trabajo especial de grado red optica con tecnología dwdm de 100g
Anuncio
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO COORDINACIÓN DOCENTE DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES ESPECIALIZACION EN GERENCIA DE LAS TELECOMUNICACIONES TRABAJO ESPECIAL DE GRADO RED OPTICA CON TECNOLOGÍA DWDM DE 100G/400G EN LA RED DE OCCIDENTE DE CANTV Por: José Ignacio Quintero Vega Sartenejas, Marzo 2015 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO COORDINACIÓN DOCENTE DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES ESPECIALIZACION EN GERENCIA DE LAS TELECOMUNICACIONES RED OPTICA CON TECNOLOGÍA DWDM DE 100G/400G EN LA RED DE OCCIDENTE DE CANTV Trabajo Especial de Grado presentado a la Universidad Simón Bolívar por José Ignacio Quintero Vega Como requisito parcial para optar al grado académico de: Especialista en Gerencia de las Telecomunicaciones Con la asesoría de: Prof. Renny Badra Sartenejas, Marzo 2015 iii DEDICATORIA “A MI FAMILIA” Quienes me apoyaron durante los dos años de postgrado, sacrificando fines de semana y atención. iv AGRADECIMIENTOS “A LA EMPRESA ALCATEL-LUCENT” Por proveer la información técnica y de precios de los sistemas ópticos, así como las simulaciones compartidas para validar los diseños. “A LA UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR” Por ofertar este excelente programa de postgrado y aceptarme como miembro de esta cohorte. “A MI TUTOR ACADÉMICO” Por su ayuda, dedicación y por enseñarme que la exigencia siempre produce excelentes resultados. “A LA COORDINACIÓN” Por su constante apoyo durante el transcurso del postgrado, especialmente al Prof. Nicola Baglivi y a Ninoska Velazco. MUCHAS GRACIAS JOSÉ IGNACIO QUINTERO v UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO COORDINACIÓN DOCENTE DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES ESPECIALIZACION EN GERENCIA DE LAS TELECOMUNICACIONES RED OPTICA CON TECNOLOGÍA DWDM DE 100G/400G EN LA RED DE OCCIDENTE DE CANTV Por: Quintero Vega José Ignacio Carnet No.: 13-89212 Tutor: Prof. Renny Brada Marzo 2015 RESUMEN El propósito del presente trabajo es apoyar a la empresa ALCATEL-LUCENT en la justificación ante CANTV, sobre la mejor alternativa para implantar la tecnología en su red de occidente; mediante la elaboración de un análisis técnico/financiero, que determine la pertinencia de implantación de una red óptica DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) con tecnología de nueva generación en la red mencionada. Para ello se realizó un análisis de la red óptica actual en el occidente de Venezuela, con el objeto de identificar las características de la fibra actualmente instalada, la capacidad de tráfico en servicio y la capacidad de tráfico deseada. Con esta información se elaboró una propuesta de diseño de la red, utilizando la nueva tecnología DWDM con las alternativas de 100G y 400G; y finalmente se analizó y validó la propuesta mediante el estudio técnico comparativo y un análisis financiero basado en la metodología de Costo Total de Propiedad y Retorno Sobre la Inversión . Palabras claves: DWDM, 400G, 100G, Red óptica, Tecnología vi INDICE GENERAL DEDICATORIA ................................................................................................................. III AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................... IV RESUMEN.......................................................................................................................... V INDICE GENERAL ........................................................................................................... VI INDICE TABLAS ............................................................................................................... X INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1 CAPITULO I ....................................................................................................................... 3 1.1. JUSTIFICACIÓN............................................................................................................... 3 1.2. OBJETIVOS .................................................................................................................... 4 1.2.1. Objetivo General. .................................................................................................. 4 1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................................ 5 1.3. METODOLOGÍA PROPUESTA ............................................................................................ 5 1.3.1. Marco Conceptual Referencial. ............................................................................. 5 1.3.2. Marco organizacional............................................................................................ 6 1.3.3. Análisis de la red de fibra óptica del occidente de Venezuela. ............................... 6 1.3.4. Diseño de la red utilizando la nueva tecnología DWDM. ...................................... 8 1.3.5. Validación y evaluación técnica/financiera de la las alternativas de tecnología DWDW para la implantación en la red de occidente de CANTV .................................... 9 1.3.6. Evaluación del proceso de trabajo especial de grado........................................... 10 1.3.7. Cronograma de Ejecución. .................................................................................. 10 CAPITULO II.................................................................................................................... 11 2.1. REDES DE FIBRAS ÓPTICAS. ......................................................................................... 11 2.2. TECNOLOGÍA DWDM. ................................................................................................. 14 2.3. ESTÁNDARES Y ÓRGANOS DE ESTANDARIZACIÓN. ........................................................ 17 vii 2.3.1. Recomendación G.872 arquitectura para redes ópticas (OTN). ........................... 18 2.3.2. Recomendación G.694.1 Spectral Grid for DWDM Applications (espectro de la rejilla para aplicaciones DWDM) .................................................................................. 18 2.3.3. Actividad de estandarización para (IEEE 802.3ba y ITU-T SG15 G.709)........... 20 2.3.4. Sistema de 400G de de ALCATEL-LUCENT: .................................................... 22 2.4. TÉCNICAS DE COMUNICACIONES. .................................................................................. 23 2.4.1. Multiplexaje por división de Polarización y desplazamiento de fase en cuadratura (PDM-QPSK)................................................................................................................ 26 2.5. PLANIFICACIÓN DE REDES ÓPTICAS. .............................................................................. 27 2.6. CARACTERIZACIÓN DE FIBRAS ÓPTICAS PARA REDES DE 100G Y 400G. ........................ 30 2.6.1. Potencia óptica y pérdidas................................................................................... 30 2.6.2. Balance de potencia. ........................................................................................... 31 2.6.3. Relación señal a ruido óptica (OSNR). ................................................................ 32 2.6.4. Dispersión Cromática (CD) ................................................................................. 33 2.6.5. Dispersión por modo de polarización (PMD) ...................................................... 35 2.7. EQUIPOS ÓPTICOS DWDM DE 100G Y 400G DE ALCATEL-LUCENT......................... 36 2.8. MÉTODOS DE EVALUACIÓN FINANCIERA. ...................................................................... 41 2.8.1. Costo total de propiedad (TCO) .......................................................................... 41 2.8.2. Retorno sobre la inversión (ROI) ........................................................................ 44 CAPITULO III .................................................................................................................. 46 3.1 HISTORIA, VISIÓN, MISIÓN Y VALORES. ....................................................................... 46 3.2 ORGANIZACIÓN DE ALCATEL-LUCENT. ................................................................... 48 3.3 ESTRUCTURA GLOBAL. ................................................................................................. 48 3.4 LA ORGANIZACIÓN SOLUTIONS ARCHITECT. ......................................................... 48 CAPITULO IV .................................................................................................................. 50 ANALISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LA RED DWDM .................................... 50 4.1 ANÁLISIS DE LA RED ÓPTICA DEL OCCIDENTE DE VENEZUELA. ........................................ 50 viii 4.2 MATRIZ DE TRAFICO RED DWDM OCCIDENTE ............................................................ 52 4.3 CARACTERIZACIÓN DE LA FIBRA ÓPTICA DE LA RED DWDM DE OCCIDENTE.................. 56 4.4 COSTOS OPERATIVOS DE LA RED DWDM OCCIDENTE. .................................................. 58 4.5 COSTO Y PRECIO DE CAPACIDAD DE TRANSPORTE RED DWDM OCCIDENTE. ................. 59 CAPITULO V ................................................................................................................... 61 DISEÑO DE LA RED DWDM DE OCCIDENTE .............................................................. 61 5.1 DISEÑO DE LA RED DWDM CON TECNOLOGÍA 100G Y 400G. ....................................... 61 5.1.1 Cálculos de balance de potencia óptica................................................................ 67 5.1.2 Cálculos de dispersión Cromática. (CD).............................................................. 73 5.1.3 Cálculo de OSNR. ............................................................................................. 74 5.1.4 Cálculos de presupuesto de PMD. ....................................................................... 76 5.2 ESTIMACIÓN COSTO DE LOS EQUIPOS ESCENARIO 100G Y 400G. .................................... 78 5.3 REQUERIMIENTOS DE INFRAESTRUCTURA DE LOS ESCENARIOS 100G Y 400G ................. 78 CAPITULO VI .................................................................................................................. 80 VALIDACIÓN Y EVALUACIÓN DE LA PROPUESTA .................................................. 80 6.1 VALIDACIÓN TÉCNICA.................................................................................................. 80 6.2 EVALUACIÓN VENTAJAS TÉCNICAS ............................................................................... 80 6.3 EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD TÉCNICA DEL USO DE LA FIBRA ÓPTICA ACTUAL. .......... 82 6.4 EVALUACIÓN FINANCIERA BAJO METODOLOGÍA TCO.................................................... 84 6.5 EVALUACIÓN FINANCIERA BAJO METODOLOGÍA ROI .................................................... 93 6.6 EVALUACIÓN FINANCIERA COMPLEMENTARIA BAJO LA METODOLOGÍA 6.6 CONSIDERACIONES VAN Y TIR. .... 94 FINALES DE LAS EVALUACINES. ...................................................... 95 CAPITULO VII ................................................................................................................. 96 EVALUCIÓN DEL PROCESO DE TRABAJO ESPECIAL DE GRADO .......................... 96 7.1 CORRESPONDENCIA ENTRE LOS PLANIFICADO Y LO EJECUTADO ..................................... 96 ix 7.2 ANÁLISIS DEL CUMPLIMIENTO DEL CRONOGRAMA......................................................... 96 7.3 ANÁLISIS DEL LOGRO DE OBJETIVOS ............................................................................. 97 CAPITULO VIII................................................................................................................ 98 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................. 98 8.1 CONCLUSIONES............................................................................................................ 98 8.2 RECOMENDACIONES .................................................................................................... 99 REFERENCIAS .............................................................................................................. 100 ANEXOS.. ...................................................................................................................... 102 x INDICE TABLAS Tabla 1 Cronograma de Ejecución......................................................................................... 10 Tabla 2 Definición de bandas de la rejilla del espectro Óptico según ITU-T (ITU-T G.694.1, 2002)............................................................................................................................. 16 Tabla 3 Denominación de las interfaces de 40GE y 100G (Trowbridge, 2010) ...................... 20 Tabla 4 Alternativas para 400G (Cole C., 2011) .................................................................... 21 Tabla 5 Tolerancia teórica máxima de dispersión cromática .................................................. 24 Tabla 6 Tolerancia teórica máxima de PMD .......................................................................... 25 Tabla 7 Modelos de amplificadores del 1830 PSS ALCATEL-LUCENT, 2014..................... 39 Tabla 8A Requerimientos de capacidad CANTV Red Occidente II ....................................... 54 Tabla 9B Requerimientos de capacidad MOVILNET para servicio LTE ............................... 54 Tabla 10 Matriz de tráfico año 1 y 2...................................................................................... 55 Tabla 11 Matriz de tráfico año 3 y 4...................................................................................... 55 Tabla 12 Matriz de tráfico año 5............................................................................................ 55 Tabla 13 Longitudes de onda a 100 Gbps ............................................................................. 56 Tabla 14 Longitudes de onda a 400 Gbps ............................................................................. 56 Tabla 15 Distancias entre estaciones y tipos de fibras red occidente II ................................... 57 Tabla 16 Costos Operativos red actual DWDM Occidente .................................................... 59 Tabla 17 Precios de ventas de capacidad en la red DWDM actual ........................................ 60 Tabla 18 Rutas principales y de respaldo Red DWDM occidente .......................................... 64 Tabla 19 Puertos 100GE por nodo y año, red DWDM occidente ........................................... 65 Tabla 20 Número y tipos de muxponder por nodo, red DWDM occidente ............................. 66 Tabla 21 Premisas de diseño y valores característicos de las tarjetas...................................... 71 Tabla 22 Resultados balance de potencia óptica .................................................................... 72 Tabla 23 Resultados cálculos de dispersión cromática ........................................................... 74 Tabla 24 Resultados presupuesto OSNR ............................................................................... 75 Tabla 25 Resultados presupuesto PMD ................................................................................. 76 Tabla 26 Presupuesto de equipos alternativas 100G y 400G para 5 años ................................ 78 xi Tabla 27 Capacidades actuales y futuras de las alternativas 100G y 400G ............................. 81 Tabla 28 Ocupación Mt2, número de bastidores y chasis 1830 PSS, 100G y 400G ................ 82 Tabla 29 Valores máximos y tolerancia de las tarjetas 100G y 400G ..................................... 83 Tabla 30 Ingresos por venta de capacidad ............................................................................ 94 Tabla 31 Retorno sobre la inversión de las tecnologías 100G y 400G .................................... 94 xii INDICE FIGURAS Figura 1 Técnica de multiplexación OTDM .......................................................................... 12 Figura 2 Transmisión de una señal óptica (una longitud de onda) ......................................... 15 Figura 3 Multiplexación de longitudes de onda (WDM) ...................................................... 15 Figura 4 Espectro óptico de separación 100 GHz................................................................. 16 Figura 5 Ubicación de las bandas en el espectro óptico........................................................ 17 Figura 6 Clases de Interface para redes OTN. ...................................................................... 18 Figura 7 Distribución de rejilla fija de canales de 50Hz ....................................................... 19 Figura 8 Distribución de rejilla flexible canales de 50 y 75 GHz ......................................... 19 Figura 9 Sistema 400G de ALCATEL-LUCENT (Bell-labs, 2009) ..................................... 22 Figura 10 Sistema 400G flexible de ALCATEL-LUCENT (Bell-labs, 2009) ....................... 23 Figura 11 Dispersión Cromática, ensanchamiento del pulso (Harrop, 2007) ........................ 24 Figura 12 Dispersión por Modo de polarización (Harrop, 2007) .......................................... 25 Figura 13 Multiplexaje por división de Polarización y desplazamiento de fase en cuadratura (PDM-QPSK)................................................................................................................ 26 Figura 14 Transmisor 100 PDM-QPSK y receptor coherente (Bell-labs, 2009)................... 27 Figura 15. Coeficiente de dispersión cromática de fibras ópticas ........................................... 34 Figura 16. Familia de equipos 1830 PSS ............................................................................... 37 Figura 17. Nodo 1830 PSS-32 (ALCATEL-LUCENT, 2014) ................................................ 39 Figura 18. Amplificadores del 1830 PSS-32 ALCATEL-LUCENT, 2014) ............................ 39 Figura 19. Modelos de Muxponder del 1830 PSS-32 ALCATEL-LUCENT, 2014 ................ 40 Figura 20. Topología red Occidente II ................................................................................... 51 Figura 21. Topología red Occidente II, con tipos de fibra y longitud de enlaces..................... 62 Figura 22. Ejemplo ruta principal y respaldo Nodo Punto Fijo-CNT..................................... 63 Figura 23. Red Óptica DWDM con red Metroethernet .......................................................... 66 Figura 24. Diagrama Unifilar de la ruta Barquisimeto Valencia ............................................. 75 Figura 25. Consumo de energía kW-año de las alternativas 100G y 400G ............................. 81 Figura 26. Costo por Gbps en servicio 100G y 400G ............................................................. 87 xiii Figura 27. Costo por Gbps instalado tecnología 100G y 400G ............................................... 88 Figura 28. Consumo de Energía por Gbps tecnología 100G vs 400G ..................................... 88 Figura 29. Costo de mantenimiento fabricante tecnología 100G vs 400G .............................. 89 Figura 30. Costo de espacio usado por nodos tecnología 100G vs 400G ................................ 90 Figura 31. Costo de instalación y configuración tecnología 100G vs 400G ............................ 90 Figura 32. CAPEX acumulado tecnología 100G vs 400G ...................................................... 91 Figura 33. OPEX acumulado tecnología 100G vs 400G ....................................................... 92 xiv INDICE DE ANEXOS Anexo 1 Resultado de dimensionamiento de gabinetes y tarjetas por nodo y año alternativa 100G ........................................................................................................................... 103 Anexo 2 Resultado de dimensionamiento de gabinetes y tarjetas por nodo y año alternativa 400G ........................................................................................................................... 103 Anexo 3 Resumen de TCO para la alternativa tecnológica DWDM de 100G ....................... 104 Anexo 4 Resumen de TCO para la alternativa tecnológica DWDM de 400G ...................... 105 Anexo 5 Distribución del CAPEX 100G vs 400G ............................................................... 106 Anexo 6 Distribución del OPEX 100G vs 400G .................................................................. 107 Anexo 7 Acumulado CAPEX 100G vs 400G ...................................................................... 108 Anexo 8 Acumulado OPEX 100G vs 400G ......................................................................... 