Introduccion a La Fibra Optica

Ing. Luis Ariel Infantes Rodríguez

Universidad Tecnológica Boliviana

DESARROLLO DE LA MATERIA INTRODUCCIÓN Características del cable de COBRE. Cabelte comenzó a fabricar cables de cobre para telecomunicaciones en la década de los setenta. Los primeros cables de cobre estaban formados por conductores aislados con PVC y trenzados por pares.

La nueva generación de cables, con mejores características de transmisión, apareció en la década de los ochenta, cuando empezó a utilizarse el polietileno, tanto sólido como celular, para los aislamientos. En la actualidad, el uso de los cables de telecomunicaciones de cobre se ha extendido a otras aplicaciones gracias a los avances que se han producido en los sistemas de transmisión, que permiten incluso utilizar los cables convencionales ya instalados para velocidades de transmisión bastante superiores a las previstas en el momento de su fabricación (tecnologías XDSL). En los años noventa apareció un nuevo tipo de cables para redes estructuradas adaptado a la transmisión de datos e imágenes, además de voz, y con un rendimiento optimizado que permitió alcanzar elevadas tasas de transmisión.

CARACTERÍSTICAS GENERALES En general, la unidad esencial de un cable de telecomunicaciones de cobre está formada por dos conductores aislados

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trenzados y con un paso uniforme para crear un circuito equilibrado. También es posible agrupar cuatro conductores trenzados entre sí, formando de ese modo un cuarteto que, a su vez, puede contener dos o tres circuitos de transmisión. Con el aumento de las frecuencias y la utilización de la transmisión multicanal fue necesario optimizar y mejorar las características de los cables para minimizar las interferencias entre los pares. Estas interferencias, que normalmente se denominan diafonías, se manifiestan en una comunicación en forma de ruido o pueden implicar incluso que, durante una conexión telefónica pueda oírse una conversación de otra línea o, en el caso de una transmisión de datos, aumente la tasa de errores.

Durante estos años, Cabelte ha invertido y optimizado sus procesos productivos para poder fabricar cables cumpliendo unos requisitos cada vez más exigentes impuestos por el avance de las comunicaciones y de la normalización aplicable. El proceso destinado a garantizar el cumplimiento de una determinada especificación de comunicación y de las características requeridas, como por ejemplo niveles de atenuación y diafonía máxima (paradiafonía y telediafonía), se inicia durante la fase de diseño. En esta etapa se determina la capacidad y resistencia del par, el grosor del hilo aislado y el material de aislamiento que se va a utilizar, las dimensiones del apantallado y la definición del modo de aplicación y se establecen todos los pasos de torsión de cada par o cuarteto y de sus agrupamientos. El proceso productivo desempeña una función esencial en la consecución de las características deseadas, por lo que resulta vital controlar rigurosamente todos los parámetros, ya sea en la fase de extrusión (aplicación de la capa aislante) reduciendo cualquier variación dimensional, ya sea a nivel de cableado, controlando minuciosamente las respectivas tensiones y la solidez de los pasos. Los cables pueden estar formados por un solo circuito elemental (par) o por varios. Hay cables con varios centenares de pares, cuyo número puede ascender incluso hasta los 2400 pares en algunas composiciones. Estos cables de gran capacidad requieren un sistema de identificación complejo, ya que cada par tiene que poder diferenciarse de los demás de forma precisa, lo que se consigue mediante un complejo sistema de identificación que incluye el uso de varios colores en los aislamientos y en ocasiones también el uso de anillos, además de gracias a un conjunto de cintas de colores que se colocan en los grupos de pares.

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La estanqueidad de los cables de telecomunicaciones para uso en exteriores también está debidamente garantizada, ya que la entrada de agua en un cable podría producir, con el paso del tiempo, pequeños fallos en el aislamiento de los conductores que deteriorarían la calidad de la transmisión. Por ese motivo, en algunas estructuras se aplica una capa de gel que no permite la entrada de agua en el interior del cable en caso de que ésta consiguiese pasar por la cubierta, por alguna junta o por un terminal. El refuerzo de la estanqueidad transversal, es decir, la reducción de la posibilidad de que entre agua por la cubierta exterior en caso de que ésta resulte dañada, se consigue normalmente mediante el uso de un fleje de aluminio con un revestimiento polimérico que se coloca bajo la cubierta durante la operación de extrusión y que está termosoldado a la misma. Este fleje desempeña también la función de pantalla.

