Multiplexores add/drop reconfigurables ( ROADMs )

Los ROADMs son una opción de futuro para las redes DWDM, permitiendo una gestión eficiente de la demanda de tráfico. En este artículo analizaremos el estado actual del mercado.

En la década de los 90, DWDM revolucionó el sector de las telecomunicaciones gracias al espectacular aumento de la capacidad de las redes. Sin embargo, el principal problema de estos sistemas es que su ancho de banda es fijo, es decir, la conectividad está predefinida en el momento de su instalación y cualquier cambio posterior resulta complicado y costoso. Por otro lado, servicios como la TV IP o el vídeo bajo demanda requieren un ancho de banda impredecible a priori y que necesita ser configurado en función de la demanda del usuario. Evidentemente, la solución no consiste en añadir capacidad extra, sino que los operadores deben ser capaces de reconfigurar sus redes DWDM de una forma ágil y transparente para proporcionar un mayor ancho de banda en aquellas zonas donde se requiera de forma puntual. Se necesita, pues, una transición de un sistema estático a una arquitectura dinámica y reconfigurable, y es aquí donde entra en juego la tecnología ROADM (reconfigurable optical add/drop multiplexer, ROADM).
Los ROADMs permiten gestionar el ancho de banda de las redes DWDM de una forma flexible y eficiente, suministrando y conmutando los diferentes canales DWDM en función de las necesidades de tráfico (figura 1). Algunos operadores de red ya han desplegado ROADMs en sus redes de larga distancia, y más recientemente lo están haciendo en el entorno metropolitano. Estos despliegues han sido considerables en el caso de Norteamérica y Japón, donde la distribución de servicios de vídeo sobre fibra está más de-sarrollada, si bien en el caso de Europa resulta anecdótico.

Sólo recientemente se está produciendo una demanda de ROADMs en el mercado europeo. El mercado de ROADMs es bastante variado, con múltiples fabricantes y tecnologías diferentes dependiendo de la aplicación y del tipo de red. En este artículo profundizaremos en el análisis de dicho mercado, estudiando algunos de los distintos productos que nos ofrecen los fabricantes.

Tecnologías y aplicaciones
A grandes rasgos, el mercado de los ROADMs puede dividirse en dos grandes campos de aplicación. Por una parte se tienen los ROADMs troncales, empleados en el núcleo de red (core network) y que se caracterizan por un alto precio, así como prestaciones superiores a las que se requieren habitualmente. Por el contrario, algunos fabricantes se centran en el diseño de ROADMs para aplicaciones metropolitanas, que últimamente están experimentando un creciente interés. Evidentemente, los ROADMs diseñados para el entorno metropolitano deben ser más compactos y baratos que aquellos que se han optimizado para sistemas de larga distancia. Luego la tecnología empleada en cada tipo de aplicación o entorno de red será distinta.
Entre las diferentes tecnologías existentes conviene comenzar hablando de los bloqueadores de longitud de onda (wavelength blockers). Junto con el uso de atenuadores ópticos variables (variable optical attenuator, VOA) y multiplexores/demultiplexores DWDM integrados, se consigue separar las señales DWDM en dos caminos diferentes (drop y through), con el fin de poder añadir (add) nuevos canales. En la figura 2 se representa de forma esquemática su aplicación en un ROADM. Si bien no resultan tan flexibles como otro tipo de diseños más novedosos, los bloqueadores de longitud de onda representan una opción interesante en el ámbito de las redes de larga distancia debido a su menor coste. La mayor parte de los bloqueadores de longitud de onda emplean conmutadores de cristal líquido. La tecnología ya se explicó en detalle con anterioridad (Conectrónica no. 59, pp. 10-16, julio 2002). Ejemplos de ello son los productos de JDSU, Xtellus o Avanex. Esta tecnología ofrece buenas prestaciones a un menor coste que los diseños basados en óptica espacial. Mediante el control de la polarización de los canales, éstos pueden atenuarse parcialmente o bloquearse completamente. A su vez, se pueden manejar gran número de canales (128/64) con espaciados reducidos (50/100 GHz) y de alta velocidad (10 y 40 Gbit/s).
No obstante, en el caso de aplicaciones metropolitanas, los dispositivos basados en cristales líquidos todavía resultan demasiado costosos. Supongamos una aplicación tan simple como un multiplexor add/drop situado en un anillo. En este caso concreto, JDSU y NeoPhotonics proponen como solución un ROADM 2D basado en circuitos ópticos planares (planar lightwave circuit, PLC), el cual incluiría conmutadores, gratings y otra serie de componentes fácilmente integrables sobre un chip de silicio. Los ROADMs actuales basados en tecnología PLC poseen bajas pérdidas de inserción y anchos de banda grandes, posibilitando su uso a 40 Gbit/s con espaciados entre canales de 100 GHz. Normalmente utilizan AWGs para el filtrado (mux/demux), conmutadores de microsegundos, monitores de longitud de onda y VOAs para la ecualización dinámica de los canales. Un ejemplo de este tipo de dispositivos se muestra en la figura 3.
Pero a pesar de las ventajas de integración de la tecnología PLC, ésta se encuentra limitada en términos de reconfigurabilidad y escalabilidad, que se hacen más evidentes conforme se aumenta la tasa de bit y se reduce el espaciado entre canales. Si bien los sondeos predicen que en los próximos 2 años el 70% de los desarrollos de ROADMs requerirán tan sólo funcionalidades 2D, en el futuro la situación será muy distinta. La tecnología basada en cristales líquidos permite básicamente dos estados de funcionamiento, que dependen de la polarización de las señales. Luego es sencillo construir un conmutador 1x2, pero se necesitan dos etapas para alcanzar un esquema 1x4 y tres etapas para 1x8. Esto añade complejidad al sistema (reducida escalabilidad) e introduce penalizaciones de potencia significativas. Se necesita pues un enfoque distinto.