109 Anexo 9 Flujo de cajá alternativa 100G .............................................................................. 110 Anexo 10 Flujo de caja alternativa 400G ............................................................................. 111 Anexo 11 Costo de equipos por nodo y año en MUS$ tecnología 100G .............................. 112 Anexo 12 Costo de equipos por nodo y año en MUS$ tecnología 400G .............................. 112 Anexo 13 Costo de infraestructura y consumo de energía US$ tecnología 100G y 400G ... 113 Anexo 14 Distribución de costo de infraestructura y consumo de energía US$ Tecnología 100G y 400G .............................................................................................................. 114 Anexo 15 CAPEX en MMUS$ por año para las tecnologías 100G y 400G .......................... 115 Anexo 16 OPEX en MMUS$ por año para las tecnologías 100G y 400G ............................ 116 Anexo 17 Antecedentes de Proyectos de 100G y 400G en el mundo ................................... 117 xv LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS A/D ADSL BPSK CANTV CAPEX CWDM CDMA CD dB DC DWDM DSP DCM FDM GSM Gbps GPON GHz Hz IP IaDI IEEE Irdi ITU-T FEC FTTB FTTH LTE Mbps NDSF NZ-DSF NRZ ODF OCh OMS Analog & Digital Asyncronous Digital Subscriber Line Binary Phase Shift Keying Compañía Anónima Nacional de Teléfonos de Venezuela Capital Expenditure Coarse Wavelength Division Multiplexing Code Division Multiple Access Chromatic Dispersion Decibel Dispersión Cromática Dense Wavelength Division Multiplexing Digital Signal Processing Dispersion Chromatic Module Frecuency Wavelength Division Multiplexing Global System for Mobile Communications Gigabit por segundo Gigabit Passive Optical Network Gigahertz Hertz Internet Protocol Interfaz intra-dominio Institute of Electrical and Electronics Engineers Interfaz inter-dominio International Telecommunication Union – Telecommunication Forward Error Correction Fiber To The building Fiber To The Home Long term evolution Megabit por Segundo Non-Dispersion Shifted Fiber Non-Zero-Dispersion Shifted Fiber Non return to zero Optical distribution frame Optical Channel Optical Multiplexing Section xvi OSNR Optical signal to Noise Ratio OTDM Optical Time Division Multiplexing OTN Optical Transport Network OTS Optical Transmission Section OTU Optical Transmission Unit OPEX Operational Expenditures PDM Polarization Division Multiplexing PMD Polarization Mode Dispersion PSS Photonic Service Switch QAM Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quadrature Phase-Shift Keying ROI Return of Investment SA Solution Architect SONET Synchronous Optical Network SDH Synchronous Digital Hierarchy TCO Total Cost of ownership TDM Time Division Multiplexing STM Synchronous Transport Signal WDM Wavelength Division Multiplexing UMTS Universal Mobile Telecommunications System XDSL X digital Subscriber Line LTE Long Term Evolution Mbps Megabit por Segundo NDSF Non-Dispersion Shifted Fiber NZ-DSF Non-Zero-Dispersion Shifted Fiber NRZ Non return to zero ODF Optical Distribution Frame OCh Optical Channel OMS Optical Multiplexing Section OSNR Optical Signal to Noise Ratio OTDM Optical Time Division Multiplexing xvii OTN Optical Transport Network OTS Optical Transmission Section OTU Optical Transmission Unit OPEX Operational Expenditures PDM Polarization Division Multiplexing PMD Polarization Mode Dispersion PSS Photonic Service Switch QAM Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quadrature Phase-Shift Keying ROI Return of Investment SA Solution Architect SONET Synchronous Optical Network SDH Synchronous Digital Hierarchy TCO Total Cost of Ownership TDM Time Division Multiplexing STM Synchronous Transport Signal WDM Wavelength Division Multiplexing UMTS Universal Mobile Telecommunications System XDSL X digital Subscriber Line 1 INTRODUCCIÓN El crecimiento en la penetración de INTERNET, el aumento de los terminales Inteligentes y tabletas, está cada vez exigiendo más capacidad de las redes de acceso y en consecuencia de las redes de transporte. De igual manera la tendencia al mayor uso de la red para visualizar video, ya sea video por demanda o servicios de televisión no lineal están sirviendo de catalizador y empuje para que se requieran mayores capacidades. Hoy el video se está convirtiendo en el protagonista de INTERNET, ya que es el más atractivo para los usuarios, además que su efecto a nivel de la captación del mensaje es mucho más efectivo. Este tráfico de video es y será el tipo de tráfico que forzará a los operadores a actualizar sus redes y aumentar sus capacidades, para garantizar que la calidad de experiencia de los usuarios de la red sea satisfactorio. Los operadores se ven obligados a incrementar sus capacidades de transporte a velocidades mayores, para ello usan sistemas ópticos DWDM, con varias longitudes de onda y capacidades de 10 Gbps por longitud de onda sobre un par de fibra óptica. Sin embargo muchas redes actuales pudieran estar cerca de su máxima ocupación del espectro óptico, por lo que incrementar capacidades adicionales de 10 Gbps no va a satisfacer la demanda. Por ello los operadores se ven en la necesidad de plantearse la pregunta de desarrollar planta de fibra nueva o evolucionar a una nueva tecnología de transmisión. La opción de construir una red con fibras ópticas nuevas para aumentar así la capacidad, representa inversiones muy altas, debido al impacto muy fuerte de los costos de obras civiles asociados a la instalación y enterrado de nuevos cables en cientos de kilómetros. Aquí radica la importancia de la evolución tecnológica de 100G/400G, la cual permite el uso de la planta de fibra óptica actual; permitiéndole al operador minimizar el costo por Mbps y maximizar su infraestructura de transporte óptica. 2 Gracias a la detección óptica coherente, y avanzados métodos de codificación y modulación se pueden lograr tasas de transmisión de 100 y 400 Gbps por longitud de onda, y con menos requerimientos técnicos sobre la fibra óptica actual. El objeto del presente documento es el de presentar los resultados obtenidos del trabajo especial de grado titulado “Red óptica con tecnología DWDM de 100G/400G en la red de occidente de CANTV”. El mismo estará compuesto por 8 capítulos: el primer capítulo comprende la justificación, objetivos generales, específicos y la metodología propuesta. El segundo capítulo presenta el marco conceptual, y el tercer capítulo el marco organizacional, donde se detallan las empresas destinatarias de este trabajo como lo son la empresa ALCATELLUCENT y la organización de arquitectos de soluciones de ALCATEL-LUCENT. En el capítulo 4 se presenta el examen de la situación, situación actual de la red de occidente y las necesidades y requerimientos de CANTV para el diseño de la red DWDM. El capítulo 5 presenta el diseño de la propuesta con las dos alternativas 100G y 400G. En el capítulo 6 se detalla la validación y evaluación de las alternativas tanto de la parte técnica como financiera, a través del análisis del TCO y ROI. El capítulo 7 presenta el avance del proceso del trabajo especial de grado, comparaciones entre lo planificado y ejecutado; y se revisa el cronograma y los objetivos logrados. Por último el capítulo 8 se presentan las conclusiones y recomendaciones. 3 CAPITULO I EL PROYECTO DE TRABAJO ESPECIAL DE GRADO A continuación se expone la justificación, los objetivos, la metodología y el cronograma de ejecución del Proyecto de Trabajo Especial de Grado. 1.1. Justificación Ramaswami (2010), señala que una red óptica provee una infraestructura común sobre la cual pueden ser entregados una gran variedad de servicios, este tipo de redes son capaces de provever gran ancho de banda de una manera flexible, donde y cuando sea requerido. Según ITU-T G.694.1 (2009), DWDM es una tecnología de redes ópticas, donde se multiplexan varios canales de información, cada uno de ellos en una longitud de onda diferente. Todos los canales viajan combinados pero independientes uno de otros, utilizando como medio físico un enlace de fibra óptica. Según Venciclopedia (2014), CANTV, Compañía Anónima Nacional de Teléfonos de Venezuela, es una de las primeras empresas de comunicación de Venezuela. Sus servicios van desde telefonía fija, móvil celular, Servicios de transmisión de datos, hasta servicios como venta de computadores, servicios de conexión a Internet Dial-up y conexión a Internet de banda ancha. En la actualidad es una de las compañías más grandes que brinda este tipo de servicios en América Latina. En sus principios CANTV fue una empresa privada que pasó al estado venezolano tras convertirse en un monopolio. En los noventa volvió a manos privadas y durante el gobierno de Hugo Chávez, en el año 2007, pasó de nuevo al gobierno venezolano tras una adquisición de su paquete accionario. Para el año 2017 el tráfico IP en el mundo se triplicará a 1.4 Zettabit por segundo, lo que representa una capacidad muy grande , del mismo modo el 48% de la población mundial 4 tendrá acceso a Internet; se incorporarán a las redes 19 millardos de conexiones a la red , casi un promedio de 7.1 dispositivo por hogar.(Cisco Systems, 2013). De observaciones realizadas previamente en CANTV, pareciera que las capacidades actuales de la red optica no estarian acondicionadas para las necesidades de trafico de la region occidental de venezuela actuales y futuras. Entonces pareciera necesario un estudio más profundo que permita determinar con mayor precisión esta situación y plantear las acciones que conlleven a atender la misma. Los operadores como CANTV se verían entonces obligados a incrementar sus capacidades de transporte a velocidades mayores, para ello podrían usar sistemas ópticos DWDM, con varias longitudes de Onda y capacidades de 10 Gbps por longitud de onda en un par de fibras ópticas; para poder seguir manteniendo el uso de la planta de fibra óptica instalada. Sin embargo ya las redes actuales pareciera que están cerca de su máxima ocupación del espectro óptico, por lo que incrementar capacidades adicionales de 10 Gbps no pudiera satisfacer la demanda. Por ello los operadores se ven en la necesidad de plantearse la pregunta de desarrollar planta de fibra nueva o evolucionar a una nueva tecnología de transmisión. Con el presente trabajo especial de grado se espera validar cuál de las tecnologías DWDM es la más conveniente para CANTV en su red de occidente, para satisfacer sus necesidades de capacidad actuales y de los próximos 10 años; y le permitirá a ALCATEL-LUCENT poder justificar de manera más efectiva las soluciones de 100G y 400G en sus clientes en Venezuela y de esa manera incrementar sus ventas de estas tecnologías. 1.2. Objetivos Como objetivos del Proyecto de Trabajo Especial de Grado se propusieron los siguientes: 1.2.1. Objetivo General. Apoyar a la empresa ALCATEL-LUCENT en la justificación ante CANTV sobre la mejor alternativa para implantar la red DWDM de occidente de CANTV. 5 1.2.2. Objetivos específicos Realizar un análisis de la red de fibra óptica de CANTV actual en el occidente de Venezuela, con el objeto de identificar las características de la fibra actualmente instalada y de la capacidad de tráfico en servicio y la capacidad de tráfico deseada. Elaborar una propuesta de diseño de la red utilizando la nueva tecnología DWDM con la alternativa de 100G y 400G. Validar la propuesta mediante la determinación de la factibilidad técnica del uso de la fibra óptica actual en la red de occidente de CANTV, para implantar la tecnología 100G o 400G, utilizando los parámetros lineales y no lineales de la fibra óptica. Realizar un análisis financiero basado en la metodología de costo total de propiedad (TCO) y retorno sobre la a inversión (ROI) sobre las soluciones propuestas. 1.3. Metodología propuesta Para el logro de los objetivos propuestos y como marco metodológico se estableció cumplir los siguientes pasos: elaboración de un marco conceptual referencial; presentación del contexto del estudio, elaboración del examen de la situación; realizar el diseño de la propuesta; validar la propuesta, evaluándola desde la visión técnica y financiera; realizar la evaluación del Proceso de trabajo especial de grado. 1.3.1. Marco Conceptual Referencial. Para la elaboración del Marco Conceptual Referencial, se desarrollaron las siguientes actividades: Analizar como fundamentos conceptuales los conceptos relativos a redes de fibras ópticas y planificación de redes ópticas utilizando autores tales como Chomycz (2009), Ramaswami (2010). Analizar los diferentes modelos de equipos DWDM de 100G y 400G con tecnología detección coherente de la empresa ALCATEL-LUCENT, usando documentación tales como ALCATEL-LUCENT (2014). 6 Analizar la tecnología DWDM, utilizando fuentes tales como ITU-T series G Series G. Supplement 39 (2008), ITU-T G.694.1 (2009), y otros autores. Analizar la caracterización de fibras ópticas, tecnología DWDM de 100G y 400G utilizando autores tales como Chomycs (2009), Ramaswami (2010), Gumaste (2003), Bell Labs (2009), y otros autores. Analizar los métodos de evaluación financiera como retornos sobre la inversión (ROI) y el costo total de propiedad (TCO). De autores como Gartner Group (1997), entre otros. Concluir con una breve revisión sobre algunos trabajos antecedentes o relacionados con la implementación de redes ópticas de 100G y 400G en operadores de telecomunicaciones a nivel mundial. 1.3.2. Marco organizacional. Para la presentación del marco organizacional, se desarrollaron las siguientes actividades: Presentar a ALCATEL-LUCENT en términos de génesis, lineamientos estratégicos (visión, misión, etc.) y estructura, usando como fuente la presentación corporativa de ALCATEL-LUCENT e información de su página web www.ALCATEL- LUCENT.com. Presentar la organización “SOLUTIONS ARCHITECT (SA)”, como el grupo de la organización ALCATEL-LUCENT responsable de la justificación y defensa técnica/financiera de las soluciones tecnológicas para los operadores en Venezuela. 1.3.3. Análisis de la red de fibra óptica del occidente de Venezuela. Para realizar el análisis de la red de fibra óptica actual en el occidente de Venezuela se realizaron las siguientes actividades: Se realizó un análisis del histórico de la red óptica DWDM de occidente, para determinar su topología, nodos de interés de tráfico, tecnología en uso y los servicios que se transportan por esa red; A través de entrevistas no estructuradas; unas con el equipo de ingenieros del departamento de “SOLUTIONS ARCHITECT” de Alcatel-Lucen Venezuela y en segunda instancia con personal de la gerencia de transporte de CANTV. 7 Se obtuvo la información de la matriz de tráfico actual, matriz de tráfico deseada, así como la información del uso de la capacidad del espectro óptico actual. Esta información se recolectó a través de entrevistas estructuradas con los ingenieros de ALCATELLUCENT (Dpto. de SA), esto con el objeto de determinar las necesidades de capacidad y establecer las oportunidades de mejora en la misma con la nueva tecnología 100G y 400G. Durante la entrevista se usaron formularios (Tablas) que se desarrollaron para este trabajo, para plasmar la información de dichas matrices. Se recolectó información de las características de la fibra óptica actual de la red de occidente (tipo de hilo, longitud, atenuación, coeficiente de dispersión cromática, coeficiente de dispersión por modo de polarización, etc.). Esta información fue usada en la parte de validación de la propuesta de diseño, para determinar si es factible y en qué grado el uso de la fibra óptica actual, para ser empleada como medio de transmisión por la tecnología DWDM 100G y 400G. Esta actividad se realizó a través de entrevistas estructuradas con los ingenieros del dpto. de SA de ALCATEL-LUCENT, para lo cual se establecieron unos formularios (Tablas) para documentar la información antes expuesta. Dichos formularios se desarrollaron para este trabajo. Se realizó el levantamiento de información de los costos asociados al mantenimiento, uso de espacio, consumo de energía, uso de fibras ópticas, costo de personal, servicios, etc. en la red DWDM de occidente actualmente en servicio. Esta información fue usada para la evaluación de la propuesta de diseño, desde la perspectiva financiera usando la metodología de análisis de TCO y ROI. Para obtener esta información se realizaron, entrevistas estructuradas con el grupo de transporte y personal de la gerencia de Energía de CANTV, así como otras personas que fueron detectadas en CANTV que podían contribuir con la información aquí mencionada. Para las entrevistas se usaron formularios que se desarrollaron para esos efectos, usando el modelo de Gartner Group (1997), entre otros. Se obtuvo información de los valores estimados de costo por Megabit/seg y el precio genérico de venta del Megabit/seg de transporte para los servicios de datos dedicados e internet de banda ancha. Esta información fue usada para la evaluación financiera de la pertinencia de implementar la tecnología 100G o 400G en la red de occidente de CANTV usando el análisis de retorno de la inversión (ROI). Esta información se recogió por 8 medio de entrevistas no estructuradas informales con personal del departamento de transmisión de CANTV. Se reseñó, en el apartado del informe final referido a este paso: el objetivo del proceso, el plan elaborado, el proceso cumplido, y el análisis de los resultados. 1.3.4. Diseño de la red utilizando la nueva tecnología DWDM. Para elaborar una propuesta de diseño de la red utilizando la nueva tecnología DWDM, se desarrollaron las siguientes actividades: Se elaboró la propuesta de diseño de la red DWDM Occidente usando la tecnología 100G y 400G, con el objeto de tener argumentos técnicos de comparación de ambas, los cuales serán evaluados en el capítulo de validación y evaluación de la propuesta técnica/financiera. Para la elaboración de ese diseño se siguió la metodología de planificación de redes ópticas de Chomycz (2009), La cual se está detallada en el marco conceptual referencial. Se establecieron los modelos, marca de equipos, módulos y tarjetas para los nodos DWDM de la red óptica de occidente para los dos escenarios 100G y 400G. Se describió el proceso de diseño de la propuesta técnica siguiendo los pasos de la metodología de planificación de Chomycz (2009). Se presentó una propuesta financiera en términos de justificación y objetivo. para ello se usarán los dos escenarios de la red DWDM 100G y 400G, tomando como valores de entrada los costos referenciales de los equipos, los costos de instalación, servicio y mantenimiento. Se establecieron las especificaciones para su implantación, área, energía, bastidores, número de fibras, etc. Se reseñó, en el apartado del informe final referido a este paso, el objetivo del proceso, el plan elaborado, el proceso cumplido, concluyendo con los resultados 9 1.3.5. Validación y evaluación técnica/financiera de las alternativas de tecnología DWDW para la implantación en la red de occidente de CANTV Para Validar y evaluar la propuesta mediante la determinación de la factibilidad técnica/financiera del uso de la fibra óptica actual en la red de occidente de CANTV, se desarrollaron las siguientes actividades: Se analizó, basado en la propuesta técnica, los dos escenarios para comparar los beneficios técnicos de las soluciones y de esa forma establecer la tecnología más conveniente para la red óptica DWDM de occidente de CANTV. El análisis de evaluación se realizó tomando en cuenta los beneficios asociados a capacidad, consumo de energía, uso de espacio, uso de fibras ópticas, uso de espectro óptico, garantía de crecimiento futuro, facilidad de convivir con tecnologías futuras de DWDM, entre otras. Se realizó, basado en la información de las características técnicas de la fibra óptica en servicio, (previamente recolectada), una validación de la factibilidad técnica del uso de esa fibra para la nueva tecnología DWDM 100G o 400G, para ello se compararon los valores de la fibra actual con los máximos permitidos por la tecnología DWDM 100G y 400G de ALCATEL-LUCENT, utilizando para ello los datos técnicos definidos en ALCATEL-LUCENT (2014). Se realizó un análisis de costos, para comparar las implicaciones de la propuesta elaborada de 100G con la de 400G. Realizando varias simulaciones de crecimiento de tráfico en el tiempo, y aumento de las capacidades máximas de los sistemas DWDM, para medir su impacto en los costos de espacio, energía, espectro óptico, fibra óptica, equipos, etc. Esto con el objeto de validar cual es la alternativa de las tecnología de DWDM (100G/400G) más conveniente para CANTV. Para este caso se usó la metodología de análisis de costo total de propiedad (TCO). Realizó un análisis de costos y beneficios para comparar cuál de los dos escenarios 100G o 400G genera mayores beneficios para CANTV. Para ellos se realizaron simulaciones de crecimiento de tráfico en el tiempo para medir su impacto en los costos y en los ingresos para CANTV. Esto con el objeto de validar cual alternativa de tecnología DWDM 100G o 400G es más conveniente para CANTV, basado en la metodología de retorno sobre la inversión (ROI). 