GAMAS PRINCIPALES

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Cabelte cuenta con una gama muy amplia de cables de telecomunicaciones de cobre que cumplen las especificaciones de múltiples operadoras nacionales e internacionales y de clientes concretos. En la gama actual destacan cinco grandes grupos: 

  



Los cables para redes locales que conectan a los abonados con sus respectivas centrales locales, que pueden establecer conexiones entre centrales y también conexiones telefónicas particulares. Dentro de esta gama podemos encontrar soluciones adaptadas a instalaciones interiores, exteriores, subterráneas o aéreas; Los cables en cuartetos para redes regionales que se usan habitualmente para la conexión entre centrales, pero también para conexiones telefónicas particulares; Los cables para la transmisión de señales digitales en circuitos MIC o PCM con un máximo de 30 canales (2 Mbit/s) en dos sentidos; Los cables para red de abonado de PVC usados en instalaciones en el interior de edificios y los cables de polietileno para su uso en una red de acceso de distribución, que establecen una conexión con el abonado y que poseen características de transmisión de categoría 3 (16 MHz); Los cables para redes estructuradas adecuados para frecuencias de transmisión de 100 MHz o superiores;

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA FIBRA OPTICA La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz. Básicamente, la fibra óptica está compuesta por una región cilíndrica, por la cual se efectúa la propagación, denominada núcleo y de una zona externa al núcleo y coaxial con él, necesaria para que se produzca el mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o revestimiento. La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende de tres características fundamentales:  Del diseño geométrico de la fibra  De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración (diseño óptico)  De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura menor será la capacidad de información de esa fibra Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes y el peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, redundando en su facilidad de instalación. El sílice tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura, pues funde a 600C. La fibra óptica presenta un funcionamiento uniforme desde -550 C a +125C sin degradación de sus características.

De que Están Hechas La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz. Consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o plástico con diámetro de 50 a 125 micras. El revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo. El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento y otros riesgos del entorno.

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3.1 FUNCIONAMIENTO El fundamento de la fibra óptica es el siguiente: la luz enviada por el interior de la fibra se refleja en sus paredes, lo que tiene como consecuencia guiar el haz luminoso a lo largo de la fibra, incluso cuando ésta está curvada. Un enlace óptico comprende un foco luminoso láser que funciona en el infrarrojo próximo (a una longitud de onda de 1,3 o 1,5 µm). La luz emitida es modulada por un transmisor, un sistema controlado por la señal eléctrica que aporta la información. Los impulsos luminosos se envían a través de la fibra; en el otro extremo, un fotodiodo (o receptor) reconvierte la señal óptica en señal eléctrica. Y ésta es transformada finalmente en sonido, imagen o texto en el teléfono, la televisión o la pantalla del ordenador. Como en todos los sistemas de comunicación numérica, la información está codificada en forma de una sucesión de «0» y de «1», en la que cada elemento se llama «bit» (de binary digit). En una fibra óptica, los «0» y los «1» son transportados físicamente por una onda luminosa cuya intensidad se modula: el tiempo se divide en almenas de igual duración, y en cada almena, el «1» se codifica por medio de un impulso luminoso de una cierta intensidad, mientras que el «0» se representa por una ausencia de luz. Los impulsos que constituyen las señales están individualizados en una onda luminosa y el número de informaciones transmitidas por segundo no puede exceder a la frecuencia de la onda portadora (es decir, como máximo un bit por periodo de la onda). Esta propiedad muestra el interés de utilizar señales ópticas cuyas frecuencias van de 1014 a 1015 Hz, en vez de ondas de radio de frecuencias más bajas (del orden de 105 a 1010 Hz): las fibras ópticas hacen posibles caudales muy elevados, con unas pérdidas mucho menores que en los cables eléctricos.

El núcleo es el elemento que transmite la luz y se encuentra en el centro de la fibra óptica. Todas las señales luminosas viajan a través del núcleo. El núcleo

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es, en general, vidrio fabricado de una combinación de dióxido de silicio (sílice) y otros elementos. La fibra multimodo usa un tipo de vidrio denominado vidrio de índice graduado para su núcleo. Este vidrio tiene un índice de refracción menor hacia el borde externo del núcleo. De esta manera, el área externa del núcleo es ópticamente menos densa que el centro y la luz puede viajar más rápidamente en la parte externa del núcleo. Se utiliza este diseño porque un rayo de luz que sigue un modo que pasa directamente por el centro del núcleo no viaja tanto como un rayo que sigue un modo que rebota en la fibra. Todos los rayos deberían llegar al extremo opuesto de la fibra al mismo tiempo. Entonces, el receptor que se encuentra en el extremo de la fibra, recibe un fuerte flash de luz y no un pulso largo y débil. Alrededor del núcleo se encuentra el revestimiento. El revestimiento también está fabricado con sílice pero con un índice de refracción menor que el del núcleo. Los rayos de luz que se transportan a través del núcleo de la fibra se reflejan sobre el límite entre el núcleo y el revestimiento a medida que se mueven a través de la fibra por reflexión total interna. El cable de fibra óptica multimodo estándar es el tipo de cable de fibra óptica que más se utiliza en las LAN. Un cable de fibra óptica multimodo estándar utiliza una fibra óptica con núcleo de 62,5 ó 50 micrones y un revestimiento de 125 micrones de diámetro. A menudo, recibe el nombre de fibra óptica de 62,5/125 ó 50/125 micrones. Un micrón es la millonésima parte de un metro (1µ). Alrededor del revestimiento se encuentra un material amortiguador que es generalmente de plástico. El material amortiguador ayuda a proteger al núcleo y al revestimiento de cualquier daño. Existen dos diseños básicos para cable. Son los diseños de cable de amortiguación estrecha y de tubo libre. La mayoría de las fibras utilizadas en la redes LAN son de cable multimodo con amortiguación estrecha. Los cables con amortiguación estrecha tienen material amortiguador que rodea y está en contacto directo con el revestimiento. La diferencia más práctica entre los dos diseños está en su aplicación. El cable de tubo suelto se utiliza principalmente para instalaciones en el exterior de los edificios mientras que el cable de amortiguación estrecha se utiliza en el interior de los edificios. El material resistente rodea al amortiguador, evitando que el cable de fibra óptica se estire cuando los encargados de la instalación tiran de él. El material utilizado es, en general, Kevlar, el mismo material que se utiliza para fabricar los chalecos a prueba de bala. El último elemento es el revestimiento exterior. El revestimiento exterior rodea al cable para así proteger la fibra de abrasión, solventes y demás contaminantes. El color del revestimiento exterior de la fibra multimodo es, en general, anaranjado, pero a veces es de otro color. Los Diodos de Emisión de Luz Infrarroja (LED) o los Emisores de Láser de Superficie de Cavidad Vertical (VCSEL) son dos tipos de fuentes de luz utilizadas normalmente con fibra multimodo. Se puede utilizar cualquiera de los

