WDM y sus socios

Muchos se preguntaran que es WDM, la verdad a primera impresión no es tan buena para eso una breve introducción de a que nos enfrentamos en esta oportunidad:

¿Que es?

Wavelength Division Multiplexing (WDM) es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un laser o un led. En este tipo de sistema, cada señal de entrada es independiente de las otras. De esta manera, cada canal tiene su propio ancho de banda dedicado; llegando todas las señales a destino al mismo tiempo.

Clasificación:

Podemos realizar una clasificación teniendo en cuenta el costo, capacidad y facilidad en la operación:

1. Broad WDM: Llamado simplemente WDM. Utiliza 2 longitudes de onda en las bandas de 1310 y 1550 nm debido a lo cual es muy simple de implementar:

• El transmisor no requiere un rígido control de longitudes de onda.
• Los multiplexadores y demultiplexadores con baja perdida de inserción que se utilizan  son muy económicos.
  

2. Coarse WDM (CWDM): La multiplexación por división aproximada de longitud de onda utiliza longitudes espaciadas 20 nm. La UIT especifica 18 longitudes de onda desde 1271 nm a 1611 nm. Los transmisores, multiplexores y demultiplexores  operan en las longitudes de onda respectiva, pero no necesitan ser altamente controlados, lo cual se traduce en equipos de bajo costo comparados con DWDM.

3. Dense WDM (DWDM): En esta clasificación las longitudes de onda están espaciadas muy cercanas una a las otras y utilizan el rango desde 1530 nm a 1565 nm. Según referencia de la UIT[1] el espacio entre longitudes de onda debe ser de 1 nm, sin embargo en la practica se utiliza 0,8 nm lo cual permite 40 longitudes de onda en la banda C. Los transmisores, multiplexores y demultiplexores a diferencia de los casos anteriores tienen un alto control de temperatura. Por otro lado, una gran ventaja de los sistemas DWDM es que la region donde operan es adecuada para la utilizacion de los amplificadores dopados de erbio (EDFAs) los cuales permitan que las ondas amplificadas superen a la perdidas por dispercion y/o las perdidas pasivas.

¿Y los socios?:

En ingeniería no es suficiente saber de la existencia de la tecnología, debemos saber aplicarla. En particular en el mundo de las comunicaciones ópticas se requieren un conjunto de equipos que tal vez muchos de nosotros conocemos: Las fuentes de luz, los receptores ópticos, los amplificadores ópticos, los convertidores de señales ópticas a eléctricas y viceversa.

Por otro lado, para poder utilizar WDM es fundamental el uso de multiplexores y demultiplexores ópticos. Es muy probable que se de nuestro conocimiento cuales son las funciones de estos equipos, sin embargo otra vez viene a nuestras mente las preguntas ¿Y COMO FUNCIONA?¿QUE PRINCIPIOS UTILIZA?. En consecuencia, hoy responderemos a la segunda interrogante en particular para la tecnología CWDM:

1. Fiber Bragg Gratings (FBG): La fibra de rejilla de Bragg es una estructura periódica con segmentos de bajos y altos índices de refracción, los cuales reflejan la luz de una determinada longitud de onda y deja pasar las otras.

Fabricación: Se utiliza hidrógeno presurizado para variar los índices de refracción de la fibra. Luego se tiene 2 métodos para obtener las demás: (i) a través de un montaje holográfico o (ii) a través de la máscara de fase:

2. Arrayed Waveguides(AWG): El arreglo de guias de onda es otra solución cuya aplicación actual se dirige a la tecnología DWDM. Una guía de onda es una zona con alto índice de refracción que está incrustado en un entorno con menor índice de refracción. Los AWG se forman de las matrices de guías de onda individuales que cumplan con cierta longitud bien definidos y los requisitos de distancia. El material de las compañías suelen ser planas de silicio como el usado por la industria de semiconductores.