10 Se reseñó en el apartado del informe final referido a este paso, el objetivo del proceso, el plan elaborado, el proceso cumplido, concluyendo con los resultados. 1.3.6. Evaluación del proceso de trabajo especial de grado. Para la evaluación del Proceso de Trabajo Especial de Grado, se desarrollaron las siguientes actividades: Se analizó la correspondencia entre lo planificado y lo ejecutado. Se analizó el cumplimiento del cronograma de ejecución Se analizó el grado de logro de los objetivos. 1.3.7. Cronograma de Ejecución. Para el cumplimiento de los pasos establecidos en la metodología se espera cumplir el cronograma de la Tabla 1. Tabla 1 Cronograma de Ejecución Actividad Elaboración del Marco Conceptual Referencial. Elaboración del Marco Organizacional. Realización del examen de la Situación. Diseño de la propuesta Validación y evaluación de la Propuesta Evaluación del Proceso de TEG. Elaboración de Conclusiones y Recomendaciones. Entrega del Informe Final 1ra Versión Tiempo Estimado Cuatro semanas Fecha Probable 8/08/2014 Dos Semanas Dos Semanas Tres Semanas Dos Semana Dos Semanas Una Semana 29/8/2014 12/9/2014 5/10/2014 17/10/2014 31/10/2014 7/11/2014 Una Semana 14/11/2014 11 CAPITULO II MARCO CONCEPTUAL REFERENCIAL En este capítulo se presentaron los fundamentos teóricos referente a las fibras ópticas, planificación de redes ópticas, la tecnología DWDM y detección coherente. De igual modo se detalló sobre los fenómenos lineales y no lineales que afectan a las comunicaciones ópticas a 100G y 400G; los modelos y tipos de equipos DWDM con tecnología 100G y 400G de ALCATEL-LUCENT: los métodos de evaluación financiera retorno sobre la inversión (ROI) y costo total de propiedad (TCO). Por último se presentó una breve revisión sobre algunos trabajos antecedentes o relacionados con la implementación de redes ópticas de 100G y 400G en operadores de telecomunicaciones a nivel mundial. 2.1. Redes de Fibras Ópticas. Las redes ópticas como su nombre lo indican se sustentan sobre la transmisión de información usando como medio de transmisión guías de onda de luz, conocidas como fibras ópticas. Según Rajiv Ramaswami (2010), una red óptica provee una infraestructura común sobre la cual se puede entregar una gran variedad de servicios, de igual manera estas redes están en capacidad de proveer tasas de transmisión de información de manera flexible cuando y donde se requiera. Las fibras ópticas ofrecen mayor ancho de banda que los cables de cobre y son menos susceptibles a las interferencias electromagnéticas y a una variedad de efectos indeseables, además que las tasas de error son inferiores. Como resultado se considera el medio por excelencia para la transmisión a altas velocidades de transmisión tanto en corta, mediana y largas distancias. Cuando se habla sobre redes ópticas, normalmente se habla de dos generaciones de redes ópticas. En la primera generación, éstas se usaron básicamente para transmisión y 12 Simplemente ofrecer capacidad, como ejemplos de éstas están: las redes SONET (Synchronous optical network) y SDH (Synchronous Digital hierarchy), las cuales forman el núcleo de las comunicaciones ópticas en Norteamérica, Europa y Asia. La segunda generación provee capacidades en lo relativo a enrutamiento, conmutación e inteligencia en la capa óptica. Los sistemas que se detallaran en este trabajo especial de grado están basados en tecnología de redes ópticas de segunda generación. Las redes ópticas tanto en primera y segunda generación han usado técnicas para incrementar la capacidad en la fibras ópticas, la técnica de multiplexación OTDM y la técnica de multiplexación WDM. La técnica OTDM incrementa la tasa de bit de salida, usando para ello optoelectrónica de alta velocidad, donde los flujos de baja velocidad de entrada son multiplexados, regenerando un único flujo de mayor velocidad de transmisión. Luego del lado del receptor se demultiplexa la señal de alta velocidad hacia las salidas individuales de los flujos de baja tasa de transmisión de bits. Tal como se observa en la Figura 1. B b/s OTDM mux OTDM demux 1 B b/s 1 NB b/s 2. 2 .. .. N N Figura 1 Técnica de multiplexación OTDM Otra forma de incrementar la capacidad de la fibra es aplicando la técnica denominada multiplexación for división de longitud de onda WDM (wavelength division multiplexing). WDM es esencialmente lo mismo que FDM (Frecuency division multiplexing), la cual ha sido usada de manera intensiva en los sistemas de comunicaciones de radio. Comúnmente el término FDM es extensamente usado en las comunicaciones de radio, mientras que WDM es usado en el contexto de las comunicaciones ópticas. En fin la idea es transmitir datos de manera simultánea en portadoras de diferentes longitudes de onda sobre la misma fibra óptica. (Ramaswami 2010). 13 Los terminos frecuencia (f) y longitud de onda ( se relacionan entre si mediante la ecuación (2.1). = (2.1) Donde c denota la velocidad de la luz en el espacio libre cuyo valor es aproximadamente 3 x 108 m/s, f la frecuencia de la señal expresada en Herzt, para los casos de señales opticas la frecuencia está en el órden de los Terahertz (THz= 1012Hz) y la longitud de onda expresada en nm nanómetros (10-9 metros). Por ejemplo si se usa la velocidad de la luz en 3x10 8 m/2, una longitud de onda de 1550 nm, correspondería una frecuencia aproximada de 193 THz. Otro parametro de interés es el espaciamiento entre canales , el cual es el espacio entre dos longitudes de onda o frecuncias en un sistema WDM. Este espaciamiento puede ser medido en unidades de frecuencias o de longitud de onda, la relación entre las dos puede ser derivada de la Ecuación 2.1 = (2.2) Diferenciando la ecuación 2.2 alrededor del centro de la longitud de onda la relación entre el espacido de frecuencia f y el espacio de longitud de onda f = - (c / Por ejemplo a una longitud de onda central se obtiene . (2.3) = 1550 nm, y a un espaciamiento de longitud de onda es 0,8 nm corresponde una frecuencia de 100 GHz, espaciamiento típico en un sistema DWDM. Las señales de información binaria en el dominio del tiempo, pueden ser vistas como una secuencia periódica de pulsos, “o” y “1”. Estas señales tienen su representación en el dominio de la frecuencia, donde la energía de la señal es esparcida a través de un grupo de frecuencias. Esta representación se denomina espectro de potencia o simplemente espectro. El ancho de banda de la señal es una medida del ancho del espectro de la señal. El ancho de banda puede 14 ser medido en el dominio de la frecuencia o en el dominio de la longitud de onda, sin embargo, es medido comúnmente en medidas de frecuencia. Para evitar confusión de términos de aquí en adelante en el desarrollo de este trabajo especial de grado, se detalla aquí la diferenciación de ancho de banda y tasa de bits. El ancho de banda y la tasa de bits de una señal digital están relacionados pero no son exactamente lo mismo. El ancho de banda es especificado en Hertz, mientras la tasa de tasa de bit se expresa en bit por segundo (b/s). La relación entre ambas depende del tipo de modulación usada. Por ejemplo para una línea telefónica de ancho de banda de 4 kHz, usando técnicas especiales de modulación permiten transmitir a una tasa de bit de 56 kbps. Esta relación de bps a ancho de banda es conocida como eficiencia espectral. En los sistemas de comunicaciones ópticos con técnicas simples de modulación se puede alcanzar una eficiencia espectral en el orden de los 0.4 bps/Hz. Es razonable asumir entonces que una señal a una tasa de bit de 10 Gbps, usa una señal de ancho de banda de aproximadamente de 25 GHz, de igual modo para alcanzar una tasa de bit de 100 Gbit/s, se debería tener una modulación especial con eficiencia espectral de 4 bps/Hz, y para el caso de 400 Gbps se requeriría una modulación con eficiencia espectral de 8 bps/Hz. Nótese que el ancho de banda de la señal debe ser lo suficientemente pequeño en comparación con el espaciamiento del canal, de lo contrario se tendrían interferencias indeseables entre canales adyacente. (Ramaswami, 2010, p 10,11,26,27). 2.2. Tecnología DWDM. WDM es la abreviatura de multiplexación de división de longitud de onda. Tal como lo indica (Cisco Systems, 2013) la comunicación en redes ópticas puede concebirse como la transmisión de información ópticamente mediante la modulación de una portadora de frecuencia que se emite por un generador óptico tal como un láser y la detección de la misma en el extremo final mediante un foto detector. El láser emite una luz caracterizada por su frecuencia óptica y por lo tanto su longitud de onda. Para la comunicación óptica que se produzca, esta frecuencia debe ser sometida a la atenuación más baja posible. 15 Cuando solo se transmite una señal de luz (no hay multiplexación de canales), se transmite un solo canal, por lo que la capacidad de la fibra será la capacidad máxima que esa señal pueda acarrear. La Figura 2 muestra un sistema de transmisión óptica general con un solo canal. Tx Rx Figura 2 Transmisión de una señal óptica (una longitud de onda) Para aprovechar la capacidad del espectro de la fibra óptica se pueden transmitir varios canales o flujos de datos en diferentes longitudes de onda y la multiplexación de estas diferentes frecuencias como una señal compuesta puede viajar por un par de fibras ópticas, aumentando la velocidad de datos acumulado de toda la fibra óptica. Este esquema de multiplexación es comúnmente denominado WDM el cual se muestra en la Figura 3. Mux/Demux Mux/Demux Rx Tx Rx Tx Rx Tx Figura 3 Multiplexación de longitudes de onda (WDM) El canal de comunicación tiene un límite finito máximo para la transmisión de datos que puede ser modulada en una sola longitud de onda. La multiplexación de varios de estos flujos de datos sobre diferentes longitudes de onda aumenta la velocidad de datos neta. Cada longitud de onda modulada en la señal compuesta se denomina canal, y cada canal generalmente está a una separación de frecuencia fija de los canales adyacentes. En las redes ópticas actuales, cada canal puede estar separado 100 GHz/50 GHz de sus canales vecinos; este espaciamiento esta normado por el ITU-T G.694.1. Los proveedores de servicios comenzaron la mayoría de los servicios de WDM con espaciado de 200 GHz. Esa fue una norma durante 16 mucho tiempo, hasta que 100 GHz se convirtió en factible, más sin embargo se han mejorado la estabilidad de los sistemas y equipos y hoy se pueden tener sistemas con espaciado de 50 GHz y menos. Los últimos sistemas ya están manejando el concepto de súper canales con espaciado de 25 GHz y menos. La Figura 4 muestra el espectro de potencia de dos canales separados 100 GHz. 100 GHz 100 GHz Ancho de banda de la señal 193.3 1550,918 193.2 193.1 1551,721 1552,524 193.0 192.9 1553,329 1554,134 Frecuencia (THz) Longitud de onda (nm) Figura 4 Espectro óptico de separación 100 GHz De acuerdo a la deficnión de bandas de la rejilla definidas por ITU-T G.694.1 (ITU-T G.694.1, 2002) se deducen la ubicación de cada una de ellas en el espectro. Fue el mismo ITUT quien definió la denominación y ubicación de cada una de esas bandas (Banda O,C,L,S,U,E). La tabla 2 muestra la denominación definida por el ITU para cada una de las bandas, asi como el rango de longitud de onda de cada una. La Figura 5 muestra la ubicación de las bandas en el espectro óptico. Tabla 2 Definición de bandas de la rejilla del espectro Óptico según ITU-T (ITU-T G.694.1, 2002) Ventana Banda (nm) (ITU-T) 1ª (´70) 820-900 2ª (´80) O 1260-1360 (años 00) E 1360-1460 (años 00) S 1460-1530 3ª C 1530-1565 L 1565-1625 U 1625-1675 (años 90) 4ª (años 00) (años 00) 17 Figura 5 Ubicación de las bandas en el espectro óptico 2.3. Estándares y Órganos de Estandarización. A continuación se describirán de manera muy resumida los 4 estándares para redes ópticas de 100G y 400G, así como los estándares funcionales básicos que sustentan dichas tecnologías. El primer estándar (ITU-T) G.872, relacionado a la arquitectura de red óptica (OTN), sobre el que se fundamenta los otros tres estándares. El segundo estándar es el que define la ocupación del espectro óptico por los canales o longitudes de onda que se multiplexarán, para ser transmitidas sobre el hilo de fibra óptica ITU-T G. G.694.1. El tercer estándar define las estructuras de las nuevas interfaces y capas para las redes ópticas de transporte OTN (ITU-T G.709), El último estándar define las especificaciones de interfaz y velocidad de líneas, así como la conformación de canales para las tasas de transmisión de 100 Gbps y 400 Gbps para interfaces Ethernet IEEE 802.3ba. 18 2.3.1. Recomendación G.872 arquitectura para redes ópticas (OTN). Hay un número muy grande de estándares del ITU-T, que caen bajo la definición de OTN (Optical Transport Network). El estándar ITU-T G.872, define la arquitectura de la red óptica de transporte (OTN), y aquí es donde se define la implementación del nivel de canal óptico (OCh), la sección de multiplexación óptica (OMS) y la sección de Transmisión óptica (OTS). Según el ITU-T G.872, se definen dos clases de interfaces: Interfaces inter-dominio (IrDI) y la interfaz Intra-Dominio (IaDI) con el objeto de garantizar la interoperabilidad y compatibilidad entre operadores y entre redes dentro de un mismo operador. La interfaz Inter- Dominio (IrDI), fue definida con el objeto de garantizar la interoperabilidad y compatibilidad entre operadores y entre diferentes fabricantes. La interfaz Intra-dominio (IaDI), fue definido con el objeto de garantizar compatibilidad entre redes dentro del dominio de un operador, lo que también puede interpretarse como compatibilidad entre equipos de diferentes fabricantes. Ver la Figura 6. Figura 6 Clases de Interface para redes OTN (ITU-T OTN tutorial). 2.3.2. Recomendación G.694.1 Spectral Grid for DWDM Applications (espectro de la rejilla para aplicaciones DWDM) El ITU-T en su recomendación G.694.1 (ITU-T G.694.1, 2002), definió la estructura de la rejilla de espectro óptico para el uso de aplicaciones basadas en Multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). En su primera definición del estándar solo contemplaba el uso de la rejilla fija, sin embargo, con el advenimiento de los sistemas de 400G y superiores, la ITU-T publicó una actualización de la norma en Febrero del 2012, la cual concibe la 19 posibilidad de aplicaciones DWDM de uso de rejilla flexible. Lo que supone la posibilidad de usar tamaños de ranura de la rejilla desde los 12,5 GHz hasta 100 GHz de ancho. Dado el espaciado del canal en GHz y el centro de frecuencia en THz, se tendrá la distribución de canales de la siguiente forma, con n enteros positivos o negativos incluyendo el 0: Separación 12,5 GHz: 193,1 THz + n * 0,0125 Separación 25 GHz: 193,1 THz + n * 0,025 Separación 50 GHz: 193,1 THz + n * 0,050 Separación 100 GHz: 193,1 THz + n * 0,1 En otras palabras para una separación de 50GHz, se puede obtener en la banda C, un total de 88 Canales; si la separación es 100 GHz, se puede obtener 44 Canales; si la separación es de 25 GHz, se puede obtener 176 canales y si la separación es de 12,5 GHz se puede obtener 352 canales. En la figura 7se muestra una distribución de rejilla fija y en la Figura 8, una distribución de rejilla flexible. Figura 7 Distribución de rejilla fija de canales de 50Hz (ITU-T G.694.1) Figura 8 Distribución de rejilla flexible canales de 50 y 75 GHz (ITU-T G.694.1) 20 2.3.3. Actividad de estandarización para (IEEE 802.3ba y ITU-T SG15 G.709) En mayo del 2010 se reunieron en Ginebra el grupo de trabajo del ITU-T WP15 y el grupo de tarea del IEEE 802.3ba en consorcio, para definir el futuro de Ethernet y de su transporte sobre las redes ópticas. Uno de los puntos de discusión era la definición del próximo salto de la tasa de transmisión de Ethernet después de 100 Gbps (OTU4). El siguiente salto seria el OTU5. Sin embargo ha habido mucha discusión sobre cuál debe ser la tasa de transmisión para OTU5, muchos fabricantes se han inclinado por 400 Gbps y otros por 1 Tbps. Sin embargo ya hay mucha aceptación de que el próximo nivel de Ethernet sea 400 Gbps. En la tabla 3, se puede observar las diferentes tasas de transmisión superiores a 100Gbps, que se han venido discutiendo para Ethernet. En la misma se puede observar que para 400 Gbps, se puede llegar a la tasa de transmisión de 400 Gbps tomando 16 canales de 25 Gbps, 10 canales de 40 Gbps u 8 canales de 50 Gbps. La opción con más aceptación es la de 16x25, ya que los canales de 25 Gbps ya se vienen usando en la interfaz de 100 Gbps en su configuración 100GBAse LR4, donde cada canal es de 25 Gbps (Trowbridge, 2010). Tabla 3 Denominación de las interfaces de 40GE y 100G (Trowbridge, 2010) Opciones de Ethernet Mac Opciones señalización Eléctrica señalización Tasa de TX (Host board a módulo) óptica 20x10.3125Gb/s 8x25.78125Gb/s 200 Gbps 8x25.78125Gb/s 5x41.25Gb/s 4x51.5625Gb/s 25x10.3125Gb/s 10x25.78125Gb/s 250 Gbps 10x25.78125Gb/s 5x51.5625Gb/s 30x10.3125Gb/s 12x25 78125Gb/s 300 Gbps 12x25.78125Gb/s 6x51.5625Gb/s 16x25.78125Gb/s 16x25.78125Gb/s 400 Gbps 10x40.125Gb/s 8x51.5625Gb/s 40x25.78125Gb/s 40x25.78125Gb/s 25 40 125Gb/ 1 Tbps 20x51.5625Gb/s 10x103.125Gb/s Lineas PCS 40 50 60 80 200 21 Aún falta mucho por discutir sobre el estándar IEEE 802.3ba de 400 GE, se espera que la decisión final del estándar esté lista para el segundo semestre del 2015. Sin embargo debido a la presión del mercado y la gran demanda de capacidad para las redes, pueden que terminen acelerando la aprobación del estándar para finales del 2014. Esto está también motivado a que el desarrollo paralelo del estándar de la ITU-T SG15 G.709, está muy avanzado y ya hay fabricantes con soluciones comerciales disponibles de 400 Gbps en una lambda. De forma paralela al IEEE, el ITU-T SG15 G.709, ya ha adelantado las primeras opciones de implementación de los sistemas ópticos de 400 Gbps (ver Tabla 4). La primera es la solución dual carrier, con modulación PM-16QAM, donde cada portadora puede llevar 224 Gbps, la segunda otra opción es la dual carrier con modulación PM-TC-32QAM, ambas mantiene una ocupación de 100 GHz (50 Hz por canal). La tercera opción usa cuatro sub-portadoras de 112 Gbps, con modulación PM-TC-16QAM. De todas las opciones, la cuarta opción (cuatro sub-portadoras de 112 Gbps, con modulación PM-TC-16QAM) es la que presenta menos exigencias de OSNR del sistema (ver línea verde Figura 7). Sin embargo es la que representa mayor complejidad ya que hay que modular 4 Sub-portadoras, siendo esta alternativa de mayor consumo de energía. Las tres últimas opciones de la Tabla 4, representan las alternativas prácticas ya empleadas por un fabricante de equipos DWDM. Tabla 4 Alternativas para 400G (Cole C., 2011) Altenativa de Modulación Ancha de banda del Canal por Tasa de Simbolos Eficiencia (Gbaud) Espectral Bps/Hz PM-QPSK 50 28 2 PM-16QAM 50 28 4 PM-TC-32QAM 50 28 4 PM-TC-16QAM 25 18,7 4 DP-8QAM 50 43,3 4 DP-16QAM 37,5 32,5 5,33/4 DP-64QAM 50 43,3 8 22 Aunque hasta la fecha la ITU-T, no ha culminado el proceso de estandarización para OTU5 de 400 Gbps en su recomendación G.709, ya hay fabricantes de equipos de telecomunicaciones que tienen una solución comercial disponible de transponder de 400Gbps Una de estas soluciones es de la empresa ALCATEL-LUCENT, la cual tiene las siguientes características: 2.3.4. Sistema de 400G de ALCATEL-LUCENT: Portadora dual, con modulación PDM-16QAM, donde cada portadora aporta 200 Gbps, en un espacio de canal del espectro óptico de 50 GHz, con una eficiencia espectral de 4 bps/Hz y una tasa de símbolos de 43,3 Gbaud. Tomando el espectro óptico de la tercera ventana (banda C), se puede multiplexar hasta 44 canales con una capacidad total por par de hilo de F.O de 17 Terabits/s (44 canales x 200 Gbps x 2 sub-portadoras). En caso de usar rejilla flexible entonces se puede ocupar 58 canales, para una capacidad máxima de 23 Terabits/s (58 x 200 Gbps x 2). La Figura 9 muestra el tipo de modulación PDM-16QAM y la ocupación del canal con la doble portadora. Ahí se observa que cada OTU5 de 400 Gbps ocupará 100 GHz en el espectro óptico, 50 GHz por sub-portadora. Modulación Dual Carrier PDM-16QAM Figura 9 Sistema 400G de ALCATEL-LUCENT (Bell-labs, 2009) Del mismo sistema descrito anteriormente, se puede disponer de transpondedores ópticos flexibles , que con cambio vía software, pueden alterar la modulación y aumentar así la tasa de transmisión, pudiendo pasar de 100 Gbps (PDM-BPSK) a 200 Gbps (PDM-QPSK) y a 400 Gbps (PDM-16QAM), sin cambio de hardware ni cambio de infraestructura de F.O. La Figura 10 23 muestra las tres diferentes tasas de transmisión y los tipos de modulación correspondientes así como su constelación. Modulación Adaptativa y variable por software Figura 10 Sistema 400G flexible de ALCATEL-LUCENT (Bell-labs, 2009) 2.4. Técnicas de comunicaciones. Los sistemas actuales de transmisión óptica DWDM de 10 Gbps emplean la detección directa. En estos sistemas al intentar aumentar las tasas de transmisión a 40 Gbps, 100 Gbps, y 400 Gbps, se tiene que enfrentar con unos obstáculos asociados a los fenómenos de la fibra óptica como son los efectos lineales y no lineales. En el caso de los efectos lineales se debe enfrentar al efecto de la dispersión cromática (CD) y la dispersión por modo de polarización PMD. Dispersión Cromática (CD): fenómeno producido por las diferentes componentes de frecuencia de la señal de luz, la cual al viajar por la fibra óptica, cada una de esas componentes viaja a diferentes velocidades, lo que genera un ensanchamiento del pulso, y en caso de aumentar la velocidad de transmisión se pudiera generar interferencia inter-simbólica. La dispersión cromática es una relación lineal a la distancia. Se determina por el coeficiente de dispersión cromática de la fibra (ps.nm/km) por la distancia en Km, quedando la dispersión medida en ps.nm ver Figura 11. 