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dos. Los LED son un poco más económicos de fabricar y no requieren tantas normas de seguridad como los láseres. Sin embargo, los LED no pueden transmitir luz por un cable a tanta distancia como el láser. La fibra multimodo (62,5/125) puede transportar datos a distancias de hasta 2000 metros (6.560 pies).

3.2 ESTRUCTURA CABLES

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La fibra óptica consiste en tres partes: la interior, denominada núcleo, la exterior, llamada revestimiento y un recubrimiento de protección alrededor del revestimiento. El núcleo (core) y el recubrimiento (cladding), cada uno de ellos formando por material con distinto índice de refracción, para conformar así un guía-ondas propagador de las ondas luminosas. Así cuando hablamos de fibras de 50/125, 62.5/125 o 10/125 m, nos estamos refiriendo a la relación entre el diámetro del núcleo y el del recubrimiento. El núcleo tiene un índice de refracción superior al del revestimiento. Debido a esta diferencia de índices, la luz transmitida se mantiene y propaga a través del núcleo, satisfaciéndose el principio de reflexión total interna. Haciendo diferentes combinaciones entre el tamaño del núcleo y la diferencia de índices entre el núcleo y el revestimiento, se pueden obtener diferentes fibras en las que existe un único modo de propagación, manteniendo la relación V < 2,405. La luz que entra en la fibra óptica se propaga a través del núcleo en modos, que representan a los diferentes caminos posibles de las ondas luminosas.

Las ondas luminosas deben entrar en la fibra dentro de cierto ángulo, llamado ángulo de aceptación. Otro parámetro importante en una fibra es su apertura numérica. En los conductores de fibra óptica se utiliza el efecto de la reflexión total para conducir el rayo luminoso por su interior. El ángulo necesario para acoplar al núcleo un rayo luminoso desde el exterior recibe el nombre de ángulo de aceptación. El seno de este ángulo se denomina apertura numérica.

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Un a la fibra

parámetro extrínseco óptica es la

ventana de trabajo, la longitud de onda central de la fuente luminosa que utilizamos para transmitir la información a lo largo de la fibra. La utilización de una ventana u otra determinará la atenuación que sufrirá la señal transmitida por

Primera ventana a 850 nm, segunda ventana a 1300 nm y tercera ventana a 1550 nm. La atenuación es mayor si trabajamos en primera ventana y menor si lo hacemos en tercera. El hecho de que se suela utilizar la primera ventana en la kilómetro. Las ventanas de trabajo más corrientes son:

transmisión de una señal es debido al menor coste de las fuentes luminosas utilizadas, al ser tecnológicamente más simple su fabricación. La atenuación en las fibras es producida por tres causas: Dispersión, debida a defectos microscópicos de la fibra; absorción, debida a materiales no deseados de la fibra y flexión debida a las curvaturas.

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3.2.1 TIPOS CABLES

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DE

Patchcord simple CPS

Descripción y aplicaciones - Cable de Interconexión Simple: CPS - Se utilizan para la confección de cordones y latiguillos así como para la interconexión de equipos terminales. Construcción 1 - Fibra óptica 2 - Recubrimiento ajustado 3 - Refuerzos de aramida 4 - Cubierta HFLSFR Ventajas - Multimodo o Monomodo. - Compacto y ligero. - Conectorización directa. - Flexible y resistente. - Antihumedad. - Excelente resistencia mecánica. - Muy fácil de pelar, libre de gel. - No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos HFLSFR). - Totalmente dieléctrico.

