierte.
Cada capa del OTM (OTS, OMS y OCh) tiene una señal de overhead (OOS) con
formatos, velocidad binaria y estructuras no definida en la Rec. ITU-T G.709,
pudiendo existir versiones propietarias.

El elemento 3R OEO es insertado para prevenir la degradación acumulativa en las
señales eléctricas y ópticas de línea, para lo que realiza procesos 3R
(reamplificación, regeneración de pulsos ópticos y retemporización).
Como opera en los dominios eléctricos y ópticos, debe realizar una conversión
óptica-eléctrica-óptica (OEO). La retemporización se aplica a las tramas OTU y esto
impacta en el dominio óptico. Si el regenerador 3R fuera además un multiplexor
ADM óptico-eléctrico, en ese punto intermedio sería posible asignar canales
ópticos o eléctricos punto a punto, contra cualquier otro NE de la red OTN. Esta
funcionalidad se integra en el sistema de gestión digital y óptico OAM&P.
.

La figura muestra estructuras básicas para la transmisión de señales cliente en
OTN, desde el mapeado de éstas en la trama básica OPUk, su encapsulado en
tramas ODU, y su inserción en la trama de línea OTU, la cual se asigna a un
canal óptico OCh (una λ DWDM) en el dominio óptico (OCh, OMS, OTS).
Cada clase de
señal es mapeada
según el OH OPU,
utilizando diversos
procedimientos de
justificación para
nivelar las
diferencias de
sincronismo entre
relojes de las
OPUk y las señales
cliente.
O. R. Pons (2014)

Ejemplo de
relación de
flujo de
información
(figura 6-6 de
la Rec. ITU-T
G.709/Y.1331).

Jerarquías de Transporte Óptico y Múltiplex
Las figuras 7-1A & 7-1B de la Rec. ITU-T G.709/Y.1331 muestran la relación
entre varias estructuras de elementos de información e ilustran la estructura
de múltiplex y mapeo (incluyendo WDM y TDM) para la OTM-n.
La figura 7-1A muestra que una señal cliente (no-OTN) es mapeada en una
OPU de bajo orden (LO OPU), identificada como «OPU (L)». La señal OPU (L) es
mapeada en la ODU de bajo orden asociada, identificada como «ODU (L)». Ésta
a su vez, es igualmente asociada a la señal OTU[V] o en una ODTU. La señal
ODTU es multiplexada en una señal grupo ODTU (ODTUG), la cual es mapeada
en una OPU de orden superior, identificada como «OPU (H)». Ésta a su vez, es
mapeada en la ODU asociada de orden superior, identificada como «ODU (H)»,
la cual a su vez es mapeada en la señal OTU[V] asociada.
Las OPU (L) y OPU (H) constituyen información de igual estructura pero de
señales cliente disímiles. Los conceptos de orden alto o bajo son específicos al
rol que juega la ODU en un dominio singular.

La figuras 7-1B de la Rec. ITU-T G.709/Y.1331 muestra que una señal OTU[V]
mapeada tanto en una señal de un canal óptico, identificado como OCh y
OChr, o en una OTLk.n La señal OCh/OChr es mapeada en una portadora de
canal óptico, identificado como OCC y OCCr. La señal OCC/OCCr es
multiplexada en un grupo OCC, identificado como OCG-n.m y OCG-nr.m.
La señal OCG-n.m es mapeada en una OMSn, la cual a su vez es mapeada en
una OTSn. La señal OTSn es presentada en la interfaz OTM-n.m. La señal OCG-
nr.m es mapeada en una señal OPSn, la cual es presentada en la interfaz OTM-
nr.m.
Una señal singular OCCr es mapeada en una OPS0, la cual es presenta en la
interfaz OTM-0.m. La señal OTLk.n es mapeada en una portadora carril de
transporte óptico, identificada como OTLC. La señal OTLC es multiplexada en
un grupo OTLC, identificado como OTLCG, señal que es mapeada en un
OPSMnk, la cual es presentada en la interfaz OTM-0.mvn.

O. R. Pons (2014)

Como en SONET/SDH, la Rec. G.709 (2003) especifica el concepto de
Concatenación Virtual para acomodar señales con velocidades no compatibles
con las de los OPUk. Las OPU VCat pueden asimilar mapeados de señales Fibre
Channel 4G-FC, 8G-FC, 16G-FC o Infiniband 1X-DDR, 1X-QDR, etc., utilizando
OPUk concatenadas con la denominación OPUk-Xv. Las OPU se transmiten con
OTUk en paralelo, para obtener la velocidad agregada necesaria para la señal
cliente.
Mecanismo FEC Reed-Solomon
El uso de FEC (Forward Error Correction) en la tramas OTU de las redes OTN
mejora el BER del canal al corregir errores sin utilizar retransmisiones,
permitiendo aumentar la distancia entre los regeneradores y amplificadores
ópticos sobre FO estándar, disminuyendo costos. El procedimiento FEC RS(255,
239) permite corregir hasta 8 bytes erróneos por bloque.
Concatenación Virtual OPUk-Xv