24 Figura 11 Dispersión Cromática, ensanchamiento del pulso (Harrop, 2007) Debido al ensanchamiento de los pulsos, y al aumentar la tasa de transmisión, entonces la tolerancia al efecto de dispersión cromática se hace cada vez menor, lo que obligaría a hacer proyectos de transmisión de corta distancia, situación que no es práctica. La tabla 5 muestra las tolerancias teóricas máximas para sistemas basados en modulación NRZ y detección directa. Los valores máximos teóricos de tolerancia a la dispersión cromática vienen dado por la siguiente ecuación: B2DL <= 104.000,00 ( 2.4) Donde B es la velocidad binaria en Gb/s, D es el coeficiente de dispersión cromática en ps/nmKm del cable, y L es la longitud de la Ruta en Km. Para esa ecuación, entonces se tiene que dependiendo de la tasa de transmisión la dispersión cromática máxima (CD) tolerada debería ser la mostrada en la Tabla 5. Tabla 5 Tolerancia teórica máxima de dispersión cromática Tasa de Tx Dispersión Cromática 2.5 Gb/s 16,640ps/nm 10 Gb/s 1,040 ps/nm 40 Gb/s 65 ps/nm 100 Gb/s 10,4 ps/nm 400 Gb/s 0,65 ps/nm Como se observa en la tabla, no es práctico transmitir a velocidades de 40 Gbps o 100 Gbps y mucho menos a 400 Gbps, usando modulación NRZ y usando detección directa., debido a que la tolerancia al CD es muy baja. Dispersión por modo de polarización (PMD): La dispersión por modo de polarización es producido por el cambio de velocidad de propagación de las componentes ortogonales de la luz, 25 debido a la asimetría del hilo de fibra óptica, esto produce un ensanchamiento del pulso. Este fenómeno está determinando por la pérdida de circularidad del hilo de fibra, o pérdida de simetría, y es ésta asimetría la que ocasiona que una de las componentes la luz, se atrase con respecto a la otra componente ortogonal. La dispersión por modo de polarización es una relación lineal a la raíz cuadrada de la distancia. Se determina por el coeficiente de PMD de la fibra ps/ km) por la raíz cuadra de la distancia en Km, quedando el PMD medido en ps. (Ver Figura 12). t Eje rápido z, t Eje lento Figura 12 Dispersión por Modo de polarización (Harrop, 2007) Como se observa en la Tabla 6, no es práctico transmitir a velocidad de 40 Gbps, 100 Gbps usando modulación NRZ y usando detección directa, ya que la tolerancia teórica al PMD es muy baja, dejando la oportunidad de desplegar redes ópticas de 400 Gbps solo en distancia de 4 Km, hecho que no es práctico con la realidad de las redes ópticas de larga distancia nacional que están en los órdenes de los cientos a miles de kilómetros. Tabla 6 Tolerancia teórica máxima de PMD 40 Gb/s 2,5 Coeficiente PMD 400 km fibra (ps/km½) <= 2,0 <= 2,0 <= 2.0 o 25 km con 0.5 ps/km1/2) 100 Gb/s 1 <= 2,0 0.05 o 4 km con 0.5 ps/km1/2) Tasa de Tx DGD Promedio (ps) 2.5 Gb/s 40 10 Gb/s 10 26 Debido a las limitantes impuestas por los efectos lineales, no es posible desplegar redes ópticas de 40G, 100G y 400G, con los sistemas antiguos de modulación NRZ y detección directa. Por este motivo es el que se han desarrollado nuevas técnicas de detección y modulación que permite superar dichos obstáculos. A continuación se detallan las nuevas técnicas. 2.4.1. Multiplexaje por división de Polarización y desplazamiento de fase en cuadratura (PDM-QPSK) Esta técnica agrupa en sí dos técnicas de manera simultánea, una es la multiplexación por polarización y la segunda es la modulación por cambio de fase de 4 estados de fase, con el transporte de 4 bits/símbolos (ver Figura 13). T 50GHz slot // “Polarización Dua l” Figura 13 Multiplexaje por división de Polarización y desplazamiento de fase en cuadratura (PDM-QPSK) Adicional a esta técnica del transmisor, en el receptor se usa otra técnica denominada receptor coherente, el cual incorpora un láser continuo (CW, continuos laser) a la misma frecuencia de la señal portadora, el cual es mezclado con la señal óptica recibida, de esa manera se recupera la información de frecuencia, fase, y amplitud de la señal transmitida con unos requerimientos de OSNR bajos. A este receptor coherente se combinan un proceso de conversión A/D y DSP de ultra alta velocidad, que tienen la función de detección y algoritmos para la compensación de dispersión cromática y dispersión por modo de polarización, así como los procesos electrónicos para reducir los efectos no lineales (ver Figura 14). Es en este receptor coherente es donde radica el avance tecnológico, ya que ahora se pueden transmitir a altas tasas de transmisión de 40 Gbps, 100 Gbps y 400 Gbps, sin que los efectos lineales y no lineales de la fibra se conviertan en un obstáculo. Solo para tener una referencia de este avance, cuando para la técnica de detección directa y modulación NRZ a velocidad de 100 Gbps, la tolerancia máxima de dispersión cromática (CD) y dispersión por modo de polarización (PMD) eran 10 27 ps-nm y 1 ps respectivamente. Con la detección coherente ahora las tolerancias máximas son de 80.000 Ps-nm para CD y de 100 ps para el PMD. Razón por la cual se puede llegar a distancias grandes sin regeneración en el orden de los miles de kilómetros. Figura 14 Transmisor 100 PDM-QPSK y receptor coherente (Bell-labs, 2009) Ventajas de la detección Coherente: - Se logran distancias mayores entre 30 % y 50% en comparación con sistemas de detección lineal. - Excelente tolerancia a los efectos no lineales - No se requiere el uso de compensadores de dispersión cromática - Puede trabajar en planta de fibra óptica de vieja data - Mejor uso del espectro óptico - Menos uso de lambdas por canal, lo que simplifica el diseño - Permite la coexistencia con canales que tengan señales que son de sistemas coherentes - Buena compatibilidad con canales de 10G y 40 G, en el mismo espectro óptico - permite trabajar con tasas de símbolos menores (tasa de Baudios). 2.5. Planificación de redes ópticas. Para el proceso de diseño de la red óptica DWDM de occidente de CANTV, se seguirá la metodología de planificación de redes ópticas de Chomycz (2009:305-307), la cual consta de 12 fases, de la cuales solo se emplearán para este trabajo especial de grado las primeras 8 fases. Las últimas 4 fases están relacionadas a las actividades de instalación y puesta a punto. Estas 28 últimas no están consideradas en el alcance de este estudio. A continuación se detallan las fases de planificación de Chomycz. Fase 1: Definir el o los enlaces entre las localidades donde se encontraran los equipos ópticos. Estos enlaces de fibra óptica pueden ser arrendados a un tercer operador, pueden ser enlaces de fibra óptica a construir o en el mejor de los escenarios serian hilos de fibra óptica existente y disponible. En esta fase se debe prestar mucha atención al tipo de fibra a emplear, especialmente en los casos de arrendamiento de fibra o de fibra existentes. Los tipos de fibras ópticas más comunes son los establecidos en las recomendaciones del ITU-T G.652 también conocida como fibra NDSF (Non Dispersion Shifted Fiber), ITU-T G.655 (NZ-DSF) (Non-zero dispersión shifted fiber), este último tipo de fibra es el más usado para los enlaces de larga distancia ya que posee un bajo coeficiente de dispersión cromática. Se sugiere no emplear el tipo de fibra ITU-T G.653, ya que este tipo de fibra tiene un valor de dispersión cero cercano a la longitud de onda a 1550 nm, que puede producir efectos de distorsión no lineal. En los casos de enlaces de largas distancias donde las pérdidas y la dispersión cromática exceden el balance de potencia del equipo receptor, se debe identificar una localidad intermedia donde se puedan colocar equipos de amplificación o regeneración de la señal. Fase 2: Considerar rutas alternas de fibra óptica con diversidad de espacio entre las localidades de interés para incrementar la disponibilidad del enlace, en caso de un evento de falla del cable primario. Fase 3: Completar la caracterización de la fibra óptica nueva o recién instalada, así como de la fibra existente. Medir los parámetros de la fibra ayuda a una apropiada planificación del balance de potencia del enlace y permite establecer desde el comienzo el registro de vida de la fibra para futura expansiones de la red o como referencia en caso de un evento donde exista una degradación del enlace. Fase 4: Identificar el número total de circuitos actuales y requerimientos de circuitos futuros con sus tasas de transmisión. Fase 5: Para sistemas SONET/SDH/DWDM se debe identificar la configuración de equipo apropiada. Para el caso de circuitos Ethernet se deben identificar los conmutadores o 29 enrutadores acordes a los requerimientos del operador. Se debe prestar atención a las técnicas de multiplexación. Fase 6: Completar el diseño detallado de los enlaces de fibra. Este incluye lo siguiente: Cálculo de potencia óptica para cada enlace. Cálculo de dispersión cromática (CD), para enlaces con tasa de transmisión superior a 1 Gbps. Cálculos de presupuesto de OSNR cuando los enlaces tengan amplificadores ópticos. Cálculo de presupuesto de dispersión por modo de polarización (PMD), para enlaces con tasa de transmisión superior a 10 Gbps. Fase 7: Seleccionar el fabricante de los equipos de transmisión, en esta fase se solicita a los representantes comerciales de los fabricantes seleccionados, ofertas presupuestarias de equipos, costo de instalación y mantenimiento de los mismos. Fase 8: Revisión de los equipos y sus características, con el objeto de seleccionar los de mejor desempeño. Los equipos deben cumplir con los requerimientos actuales de transmisión y tener capacidad de expansión para acomodar y satisfacer los crecimientos futuros. Los equipos deben ser los de mejor precio, desempeño, tamaño, fácil de instalar y mantener. Fase 9: Instalar los equipos de acuerdo al diseño de ingeniería de detalle y la documentación. Fase 10: Ejecutar las pruebas de aceptación de todos los circuitos, típicamente con pruebas de BER de los enlaces y pruebas RFC2544. Fase 11: Resolver cualquier no conformidad, antes de que se coloque tráfico real sobre el sistema. Fase 12: Preparar y mantener la documentación del proyecto, la cual incluye lo siguiente: Documentación de equipos. Documentación de la fibra y las especificaciones de la misma. El resultado de la caracterización de los hilos de fibra. Resultados de las pruebas de aceptación. 30 Diagramas de la red, plano de las salas de telecomunicaciones y diagrama de los bastidores con los frontales de los equipos instalados. 2.6. Caracterización de Fibras ópticas para redes de 100G y 400G. La caracterización de fibra óptica es un conjunto de medidas ópticas de extremo a extremo realizadas sobre capa física, que cualifican y determinan la calidad y el potencial de una fibra óptica dada en la red. Aporta toda la información necesaria para definir si un enlace óptico es capaz de soportar velocidades de 10Gb/s, 40Gb/s ,100 Gb/s o sistemas mayores. La caracterización se realiza sobre la fibra óptica ya instalada, sin embargo en caso de no contar con esta información, entonces se deben realizar los cálculos teóricos para obtener los parámetros del enlace tales como pérdida de la fibra, perdida de empalmes y ODF, dispersión cromática, dispersión por modo de polarización, OSNR. A continuación se describen cada una de los parámetros del enlace y como se calcula cada uno, basado en la descripción de Chomycz (2009:23-165). 2.6.1. Potencia óptica y pérdidas. La pérdida de la señal es la reducción de su potencia a través del camino de transmisión. Para el caso de comunicaciones ópticas el camino de transmisión es óptico y consiste de la fibra, conectores, empalmes, ODF´s y otros componentes ópticos. La pérdida total del enlace, es la medida de la pérdida del camino de transmisión óptica desde el láser de transmisor hasta la entrada del receptor. Este es uno de los más importantes parámetros de planificación a considerar para todos los sistemas de fibras ópticas. La pérdida óptica es definida como una relación adimensional entre la potencia óptica de salida y la potencia óptica de entrada a una determinada longitud de onda. Definida en, Pérdida Total = , (2.5) Donde PT es la atenuación o pérdida total de la fibra, Pout es la potencia de salida promedio a una longitud de onda especifica en miliwatts y Pin es la potencia de entrada promedio a una longitud de onda específica, en miliwatts. La ecuación 2.3 también puede expresarse en unidades logarítmica como, 31 Pérdida Total = 10 log( ) . (2.6) La pérdida de potencia en la fibra puede ser especificada por un coeficiente de atenuación (También conocido como atenuación de la fibra), termino el cual representa la pérdida de potencia en 1 kilómetro. La ecuación 2.7 indica el coeficiente de atenuación de la fibra, con su relación entre la pérdida total de la fibra y la longitud del enlace. Definido como dB = , (2.7) Donde PT es la atenuación o pérdida total de la fibra en dB, L es la longitud del enlace de fibra óptica en Mts. Adicional a la pérdida de la fibra, existen otros elementos que forman parte del sistema que incorporan perdidas adicionales como pérdida por DCM, perdidas de conectores, filtros, empalmes, así como las penalidades producidas por la aparición de efectos lineales y no lineales, como la penalidad por dispersión cromática, penalidad por PMD y por efectos no lineales. Quedando la pérdida total del enlace como de loa siguiente manera PTE = PT + com. i, (2.8) Donde PTE es la pérdida total del enlace en dB, PT es la pérdida total de la fibra en dB y Pcom.i es la pérdida de los componente i-esimo del sistema expresado en dB. 2.6.2. Balance de potencia. La planificación de un enlace de fibra óptica normalmente requiere que sea completado un balance de potencia detallado. El objetivo del balance de potencia es asegurar que las pérdidas totales del enlace no excedan las especificaciones de operación del receptor. Si la potencia recibida es menor que la sensibilidad del receptor, entonces el enlace no funciona apropiadamente. En resumen, se busca que la potencia recibida en el receptor sea mayor o igual a la sensibilidad del receptor. Se entiende por sensibilidad, como la potencia más pequeña a la 32 cual el receptor puede recibir la señal con una tasa de errores aceptable para el sistema de transmisión óptica. La potencia recibida es definida como, Pr = Pout + PTE , (2.9) Donde PTE es la pérdida total del enlace expresada en dB, Pout es la potencia del transmisor expresada en dB y Pr es la potencia recibida expresa en dB Se debe cumplir que Pr > sensibilidad del receptor. Posteriormente se obtiene el margen de inicio de vida del enlace conocido como BoL Begin of life el cual se obtiene como se indica en la ecuación 2.10 Margen BoL = Pr - Sensibilidad (2.10) Para determinar el margen de fin de vida del enlace, se deben considerar las perdidas por envejecimiento de la fibra y de los elementos ópticos, así como las pérdidas de las empalmes de reparaciones. Margen Eol= Margen BoL – envejecimiento – pérdidas empalmes reparación (2.11) 2.6.3. Relación señal a ruido óptica (OSNR). La relación señal a ruido, es otro de los parámetros claves que se deben calcular en el proceso de planificación para validar que el enlace óptico podrá operar con una tasa de errores muy baja. EL cálculo de OSNR que se realizará en este trabajo especial será en los enlaces donde estarán presentes los amplificadores y pre-amplificadores ópticos usando para ello la ecuación definida como, OSNRdB= 158.9 + Pin.dB - NF - 10 log (Br), (2.12) Donde OSNRdB es relación señal a ruido óptica del amplificador expresado en dB, Pin.dB es la potencia de la señal de entrada al amplificador expresada en dBm, NF es la figura de ruido del amplificador expresado en dB y 33 Br es el ancho de banda de la señal óptica (Hz). Considerando un ancho de banda de la señal de 0.1 nm (12.48 GHz), entonces la ecuación 2.12 quedará definida como, OSNRdB= 58 + Pin.dB - NF. (2.13) Cuando se disponen de varios amplificadores en línea entonces el OSNR total se determina como, = + + + …..+ , (2.14) Donde OSNR T es el OSNR total en la entrada del receptor, OSNR fuente es el OSNR del transmisor y OSNR n es el OSNR del amplificador n-esimo. 2.6.4. Dispersión Cromática (CD) Tal como se indicó en el punto 2.4, la dispersión cromática (CD) es una propiedad de la fibra óptica que causa que diferentes longitudes de onda de la luz viajen a diferentes velocidades, produciendo un efecto de distorsión lineal que ocasiona a su vez un ensanchamiento del pulso, pudiendo en muchos casos generar interferencia intersimbólica. Efectivamente la CD es una medida del nivel de ensanchamiento del pulso de la señal, la cual está expresada en ps/nm. (Chomycz, 2009) Para calcular el parámetro de CD en un enlace de fibra óptica, se usa la ecuación definida como, CD = CDc x L, (2.15) Donde CD es la dispersión cromática del enlace óptico (ps/nm), CDc es el coeficiente de dispersión cromática (ps/ (nm.km)) y L es la longitud del enlace de fibra expresado en Km. 34 Cada tipo de fibra óptica estandarizado por la ITU-T, tiene valores de dispersión cromática diferente, el cual varía de acuerdo a la longitud de onda tal como se muestra en la Figura 15. 20 G.652 Fibre 15 10 G.655 Fibre 5 G.653 Fibre 0 -5 -10 -15 O-Band 1280 1320 1310 nm E-Band 1360 1400 S-Band 1440 1480 C-Band 1520 Longitud de onda [nm] L-Band 1560 1600 -20 1640 VENTANA DWDM Figura 15. Coeficiente de dispersión cromática de fibras ópticas Para calcular la dispersión cromática en otras longitudes de onda, Se usa la ecuación 2.16, según es definido en ITU-T G.Sup39 (2012:55) como, DLink ( ) = LLink [D1550 + S1550 ( - 1550)] [ps/nm] (2.16) Donde DLink ( ) es la dispersión cromática del enlace óptico en la longitud de onda de estudio (ps/nm), S1550 es la pendiente de la recta en la longitud de onda de 1550 nm, es la longitud de onda de estudio (nm) y LLink es la longitud del enlace de fibra (Km). Como se puede observar en la Figura 15, la Fibra G.652 posee una coeficiente de dispersión cromática bajo, en la segunda ventana (1300 nm) aprox. 3.5 ps/nm, mientras que en la tercera ventana (1550 nm), el coeficiente de dispersión cromática es mayor aprox. 18 ps/nm. Esta es una de las razones por la cual la fibra G.652, no es la más conveniente para enlaces de 35 fibra de grandes distancias, ya que la dispersión acumulada sería muy grande ocasionando un mayor ensanchamiento del pulso y produciendo errores en la transmisión, producto de la interferencia inter-simbólica. Cuando esto ocurre es necesario compensar la dispersión cromática con unos módulos denominados DCM, que están conformados por una fibra óptica dopada, produciendo el efecto inverso de la fibra óptica del enlace, es decir, que las longitudes de onda que se atrasaban en el enlace, el DCM las adelanta y la longitudes de onda que se adelantan en el enlace, el DCM las atrasa. Esto reduce significativamente el ensanchamiento de los pulsos, haciendo viable el enlace óptico. Sin embargo el compensador, por ser una fibra óptica dopada, trae consigo la incorporación de una atenuación de la señal en el enlace óptico, lo que pudiera reducir el balance de potencia y hacer inviable el enlace, por razones de potencia. Cuando se hace planificación de redes ópticas, primero se determina y compensa si es necesario el parámetro de dispersión cromática, posteriormente se calcula el balance de potencia con las pérdidas que se incorporan por la compensación de los DCM, para luego validar si el enlace óptico es viable por potencia (la potencia recibida es mayor que la sensibilidad del receptor), en caso de no ser viable el enlace se procede a aumentar la potencia del transmisión, ya sea por programación del transmisor o por la incorporación de un módulo de amplificación adicional denominado booster, que tiene como objeto aumentar la potencia del transmisor y de esa manera hacer viable el enlace por potencia . En las redes nuevas, cuando es necesario la instalación de fibra óptica, normalmente los diseñadores escogen la fibra G.655 para los enlaces de largas distancia, debido a su bajo coeficiente de dispersión cromática en la tercera ventana (1550 nm) tal como se muestra en la Figura 15, ya que los requerimientos de compensación de dispersión cromática son menores que en la fibra G.652. 