Fibras

Simpl e

Diámetro (mm)

3,0

Peso (Kg/Km)

10

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Tensión máxima en instalación (Kg)

50

Tensión máxima permanente (Kg)

30

Radio de curvatura (cm)

3

Patchcord doble CPD/CIP Descripción y aplicaciones -Cable de interconexión dual: CIP -Se utiliza fundamentalmente para la interconexión de equipos terminales. Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios

Construcción 1 - Fibra óptica 2 - Recubrimiento ajustado 3 - Refuerzos de aramida 4 - Cubierta individual HFLSFR 5 - Cubierta HFLSFR Ventajas - Dos fibras ópticas. - Conexión directa - Compacto y ligero. - Flexible y resiliente. - Muy resistente. - Antihumedad. - Dieléctrico. - Excelente resistencia mecánica. - Muy fácil de pelar, libre de gel. - No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos (HFLSFR).

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CIP

CPD

Número de fibras

2

2

Diámetro (mm)

4x7

3,0 x 6,5

Peso (Kg/Km)

25

20

Tensión máxima en instalación (Kg)

100

100

Tensión máxima permanente (Kg)

50

50

Radio de curvatura (cm)

4

3

Cable de Distribución interior reforzado CDIR

Descripción y aplicaciones - Cable distribución armadura metálica: CDAM -Se trata de un cable para instalación interior-exterior muy robusto y protegido de los roedores con hilos de acero.

Construcción 1 - Fibra óptica 2 - Recubrimiento ajustado 3 - Refuerzos de aramida 4 - Asiento de armadura 5 - Armadura de hilos de acero 6 - Cubierta de Caucho Acrílico-FR Ventajas - Construcción muy robusta y resistente. - Conectorización directa. - Múltiples fibras ópticas. - Compacto y ligero.

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- Muy resistente. - Antihumedad. - Flexible y resiliente, excelente resistencia mecánica. - Muy fácil de pelar, libre de gel. - No propagador de la llama. - Protección antirroedores. Fibras

4

6

8

12

Diámetro (mm)

8

9,5

10

11

Peso (Kg/Km)

95

120

140

170

Tensión máxima instalación (Kg)

160

200

210

230

Tensión máxima permanente (Kg)

60

70

80

95

Radio de curvatura (cm)

9

10

11

12

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Cable interior-exterior armado metálico CDAM Descripción y aplicaciones - Cable distribución de armadura dieléctrica: CDAD -Muy robusto, totalmente dieléctrico y protegido de los roedores, con fibra de vidrio. Puede ser instalado indistintamente en interiores o exteriores.

Construcción 1 - Fibra óptica 2 - Recubrimiento ajustado 3 - Refuerzos de aramida 4 - Asiento de armadura

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5 - Armadura de fibra de vidrio 6 - Cubierta de Caucho Acrílico-FR Ventajas - Construcción muy robusta y resistente. - Conectorización directa. - Flexible y resiliente. - Múltiples fibras ópticas. - Compacto y ligero. - Excelente resistencia mecánica. - Muy fácil de pelar, libre de gel. - No propagador de la llama. - Totalmente dieléctrico. - Protección antirroedores. Fibras

4

6

8

12

Diámetro (mm)

8

9,5

10

11

Peso (Kg/Km)

80

100

110

130

Tensión máxima instalación (Kg)

110

140

160

170

Tensión máxima permanente (Kg)

50

60

65

70

Radio de curvatura (cm)

9

10

11

12

3.3 TIPOS DE FIBRA Fibra multimodal con índice escalonado En este tipo de fibra viajan varios rayos ópticos reflejándose a diferentes ángulos. Los diferentes rayos ópticos recorren diferentes distancias y se desfasan al viajar dentro de la fibra. Por esta razón, la distancia a la que se puede trasmitir está limitada. Fibra multimodal con índice gradual En este tipo de fibra óptica el núcleo esta hecho de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refracción. En estas fibras el número de rayos ópticos diferentes que viajan es menor y, por lo tanto, sufren menos el severo problema de las multimodales.

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Fibra monomodal Esta fibra óptica es la de menor diámetro y solamente permite viajar al rayo óptico central. No sufre del efecto de las otras dos pero es más difícil de construir y manipular. Es también más costosa pero permite distancias de transmisión mayores.

COMPARACIÓN

ENTRE FIBRAS

Fibras multimodo. El término multimodo indica que pueden ser guiados muchos modos o rayos luminosos, cada uno de los cuales sigue un camino diferente dentro de la fibra óptica. Este efecto hace que su ancho de banda sea inferior al de las fibras monomodo. Por el contrario los dispositivos utilizados con las multimodo tienen un coste inferior (LED). Este tipo de fibras son las preferidas para comunicaciones en pequeñas distancias, hasta 10 Km. Fibras monomodo. El diámetro del núcleo de la fibra es muy pequeño y sólo permite la propagación de un único modo o rayo (fundamental), el cual se propaga directamente sin reflexión. Este efecto causa que su ancho de banda sea muy elevado, por lo que su utilización se suele reservar a grandes distancias, superiores a 10 Km, junto con dispositivos de elevado coste (LÁSER). CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LA F.O.