3. Thin-Film Filters(TFF): Los filtros de película delgada son estructuras elaboradas con materiales de distinto índice de refracción ordenados en capas de manera alternada. Para modificar los indices de refraccion se utiliza Pentaoxido de Ditalio (Ta2O5) y Oxido de Silicio (SiO2). En comparación con los arreglos de guías de onda y los FBG, los TFF dominan el mercado hoy en día principalmente por tres razones:

• Proporcionan la confiabilidad de un producto pasivo. La funcionalidad MUX / DEMUX requiere de muy pocos subelementos. Además, un buen diseño y procesos estables de fabricación eliminan la necesidad de una fuente de alimentación y gestión de alarmas sofisticados.

• Proporcionan escalabilidad para dar cabida a todo tipo de planes de canales. Es decir, sistemas WDM de 2 canales (1310 y 1550 nm) se pueden convertir en sistemas completos de 192 canales gracias a divisores de banda y filtros de banda estrecha.

• Ofrecen un precio muy atractivo por canal. FBGs demandan un precio más alto ya que necesitan un dispositivo de circulación para abandonar o agregar las longitudes de onda. Los AWG tienen un alto costo para volumen pequeños debido a que se tiene que amortizar una fábrica de obleas. Cabe resaltar que para 16 canales a más los AWG si tiene superioridad sobre los TFF, por eso se utliza principalmente en CWDM.
  

  

¿Y cómo los encontramos en el mercado?

Hay varios detalles que debemos tener en cuenta, por ejemplo si vamos a realizar un sistema en el cual usemos WDM, es muy probable que el sistema no sea simplemente un sistema punto a punto, por lo general en una implementación vamos a ver que existen sistemas que tienen topologías de anillo y malla. En consecuencia, es muy probable que utilizemos:

• Transceiver: Es un dispositivo que tiene el transmisor que puede ser un led y un receptor que puede ser un APD.
• Transpondedor: Dentro de un sistema DWDM, un transpondedor convierte la señal óptica del equipo terminal en señal eléctrica y desempeña la función 3R (Re-time, re-transmit, re-shape)
  
• Optical Add/Drop Multiplexer(OADM): Como el nombre lo indica, se dedica a acceder, descartar y atravezar los canales de longitud de onda en una red optica WDM. En pocas palabras puede tomar algunas longitudes de onda del canal de transporte como agregar algun nuevo canal. Para su funcionamiento utiliza FBGs y circuladores.
  
• Optical CrossConect(OXC): Con principios bastantes parecidos al OADM tiene la funcion de reorganizar o switchear las longitudes de onda de la fibra a fibra dentro de una red WDM.
  

En el mundo óptico hay muchas cosas interesantes y cuando uno va descubriendo cada una de sus partes se sorprende aun mas debido a que hay muchas cosas nuevas. Pero para tener una idea de que es lo que pasa a un nivel muy pequeño, me despido dejandoles este fabuloso video:

Fuentes:
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Wavelength-division_multiplexing
[2] Recomendacion ITU-T G.694.2
[3] Recomendacion ITU-T G.694.1
[4] Coarse Wavelength Division MultiplexingTechnologies and Applications by Hans-Jörg Thiele and Marcus Nebeling, 2007
[5] IP over WDM by Kevin H. Liu. QOptics Inc, Oregon, USA

[6] WHITE PAPER : WDM/CWDM/DWDM: Segmentation Primer—Maximizing Capacity for Revenue

H.323 como jugando

Como jugando!!!??, pero acaso esto es una burla. La respuesta es NO, en esta oportunidad KUNAYTEC te trae los conceptos básicos para entender de la forma mas divertida todo lo relacionado con H.323. Entoces para comenzar nos preguntamos:

¿Que es?

Según Wikipedia: "H.323 es una recomendación del ITU-T (International Telecommunication Union), que define los protocolos para proveer sesiones de comunicación audiovisual sobre paquetes de red". En pocas palabras H.323 es una guía de componentes, protocolos y procedimientos para conseguir comunicaciones de voz, vídeo y datos mediante paquetes IP.