2.6.5. Dispersión por modo de polarización (PMD) Tal como se detalle en la parte 2.4 de este trabajo, la dispersión por modo de polarización es producido por el cambio de velocidad de propagación de las componentes ortogonales de la luz, debido a la asimetría del hilo de fibra óptica, esto produce un ensanchamiento del pulso y por ende aumenta la probabilidad de errores debido a la interferencia inter-simbólica. 36 En el proceso de planificación de redes ópticas de alta velocidad (> 10Gbps), es necesario realizar los cálculos teóricos para garantizar la viabilidad del enlace óptico. En el caso de que el enlace de fibra se vaya a implementar con fibra óptica existente, se debe realizar mediciones prácticas de PMD, con un equipo de medición de PMD. Los valores de PMD calculados y medidos deben ser comparados con los valores de tolerancia de PMD de los equipos ópticos a instalar. Si los valores teóricos o medios sean inferiores a los valores de tolerancia, eso indica que el enlace es viable. El PMD viene definido como, PMD = PMDc x , (2.17) Donde PMD es la dispersión por modo de polarización (ps), PMDc es el coeficiente de PMD de la fibra óptica (ps/ )y L es la longitud del enlace de fibra óptica (Km). Para enlaces con secciones de fibras concatenadas, debería usar el valor de PMD de cada uno de los segmentos, tal como es definido en, PMDmaxc = ( L x PMD max ) , Donde PMDmaxc es el coeficiente máximo de PMD (ps/ (2.18) para enlaces de fibra concatenados ), Li es la longitud total del i-ésimo enlace de fibra concatenado (Km) y PMDmax i es el coeficiente de PMD máximo de la i-ésima sección de fibra óptica, ps/ 2.7. Equipos Ópticos DWDM de 100G y 400G de ALCATEL-LUCENT. Para elaborar los diseños de la red óptica DWDM de occidente de CANTV se usaron los equipos DWDM de la empresa ALCATEL-LUCENT, específicamente el equipo de la familia 1830 PSS (photonic service switch). El cual se describirá a continuación de acuerdo a (ALCATEL-LUCENT, 2014). La familia 1830 PSS, está conformada por 6 tipos de equipos que varían en tamaño, capacidad, funciones y ubicación en la red del operador. La Figura 16 muestra cada uno de los 37 modelos de equipo de la familia 1830 PSS. De acuerdo a la posición de la red del operador donde están ubicados, se tiene el PSS-1 y PSS-4 ubicados en el acceso, el PSS-16 ubicados en pequeños nodos, el PSS-32 en nodos medianos con funciones de cros-conexión óptica y el PSS64 en nodos de muy alta capacidad o nodos de núcleo, con funciones de cros-conexión óptica. El equipo que se usó para los diseños de las red a 100G y 400G fue el modelos PSS-32. Figura 16. Familia de equipos 1830 PSS (ALCATEL-LUCENT, 2014). Una Red óptica DWDM tiene básicamente 5 componentes: El transmisor: el cual cambia los pulsos eléctricos a pulsos ópticos, la señal tiene una frecuencia específica y usa un láser de banda estrecha para general el pulso óptico. Transpondedor: Es el equipo o tarjeta que recibe una señal óptica con una codificación determinada y la transforma en otra señal óptica en otra longitud de onda diferente de la frecuencia de entrada. El multiplexor y demultiplexor: Ya que el sistema DWDM envía señales de diferentes fuentes sobre una fibra óptica, esto implica combinar las señales de entrada, esto es realizado por el multiplexor, el cual, toma las señales longitudes de onda de múltiples entradas y las combina en una señal. Luego en el receptor, el demultiplexor separa de la señal óptica recibida, las señales de luz individuales en sus longitudes de onda originales. (ALCATEL-LUCENT, 2014). 38 Amplificadores: Se tiene dos tipos, el pre-amplificador el cual amplifica los pulsos de la señal del lado del receptor. El post-Amplificador, también conocido como booster, se encarga de aumentar o amplificar la señal de salida del transmisor. La Figura 18 muestra el modulo que se instala en el 1830 PSS para brindar la función de amplificación, la tabla Tabla 7 muestra los diferentes modelos con sus respectivas ganancias. ILA (In-Line amplifiers): Es el conocido amplificador de línea, el mismo se encuentra ubicado en una estación distante del transmisor y receptor. Su objetivo es recuperar la señal antes de que esta sea degradada por las pérdidas del enlace. (ALCATEL-LUCENT, 2014). Nodo 1830 PSS-36: El equipo 1830 PSS-36, está diseñado para ubicarse en nodos de backbone. Para redes DWDM de 100G y 400G. A continuación se detallan las características y capacidades del equipo - Altura de 14 Unidades de Rack (hasta 16 ranura de full altura y 32 de mediana altura) - Soporta hasta 44 canales DWDM canales en la rejilla de 100GHz y 88 Canales en la rejilla de 50 GHz. - Soporta hasta 4 grados de libertad - Soporta transpondedores ópticos ajustables o Tarjetas de un puerto 11Gbps (OC-192/10G FC/OTU-2) o 10 puertos AnyRate (OC-3/12/48/OTU-1, FC-100/200, GbE) o 12 port GbE multiplexer o Amplificadores de baja y alta ganancia o Transponder de 100G y 400G o Muxponder de 10x10GE, 1x100GE, 2x100GE y 4x100GE o Dimensiones del bastidor: o Altura: 65 cm (25,6 pulgadas) o Ancho: 50 cm (19,7 pulgadas) o Profundidad: 30 cm (11,8 pulgadas) 39 Figura 17. Nodo 1830 PSS-32 (ALCATEL-LUCENT, 2014) . Figura 18. Amplificadores del 1830 PSS-32 ALCATEL-LUCENT, 2014) Tabla 7 Modelos de amplificadores del 1830 PSS ALCATEL-LUCENT, 2014 Nombre del Ampplpicador AHPLG AHPHG A2325A AM2125A/B AM2318A Ganancia 10 to 23 dB 13 to 26 dB 16 to 25dB 15 to 25 dB 7 to 18dB Ganancia extendida 23 to 24 dB 26 t 33 dB 25 to 32dB 25 to 31 dB 18 to 24 dB Potencia máxima 20dBm 20dBm 23dBm 21.5dBm 23dBm Muxponder: EL Muxponder (Multiplexor-Transponder) comprende dos funciones en una tarjeta, la primera función es la de multiplexar señales de baja velocidad a una señal de alta velocidad y la segunda función es la de transpondedor. El equipo 1830 PSS-32 Soporta varios módulos muxponder: 40 - 130SCX1: Multiplexa 10 Señales ópticas de 10Gbps y tiene como salida una señal óptica de 100 Gbps OTN - 112SNA1: Recibe una señal óptica de 100 GE (Ethernet/10 Lambdas de 10 GE) las multiplexa y las adapta a una señal de salida 100 Gbps. OTN - 260SCX2: Recibe dos señales óptica de 100 GE (Ethernet/10 Lambdas de 10 GE) las multiplexa y las adapta a una señal de salida 200 Gbps. OTN - 520SCX4: Recibe cuatro señales ópticas de 100 GE (Ethernet/10 Lambdas de 10 GE) las multiplexa y las adapta a una señal de salida 400 Gbps. OTN o recibe cuatro señales ópticas de 100 Gbps OTN y las multiplexa y las adapta a una señal de salida de 400 Gbps. OTN. Hay otra versión de muxponder, denominado Switchponder, el cual multiplexa señales eléctricas del backplane y de la matriz de conmutación y las combina en una señal óptica de 100 Gbps OTN. El módulo Switchponder es el 130SCUPB. La Figura 19 muestra los módulos muxponder y Switchponder del 1830 PSS-32. Figura 19. Modelos de Muxponder del 1830 PSS-32 ALCATEL-LUCENT, 2014 El muxponder de 100 G posee las siguientes características particulares: Modo DP-QPSK - Una portadora usando la técnica DP-QPSK (Para largas distancias) - Un Puerto de 1 x 100 GE con Puerto CFP2 41 - Tolerancia DGD: 120 ps - Tolerancia de dispersión cromática (CD): ± 80,000 ps/nm - Ganancia de Código FEC: 11.1 dB - OSNR (nominal): 11.3 dB - Soporte de 1 x 130G OTU-4 G.709 std - Entonación en la banda C-Band con pulso para rejilla flexible de 50 GHz o 37.5 GHz Modo DP-16QAM - Una portadora usando la técnica DP-16QAM (Metro/Regional) - 2 Puertos x 100 GE con dos puertos CFP2 - Tolerancia DGD: 100 ps - Tolerancia de dispersión cromática (CD): ± 80,000 ps/nm - Ganancia de Código FEC: 11.1 dB - OSNR (nominal): 20 dB - Entonación en la banda C-Band con pulso para rejilla flexible de 50 GHz o 37.5 GHz 2.8. Métodos de evaluación Financiera. Para la realizar la evaluación financiera de las soluciones tecnológicas que serán analizadas en el presente trabajo; se emplearán dos metodologías de análisis: El TCO, costo total de propiedad, y el ROI, retorno sobre la inversión. La razón de aplicar las dos de manera simultánea es porque son complementarias, una refleja el análisis de las alternativas en función a sus costos y la segunda permite descifrar cuál de las dos alternativas ofrece más beneficios en función a la inversión. A continuación se hacen una descripción resumida de estas dos metodologías: 2.8.1. Costo total de propiedad (TCO) Según La metodología de TCO, fue desarrollada por la empresa Gartner Group en 1987 para realizar un análisis financiero para la adquisición de tecnología de sistemas de información 42 y como mantenerlas. El mismo se fundamenta en el análisis de dos grupos de variables de costo; los costos directos y los costos indirectos: Costos directos: Hardware y Software: son los gastos de capital para el alquiler, instalación o actualización de servidores, impresoras o dispositivos de comunicaciones. Administración: costos de labor y servicios profesionales de la red, sistema y almacenamiento. También incluye el costo de servicios tercerizados. Soporte: Costo de contratos de soporte, mantenimiento, adiestramiento y help desk. Desarrollo: Costos de desarrollo, prueba, customización, y mantenimiento de las aplicaciones. Cargos de comunicaciones: Costos de comunicaciones, alquiler de circuitos, servicios de acceso, y costos de servicio de enlace de transporte de. Costos indirectos: Usuario Final IS: Costo del soporte de usuarios, adiestramiento y costo de desarrollo de aplicaciones por usuarios Falla del sistema: Costo de pérdida de productividad debido a la no disponibilidad del sistema debido paradas planificadas o por fallas del sistema. (Gartner Group, 1997). Según los costos arriba descritos se puede tener la primera fórmula para el cálculo del TCO como es defina en, TCO = Ci + Ca + Co + Cs Donde TCO , (2.19) es el costo total de propiedad, Ci es el costo inicial de la solución, Ca es el costo de administración, Co es el costo de Operación, Cs es el costo de soporte, Para el análisis de TCO en soluciones de telecomunicaciones se comprime a dos términos, 43 TCO = CAPEX + OPEX, (2.20) Donde TCO es el costo total de propiedad, CAPEX son los costos de capital y OPEX son los costos de operación Cuando el análisis de TCO se va a realizar sobre un horizonte de varios años, entonces el cálculo del mismo se realiza mediante la fórmula de valor presente neto de los costos de fino en, = + ( ) ( ) + Ceol (2.21) Donde TCO es el costo total de propiedad, CE son los costos de implantar la plataforma (componentes, instalación, infraestructura), Cpm son los costos de mantenimiento preventivo por año, Ccm son los costos de mantenimiento correctivo por año, Cop son los costos operacionales por año, Csd son los costos de paradas del sistemas (cuando aplique) por año, Cr son los costos de reparaciones por año, Coc Otros costos operativos, Ceol son los costos de fin de ciclo de funcionamiento (no es común su uso, se refiere al costo de desincorporación de la tecnología o plataforma en estudio), i es la tasa de inflación o tasa de descuento por año y N es el número de años A continuación se enumeran las partidas generales de costos del CAPEX y OPEX: CAPEX: - Equipos - Instalación y despliegue - Ingeniería y organización - Repuestos y actualización de software - Instalación y despliegue de tarjetas nuevas para crecimiento (años siguientes) 44 OPEX: - Mantenimiento y actualización de Hardware/Software - Reingeniería de rutas o de nuevas rutas de tráfico nuevo o en equipos o tarjetas nuevas - Gestión de inventario y capacidad - Gestión de supervisión y monitoreo de fallas - Facturación y atención al cliente - Soporte y aprovisionamiento de servicios - Adiestramiento de personal 2.8.2. Retorno sobre la inversión (ROI) La otra metodología para el análisis financiero de soluciones tecnológicas comparadas es el retorno sobre la inversión ROI, el cual mide el beneficio obtenido al hacer una inversión tal como establece Phillips & Patricia (2007), el ROI es la medida de responsabilidad que responde a las siguiente pregunta: ¿ se produce una rentabilidad financiera por invertir en un programa, proceso, iniciativa o solución de mejora de rendimiento?. El retorno sobre la inversión (return of investment o ROI) es el beneficio que se obtiene por cada unidad monetaria invertida durante un período de tiempo. Se puede confundir con la relación costo beneficio. El ROI y la relación costo beneficio proporcionan indicadores similares acerca del éxito de la inversión, aunque el primero (ROI) presenta los ingresos (beneficios netos) en comparación con el costo, mientras el segundo (relación costo beneficio) compara los beneficios con los costos. A continuación las ecuaciones para calcular el ROI y la relación costo beneficio: Relación costo beneficio=Beneficio del programa/Costos del programa (2.22) ROI (%)= (Beneficios netos del programa / Costos del programa) x 100. (2.23) Como se interpretan estas dos ecuaciones: por ejemplo una relación costo beneficios de 2:1 significa que por cada dólar invertido, se obtienen 2 dólares, esto se traduce en un ROI del 45 100%, lo cual indica que por cada dólar invertido, se obtiene un dólar después de cubrir los gastos. (Phillips & Patricia, 2007) 46 CAPITULO III MARCO ORGANIZACIONAL En este capítulo se presentarán a la empresa ALCATEL-LUCENT en términos de génesis, lineamientos estratégicos (visión, misión, etc.), estructura y a la organización “SOLUTIONS ARCHITECT (SA)”, como el grupo de la organización ALCATEL-LUCENT responsable de la justificación y defensa técnica/financiera de las soluciones tecnológicas para los operadores en Venezuela. 3.1 Historia, Visión, Misión y Valores. La creación de la empresa ALCATEL-LUCENT se realizó en 2006, combinando dos entidades; la francesa Alcatel y la empresa norteamericana Lucent Technologies. ALCATELLUCENT tiene sus raíces en 2 empresas pioneras de telecomunicaciones, “LA COMPAGNIE GÉNÉRALE D’ELECTRICITÉ” (CGE) y la compañía “WESTERN ELECTRIC MANUFACTURING”. La empresa WESTERN ELECTRIC inició en 1869 en Cleveland, Ohio, Estados Unidos, como una pequeña empresa manufacturera, convirtiéndose en 1880 en la compañía eléctrica manufacturera más grande de los Estados Unidos. A raíz de esto, en 1881 la empresa “AMERICAN BELL TELEPHONE COMPANY” compró una participación mayoritaria en la WESTERN ELECTRIC y la convirtió en el desarrollador exclusivo y fabricante de equipos para las compañías telefónicas BELL, realizando importantes avances y desarrollos científicos, entre ellos, el transistor, el láser, la batería de celdas solares, el chip del procesador digital de señales, entre otros, ganando los investigadores de los laboratorios BELL, 11 premios Nobel hasta el momento. Por otro lado, la compañía CGE fundada en 1898 en la región de Alsace, Francia, se convirtió en empresa líder en comunicaciones digitales. La década de los 90 fue una época de reorganización y reorientación de las telecomunicaciones, en abril de 1996 AT&T TECHNOLOGIES, WESTERN ELECTRIC y Laboratorios 47 BELL, conformaron la nueva compañía denominada LUCENT TECHNOLOGIES y en 1998 ALCATEL ALSTHOM decidió concentrarse en la industria de telecomunicaciones, cambiando el nombre de la compañía a Alcatel. A finales de los años ‘90 y a principios del 2000, ALCATEL hizo importantes adquisiciones en norte América, tales como las empresas NEWBRIDGE y GENESYS en el 2000, ASTRAL POINT COMMUNICATIONS en el 2002 y Spatial Communications en el año 2005. En el 2002, Alcatel tomó el control de su principal filial de ALCATEL SHANGHAI BELL (ASB) y con el gobierno chino manejan el resto de esta empresa. Esta estructura permitió que ALCATEL se posicionara en el mercado chino, experimentando un rápido crecimiento. Alcatel se ha convertido en un líder en tecnologías de telefonía móvil y fija, IP y óptica, y pionera en prestación de servicios y desarrollo de aplicaciones. ALCATEL-LUCENT incluye los laboratorios BELL, uno de los centros más importantes del mundo de investigación e innovación en tecnologías de comunicación, además cuenta con un total de más de 78.000 empleados distribuídos en centros de operación ubicados en más de 130 países, albergando su sede principal en Paris, Francia. (ALCATEL-LUCENT, 2014). Misión: “Entregar la innovación que nuestros clientes necesitan para salir adelante, evolucionar, de ser radicalmente más eficientes y para moverse a la velocidad de las ideas”. Visión: Enriquecer la vida de las personas transformando la forma en que el mundo se comunica. Valores: “Como parte del plan de cambio, se han definido cuatro nuevos valores de la empresa que apoyen la visión, dar forma a la cultura y definir ALCATEL-LUCENT en los próximos años: “Requerimos de velocidad porque el análisis se centra en la toma rápida de decisiones y la ejecución diligente nos darán la agilidad y la flexibilidad que necesitamos para ganar en una industria de rápido crecimiento”. “ Nos esforzamos por la simplicidad, porque eliminamos la complejidad y desafiamos las prácticas existentes que crean los retrasos y esfuerzos innecesarios. 48 Actuamos con responsabilidad, porque todos debemos asumir la responsabilidad de nuestros objetivos, nuestras acciones y las consecuencias de nuestros resultados. Se demuestra la confianza, porque creemos en la competencia, fiabilidad e integridad de todas las personas que trabajamos”. (ALCATEL-LUCENT Our Values, 2014). 3.2 Organización de ALCATEL-LUCENT. La empresa ALCATEL-LUCENT está organizada por línea de productos enfocados a segmentos de red; tales como: Segmento núcleo de red, conformada a su vez por los grupos de IP Routing, Ip, Transport, IP Platform. El segundo segmento de la red es la de acceso, conformando por el grupo de wireless y Fixed Access. (ALCATEL-LUCENT Operations, 2014). 3.3 Estructura global. ALCATEL-LUCENT se conforma por tres grandes grupos regionales con el objetivo de garantizar las necesidades de los clientes de cada región. Esos grupos regionales son: América Asia y el Pacífico. Europa, Medio Oriente y África (MEA) ALCATEL de Venezuela, organización donde se enfocó el trabajo, está ubicada en la región América. La misma se encuentra ubicada en la ciudad de Caracas, actualmente en Calle Altagracia Edif. P&G, Torre Sur Pisos 1 y 2. Se divide en 31 departamentos (incluyendo subdivisiones), tales como soporte técnico, sistema de integración de redes, ingeniería y servicios, IT y operaciones, financias, logística, mercadeo y soluciones (SOLUTIONS ARCHITECT), operaciones y mantenimiento, instalación, legal y administración. 3.4 La organización SOLUTIONS ARCHITECT. 49 La organización SOLUTIONS ARCHITECT, es el grupo responsable de diseñar las redes de los clientes de ALCATEL-LUCENT, promover las soluciones en los operadores, divulgar y mercadear los diferentes productos de red que sustentan las soluciones tecnológicas. Adicionalmente este grupo es el responsable de defender las soluciones y justificar técnicamente ante los clientes la pertinencia técnica de la implementación de una determinada solución de red de telecomunicaciones. A este grupo va dirigido el resultado de este trabajo especial de grado, el cual tiene por objeto, apoyar a la empresa ALCATEL-LUCENT, por intermedio del grupo de SOLUTIONS ARCHITECT, sobre la pertinencia de implementar una solución DWDM de nueva generación en la red de Occidente de CANTV. 