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La fibra óptica como elemento resistente dispuesto en el interior de un cable formado por agregación de varias de ellas, no tiene características adecuadas de tracción que permitan su utilización directa. Por otra parte, en la mayoría de los casos las instalaciones se encuentran a la intemperie o en ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo. Es necesario disponer de cubiertas y protecciones de calidad capaces de proteger a la fibra. Para ello hay que tener en cuenta su sensibilidad a la curvatura, la resistencia mecánica y las características de envejecimiento. Las curvaturas y tensiones se determinan por medio de los ensayos de: Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que rebasen el porcentaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen microcurvaturas. Compresión: es el esfuerzo transversal. Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico. Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la existencia del forro impide que se sobrepase. Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción. Limitaciones Térmicas: Estas limitaciones difieren en alto grado según se trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos. Otro objetivo es minimizar las pérdidas adicionales por cableado y las variaciones de la atenuación con la temperatura. Tales diferencias se deben a diseños calculados a veces para mejorar otras propiedades, como la resistencia mecánica, la calidad de empalme, el coeficiente de relleno (número de fibras por mm2) o el costo de producción.

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FABRICACIÓN La deposición de vapor químico (CVD) fue uno de los primeros métodos para producir fibras de bajas pérdidas. Un segundo método para producir fibras es aquel que implica la utilización de un doble crisol. El método CVD se utilizó por Corning Glass para demostrar bajas pérdidas de propagación en las fibras cuando, en 1970, se realizó la primera fibra con 20Db/Km. Una versión modificada del CVD (MCVD) se utiliza actualmente en la que la deposición de vapor químico se realiza en el interior de un tubo de silicio de alta capacidad. Proceso de deposición de vapor químico modificado (MCVD) La fabricación de fibras ópticas consta esencialmente de dos etapas: la fabricación de la preforma y el estirado y recubrimiento de la fibra. El proceso comienza con un tubo de silicio de unos 2 metros de largo y 4cm de diámetro. El tubo se hace rotar y se calienta, mientras se hace pasar por él una mezcla de gases de alta pureza. Cerca de la zona caliente tiene lugar una reacción química y se deposita un material muy puro. Desplazando dicha zona a lo largo del tubo, queda adherida una capa uniforme a su superficie interior. Mediante sucesivos pases se consiguen capas con el espesor y composición requeridos. Después de colapsa el tubo a temperatura más elevada en una varilla maciza o preforma en cuyo centro, la capa de vidrio depositada forma un filamento con el perfil de índice de refracción que requiere la fibra. Esta preforma se monta

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luego en una torre de estirado y se mete en un horno, estirándose la fibra desde su extremo reblandecido y aplicando sobre su superficie capas de polímeros que la protegen y hacen más manejable. En la cadena de vaporizadores para la producción de preformas se incluyen vaporizadores de fuente líquida, fuentes gaseosas, suministros de gas portador y una línea de cloro para fabricación de vidrio con bajo contenido de OH-. Proceso de doble crisol El material del núcleo, de índice más elevado, se coloca en el crisol interior. Concéntrico a este crisol se encuentra un segundo, dentro del cual se introduce el material del revestimiento. Ambos crisoles se calientan por inducción. Un calibrador permite controlar las dimensiones de la fibra. Durante un proceso, se aplica un recubrimiento de protección, normalmente un polímero. La fibra se enrolla sobre un tambor a una velocidad controlada. Una primera desventaja del método de doble crisol es la presencia de sustancias contaminantes procedentes de los crisoles, haciendo difícil la realización de fibras de muy bajas pérdidas. 6. USOS Los campos de aplicación de las fibras ópticas son numerosos. A continuación se muestran los principales: Telefonía: Enlaces sin repetidora entre centrales telefónicas Enlaces interurbanos con repetidoras Enlaces transoceánicos por cable óptico submarino; Transmisión de datos Distribución de gran capacidad entre los abonados de servicios telefónicos, videofónicos y de transmisión de datos Televisión: Distribución por cable Enlaces cámara-estudio Teleconferencias Sistemas de seguridad Informática:

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Enlaces entre computadoras Enlaces entre computadoras y periféricos Conexión de material de oficina Enlaces internos de material informático Control de Procedimientos e Instrumentación: Trabajo en un medio de flagrante Controles nucleares Instrumentación de medida y control Transportes: Comunicaciones tácticas Aviación (helicópteros, interceptores) Marina (submarino, barcos) Ferrocarril Campos de aplicación para las comunicaciones por fibra óptica

7. COMPARACIÓN CON OTRO MEDIOS DE INFORMACIÓN COMPARACION

Características

CON

LOS

CABLES

Fibra óptica

COAXIALES

Coaxia

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l Longitud de la Bobina (m)

2000

230

Peso (kg/km)

190

7900

Diámetro (mm)

14

58

Radio de Curvatura (cm)

14

55

Distancia entre repetidores (Km)

40

1.5

0.4

40

Atenuación (dB / Km) para un Sistema de 56 Mbps

COMPARACIÓN CON COMUNICACIONES POR SATÉLITE Es más económica la fibra óptica para distancias cortas y altos volúmenes de tráfico. Por ejemplo: para una ruta de 2000 cm, el satélite no es rentable frente a la solución del cable de fibras hasta una longitud de la misma igual a unos 2500 Km. La calidad de la señal por cable es más alta que por satélite, porque tiene un retardo próximo a 500 m, que introduce eco en la transmisión, mientras que en los cables este se sitúa por debajo de los 100 m admitidos por el CCITT. La inclusión de supresores de eco encarece la instalación, disminuye la fiabilidad y resta la calidad al cortar los comienzos de frase. El satélite se adapta a la tecnología digital, pero en cambio, las ventajas en este campo no son tan evidentes en el analógico, al requerirse un mayor ancho de banda en aquel y ser éste un factor crítico en el diseño del satélite.