Bueno mas o menos por ahi va la cosa, sin embargo es momento de darle EMOCIÓN. Para esto vamos describir que el lo que esta recomendación tiene en particular.

Las características:

Partiendo desde los equipos hasta los servicios, un sistema que tiene H.323 se caracteriza por:

• Funciona con equipos de diferentes fabricantes, lo cual es un objetivo de todos los estándares y hace de H.323 un estándar complejo.
• Opera entre diversas redes, específicamente comparte información con red de servicios integrados (RDSI) y la red telefónica conmutada (PSTN).
• Es transparente a la plataforma de trabajo. Sea software privativo o software libre.
• Gestiona el ancho de banda. El Multicast tiene un papel importante.
• Tiene seguridad informática: Autenticación, privacidad y no repudio (protección contra la afirmación de no haber participado en una conferencia); y seguridad en la comunicación, para lo cual utiliza redundancia.
• Tiene diversos servicios: Multiconferencias, desvio de llamadas, llamadas en espera, planes de marcado, jerarquía de red, etc.

Estoy seguro que tal vez estas pensando: ¿Pero que tiene de grandioso esto?. Permiteme decirte que H.323 es la raíz de diversos de los grandes aplicativos que hoy en día se usa tales como: Asterisk, Google Talk, Skype, entre otros. Todos ellos se han inspirado en esta recomendación que es libre para poder generar todo un mercado de la voz sobre IP.

Por otro lado es momento de conocer a los equipos que van a ser los participantes de este juego, cuyo objetivo es lograr la comunicación bajos los paquetes de datos que se generan en el mundo de la red IP:

Los personajes:

1. Terminal: También llamado endpoint, es el extremo que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real con otro terminal, gateway o MCU. Su trafico es de voz esencialmente; mientras que el vídeo, los datos o ambos serán de manera opcional. Ejemplo de estos tenemos:  Teléfonos, videoteléfonos, dispositivos IVR, sistemas de buzon de voz, etc.

2. Gatekeeper: Es el punto central para las llamadas, en consecuencia se comporta como un conmutador virtual. Tiene 4 funciones fundamentales:

• Traducción de direcciones de transporte: direcciones de transporte como IP a alias de red, y viceversa.
• Control de señalización, administración y acceso a la red de los terminales, gateways o MCUs.
• Gestión del ancho de banda o concesión de permisos para llamadas.
• Administración de la zona H.323: intercambiar tablas de rutas, mostrar estadísticas QoS de los terminales y distribuir planes de marcado a los mismos.

Debido a que los Gatekeepers tienen una función indispensable es que se llevan acabo sistemas de redundancia del mismo (conocido como alternate Gatekeepers). Ademas, en sistemas grandes existe una jerarquía donde aparecen los Border Elements que son Gatekeeper que guardan la información de todos vecinos de dominio. Sin  embargo, cabe resaltar que los Gatekeeper no son indispensables en un sistema con el estandar H.323.

3. Gateway: También conocidos como pasarelas, son los elementos de comunicación hacia el exterior. Se distinguen 2 partes en su estructura interna, cada una con una función definida:

• Media Gateway (MG): Transcodificación bidireccional de audio y vídeo entre terminales H.323 en la red IP y otros en la red conmutada, en tiempo real.
• MG Controller (MGC): Traducción de la señalización de las llamadas en diversidad de entornos.

4. Multipoint Control Unit (MCU): Es un dispositivo de la zona H.323 que se encarga de gestión de conferencias de 3 o mas puntos llevando la negociación entre los terminales para determinar las capacidades comunes para el intercambio de audio y vídeo. En pocas palabras controla la multidifusión. Para realizar la señalización entre los terminales utiliza un controlador multipunto (MC); para mezclar, conmutar y procesar los flujos utiliza procesadores multipunto (MPs); y para evitar el Jitter utiliza buffers.