50 CAPITULO IV ANALISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LA RED DWDM En este capítulo se desarrolla el proceso de levantamiento de información de la red DWDM de Occidente existentes en el occidente del país; contemplando los aspectos de: topología, infraestructura de fibra existente, capacidades actuales, matriz de tráfico actual y futura, costos actuales y precio de las capacidades ofrecidas a los clientes. Se realizaron entrevistas no estructuradas con el equipo de ingenieros del departamento de “SOLUTIONS ARCHITECT” de ALCATEL-LUCENT Venezuela y en segunda instancia con personal de la gerencia de transporte de CANTV. Esta recolección de información se agrupó en 5 segmentos, los cuales se detallan a continuación: 4.1 Análisis de la red óptica del occidente de Venezuela. Se realizó un análisis del histórico de la red óptica DWDM de occidente, para determinar su topología, nodos de interés de tráfico, tecnología en uso y los servicios que se transportan por esa red. En el año 2010 en CANTV se propuso la construcción del sistema Occidente III con una nueva red DWDM, con cobertura en la región centro-occidental con una capacidad inicial de 8 longitudes de onda de 40 Gbps. En el año 2013 se planteaba continuar con una segunda fase, considerando aspectos tales como la evolución tecnológica, las mejoras y optimización de la red para lo cual se realizó una actualización de la iniciativa inicial. 51 La red de occidente de CANTV está conformada por la red Occidente II y la red Occidente III, que contempla la Red occidente II con nuevas rutas alternas y nuevos nodos. Para la comparación de las diferentes tecnologías con sus características, ventajas y desventajas, así como los costos asociados, se basó el diseño sobre la topología de la red de Occidente II. La cual se detalla a continuación: Los nodos principales de interés de tráfico que forman parte de la red occidente II son: CNT (Caracas), Valencia, Barquisimeto, Maracaibo y punto fijo. Adicional a estos nodos, se consideran hasta 17 localidades donde no hay incorporación de tráfico. Estas localidades sirven como nodo de amplificación o regeneración, estas localidades son: San Carlos, Carora, El Venado, Cabimas, Puerto de Altagracia, Dabajuro, Coro, Puerto Cumarebo, Mirimire, Puerto Cabello, Camurí, Boleíta, Charallave y Arenosa. La Figura 20 muestra la topología de la red DWDM Occidente II, con los nodos principales y las estaciones intermedias. Figura 20. Topología red Occidente II 52 La tecnología que actualmente está instalada en la red de Occidente II es DWDM con lambdas de 10 Gbps. de equipos de vieja generación del fabricante HUAWEI. Los servicios que se brindan sobre la red son los siguientes: - Transporte de servicios TDM de redes legadas SDH para usuarios internos. - Servicios de Transporte para Operadores en capacidades máximas de STM-1 (155 Mbps) o n x STM-1. - Servicio de transporte 10GE, para interconexión de enrutadores de núcleo y distribución de la Red IP de CANTV. - Servicios de Transporte de capacidades de n x 10Gbps para servicio de equipos de la red MetroEthernet. 4.2 Matriz de Trafico Red DWDM Occidente II Se obtuvo la información de la capacidad requerida por CANTV de la red de occidente II para la fase inicial del proyecto y para el crecimiento de los próximos 5 años, así como la información del uso de la capacidad del espectro óptico actual. Esta información se recolectó a través de entrevistas no estructuradas con los ingenieros de ALCATEL-LUCENT (Dpto. de SA) y con personal del departamento de transmisión de CANTV. Las premisas expuestas por CANTV fueron: La necesidad de incrementar la capacidad de la red de transporte de occidente, motivado por los planes de crecimiento de servicios que se esperan implementar hasta el 2019, en segundo lugar, el aumento de la velocidad de acceso del servicio ABA (servicio de acceso de banda Ancha) residencial y corporativo, que hoy está en promedio en el orden de 1,3 Mbps para el servicio residencial y entre 10 y 20 Mbps promedio para el servicio corporativo de Pymes; en tercer lugar, la incorporación de servicio de acceso banda ancha con fibra óptica (FTTH y FTTB) con tecnología GPON; en cuarto lugar al aumento de la capacidad de transporte requerida para las redes METROETHERNET de Occidente, en quinto lugar el aumento de capacidad de transporte para la interconexión de los enrutadores del backbone de occidente y su conexión con las salidas internacional de INTERNET Caracas y Punto Fijo: y por ultimo para satisfacer la demanda de tráfico que requerirá el servicio futuro de acceso de banda ancha móvil con tecnología 4G (LTE) tanto para 53 satisfacer la necesidad de MOVILNET como para otros operadores móviles privados que así lo requieran. Del resultado de la entrevista realizada con personal de ALCATEL-LUCENT y CANTV, se obtuvieron las siguientes premisas: - Necesidad de capacidad de 10 Gbps en la red de Occidente para el servicio de datos IP y acceso Internet para las plataformas de acceso móvil CDMA y 3G para 2014. - Se espera que para finales del 2015 MOVILNET tenga alrededor de 22,5 Millones de Subscriptores CDMA+GSM+UMTS, con 4,2 Millones de subscriptores con planes de datos. Parte de esa base de cliente podrá migrar a los servicios de datos de cuarta generación LTE. Y esperan tener crecimiento de 30 % en los próximos 5 años, incluyendo usuarios móviles, residenciales inalámbricos y servicios de acceso máquinamaquina. - Actualmente MOVILNET posee 4.100 Radio bases con diferentes tecnologías de acceso móvil CDMA, GSM y UMTS, de las cuales aproximadamente 40% están ubicadas en el occidente del país. - Se espera que MOVILNET inicie el despliegue de LTE en el 2015 con 500.000 Subscriptores con crecimientos de 30% interanual. - Se estima que MOVILNET pueda activar hasta 900 Celdas LTE (eNodeB) a Finales del 2015, en radio bases existentes, con crecimiento del 30 % Interanual por los próximos 5 años, 400 de ellas en el occidente del país. - Con la incorporación de las 900 eNodeB LTE se requerirán al menos 108 Gbps de capacidad de transporte; cada celda demandando 150 Mbps (Con un PIR de 150 Mbps y un CIR de 70 Gbps y asumiendo un factor de sobre venta de 177%). Considerando 5 eNodeB por nodo de agregación, lo que daría un equivalente de 600 Mbps de capacidad de transporte por cada nodo de agregación. Para el caso de la red de occidente la capacidad requerida sería de 43,2 Gbps. (40 % de la capacidad proyectada de la red) - Para el despliegue de LTE en los años 2016, 2017, 2018 y 2019, se espera cubrir un estimado del 60% de las radiobases existentes , es decir que de las 4100 radiobases, se tendría un equivalente de 2460 radiobases con LTE y con una demanda de capacidad equivalente de 245 Gbps (en 5 años) 54 - En el 2013 CANTV incrementó la velocidad de acceso de banda ancha fija mínima a 1,3 Mbps. El plan siguiente es elevar la velocidad de acceso mínima de banda ancha a 2 Mbps y comenzar a ofrecer los servicios de 8 y 10 Mbps de acceso vía cobre con tecnología ADSL. Para el 2015 se espera poder iniciar el servicio residencial de acceso a Internet vía fibra con tecnología GPON, con velocidad mínima de 7,3 Mbps y 100 Mbps como máximo. Las premisas arriba mencionadas son la justificación que expone CANTV para el incremento de las capacidades de las redes de transmisión de Oriente, centro y occidente, siendo está último el sujeto de estudio del presente trabajo. De las premisas de CANTV y sus expectativas de crecimiento, se obtuvieron las capacidades de tráficos para 5 años de la red de Occidente, el cual se muestra en la Tabla 8. Estos valores reflejan un crecimiento interanual del 50% para el segundo y tercer año, 35 % para el año 4 y 30% para el año 5. De este crecimiento, solo MOVILNET requiere el 50 % de la capacidad, el restante será para clientes externos y servicios internos. Tabla 8A Requerimientos de capacidad CANTV Red Occidente II Origen Destino CNT Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Maracaibo Maracaibo CNT Valencia Punto Fijo Totales Capacidad Año 1 (Gbps) 100 300 300 100 100 1.000 Capacidad Año 2 (Gbps) 150 450 450 150 150 1.500 Capacidad Año 3 (Gbps) 225 675 675 225 225 2.250 Capacidad Año 4 (Gbps) 304 911 911 304 304 3.038 Capacidad Año 5 (Gbps) 395 1.185 1.185 395 395 3.949 Tabla 9B Requerimientos de capacidad MOVILNET para servicio LTE Origen Destino Barquisimeto Valencia Valencia Barquisimeto Barquisimeto Punto Fijo CNT CNT Barquisimeto Maracaibo Punto Fijo CNT Totales Capacidad Año 1 (Gbps) 100 100 100 100 100 100 600 Capacidad Año 2 (Gbps) 130 130 130 130 130 130 780 Capacidad Año 3 (Gbps) 169 169 169 169 169 169 1.014 Capacidad Año 4 (Gbps) 220 220 220 220 220 220 1.318 Capacidad Año 5 (Gbps) 286 286 286 286 286 286 1.714 De la tabla de capacidad requerida se derivan las matrices de tráfico para cada uno de los años, los cuales se muestran en las tablas 10,11, y 12 55 Tabla 10 Matriz de tráfico año 1 y 2 Capacidad Gbps Año 1 Origen/Destino CNT Barquisimeto Valencia Punto Fijo Maracaibo Capacidad Gbps Año 2 Origen/Destino 300 300 100 100 100 100 100 CNT Barquisimeto Valencia Punto Fijo Maracaibo 100 300 100 100 300 450 450 150 150 150 150 150 150 450 304 304 304 304 911 150 150 450 Tabla 11 Matriz de tráfico año 3 y 4 Capacidad Gbps Año 3 Origen/Destino CNT Barquisimeto Valencia Punto Fijo Maracaibo Capacidad Gbps Año 4 Origen/Destino 675 675 225 225 225 225 225 225 675 225 225 675 CNT Barquisimeto Valencia Punto Fijo Maracaibo 911 911 304 304 304 304 911 Tabla 12 Matriz de tráfico año 5 Capacidad Gbps Año 5 Origen/Destino CNT Barquisimeto Valencia Punto Fijo Maracaibo 1.185 1.185 100 395 395 395 1.185 395 395 395 395 1.185 Considerando las dos posibles opciones de solución de red DWDM 100G y 400G y las capacidades requeridas para los 5 años que se muestran en la tabla 12, se deriva el número de longitudes de onda necesarias para cada una de las alternativas. En la tabla 13 se muestra el número de lambdas para la solución de 100G y en la tabla 14, el número de lambdas para la tecnología DWDM de 400G, tomando la premisa que por cada capacidad de 100Gbps se 56 requerirá una lambda de 100G y por cada capacidad mayor a 100 Gbps y menor a 400 Gbps, se requerirá una lambda de 400G. Tabla 13 Longitudes de onda a 100 Gbps Origen Destino CNT Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Punto Fijo Maracaibo Maracaibo CNT Valencia Punto Fijo CNT Totales Lambdas de Lambdas de Lambdas de Lambdas de Lambdas de 100G AÑO 1 100G AÑO 2 100G AÑO 3 100G AÑO 4 100G AÑO 5 1 3 3 1 1 1 10 2 5 5 2 2 2 18 3 7 7 3 3 3 26 4 10 10 4 4 4 36 4 12 12 4 4 4 40 Tabla 14 Longitudes de onda a 400 Gbps Origen Destino CNT Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Punto Fijo MARACAIBO MARACAIBO CNT VALENCIA PUNTO FIJO CNT Totales Lambdas de Lambdas de Lambdas de Lambdas de Lambdas de 400G AÑO 1 400G AÑO 2 400G AÑO 3 400G AÑO 4 400G AÑO 5 1 1 1 1 1 1 6 1 2 2 1 1 1 8 1 2 2 1 1 1 8 1 3 3 1 1 1 10 1 3 3 1 1 1 10 4.3 Caracterización de la fibra óptica de la red DWDM de Occidente. Se recolectó información de las características de la fibra óptica actual de la red de occidente (tipo de hilo, longitud, atenuación, coeficiente de dispersión cromática, coeficiente de dispersión por modo de polarización, etc.). Esta información será usada en la parte de validación de la propuesta de diseño, para determinar si es factible y en qué grado el uso de la fibra óptica actual, para ser empleada como tecnología DWDM 100G y 400G. Esta actividad se realizó a través de entrevistas estructuradas con los ingenieros del dpto. de SA de ALCATELLUCENT, para lo cual se establecieron unos formularios (Tablas) para documentar la información antes expuesta. La tabla 15 muestra la distancia entre los nodos principales y nodos intermedios, así como el tipo de fibra de cada enlace. 57 Tabla 15 Distancias entre estaciones y tipos de fibras red occidente II SPAN Origen 1 Maracaibo 2 3 4 5 6 7 8 9 Puerto de Altagracia Dabajuro Coro Punto Fijo Puerto Cumarebo Mirimire Puerto Cabello Camuri 10 CNT 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Boleíta Charallave Arenosa Valencia San Carlos Barquisimeto Carora El Venado Cabimas Destino LONGITUD Tipo de Fibra (Km) Puerto de Altagracia 49,3 G.655 Dabajuro Coro Punto Fijo Puerto Cumarebo Mirimire Puerto Cabello Camuri CNT 105 135 92 107,5 99,8 152,8 133,7 46,03 G.655 G.655 G.653 G.652 G.655 G.655 G.655 G.652 Boleíta 15,35 G.652 Charallave Arenosa Valencia San Carlos Barquisimeto Carora El Venado Cabimas Maracaibo 91,03 168,7 39,39 102,8 168,52 106 119 85 58 G.655 G.652 G.655 G.653 G.652 G.652 G.652 G.652 G.652 En el mismo evento de la entrevista con ALCATEL-LUCENT, se obtuvieron los valores característicos de los tipos de fibra instalada en la red Occidente II así como los parámetros de diseño exigidos por CANTV para la evaluación de la fibra óptica. Estos Valores son teóricos y están destinados para propósitos de diseño, validación técnica y la pertinencia para usar la fibra actual en la nueva red DWDM. A continuación se detallan los valores característicos y parámetros de diseño: Margen de pérdida CANTV: 6 dB Atenuación de la fibra óptica: 0.25 dB/Km. @ 1550 nm Atenuación por empalmes de fusión: 0.1 dB Distancia entre empalmes: 3 Km. Coeficiente de dispersión cromática <18 ps / nm-Km. para la fibra G.652 @ 1550 nm Coeficiente de dispersión cromática <4.5 ps/nm-Km. para fibra G.655 @ 1550 nm 58 Coeficiente de dispersión cromática < 0.25 ps/nm-Km. para fibra G.653 @ 1550 nm Coeficiente de dispersión por modo de polarización (PMD): PMD: 0.5 ps/nm*Km1/2 para fibra G.653, 0,25 ps/nm*Km1/2 para las fibras G.652 y G.655. 4.4 Costos operativos de la red DWDM occidente. Se realizó el levantamiento de información de los costos asociados al mantenimiento, uso de espacio, consumo de energía, uso de fibras ópticas, costo de personal, servicios, etc. en la red DWDM de occidente, actualmente en servicio. Esta información será usada para la validación de la propuesta de diseño, desde la perspectiva financiera usando la metodología de análisis de TCO y ROI. Para obtener esta información se realizaron, entrevistas estructuradas con el grupo de transporte y personal de la gerencia de Energía de CANTV, así como otras personas que fueron detectadas en CANTV que podían contribuir con la información aquí mencionada. Para las entrevistas se usaron tablas que se desarrollaron para esos efectos, las terminología de los conceptos de costos recabadas están basadas en el modelo de Gartner Group (1997). Los costos que obtuvieron en las entrevistas en muchos casos estaban valorados en Bs; con el objeto de armonizar el estudio financiero, los análisis de TCO y ROI se realizarán tomando como moneda base el dólar estadounidense; por lo que los costos en Bs, se convertirán usando una tasa referencial de 11 Bsf/US$. La tabla 16 muestra la información colectada. 59 Tabla 16 Costos Operativos red actual DWDM Occidente Conceptos Costo kWh Año Costo Consumo Energia kWh Costo Consumo Energia kWh año Costo Infraestructura De Energía / Kw Año Costo Infraestructura de Energia kW PDB año Costo Infraestrura de Energia kW generador + baterias año Costo Aire Acondiconado año (kW) Operación y Mantenimiento Personal Anual Monitoreo COR Especialista segundo nivel de atención a fallas Tecnicos de centrales Tecnicos de Planta externa (FO) OSS & Gestión Software (EMS + activación de servicios) software Activación de servicios Hardware (Servidores) Sistema de gestión Software Total one-time OSS cost Adiestramiento Personal Tecnico Costo Fibra Optica Enterrada Nueva 48 Hilos Km (Nueva) Costo Por hilo/Km Costo Fibra Optica Aerea Nueva 48 Hilos Km (Nueva) Costo Por hilo/Km Costo Atencion Falla fibra por Km anual (5 Mensuales, cada 100Km) Costo espacio Rack Año M2 Costo por unidad de altura de bastidor HU (bastidor de 48 HU) Servicios de Mantenimiento y Soporte Servicios de Ingeniería por equipo Servicios de Instalación por equipo Servicios de Instalación y configuración por Tarjetas Servicio de instalación y configuración de puerto Servicios de Mantenimiento y Soporte Costos (US$) 11.910,46 0,09 788,40 11.122,06 10,42 10.545,45 566,19 801.818,18 163.636,36 147.272,73 245.454,55 245.454,55 462.148,75 115.000,00 127.148,75 120.000,00 100.000,00 462.148,75 33.000,00 82.000,00 170,83 32.000,00 66,67 490.888,15 4.545,45 94,70 Costos (US$) 5.788,82 14.122,73 681,82 477,27 Costos (US$) Servicios de soporte 7x24 y reemplazo avanzado de partes con tiempo de respuesta 3 horas y programa de actualizacion de sofware servicios Adiestramiento Mantenimiento y Soporte Curso de Operación y Mantenimeinto Curso de Gestión y admnistración Curso de Configuración 17,5% del costo de los equipos Costos (US$) 800,00 800,00 600,00 4.5 Costo y precio de Capacidad de transporte red DWDM Occidente. Se obtuvo información de los valores estimados de costo por Megabit/seg y el precio genérico de venta del Megabit/seg de transporte para los servicios de datos dedicados e internet de banda ancha. Esta información fue usada para la validación financiera de la pertinencia de implementar la tecnología 100G o 400G en la red de occidente de CANTV usando el análisis de retorno de la inversión (ROI). Esta información se recogió por medio de entrevistas no estructuradas informales con personal del departamento de transmisión de CANTV. 60 Durante las entrevistas, el personal de CANTV mencionó que por razones de confidencialidad, no podían dar el costo por megabit, y que solo podrían dar valores estimados de precios de venta de capacidad de diferentes servicios, algunos son de conocimiento público y otros no. Sin embargo esta falta de información no afectará el análisis financiero, ya que en el proceso del análisis de las inversiones y de los costos operativos, se pudo obtener un estimado del costo por megabit, asociado a los dos escenarios analizados 100G y 400G. A continuación se presentan la Tabla 17 con la información recabada sobre el precio de venta de servicios de capacidad de acceso y transporte, en Dólares y Bolívares, con una tasa referencial de 11Bs/US$. Tabla 17 Precios de ventas de capacidad en la red DWDM actual Conceptos Servicios de acceso a Internet Acceso ABA 1 Mbps Acceso ABA 1,5 Mbps Acceso ABA 2 Mbps Acceso ABA 3 Mbps Acceso ABA 4 Mbps Acceso ABA 6 Mbps Acceso ABA 8 Mbps Acceso ABA 10 Mbps Servicio de Transporte 1 Mbps 2 Mbps 4 Mbps 6 Mbps 8 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10Gbps Costos (US$)/Mes (al 15/12/2014) Costos (Bs.)/Mes (tasa 11 Bs/US$) 6,00 13,07 23,64 36,36 45,36 54,55 62,73 70,00 66,00 143,75 260,00 400,00 499,00 600,00 690,00 770,00 276,63 502,00 929,18 1.280,18 1.608,72 1.912,00 15.296,00 123.000,00 799.500,00 3.042,93 5.522,00 10.220,98 14.081,98 17.695,92 21.032,00 168.256,00 1.353.000,00 8.794.500,00 El servicio de transporte de 10 Gbps, actualmente no forma parte de la oferta de servicios de CANTV, ya que no es posible con la configuración actual poder vender dichas capacidades. Sin embargo para este trabajo se estimó el valor de venta tomando en cuenta el valor de venta actual de 1 Gbps multiplicado por 10 y aplicando un factor de descuento por volumen de 65% (porcentaje recabado en la entrevista). 61 CAPITULO V DISEÑO DE LA RED DWDM DE OCCIDENTE Se elaboró la propuesta de diseño de la red DWDM Occidente usando la tecnología 100G y 400G, con el objeto de tener argumentos técnicos de comparación entre ambas, los fueron evaluados en el capítulo de validación y evaluación de la propuesta técnica/financiera. Para la elaboración de ese diseño se siguió la metodología de planificación de redes ópticas de Chomycz (2009), la cual se detalló en el marco conceptual referencial. Se presentó una propuesta financiera del costo de equipos y servicios para cada uno de dos tecnologías. Para ello se usarán los dos escenarios de la red DWDM 100G y 400G, tomando como valores de entrada los costos referenciales de los equipos, los costos de instalación, servicio y mantenimiento. Se establecieron las especificaciones para su implantación, área, energía, bastidores, número de fibras, etc. 5.1 Diseño de la red DWDM con tecnología 100G y 400G. De acuerdo a lo definido en la metodología de (Chomycz, 2009), la fase 1 del proceso de diseño es definir los enlaces entre las localidades donde se encontraran los equipos ópticos, los tipos de fibras ópticas existente, sus características y parámetros o sugerir otra alternativa de fibra óptica (fibra nueva). En el apartado 4.3 de este trabajó se expuso la información de las localidades, distancia entre nodos, tipos de fibras y sus parámetros. Para los diseños de la red DWDM 100G y 400, se usaron las mismas localidades y la fibra existente de la red actual. Posteriormente se validó si la misma puede cumplir o no con el cometido. En la figura 21 se muestra los nodos principales, nodos intermedios, y los segmentos de fibra óptica. 