VENTAJAS E INCONVENIENTES

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VENTAJAS Insensibilidad a la interferencia electromagnética, como ocurre cuando un alambre telefónico pierde parte de su señal a otro Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede ser perturbada Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar sacudidas ni otros peligros. Reducido tamaño del cable capaz de llevar un gran número de señales. Sin puesta a tierra de señales, como ocurre con alambres de cobre que quedan en contacto con ambientes metálicos Compatibilidad con la tecnología digital Fácil de instalar y gran seguridad Bajas pérdidas y gran ancho de banda Tamaño y Peso Reducido No le afecta ningún tipo de interferencia. Puede pasar el cable de fibra al lado de conductores que transporte grandes cantidades de energía. Son fáciles de conseguir en el mercado, material base abundante (SiO2) Grandes Velocidades en la transmisión de datos

(500 Mhz)

No requieren cañería de protección mecánica y eléctrica dedicada

INCONVENIENTES Sólo pueden suscribirse las personas que viven en las zonas de la ciudad por las cuales ya esté instalada la red de fibra óptica El coste es alto en la conexión de fibra óptica, las empresas no cobran por tiempo de utilización sino por cantidad de información transferida al computador, que se mide en mega bites. El coste de instalación es elevado Fragilidad de las fibras Disponibilidad limitada de conectores

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Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo. NORMATIVAS Algunas normas propuestas para las redes locales, así como los trabajos de la ANSI para el FDDI: LA NORMA ISO 88002.3 (IEEE 802.3). La norma ISO 8802.3, que deriva de la proposición IEEE 802.3, describe una red local en banda base a 1 mbit/s o 10 Mbit/s, utilizando un método de acceso de tipo CSMA/CD. En ella se definen: Las características mecánicas y eléctricas de la conexión de un equipo al soporte de comunicación; La gestión lógica de las tramas; El control de acceso al soporte de comunicación. En realidad, no hay una norma única, sino seis normas ISO 8802.3. Estas seis normas definen las condiciones de uso de la técnica de acceso, el CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). Las diferencias entre las seis normas provienen del cableado utilizado y, por tanto, de las velocidades que se pueden alcanzar y las longitudes máximas sin repetidor. Estas seis normas son: ISO 8802.3 10 base 5 ISO 8802.3 10 base 2 ISO 8802.3 10 broad 36 ISO 8802.3 1 base 5 ISO 8802.3 10 base T ISO 8802.3 10 base F Hay otras dos normas en curso: ISO 8802.3 100 base VG ISO 8802.3 100 base T NORMA ISO 8802.3 10 BASE F. Esta técnica está en trámite de normalización. Afecta a una red de 10 Mbits/s de fibra óptica, con una topología idéntica a la de Starlan (cuya arquitectura es en estrella alrededor de un nodo llamado hub, los hubs están conectados entre

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sí, formando los niveles de una arquitectura en árbol, y ya no se utiliza el cable coaxial). El cable de doble fibra puede tener varios diámetros: 50/125, 62,5/125, 100/140. Los nodos son reemplazados por estrellas pasivas o activas que difunden las señales. La distancia entre repetidores es de 2,5 km. El transceptor está adaptado a la fibra óptica y permite detectar numerosas averías hacia la parte terminal. Su utilización está recomendada en entornos perturbados y/o para obtener un nivel de seguridad mayor que en las redes Ethernet. NORMA IEEE 802.6 (DQDB). La red DQDB (Distributed Queue Dual Bus) ha sido elegida por la IEEE en el grupo de trabajo IEEE 802.6 como red básica para las comunicaciones llamadas metropolitanas, es decir, sobre un gran campus o en una ciudad. Por tanto, el comité IEEE 802.6 ha adoptado esta proposición como una red de tipo MAN. En realidad, la proposición es mucho más amplia y puede llevarse a cabo para cualquier distancia. Se ha elegido la capacidad útil de 144 Mbits/s para que se pueda adaptar a las redes digitales de servicios integrados de banda ancha. La norma DQDB utiliza dos soportes unidireccionables siguiendo una topología en bus. Los dos extremos tienen sentidos de transmisión opuestos. Los nodos están conectados sobre los dos buses para, por un lado, tomar la información procedente de las estaciones que están por detrás y, por otro lado, para emitir hacia las estaciones que están por delante. La comunicación utiliza un único bus, al que el destinatario puede estar unido, salvo en el caso de difusión de mensajes. Una información difundida será, por tanto, emitida sobre los dos buses. El soporte utilizado puede ser fibra óptica o cable coaxial; de cualquier forma, esta técnica necesita un soporte activo (el medio debe tener la posibilidad de ser interrumpido para introducir en él un registro de desplazamiento). La técnica de acceso asociada no es una disciplina Ethernet, sino un método que evita las colisiones sobre un soporte en bus. En cada extremo de los dos cables se sitúa un generador de tramas cuya finalidad es emitir muy regularmente una estructura de trama, que sincroniza las diferentes estaciones conectadas. En los elementos o "slots" de esta trama, los nodos pueden depositar bytes síncronos. El número y tamaño de los elementos de trama dependen de la capacidad del soporte. Para obtener un canal síncrono, el usuario debe reservar un "slot" sabiendo que el flujo obtenido por la reserva de un byte es de 64 kbits/s. La técnica propuesta para el acceso al canal asíncrono se llama QP (Queued Packet); se realiza gracias a un contador que, cuando está a 0, indica que el