Con respecto a las videoconferencias que se establecen, existen las siguiente modalidades:

• Centralizada: Es la que mas vinculada se encuentra con el uso del MCU. Tal como en su descripción anterior el MC trabajara la gestión de la multiconferencia, mientras que el MP realizara todo el trabajo con el trafico o información de audio y/o vídeo.
• Descentralizada: Hace uso de la tecnología multicast. En consecuencia cada terminal es responsable de la gestión y control de la comunicación punto a punto con los otros terminales, lo cual permite tener interesantes aplicaciones como el contro de silla y selección de vídeo.
• Híbrida: Utiliza características de las 2 modalidades anteriores.

A estas alturas cuando ya conocemos los objetivos del juego y los personajes que utilizaremos, es momento de aprender:

Como jugar:

Como todo sistema de comunicaciones, la recomendación H.323 tiene una pila de protocolos, algoritmos, codecs y procedimientos. Cabe resaltar que son estos las bases para cumplir todas las características ya descritas:

Protocolos: La recomendación H.323 se basa en estándares anteriores con la finalidad de no duplicar funcionalidades. En consecuencia, se tiene la siguiente distribución:

Control y gestión de terminales:

H.245: Protocolo de control multimedia, en pocas palabras se encarga de la negociación del canal.

H.225.0: Este protocolo define la señalización y control de la llamada, para eso utiliza Q.931. Este a su vez genera un procedimiento denominado RAS(Registro, admisión y estado), principalmente en la comunicación con el Gatekeeper.

Flujo de audio y vídeo: Para transmitir de la manera mas fluida se utiliza:  RTP, Protocolo de transporte en tiempo de real; y RTCP, Protocolo de control de transporte en tiempo real.

Transporte: Se utiliza TCP para encapsular las conexiones de señalizacion y UDP para acelerar el flujo de audio y vídeo.


Bueno pero estos son los protocolos pero como funcionan, de nada servirá conocerlos y no entenderlos:

Una llamada H.323 se caracteriza por las siguientes fases de señalizacion

1. Establecimiento de la comunicación: El usuario realiza el marcado enviando un mensaje SETUP(H.225 Setup) y el marcado contesta con un Call Proceding(H.225 Call Proceding) y envia un RAS al Gatekeeper. Cuando comienza el timbrado el usuario escucha un Alerting (H.225 Alerting) y al finalizar se termina la comunicacion (H.225 Connect)
2. Señalizacion de Control: Establece cual sera el terminal maestro y el esclavo mediante H.245, así como cual serán sus capacidades, codecs de audio y video soportados mediante H.245 Terminal Capability Set. Al terminar la negociacion se abre el terminal con el mensaje OLC(Open Logical Channel)
3. Audio: Los terminales se comunican mediante el protocolo RTP/RTCP
4. Desconexión: Lo da cualquier terminal con el mensaje Close Logical Channel (CLC) y End Session Command (ESC).

Algoritmos de compresión y codecs: Son indispensables para no sobrecargar a los paquetes, se utiliza: Para el audio, G.711; para el vídeo, H.261; para conferencia de datos, T.120; y para el fax, T.38.

Estándares adicionales: Debido a ser un recomendación extensa y compleja también se ha tenido en cuenta varios detalles, es asi que muchos de ellos son abstraídos de estándares adicionales. Los principales son:

H.248: MEGACO, encargado de la comunicación entre MG y MGC

H.235: Ofrece seguridad de redes basadas en H.245.

Finalmente, el mensaje final:

YOU WIN!!!!!

Espero que te aya gustado y por si no crees lo que te aqui te he presentado te dejo las fuentes: 

• Protocolos de Señalizacion: Parte 1 / Parte 2
• Diseño y configuracion de plataformas de Interfonia H.323
• Introduccion a VoIP, Asterisk y DialOne

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