62 63 La fase 2 según (Chomycz, 2009), establece la determinación de rutas alternas para incrementar la disponibilidad del enlace. Para los efectos de la topología propuesta de anillo, la alternativa de protección entre dos nodos, será la ruta opuesta al anillo, teniendo como criterio de diseño, que la ruta principal es la que tiene menor distancia entre nodos principales y la ruta alterna es la ruta opuesta. Ejemplo la ruta principal para la lambda de 100G o 400G entre el nodo Punto Fijo y el Nodo CNT será la ruta ESTE; Punto fijo-Cumarebo-Mirimire-Puerto Cabello-Camurí-CNT, y la ruta de protección será la ruta OESTE; Punto Fijo-Coro-DabajuroPuerto de Altagracia-Maracaibo-Cabimas-El Venado-Carora-Barquisimeto-San CarlosValencia-Arenosa-Charallave-Boleíta-CNT. La Figura 22 muestra la ruta principal y la de respaldo para el caso Punto fijo-CNT, se expresa como ejemplo de una sola Lambda, sin embargo aplica el mismo concepto para las n lambdas que se configuren entre cada enlace. En la tabla 18 se resume las rutas principales y de respaldo para cada interés de tráfico entre nodos principales. Figura 22. Ejemplo ruta principal y respaldo Nodo Punto Fijo-CNT 64 Tabla 18 Rutas principales y de respaldo Red DWDM occidente Origen CNT Destino Maracaibo Ruta principal CNT-Camurí-Puerto Cabello-Mirimire-Puerto Cumarebo-Punto fijo-Coro-Dabajuro-Puerto de Altagracia-Maracaibo Barquisimeto-Carora-El Venado-CabimasMaracaibo Barquisimeto Maracaibo Barquisimeto CNT Barquisimeto-San Carlos-Valencia-ArenosaCharallave-Boleíta-CNT Barquisimeto Valencia Barquisimeto-San Carlos-Valencia Barquisimeto Punto Fijo Punto Fijo CNT Barquisimeto-Carora-El Venado-CabimasMaracaibo-Puertos de Altagracia-DabajuroCoro-Punto Fijo Punto Fijo-Puerto Cumarebo-Mirimire-Puerto Cabello-Camurí-CNT Ruta respaldo CNT-Boleíta-Charallave-Arenosa-Valencia-San CarlosBarquisimeto-Carora-El Venado-Cabimas-Maracaibo Barquisimeto-San Carlos-Valencia-Arenosa-Charallave-BoleítaCNT-Camurí-Puerto Cabello-Mirimire-Puerto Cumarebo-Punto Fijo-Coro-Dabajuro-Puerto de Altagracia-Maracaibo Barquisimeto-Carora-El Venado-Cabimas-Maracaibo-Puertos de Altagracia-Dabajuro-Coro-Punto Fijo-Puerto CumareboMirimire-Puerto Cabello-Camurí-CNT Barquisimeto-Carora-El Venado-Cabimas-Maracaibo-Puertos de Altagracia-Dabajuro-Coro-Punto Fijo-Puerto CumareboMirimire-Puerto Cabello-Camurí-CNT-Boleíta-CharallaveArenosa-Valencia Barquisimeto-San Carlos-Valencia-Arenosa-Charallave-BoleítaCNT-Camurí-Puerto Cabello-Mirimire-Puerto Cumarebo-Punto Fijo Punto Fijo-Coro-Dabajuro-Puerto de Altagracia-MaracaiboCabimas-El Venado-Carora-Barquisimeto-San Carlos-ValenciaArenosa-Charallave-Boleíta-CNT En la fase 3, se procedió a realizar la caracterización de la fibra óptica instalada. Desde el punto de vista práctico, CANTV debería poseer dicha información, ya que actualmente está instalada y en operación una red DWDM de 10G, sin embargo el personal de CANTV indicó que para los momentos la información disponible ya no era válida por su antigüedad. En su defecto, los valores que se usaron para los cálculos del balance de potencia óptica son los valores teóricos suministrados por CANTV y que se recabaron en la fase de análisis de la situación actual, apartado 4.3. La fase 4 del diseño contempla determinar el número total de circuitos actuales y requerimientos de circuitos futuros con sus tasas de transmisión. Para los efectos del diseño de la red DWDM, se consideraron circuitos o canales de una lambda de 100G o 400G, con capacidades de 100 Gbps y 400Gbps respectivamente. Esta información esta detallada en el estudio de la situación actual apartado 4.2 donde se puede observar en la Tabla 13 y Tabla 14 los canales o circuitos a establecer en los 5 años de evaluación. En la fase 5 se identificaron los nodos de la red DWDM que tendrán las interfaces de acceso con tecnología Ethernet. Para el caso de diseño en estudio los nodos que llevarán interfaces 100GE son: Punto fijo, CNT, Valencia, Barquisimeto y Maracaibo. Por lo que cada uno de estos nodos podrán tener una o varias tarjetas muxponder con puertos Ethernet: 112SNA1 (1 puerto 100GE), 260SCX2 (2 puertos 100GE) y 520SCX4 (4 puertos 100GE). La tabla 19 muestra el número de puertos Ethernet de 100GE que deberá tener cada nodo principal 65 por año para satisfacer la matriz de tráfico (tablas 10, 11 y 12). Dependiendo de los valores de la tabla 19 y del tipo de muxponder, se deriva el número de tarjetas muxponder que deberá tener instalado cada nodo por para satisfacer la matriz de tráfico. Tabla 19 Puertos 100GE por nodo y año, red DWDM occidente Nodo CNT Barquisimeto Valencia Punto Fijo Maracaibo Puertos 100GE AÑO 1 5 8 1 2 4 Puertos 100GE AÑO 2 9 14 2 4 7 Puertos 100GE AÑO 3 13 20 3 6 10 Puertos 100GE AÑO 4 18 28 4 8 14 Puertos 100GE AÑO 5 20 32 4 8 16 Por ejemplo; el nodo Barquisimeto en el año 1 debe tener 8 puertos 100GE, en el caso de usar el muxponder 112SNA1, se requerirán 8 tarjetas de ese tipo. En caso de usar el muxponder 260SCX2, se requerirán 4 tarjetas de ese modelo y en el caso de usar el muxponder 520SCX4, se requerirán solo 2 tarjetas de ese tipo. Debido a que el análisis que se realiza en este trabajo considera sólo lambdas de 100G y 400G, entonces se usarán las tarjetas 112SNA1 y 520SCX4 respectivamente. La Tabla 20 muestra el número y tipo de muxponder que se puede usar por nodo por año. Los muxponders con puertos de 100GE, estarán en las localidades donde están ubicados los conmutadores ETHERNET, de la red METRO ETHERNET de CANTV. Es esta red la que soporta los servicios de Internet, servicios de voz y datos así como transporte de redes privadas de clientes corporativos y de gobierno de CANTV. La Figura 23, muestra la red óptica DWDM, con la conexión de los conmutadores Ethernet con interfaces de 100GE. 66 Figura 23. Red Óptica DWDM con red METROETHERNET Tabla 20 Número y tipos de muxponder por nodo, red DWDM occidente Año1 Año2 Año3 Año4 Año5 Nodo CNT Barquisimeto Valencia Punto Fijo Maracaibo 5 8 1 2 4 3 4 1 1 2 2 2 1 1 1 9 14 2 4 7 5 7 1 2 4 3 4 1 1 2 13 20 3 6 10 7 10 2 3 5 4 5 1 2 3 18 28 4 8 14 9 14 2 4 7 5 7 1 2 4 20 32 4 8 16 10 16 2 4 8 5 8 1 2 4 En la fase 6 del diseño se realizaron los cálculos de balance de potencia de cada uno de los enlaces. Los cuales comprenden: Cálculo de potencia óptica para cada enlace. Cálculo de dispersión cromática (CD) Cálculo de presupuesto de OSNR cuando los enlaces tengan amplificadores ópticos. Cálculo de presupuesto de dispersión por modo de polarización (PMD. 67 5.1.1 Cálculos de balance de potencia óptica. Para realizar los cálculos de balance de potencia óptica, se emplearon los resultados de la tabla 15 y los parámetros de diseño de las fibras ópticas detallados en el apartado 4.3, los valores de potencia, sensibilidad y ganancia de las tarjetas Muxponder y amplificadores, detallados en el apartado 2.8; así como el empleo de las ecuaciones 2.8 a la 2.16, expuestas en el apartado 2.7 de este trabajo. Para efectos ilustrativos se realizó de manera manual el cálculo de un enlace tipo (enlace Barquisimeto Valencia). El resto de cálculos de los otros enlaces se hicieron de manera automática usando para ello la herramienta de software Excel. Cuyos resultados finales se muestran en la tabla 22. Ejemplo Enlace Barquisimeto – Valencia: como se puede observar en la Figura 22, entre el nodo Barquisimeto y Valencia hay una estación intermedia de amplificación. Para realizar los cálculos se usaron las premisas de diseño definidas por CANTV y los valores característicos de las tarjetas, muxponder y amplificadores del equipo PSS 1830 de ALCATEL-LUCENT. En la Tabla 21 se muestra el resumen de esos valores. Segmento Barquisimeto – San Carlos Paso 1 Cálculo de las pérdidas de empalmes de construcción: se debe determinar en primera instancia el número de empalmes estimados que se realizaron durante el proceso de construcción (Para el caso de fibras ópticas existentes). Con el número de empalmes se multiplica por la pérdida de cada empalme y se obtienen las pérdidas de empalme. Según la Tabla 15, la distancia entre Barquisimeto y San Carlos es de 168,52 Km. # = ( ( ) ) 1 (5.1) 68 Aplicando la ecuación 5.1 y tomando el valor de longitud de carrete de la Tabla 21, se obtiene: # = é =# é = 56 168,52 3 1 = 55,17 = 56 é 0,1 ó = (5.2) , Paso 2 Cálculo de las pérdidas de la fibra óptica (PT): Para el cálculo de la pérdida del cable de fibra óptica, se debe obtener la distancia del segmento y el coeficiente de atenuación de la fibra óptica en la ventana de estudio. En este caso la ventana de estudio es 1500 nm., según la tabla 21, la pérdida de la fibra óptica en la tercera ventana es 0,25 dB/km. Usando la ecuación 2.7, y despejando PT, se tiene: PT= 0,25 dB/km x 168,52 Km = 42,13 dB Paso 3 Cálculo de las pérdidas totales del enlace (PTE): Para calcular el PTE, se debe obtener primero las pérdidas de la fibra, las pérdidas de los empalmes de construcción y las perdidas asociada a cada elemento del sistema que está dentro del enlace y que contribuye con pérdidas añadidas. Para ello se usa la ecuación 2.8 Los elementos que componen la sumatoria de pérdidas son los siguientes: Pérdida de los ODF (paneles ópticos de conexión) dos por segmento de enlace (0,25 dB/ODF), se estima una pérdida de 0,25 dB en el primer ODF y 0,25 dB en el segundo ODF, total 0,5 dB por segmento) Perdida de patch cord, se consideran dos patch cord por enlace uno por extremo, cada patch cord tiene dos conectores, por lo que se deben considera la pérdida de 4 conectores por segmento de enlace. Pérdida de los conectores, se usan cuando se instalan amplificadores adicionales en los nodos extremos del enlace, normalmente se usan dos conectores por amplificador. Estos conectores están asociado al patch cord que se usa para interconectar el amplificador en enlace (0,25 dB/conector). 69 Pérdida esperada por futuras reparaciones en la fibra durante la vida útil del proyecto (también conocido como margen del operador, -6 dB), este se considera en el cálculo del primer segmento o en el último, para los efectos del ejemplo éste se calculó en el segundo segmento, San Carlos – Valencia. Pérdida del filtro, esta pérdida se considera solamente en los nodos extremos del enlace. No se considera en los nodos intermedios de amplificación (-6,1 dB por filtro) En los caso cuando se trabajan en los valores límites de PMD y CD, se agrega al cálculo penalidades que van de 1 a 2 dB. Para los cálculos de este proyecto no se están considerando las penalidades, puesto que los valores que se usan ya tiene holgura, y estos mismos puede ser considerados como incluidos en los parámetros de diseño Tomando lo valores indicados en la Tabla 21, se obtiene la pérdida total del enlace de la manera siguiente: PTE = - 5,6 dB – 42,13 + 0,5 0,25 4 0,25 2 6,1 PTE= 55,83 dB (ver resultado del enlace Barquisimeto – San Carlos en la Tabla 22) Paso 4 Cálculo de la potencia recibida (Pr): Para calcular la potencia recibida se toman como entrada la potencia de salida del transmisor (Pout) y se suma algebraicamente con las pérdidas totales del enlace PTE, tal como está definido en la ecuación 2.9. La potencia de salida está definida en la tabla 21. Pr = 1 dBm + (-55,83 dB) = 54,83 dBm Esta es la potencia que es recibida en la entrada del amplificador de Raman ubicado en San Carlos, el cual tiene una ganancia de 30 dB, generando como señal de salida del nodo de San Carlos el valor de potencia de: Pout= - 54,83 dBm + 30 dB = 24,83 dBm 70 Segmento San Carlos - Valencia (Longitud 102,8 Km) Para el segundo segmento se repite el proceso, solo se colocarán los resultados de cada paso Paso 1 # é = 102,8 3 = 34 1 = 33,26 = 34 0,1 = , Paso 2 PT= 0,25 dB/km x 102,8 Km = 25,7 dB Paso 3 Este por ser el último segmento del enlace se incorpora a la ecuación el margen del operador (6 dB). PTE=- 3,4 dB – 25,7 + 0,5 0,25 4 0,25 2 6 6,1 = 43,2 dB Paso 4 Pr = -24,83 dBm + (-43,2 dB) = 68,03 dBm Una vez calculado el enlace completo con todos sus segmentos, se procedió a calcular el margen BoL (Begin of life). Para ello se usa la ecuación 2.10 Se debe cumplir que Margen BoL > 0 Margen Bol = -68,03 dBm – (-21 dBm) = - 47,03 dBm, El valor es negativo y no permite que el enlace pueda operar. Por lo que hay que incorporar amplificadores y/o preamplificadores cuyo valor de ganancia en su conjunto sea superior a 47,03 dBm, para poder cumplir la premisa que Margen BoL > 0. Entonces para este enlace Barquisimeto- Valencia, se deben añadir a la línea un booster de Raman en la salida de Barquisimeto (30 dB), un preamplificador en la recepción del nodo de San Carlos (25 dB). Con esto se tendría una ganancia de 55 dB, superior a los 47,03 dB que se necesitaban. Se muestra en la tabla 22 los resultados finales del enlace ejemplo. 71 Tabla 21 Premisas de diseño y valores característicos de las tarjetas Premisas de Diseño Longitud de carretes (Km) Pérdidas empalmes fusión (dB) Pérdidas por conector (dB) Pérdida fibra óptica en 3era ventana (dB/Km) Margen del operador (dB) 3 -0,1 -0,25 -0,25 6 Pérdida de ODF (dB) -0,5 Nº de Conectores por amplificador adicional 2 Valores característicos de las tarjetas Ganacia del amplificador (dB) Ganacia del amplificador RAMAN RA2P (dB) Ganancia del preamplificador (dB) Pérdidas del filtro dB Potencia de Salida Muxponder/transpondedor (dBm) Sensibilidad del receptor (muxponder/transpondedor) (dBm) 26 30 25 -6,1 1 -21 72 73 5.1.2 Cálculos de dispersión Cromática. (CD) Para calcular el parámetro de CD en un enlace de fibra óptica, se usó la ecuación 2.15, definida en el apartado 2.7 de este trabajo. Para ello se empleó el valor del coeficiente de dispersión cromática característico de la fibra del enlace (definido en el apartado 4.3 de este trabajo) en la ventana de trabajo y la distancia de cada enlace. En el caso de que existan entre dos nodos de servicios diferentes tipos de fibra óptica (G.652, G.553 o G.652), se realiza la sumatoria la dispersión cromática de cada tipo de fibra. A modo de ejemplo se realizó de manera manual el cálculo de un enlace tipo (enlace Barquisimeto - Valencia). El resto de cálculos de los otros enlaces se hicieron de manera automática usando para ello la herramienta de software Excel. Cuyos resultados finales se muestran en la Tabla 23 Cálculo de dispersión cromática de la Ruta Principal (Enlace Barquisimeto- Valencia): Según la tabla 18, la ruta principal está conformada por los nodos Barquisimeto -San Carlos – Valencia. De la tabla 15, se obtuvo la distancia y tipo de fibra entre cada nodo. Barquisimeto- San Carlos= 168,52 Km, Fibra G.652 El coeficiente de dispersión cromática de la Fibra G.652 es 18 ps / nm-Km @ 1550 nm Según la Ecuación 2.15 se tiene: CD1= 18 ps / nm-Km x 168, 52 Km = 3.033,36 ps / nm San Carlos – Valencia = 102,8 Km, Fibra G.653 El coeficiente de dispersión cromática de la Fibra G.653 es 0.25 ps / nm-Km @ 1550 nm Según la Ecuación 2.15 se tiene: CD2= 0, 25 ps / nm-Km x 102, 8 Km = 25, 7 ps / nm 74 La dispersión cromática para la ruta principal es Barquisimeto–Valencia es: CD = CD1 + CD2 CD = 3.033,36 ps / nm + 25, 7 ps / nm = 3059, 06 ps / nm La Tabla 23 muestra el resultado de los cálculos de la dispersión cromática de los enlaces tanto para las rutas principales como las rutas de protección Tabla 23 Resultados cálculos de dispersión cromática Origen Destino CNT Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Punto Fijo Maracaibo Maracaibo CNT Valencia Punto Fijo CNT Longitud Ruta Longitud Ruta Principal (Km) Alterna (Km) 921,13 368,00 585,79 271,32 700,00 539,83 953,79 1.506,92 1.457,65 1.603,60 1.125,62 1.335,09 Dispersión Cromatica Ruta Principal (ps / nm) Dispersión Cromatica Ruta Alterna (ps / nm) 5.826,74 6.624,00 6.958,85 3.059,06 7.727,00 4.501,89 13.582,85 12.785,59 15.484,10 16.350,53 11.460,74 14.907,70 5.1.3 Cálculo de OSNR. El cálculo de OSNR, se realizó con el objeto de verificar la factibilidad técnica del diseño en las condiciones de la red con la fibra actual y las etapas de amplificación. El cálculo de OSNR, se realizó en los enlaces donde se identificaron el uso de amplificadores o preamplificadores. Para ello se usó la ecuación 2.13 para el cálculo de del OSNR de cada uno de los amplificadores y fuentes individuales y la ecuación 2.14 para el cálculo del OSNR del sistema al puerto de receptor. Para los cálculos se usó 6 dB como figura de ruido NF de los amplificadores y OSNR de la fuente de 57 dB, (ALCATEL-LUCENT, 2014). A modo ilustrativo se realizó de manera manual el cálculo de OSNR del enlace Barquisimeto Valencia. El resto de cálculos de los otros enlaces se hicieron de manera automatizada usando para ello la herramienta de software Excel. Cuyos resultados finales se muestran en la Tabla 24. De los resultados obtenidos y mostrados en la tabla 22, se pudo derivar el diagrama unifilar del enlace Barquisimeto – Valencia, el cual se detalla en la Figura 24. 75 Barquisimeto (BMTO) IN = 1 dBm San Carlos (SCA) IN = - 24,83 dBm OUT =31 dBm OUT =0,17dBm TX 168,52 km, - 55,83 dB RA2P G= 30dB Valencia (VAL) IN = 0,17 dBm OUT = 30,17 dBm PAM G= 25dB IN = - 13,03 dBm RX - 43,20 dB RA2P G= 30 dB RA2P: Amplificador de RAMAN PAM: Preamplificador Figura 24. Diagrama Unifilar de la ruta Barquisimeto Valencia Cálculo de OSNR enlace Barquisimeto – Valencia, usando las ecuaciones 2.13 y 2.14: Paso 1: Cálculo del OSNR de la fuente (Transmisor) - Barquisimeto OSNR fuente= 57 dB 501,188 x 103 (dB=10Log (OSNR)) Paso 2: Cálculo del OSNR del booster RA2P - Barquisimeto OSNR ra2p= 58 + 1 dB – 6 dB= 53 dB 199,526 x 103 Paso 3: Cálculo del OSNR del preamplificador PAM - San Carlos 521,19 OSNR amp= 58 – 24,83 dB – 6 dB= 27,17 dB Paso 4: Cálculo del OSNR del amplificador RA2P – San Carlos OSNR pam= 58 + 0,17 dB – 6 dB= 52.17 dB 164,817 x 103 = + 501,188 OSNR T= 517,6625 , + , + , 27,14 dB Tabla 24 Resultados presupuesto OSNR Tramo # DE AMPLIFICADORES OSNR (dB) CNT-Punto Fijo Punto Fijo - Maracaibo Maracaibo - Barquisimeto Barquisimeto - Valencia Valencia - CNT 6 5 5 3 5 37,96 34,45 46,40 27,14 25,17 76 5.1.4 Cálculos de presupuesto de PMD. Para calcular el PMD de los enlaces se usó la ecuación 2.17 para el caso de los enlaces simples y la ecuación 2.18 para los enlaces de fibras concatenadas. Para ello se emplearon los valores característicos de coeficiente de PMD de las fibras ópticas instaladas, suministrados por CANTV y las distancias y tipos de fibra óptica por enlace, detallados en la tabla 15. Pare efectos ilustrativos se calculará manualmente el PMD del enlace Barquisimeto – Valencia. El resto de los enlaces el valor de PMD se realizada de manera automatizada, usando la herramienta de software Excel, y cuyos resultados se presentan en la Tabla 25. Paso 1: PMD enlace Barquisimeto – Valencia El enlace Barquisimeto – Valencia está constituido por dos tramos , según la tabla 15, el tramo Barquisimeto-San Carlos tiene una longitud de 168,52 Km y el tipo de fibra es G.652 y el tramo San Carlos- Valencia tiene una longitud de 102.8 Km y el tipo de fibra es G.653. Según los valores suministrados por CANTV, el coeficiente de PMD de la fibra instalada es 0,25 ps/nm*Km1/2. Y 0,5 ps/nm*Km1/2, para la fibra G.652 y G.653 respectivamente. Usando la ecuación 2.18 se tiene: PMDmaxc = (0,25 / ) ( ) 168,52 Km + (0,5 ( / ) ) 102,8 Km PMDmax= 6,019 ps Tabla 25 Resultados presupuesto PMD Origen Destino Longitud Ruta Principal (Km) CNT Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Barquisimeto Punto Fijo Maracaibo Maracaibo CNT Valencia Punto Fijo CNT 921,13 368,00 585,79 271,32 700,00 539,83 Longitud Ruta PMD Ruta Principal Alterna (Km) (ps) 953,79 570,44 1.457,65 1.603,60 1.125,62 1.335,09 8,65 4,80 7,48 6,02 7,81 5,81 PMD Ruta Alterna (ps ) 8,88 7,41 10,41 10,84 9,47 10,95 77 Fase 7: Seleccionar el fabricante de los equipos de transmisión. En esta fase se solicitó a la empresa ALCATEL-LUCENT ofertas presupuestarias de equipos, tarjetas, módulos, costo de instalación y mantenimiento de los mismos. Estas se detallaron en el apartado 5.2 de este trabajo. Fase 8: Revisión de los equipos y sus características. Se seleccionó el equipo óptico DWDM de la empresa ALCATEL-LUCENT modelo 1830 PSS-32, debido a que el equipo soporta las dos tecnologías de 100G y 400G. Esto facilitó la comparación de las dos alternativas. El equipo seleccionado permite la instalación de 16 Tarjetas de doble ranura o 32 tarjetas de media ranura. A continuación se describen los elementos técnicos de capacidades y características que permitieron hacer las comparaciones técnicas para las dos alternativas. Desde el punto de vista de capacidad, hasta el año 5, para la alternativa 100G se llegó a un tráfico esperado según la matriz de tráfico, de 3.949 Gbps (ver tabla 8A), pero tiene una capacidad instalada de 8000 Gbps, hecho que se evidencia en el anexo 1, con el número de tarjetas muxponder de 1 puerto 100GE, cuya cantidad de tarjetas total instaladas en el año 5 es de 80. Del mismo modo para la alternativa 400G, el trafico esperado según matriz de tráfico es igual que para el escenario 100G, y como se observa en el anexo 2, para el año 5 se tiene instalado un máximo de 20 muxponders de 4 x 100GE, lo que da una capacidad instalada de 8000 Gbps. Para el expansión futura de la solución 100G, le queda una capacidad de crecimiento de 8 lambdas adicionales para llegar al máximo de 88 canales útiles en el sistema esto representa 800 Gbps adicionales. Por otro lado la solución de 400G con capacidad instalada de 8000 Gbps, lo que representa 20 lambdas en uso, aún le queda disponible para seguir creciendo 34 lambdas adicionales hasta llegar a las 54 lambdas máxima del sistema con la técnica de modulación 16QAM, Lo que representa una capacidad adicional de 13.600 Gbps. En el caso de emplearse en el futuro cercano, la técnica de modulación 64QAM, se podrá contar con el crecimiento a 88 lambdas máxima por sistema, lo que representaría 68 lambdas adicionales y quedaría la capacidad de crecimiento en 68 lambdas x 400 Gbps, con un total de 27.200 Gbps (27,2 Tbps). 