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nodo puede transmitir en el próximo "slot" libre. Los "slots" que han sido reservados para comunicaciones síncronas en modo circuito no son contabilizadas y son transparentes para el método de acceso. La red DQDB es una buena solución para unir paneles de distribución. Permite, del mismo modo que el bucle sincronizado o la estructura FDDI, conectar a la vez vías informáticas y circuitos telefónicos hacia el autoconmutador (PABX) y los ordenadores centrales (mainframes) de la empresa. NORMA FDDI. Las redes FDDI también forman parte de las redes de tipo MAN. FDDI: La técnica FDDI (Fiber Distributed Data Interface) propuesta por el Comité X3 T9.5 del ANSI ha sido normalizada por el ISO. Esta propuesta, que especifica los niveles físicos y MAC de un bucle basado en el concepto de testigo sobre fibra óptica, consiste a nivel MAC en un protocolo de acceso que permite que fuentes síncronas y asíncronas compartan el soporte. El flujo máximo de una red FDDI es 100 Mbits/s, su topología es un doble anillo (ver dibujo) que puede alcanzar 200 km de circunferencia, sobre el cual se pueden conectar en torno a 500 estaciones (estando cada estación conectada a cada uno de los anillos). La norma FDDI se descompone en: un nivel físico, PL (Physical Layer), dividido en dos subniveles: el PMD (Physical Medium Dependent) y el PHY (PHYsical Layer Protocol); un nivel de enlace de datos, DLL (Data Link Layer), dividido en dos subniveles: el MAC (Medium Access Control) y el LLC(Logical Link Control); un estándar de gestión de estación, SMT (Station Management), que suministra el control necesario, a nivel de la estación, para gestionar los procesos situados en los diversos niveles de FDDI. a) Nivel Físico El nivel físico PL (Physical Layer) está constituido por dos subniveles: La subnivel PMD (Physical Medium Dependent), que ofrece todos los servicios necesarios para las comunicaciones digitales punto a punto entre las estaciones de una red FDDI, es decir, para la transmisión de oleadas de bits codificadas de una estación a otra. El PMD define y caracteriza los emisores y receptores ópticos, los inconvenientes de código impuestos por el soporte, los cables, los conectores, el balance energético, los repetidores ópticos y otras características físicas. El subnivel PMD es objeto de una norma: la ISO 9314.3. En esta norma están definidos el soporte, para el cual hay dos posibilidades (la

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fibra óptica multimodo de 62,5/125 m de diámetro y el balance óptico de 11 dB, o bien la fibra óptica monomodo) y la utilización de la fibra óptica monomodo: - la longitud de onda: 1.300 nm; - el emisor: LED; - el conector: doble conector ST. El subnivel PHY (PHYsical Layer Protocol), que es objeto de la norma ISO 9313.1. Permite la conexión entre el PMD y el DDL. El nivel PHY es responsable de la sincronización y de la codificación y descodificación. Se utilizan dos niveles de codificación: el PHY convierte los símbolos procedentes del MAC en bits codificados en NRZ, el código utilizado es un código de grupo de tipo 4B/5B, un grupo de 4 bits de datos está codificado en un grupo de 5 bits codificados en NRZ, que a su vez están codificados en una secuencia de 5 bits codificados en NRZI. El subnivel MAC (ISO 9314.2) Este subnivel está destinado a ser utilizado sobre una red de altas prestaciones. Este protocolo está pensado para ser operativo a 100 Mbits/s sobre un bucle en anillo basado en testigo y un soporte de fibra óptica, pudiendo cubrir distancias de varias decenas de kilómetros. El acceso al soporte está controlado por un testigo; una estación que haya capturado el testigo lo retransmite inmediatamente por el soporte una vez que haya terminado su transmisión. Se han diferenciado dos clases de servicios sobre una red FDDI. ·servicio síncrono: ·servicio asíncrono. La clase de servicio síncrono responde a aplicaciones que necesitan una banda de paso de alta capacidad y/o un tiempo de propagación en el encaminamiento determinado, con problemas si varían estos tiempos. La clase de servicio asíncrono satisface los inconvenientes de tráfico de tipo asíncrono, presentando cierta cantidad de banda de paso compartida por todas las estaciones que utilicen este método. Con el fin de ofrecer un servicio satisfactorio al tráfico síncrono, el tiempo de rotación del testigo está controlado. Es decir, que el tiempo total utilizado por el testigo para recorrer toda la red debe resultar inferior a un umbral determinado por las aplicaciones que utilicen la red. Un valor determina el tiempo de rotación del testigo: el TTRT (Target Token Rotation Time), que se establece durante la inicialización de la red. El valor TTRT se carga en un temporizador, llamado TRT (Token Rotation Timer) que controla la adquisición del testigo para