Jerarquías de Transporte Óptico y Múltiplex: ODUFlex
La Rec. G.709-2009 introdujo una nueva jerarquía de mapeado y multiplexación
OPU/ODUFlex, similar en el concepto a VCAT, pero que evita retardos diferenciales
y compensación LCAS al restringir la señal ODUFlex dentro del mismo ODUk de
Orden Alto (HO ODUk), permitiendo una única entidad transportable. El uso está
limitado a las señales ODUFlex que caben en un HO ODUk.
ODUFlex soporta dos modos: a) Circuito, soportando cualquier cliente CBR que
puede mapearse en ODUFlex a una velocidad 239/238 x tasa de bit cliente; b)
Paquete, soportando cualquier velocidad de clientes tipo paquete IP o MPLS (en la
práctica se implementará con TS de 1.25 Gbps).
ODUFlex es menos flexible y resistente que OTN VCat, pero más simple de
implementar. Se aplica a señales con velocidades superiores a OPU1, que se
mapean sincrónicamente en tramas ODUFlex mediante grupos de TS de 1.25 Gbps
(Time Slots).
O. R. Pons (2014)

Jerarquías de Transporte Óptico y Múltiplex:
Localización de tributario ODUFlex
 80 intervalos de tiempo @ 1.301G
(para enlaces ODU4);
 LO ODUj no puede tomar cualquier
«n» intervalo de tributario.
 No existe fragmentación de
ancho de banda.
 LO ODUflex (GFP) es
redimensionable sin impacto en el
tráfico.

Jerarquías de Transporte Óptico y Múltiplex: Tipos de Mapeo
Desde G.709 (2009), las señales pueden ser mapeadas en las OPU con tres
mecanismos posibles:
 AMP (Asynchronous Mapping Procedure): Las señales del tipo
CBR (Constant Bit Rate) CBR2G5, CBR10G y CBR40G se mapean en los OPU1,
OPU2 y OPU3 respectivamente. El mapeado de señales CBR SONET/SDH en
OPUk (K: 1, 2, 3) es posible si la diferencia entre los relojes para los OPUk y
las señales CBR es de ±65 ppm.
AMP emplea dos bits en JC1 y JC2, triplicados para operar con decisión
mayoritaria para justificaciones negativas con NJO1 y NJO2 y justificaciones
positivas con PJO1/PJO2/PJO3 (del campo de datos). La codificación de JC1 y
JC2 se crea al mapear la señal cliente en el OPUk y su uso depende de la
velocidad de OTN. El peor caso de justificación negativa emplea NJO2 y NJ01
como bytes de datos, y el peor caso de justificación positiva utiliza
PJO1/PJO2/PJO3 como bytes de relleno. En sincronismo normal entre los
relojes de OPUk y señal cliente, JC1 y JC2 son nulos
O. R. Pons (2014)

Jerarquías de Transporte Óptico y Múltiplex: Tipos de Mapeo
 BMP (Byte Synch Mapping Procedure): Se aplican los mismos
conceptos para señales CBR que en el caso de mapeado AMP. BMP es
aplicable también a señales 10GbE y Fiber Channel FC-1200 para el
caso de tramas OPU2e, y para señales CBR arbitrarias en la trama
OPUFlex. Como BMP tiene mayor exigencia de sincronismo, solo se
utiliza el byte de justificación negativa NJO(1), y los bytes JC(1) son
nulos. Todos los byte PJ, de justificación positiva, forman parte del
campo de datos en BMP
 GMP (Generic Mapping Procedure): Provee mayor capacidad de
adaptación de las velocidades de señales cliente en tramas OTN que
los procedimientos AMP y BMP. Los bytes de datos y de relleno o
«stuffing» se distribuyen en forma uniforme sobre la trama, la cual
tiene pocas exigencias de justificación de sincronismo.
O. R. Pons (2014)

Jerarquías de Transporte Óptico y Múltiplex: OPU
Estructura de OPU0 para Mapeado utilizando GMP.
O. R. Pons (2014)

Encabezamientos de las OTUk y ODUk
Encabezamientos de una Trama OTN (OH)
O. R. Pons (2014)

Principales campos:
FAS (Frame Alignment Signal): Se compone del campo FAS para el
sincronismo de inicio de trama OTU, con seis bytes constantes
(0xF6F6F6282828). El campo MFAS se utiliza como señal de
alineamiento multitrama, se incrementa cíclicamente con cada trama y
sirve para el armado de información transportada en una cantidad fija
de tramas OTU.
OTUk OH: Es el encabezamiento de la trama OTUk y ocupa las
columnas 8 a 14 de la primera fila de la OTU (Optical Transport Unit).
Los campos SM (Section Monitoring) y JC contienen información de
monitoreo TCM/PM/SM según el ODU transportado, identificación del
camino y soporte a funciones de supervisión del transporte de ODU en
los caminos ópticos.
O. R. Pons (2014)