Para conseguir una escalabilidad completa, algunos fabricantes están empleando la tecnología MEMS (micro-electro-mechanical systems), mediante la cual se desarrollan conmutadores selectivos en longitud de onda (wavelength-selective switches, WSS). Estos dispositivos permiten la selección de una o más longitudes de onda de la señal DWDM que se redirigen a uno o más puertos de salida. Se trata de una solución multidimensional que permite gestionar simultáneamente sendos canales add/drop del ROADM de una forma flexible y eficiente. Como ejemplo, Capella produce dispositivos WSS de 10 puertos en configuraciones 1x9 y 9x1, con versiones de 45 canales a 100 GHz ó 96 canales a 50 GHz para los ámbitos metropolitano y troncal, respectivamente (figura 4). Otras empresas que también desarrollan dispositivos basados en MEMS son Xtellus, DiCon o JDSU.
Por último, queremos resaltar que la empresa Optium ha desarrollado un WSS basado en tecnología de cristal líquido sobre silicio (liquid-crystal-on-silicon, LCoS), la cual se utiliza también en las pantallas LCD de consumo. LCoS consiste en una capa de cristal líquido controlada por un placa posterior CMOS de matriz activa. A diferencia de los MEMS, no presenta partes móviles, por lo que es insensible a las vibraciones. A su vez, dispone de gran número de píxeles por canal, lo que permite funcionalidades avanzadas como la compensación de dispersión o en general la optimización de sus prestaciones mediante software. En la figura 5 se muestra un ejemplo de este tipo de dispositivo.
Caso de negocio
Hace algo más de un año, Network Strategy Partners, LLC realizó un análisis económico comparativo acerca del empleo de soluciones ROADM frente a OADM fijos. Para ello, utilizó el caso concreto del sistema ONS 15454 ROADM de la empresa Cisco. Las conclusiones fueron que el ROADM proporcionaba ahorros (CAPEX y OPEX) frente a la solución tradicional, especialmente en el caso de redes tipo “mesh” con un grado de demanda de tráfico incierto, crecimiento rápido y elevada capacidad. Algunos de estos resultados se representan en la figura 6, lo que confirma que la instalación de ROADMs en las redes proporciona un ROI positivo y una mayor escalabilidad y flexibilidad en la gestión de la red.