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la transmisión de las tramas en espera. El testigo puede ser capturado para transmitir una trama síncrona independientemente del valor del TRT, mientras que sólo será código para transmitir una trama asíncrona si el tiempo del TRT no ha expirado. Opcionalmente, pueden distinguirse varios niveles de prioridad dentro del tráfico asíncrono de una estación, lo que permite controlar la banda de paso ofrecida a estas diferentes fuentes asíncronas. Cuanto más elevada sea la prioridad de una estación, mayor es la banda de paso disponible para las fuentes asíncronas de esa prioridad. El subnivel SMT Este subnivel todavía no está normalizado. Proporciona servicios tales como el control de inicialización del sistema, la gestión de la configuración, la desconexión del nuevo elemento asociado, así como los procedimientos de planificación. FDDI-II. En 1985 surgió la necesidad de una red local capaz de soportar simultáneamente voz y datos. El protocolo FDDI-I se reveló inadecuado para este tipo de aplicación, principalmente en redes con gran número de nodos. Así, pues, se propuso una nueva versión del bucle FDDI, principalmente a iniciativa de especialistas en telecomunicaciones, como la British Telecom y AT&T, también basada sobre bucles de fibra óptica. A fin de ofrecer una calidad de servicio adecuada para la voz, el protocolo FDDI-II utiliza una técnica de conmutación híbrida. De esta forma, la norma FDDI-II ofrece procedimientos de conmutación de circuitos para tráficos de voz y vídeo y, de conmutación de paquetes, para los datos. FDDI-II es una propuesta de norma americana de la ANSI (Comité X3T9.5) para una red local de 100 Mbits/s de capacidad con una longitud de más de 50 km. Se trata de un doble bucle, con control de acceso por testigo. FDDI-II es una extensión de la norma FDDI-I, que añade una trama síncrona. La banda de paso está constituida por la trama asíncrona y 16 canales síncronos que contienen 96 "cyclic groups" de 16 bytes cada uno. COMPROBACIÓN Y CERTIFICACIÓN Es necesario para un correcto funcionamiento para el cableado, la comprobación y certificación de éste. La potencia generada por el transmisor y la sensibilidad del receptor determinan la cantidad de potencia disponible. Esta cantidad debe ser mayor que la atenuación en cualquier conexión entre dos componentes. La atenuación siempre tendrá lugar en la fibra, los conectores y los empalmes, pero existen otros factores que pueden causar atenuación y pueden ser

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detectados y corregidos. Es el caso, por ejemplo, de un empalme mal realizado que pase desapercibido y produzca una atenuación mayor a la prevista. El cable de fibra óptica es fácil de certificar gracias a su inmunidad a las interferencias eléctricas. Solo es necesario comprobar una pocas características: - Atenuación o perdida de decibelios (dB): se trata de la disminución de la intensidad de la señal a medida que ésta viaja a través del cable de fibra óptica. - Pérdida de retorno: hace referencia a la cantidad de luz reflejada de vuelta al origen desde el otro extremo del cable. Cuanto menor sea este valor, mejor. Por ejemplo, una lectura de -60dB es mejor que una de -20dB. - Índice de refracción graduado: mide cuanta luz se envía por la fibra. Normalmente se mide en longitudes de onda de 850 y 1300 nanómetros. Comparado con otras frecuencias de operación, este intervalo establece la pérdida de intensidad intrínseca más baja. (Nota:solamente valido para la fibra multimodo) - Retraso de la propagación: es el tiempo que se toma la señal para viajar desde un punto a otro sobre un canal de transmisión. - Reflectometría del dominio de tiempo (TDR): al transmitir pulsos de alta frecuencia por el cable y examinar sus reflexiones a lo largo del cable, pueden aislarse los fallos del cable. El funcionamiento de los testers de fibra óptica en líneas generales es sencillo. Para conocer la cantidad de luz que llega al final de un cable, utilizan la emisión de una luz por uno de los extremos de un cable y un receptor calibrado según la intensidad de la fuente de luz en el otro extremo. Normalmente, los testers de fibra óptica dan el resultado en perdidas de dB. Este valor debe compararse con el valor previsto para el enlace. Si el tester da un valor menor que el calculado por la previsión, entonces la instalación es correcta. Algunos testers además de esta función de esta función básica, ofrecen un amplio rango de capacidades extras. Pueden examinar tantos señales de 850 nm (multimodo) como 1300 nm (monomodo) a la vez, y pueden comprobar que el cable cumpla las especificaciones de determinados estándares.

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