ODUk OH: Es el encabezamiento del contenedor o trama ODUk, y
ocupa las columnas 1 a 14 de las filas 2, 3 y 4 de la trama OTU.
Contiene 6 campos de monitoreo de secciones tándem (TCM), campos
para la gestión de sistemas de protección de caminos ópticos y para la
supervisión extremo-extremo de caminos en la red OTN.
OPUk OH: Es el encabezamiento del contenedor o trama OPUk y
ocupa las columnas 15 y 16 de las 4 filas de la trama OTU. Contiene
diversos campos que identifican a la señal cliente encapsulada, así
como datos para el ajuste del mapeado de la señal cliente (justificación
entre relojes OPU y cliente). Incluye bytes para agregado de datos o de
indicación de justificación positiva, con relleno dentro del campo de
carga, para el ajuste de velocidades entre las señales cliente y la trama
OPUk.
O. R. Pons (2014)

Mapeo de Señales Cliente G.709-2003
Aún no se definían mapeos para clientes
Ethernet.

Mapeo de Señales Cliente G.709-2009
OTN soporta completamente clientes
Ethernet.

Jerarquía Múltiplex ODU

Ejemplo Múltiplex OTN

TCM: Monitoreo de conexión tándem
TCM es un mecanismo tanto para el usuario final como para los operadores de redes
OTN de monitoreo de calidad de las tramas transportadas hasta en seis niveles
diferentes (en SONET/SDH sólo un segmento se monitorea). Como en SDH, se utiliza un
sistema de gestión NMS, con un carácter por trama en una multitrama ODU, cuyo OH
contiene seis campos TCM diferentes.
Cada campo TCMN del ODUk se asigna a una conexión a ser monitoreada. Según la
complejidad del camino extremo-extremo, se pueden utilizar todos los campos TCMN o
ninguno de ellos. Los niveles TCMN pueden ser monitoreados por las diferentes partes en
forma concurrente, para verificación de contratos/acuerdos SLA (Service Level
Agreement) entre operadores.

NE en la frontera de OTN B (cercano al CPE):
 Obtienen notificación en el plano de datos
del defecto en el trayecto de trabajo.
 Usan temporizadores para prevenir
conmutación a destiempo (permitiendo el
suceso de la conmutación al camino de
protección).
TCM: Protección/Restauración de segmento
NE en la frontera de OTN A:
 Detectan el problema en el trayecto de trabajo.
 Reconocen que el problema es de su dominio.
 Conmutan al trayecto de protección.

Plano de Control en Redes Ópticas
Auto exploración de topología:
 OSPF-TE descubre topología y
BW.
 Advertido dinámico a medida
que ocurren cambios.
Cálculo de ruta:
 Encaminamiento de circuito
CSPF desde el origen.
 Ingeniería de tráfico para
control de enrutamiento
explícito.
Aprovisionamiento Point & Click:
 Protocolo de señalización RSVP-TE para
aprovisionamiento de rutas dinámicas.
 Acelera el despliegue de servicio de A - Z.
Restauración de Servicio:
 Restauración de grilla de
múltiples servicios.
 Uso eficiente de ancho de banda.

Plataforma
estandarizada
multi-servicio.
Señales
Clientes
Señales
ODUj
Adaptación OTN
Señales
ODUj
(ODU2)
Señales
ODUj
(ODU2)
Conmutación OTN
Reconfiguración
eficiente de servicio.
Múltiplex OTN
Señales
ODUj
(ODU2)
Señal
OTUk
(ODU4)
Traspasos inter-carrier de gran BW
Señal
OTUk
(ODU4)
Señales
ODUk
(N x ODU3)
Transporte
OTN DWDM
Transporte eficiente de gran BW Plano de Control
& OAMP
Ej: GMPLS, ASON, WSON, etc.

 Oscar R. Pons. “Introducción a las Telecomunicaciones fijas y móviles”, Tapias
Encuadernaciones. Argentina. 2014.
 Jim Durkin, John Goodman, Frank Posse, Michael Rezek. “Building Multiservice
Transport Networks”. Cisco. 2006.
 Vivek Alwayn. “Optical Network Design and Implementation. A
Comprehensive guide to understanding and configuring DWDM, SONET and
SDH architectures”. Cisco Press. 2004.
 Radhakrishna Valiveti. “OTN Overview”. Infinera Corp. [Online] Available:
https://www.infinera.com/technology/files/infinera-IEEE-OTN-Overview.pdf.
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 Timothy P. Walker. “Optical Transport Network (OTN) Tutorial”. ITU-T.
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 Recommendation ITU-T G.692. “Optical interfaces for multichannel systems
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Digital Systems and Networks. 1998.
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DWDM frequency grid”. ITU-T. Series G: Transmission Systems and Media,
Digital Systems and Networks. 2012.
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network”. ITU-T. Series G: Transmission Systems and Media, Digital Systems
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Aspects and Next-Generation Networks. 2012.

 Recommendation ITU-T G.798. “Characteristics of optical transport network
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 Recommendation ITU-T G.872. “Architecture of optical transport networks”.
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 Recommendation ITU-T G.959.1. “Architecture of optical transport networks”.
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