78 5.2 Estimación costo de los equipos escenario 100G y 400G. Con los costos individuales de nodos y tarjetas se procedió a elaborar las diferentes configuraciones asociadas al escenario de los 5 años y de las respectivas matrices de tráfico, tanto para la solución 100 G como para la solución 400 G. Es importante destacar, que a pesar que la empresa ALCATEL-LUCENT entregó información de precios por módulos y tarjetas individuales para la construcción de los costos de equipos, la misma solicitó que para efectos de este trabajo no se muestren los valores detallados. Por lo que a nivel de costos solo se mostrará en este informe los precios totales por configuración año, más no el detalle de costos por partes y tarjetas. Basado en los valores de los costos de equipos, los diseños y las matrices de tráficos de los cinco años, se elaboraron las estimaciones de costo para las dos alternativas tecnológicas para los 5 años. En la Tabla 26 se muestran los montos asociados solo a los equipos y software. Estos valores son considerados como una de las entradas para la elaboración del modelo TCO, como parte de los gastos de capital (CAPEX). Tabla 26 Presupuesto de equipos alternativas 100G y 400G para 5 años Costo de equipos US$ 100G 400G Año 1 5.607.123,91 5.516.853,18 Año 2 2.719.116,62 2.084.095,15 Año 3 2.762.992,01 2.059.114,01 Año 4 3.441.249,44 2.213.374,01 Año 5 1.381.496,00 669.038,50 5.3 Requerimientos de infraestructura de los escenarios 100G y 400G Para la elaboración de las configuraciones, se consideraron las tarjetas muxponder de 1 Puerto de 100GE (112SNA1) y la de 4 Puertos de 100GE (520SCX4). En la tabla 20, se muestra la cantidad de tarjetas de estos dos tipos que debe tener instalado cada nodo por año, con el objeto de satisfacer la matriz de tráfico definida en la tablas 10,11 y 12. Por ejemplo; el nodo Barquisimeto para el primer año tendrá 8 tarjetas 112SNA1 y para el año 5 tendrá 32 tarjetas del mismo modelo, para el caso de la tarjeta 520SCX4 tendrán 2 y 8 tarjetas respectivamente (ver tabla 20). Del resultado obtenido en la tabla 22, se derivó el número de tarjetas de amplificación y pre-amplificación necesarios para poder cumplir con el balance de potencia de cada enlace. Los 79 modelos usados para la configuración de cada nodo en función a los resultados de la tabla 25 fueron: AHPHG (amplificador), PB1 (Pre-amplificador), RA2P (amplificador de Raman). Para establecer la ocupación de los nodos 1830 PSS-32 (máximo 16 Ranura de doble altura) se consideró la ocupación respectiva de cada tipo de tarjeta, como se indica: Las tarjetas amplificadoras ocupan cada una un ranura, la tarjeta muxponder 112SNA1 ocupa 2 ranuras y la tarjeta muxponder 520SCX4 ocupa 4 ranuras. Tanto para el diseño de la red a 100G como a 400 G, se usaron las mismas cantidades de tarjetas amplificadoras, y preamplificadoras; ya que estas no cambian para cada una de las dos alternativas. El cambio solo se vio reflejado en que para el diseño de la red a 100G, solo se empleó la tarjeta muxponder 112SNA1 y para la red a 400G solo se usó la tarjeta muxponder 520SCX4 como tarjetas de línea y acceso red. Al ocuparse el máximo número de ranura de 16, y cuando se requirió la instalación de la tarjeta 17 o mayor, entonces se configuró la instalación de un segundo gabinete, y cuando se requiera el uso de más de 32 tarjetas, entonces se instala el tercer gabinete y así sucesivamente. En el anexo 1 y 2 se observa el resultado de la configuración de los nodos de la red para las alternativas 100G y 400G indicando el número de tarjetas amplificadoras, muxponder y gabinetes o chasis. Por cada chasis se requiere la ocupación de la mitad de un Bastidor o gabinete de 19”, cuya ocupación es de 1 m2, por lo que por uno o dos chasis, se estará ocupando 1 mt 2. Del mismo modo en el anexo 1 y 2 se muestra la cantidad de energía kWh total que será consumida por los equipos para la configuración respectiva de cada año. 80 CAPITULO VI VALIDACIÓN Y EVALUACIÓN DE LA PROPUESTA Para Validar y evaluar la propuesta en sus dos aspectos técnicos y financieros de las dos alternativas estudiadas para la Solución de tecnología DWDM para la red óptica de occidente se desarrollaron los siguientes grupos de actividades: 6.1 Validación técnica Una de las fases de validación consistió en la verificación del diseño elaborado por el autor de este trabajo especial de grado, para ello, se entregó a la empresa ALCATEL-LUCENT (departamento SOLUTIONS ARCHITECT), las tablas contentivas de los tipos, números de tarjetas y tablas de balance de potencia por nodo y enlaces para su validación con los simuladores de la empresa ALCATEL-LUCENT. Los valores arrojados por el diseño aquí realizado eran muy cercanos a los valores del simulador, por lo que desde el punto de vista técnico, el diseño realizado está validado como una solución factible y que las tarjetas y módulos aquí indicados en las configuraciones de este trabajo, son módulos que actualmente están disponibles comercialmente. 6.2 Evaluación ventajas técnicas Se analizó, basado en la propuesta técnica, los dos escenarios para comparar los beneficios técnicos de las soluciones y de esa forma establecer la tecnología más conveniente para la red óptica DWDM de occidente de CANTV. El análisis de validación se realizó tomando en cuenta los beneficios asociados a capacidad, consumo de energía, uso de espacio, uso de fibras ópticas, uso de espectro óptico y garantía de crecimiento futuro. Para el análisis de consumo de energía por tecnología se tomó el consumo en watts de cada una de las tarjetas según (ALCATEL-LUCENT, 2014), empleadas en las configuraciones de los nodos para las alternativas de 100G y 400G, las cuales se observan en los anexos 1 y 2. Con el número de tarjetas, chasis y con los valores de consumo provistos por el documento de ALCATEL-LUCENT se obtuvo el resultado mostrado en la figura 25 81 Figura 25. Consumo de energía kW-año de las alternativas 100G y 400G Como se evidencia en la gráfica hay una ventaja significativa de la tecnología 400G sobre la tecnología 100G, según la cual la tecnología 400G consume 58% menos energía que la solución 100G en al año 5. En promedio, en los 5 años, el consumo de energía de la tecnología 400G es 48 % menos que la tecnología 100G. Desde el punto de vista de espectro óptico y capacidad, la Tabla 27 muestra los valores de capacidad instalada, potencial de crecimiento y disponibilidad de espectro Tabla 27 Capacidades actuales y futuras de las alternativas 100G y 400G Trafico (Gbps) Capacidad Instalada 100G (Gbps) Capacidad Instalada 400G (Gbps) Espectro futuro (lambdas) 100G Espectro futuro (lambdas) 400G Año 1 1000 2000 2000 Año 2 1500 3600 3600 Año 3 2250 5200 5200 Año 4 3037,5 7200 7200 Año 5 3949 8000 8000 Limite máximo absoluto 8800 23200 8 38 Como se evidencia en la tabla anterior, la tecnología 400G tiene una capacidad para crecer hasta 23,2 Terabits/s, en comparación con la tecnología de 100G de 8,8 Terabits/s. Es decir la tecnología 400G tiene 163 % más capacidad de crecimiento que la tecnología 100G. En relación al el espacio físico mt2 empleado por las dos alternativas para la instalación de los gabinetes, se tomaron las medidas de los gabinetes (chasis) y dependiendo del número de chasis por nodos se determinó el espacio físico necesario para cada alternativa durante los 5 años. La 82 Tabla 28 muestra el resumen de los valores de ocupación en mt2 y el número de chasis 1830 PSS-32 y bastidores usados en las alternativas 100G y 400G en los 5 años de operación. La premisa usada es que se pueden instalar hasta dos chasis del equipo 1830 PSS-32 en un rack o bastidor. Tabla 28 Ocupación Mt2, número de bastidores y chasis 1830 PSS, 100G y 400G Ocupación Mt2 Mt2 100G Mt2 400G Número de Bastidores (Racks) 100G Número de Bastidores (Racks) 400G Número de chasis 1830 PSS 100G Número de chasis 1830 PSS 400G Año 1 Año 2 19 19 19 19 20 19 Año 3 19 19 19 19 21 20 Año 4 20 19 20 19 23 20 Año 5 21 19 21 19 25 21 22 20 22 20 26 22 Como se puede observar en la tabla anterior la tecnología 100G supera ligeramente por 2 metros cuadrados a la tecnología 400G, lo que desde el punto de vista de espacio físico la alternativa 400G es ligeramente más conveniente que la alternativa 100G. En relación al número de fibras ópticas usadas en cada alternativa, para los dos diseños se usaron solo dos hilos por enlace (trasmisión y recepción), por lo que en este aspecto no hay diferencias entre las dos tecnologías. 6.3 Evaluación de factibilidad técnica del uso de la fibra óptica actual. Esta fase de evaluación se realizó basándose en la información de las características técnicas de la fibra óptica en servicio, y se constató la factibilidad de usar esa fibra para la nueva tecnología DWDM 100G o 400G, para ello se compararon los valores de la fibra actual con los máximos permitidos por la tecnología DWDM 100G y 400G de ALCATEL-LUCENT, utilizando para ello los datos técnicos definidos en ALCATEL-LUCENT (2014). y los cálculos de balance de potencia óptica realizados en los apartados 5.1.1, 5.1.2 , 5.1.3 y 5.1.4 del presente trabajo. Para comparar los valores de diseño con los valores máximo de los equipos, se procedió a elaborar una tabla resumen con las tolerancias máximas, potencias de transmisión y 83 sensibilidad, y OSNR de cada uno de las tarjetas muxponders y amplificadores la cual se muestra a continuación. Tabla 29 Valores máximos y tolerancia de las tarjetas 100G y 400G Elemento Muxponder 112SNA1 (100G) modo DP-QPSK Muxponder 112SNA1 (400G) modo DP-16QAM Sensibilidad (dB) -21 PMD (ps) 120 DC (ps/nm) 80000 OSNR (dB) 11.5 -21 100 80000 20 La primera evaluación se realizó de la siguiente manera: para cada uno de los enlaces se calculó la potencia recibida y se comparó con la sensibilidad de la tarjeta muxponder, -21 dB en este caso. Si la potencia recibida es mayor a la sensibilidad entonces el enlace es factible, en caso contrario se colocan amplificadores en el enlace para lograr la premisa. En la tabla 22 se pueden observar los valores de la potencia recibida de cada enlace resaltado en color amarillo. Como se evidencia en esos resultados los valores de potencia recibida son superiores a -21 dBm. Por ejemplo el enlace Barquisimeto-Valencia, la potencia recibida según la tabla 22 es -13,03 dBm, cumpliéndose la premisa que -13,03 dBm > -21 dBm. Por lo que hace el enlace factible. Técnicamente todos los enlaces son factibles por atenuación lo que por atenuación la fibra óptica actualmente instalada soportará las tecnologías 100G o 400G indistintamente. La segunda evaluación se realizó con el parámetro o fenómeno lineal de dispersión cromática. La premisa de validación es que la dispersión cromática obtenida del cálculo debe ser menor que la tolerancia máxima de la tarjeta muxponder. Para ello se calcularon los valores de dispersión cromática de los enlaces, tanto de la ruta principal como de la ruta alterna, como se puede observar en la tabla 23, y el resultado se comparó con el valor de la tolerancia máxima de 80.000 ps/nm de las tarjetas muxponder de 100G y 400G. Por ejemplo; de acuerdo a los resultados de la tabla 23, para el enlace Barquisimeto-Valencia la dispersión cromática de la ruta principal es 3.059,06 ps/nm y el de la ruta alterna es 16.350,53 ps/nm, por lo que los dos valores son menores a 80.000 ps/nm lo que hace el enlace factible. De los valores obtenidos de la tabla 23 se evidencia la factibilidad de todos los enlaces por dispersión cromática. Esta validación confirma que la fibra actual podrá soportar la tecnología 100G y 400G por dispersión cromática. 84 La tercera evaluación se basó en el parámetro o fenómeno lineal de dispersión por modo de polarización (PMD). La condición de funcionamiento es que el PMD obtenido del cálculo debe ser menor que la tolerancia máxima de PMD de la tarjeta muxponder. Para ello se calcularon los valores de PMD de los enlaces, tanto de la ruta principal como de la ruta alterna, como se puede observar en la tabla 25, y el resultado se comparó con el valor de la tolerancia máxima de 120 ps y 100 ps de las tarjetas muxponder de 100G y 400G respectivamente (definido en la tabla 29). Por ejemplo; de acuerdo a los resultados de la tabla 25, para el enlace Barquisimeto-Valencia el PMD de la ruta principal es 6,02 ps y el de la ruta alterna es 10,84 ps/nm, por lo que los dos valores son menores a 120 ps y 100 ps para las tarjetas muxponder de 100G y 400G respectivamente. Esta validación confirma que la fibra actual podrá soportar la tecnología 100G y 400G por dispersión de modo de polarización. La cuarta evaluación se realizó con el parámetro de relación señal a ruido óptico (OSNR). La premisa de validación es que la OSNR obtenida del cálculo debe ser mayor que la OSNR mínima aceptable por las tarjetas muxponder de 100G y 400G. Para ello se calcularon los valores de la OSNR de cada uno de los enlaces, cuyos resultados se pueden observar en la tabla 24. Se comparó el resultado con los valores del OSNR mínimo requerido por los muxponders de 100G y 400G de 11,5 dB y 20 dB respectivamente (según tabla 29). Por ejemplo; de acuerdo a los resultados de la tabla 24, para el enlace Barquisimeto-Valencia la OSNR del enlace es 27,14 dB, por lo que el valor es mayor a 11,5 dB y 20 dB para las tarjetas muxponder de 100G y 400G respectivamente. De los valores obtenidos de la tabla 24 se evidencia la factibilidad de todos los enlaces por OSNR. Esta validación confirma que la fibra actual podrá soportar la tecnología 100G y 400G con una buena relación señal a ruido, superior al mínimo requerido. 6.4 Evaluación financiera bajo metodología TCO Se realizó un análisis de costos, para comparar las implicaciones de la propuesta elaborada de 100G con la de 400G. Realizando las simulaciones de crecimiento de tráfico de acuerdo a la matriz de tráfico definida por CANTV y ALCATEL-LUCENT para el periodo de 5 años; adicionalmente se consideró el aumento de las capacidades máximas de los sistemas DWDM 85 para medir su impacto en los costos de espacio, energía, espectro óptico, fibra óptica, equipos, etc. Esto con el objeto de validar cual es la alternativa de las tecnología DWDM (100G/400G) más conveniente para CANTV desde el punto de vista de costos. Para este caso se usó la metodología de análisis de costo total de propiedad (TCO). El análisis se dividió en dos grupos de costos, los costos de capital (CAPEX) y los costos de operación (OPEX). Los costos de capital fueron obtenidos de los costos de los equipos correspondientes a las configuraciones de los nodos para los 5 años, los cuales se derivaron de las tablas de los anexos 1,2,11,12 y los precios unitarios facilitados por ALCATEL-LUCENT. Los costos de operación se obtuvieron de las entrevistas realizadas con el personal de CANTV y ALCATEL-LUCENT, los cuales se detallaron en el apartado 4.4 del presente trabajo y cuyo resumen está plasmado en la tabla 20. La moneda usada para el análisis en todos los escenarios fuel el Dólar Americano, y los precios que estaban en Bolívares fueron convertidos a una tasa de 11 Bs. / US$. Se consideró esta tasa, ya que CANTV por ser una empresa del estado, su tasa de conversión oficial es 6,3 Bs/$. Sin embargo estos análisis se realizaron a finales del 2014, por lo que se estimaba de acuerdo a las fuentes de analistas económicos que la tasa CADIVI para el 2015 quedaría entre 11 y 12 Bs/$. Para el análisis del CAPEX, se usaron los conceptos definidos por (Gartner Group, 1997), y se agruparon dichos conceptos en la terminología manejada por CANTV. A continuación se muestran los ítems usados para el análisis del CAPEX, todos ellos basados en costos anuales: Costo de equipos (US$). Costo de instalación y despliegue (US$). Costos de Ingeniería (US$). Repuestos (US$). Costo de licencias de gestión. Costo de sistema de Gestión. Para el análisis del OPEX, se usaron los siguientes conceptos: Mantenimiento de hardware, software y soporte de reemplazo de partes 86 Configuración de Puertos y aprovisionamiento de circuitos Gestión de fallas y administración Adiestramiento de especialista Costo de energía Costo de infraestructura de Energía (Rectificadores, bancos de baterías, aire acondicionado Costo de par de fibra (US$) Costo de espacio (Rack, Mt2) Costo de reparación de fibra Con los costos de capital (CAPEX) y de operaciones (OPEX) se procedió a generar la tabla de TCO de 5 años incluyendo los costos acumulados. El anexo 3 muestra el resumen de los costos TCO para la alternativa 100G y en el anexo 4 el resumen de costos de la alternativa 400G. De las tablas anexos 3 y 4, se realizaron una serie de análisis comparativos sobre el TCO asociado por tipo de costo para las dos alternativas 100G y 400G, los cuales se resumen a continuación: Costo por Gbps en servicio, tecnología 100G vs 400G: La figura 26 muestra el costo por Gbps en servicio. En ella se puede constatar que el costo por Gbps de la alternativa 400G es menor que la solución 100G a partir del año 2, y al final del periodo (año 5), el costo por Gbps de la solución 400G es 13,73 % menor que la alternativa 100G. 87 TCO US$/Gbps en servcio 100G vs 400G 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 TCO por Gbps en servicio 100G TCO por Gbps en servicio 400G Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 9,82 10,88 10,45 10,60 9,90 9,63 10,19 9,50 9,29 8,54 Figura 26. Costo por Gbps en servicio 100G y 400G Costo por Gbps instalado tecnología 100G vs 400G: Para el caso anterior, se evaluó el costo por Gbps en servicio, es decir la capacidad de tráfico requerida y definida por la matriz de tráfico. Sin embargo todos los nodos tienen una capacidad mayor instalada, como se observa en la tabla 31, en la gráfica de la figura 27 se observa que el costo por Gbps instalado de la alternativa 400G es menor que el de la alternativa 100G. Adicionalmente debido a que se incrementa la capacidad ofrecida, esto hace que el costo por Gbps sea menor que el del análisis de la capacidad en servicio, en otras palabras en la medida que se use la capacidad instalada el costo por Gbps se irá reduciendo, siendo la alternativa 400G 13,9 % menor costo que la alternativa 100G al año 5. 88 TCO US$/Gbps instalado 100G vs 400G 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 TCO por Gbps Instalado 100G 4,91 4,54 4,52 4,47 4,89 TCO por Gbps instalado 400G 4,82 4,25 4,11 3,92 4,21 Figura 27. Costo por Gbps instalado tecnología 100G y 400G Consumo de Energía por Gbps, tecnología 100G vs 400G: En la gráfica de la figura 28, se observa que el consumo de energía (watts) por Gbps de la alternativa 400G es menor que el de la alternativa 100G, para final del periodo el consumo de energía por Gbps de la alternativa 400G es 58,4 % menor que la alternativa 100G. Consumo de Energía por Gbps 100G vs 400G 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Watts por Gbps Solucion 100G Watts por Gbps Solucion 400G Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 5,89 4,59 4,12 3,81 3,74 4,00 2,60 2,04 1,66 1,55 Figura 28. Consumo de Energía por Gbps tecnología 100G vs 400G Costo de Mantenimiento del fabricante, tecnología 100G vs 400G: La figura 29, muestra el costo asociado por contrato de mantenimiento de los equipos y programas de las dos alternativas para los 5 años de operación. Los mismos están asociados al valor de los equipos y los mismos 89 son acumulados, ya que se deben tomar en cuenta los equipos instalados de años anteriores y los nuevos módulos o tarjetas que se incorporan cada año. Como se puede observar en la gráfica el costo de mantenimiento de la alternativa 400G es menor que la alternativa 100G. Para el año 5 la alternativa 400G tiene un costo de mantenimiento de 21,7 % menos que la alternativa 100G. Figura 29. Costo de mantenimiento fabricante tecnología 100G vs 400G Costo de espacio usado por los equipos, tecnología 100G vs 400G: La figura 30 presenta los costos asociados al espacio físico usado por los equipos y en cada uno de los nodos para las dos alternativas durante los 5 años. Se puede verificar que la alternativa 400G presenta una ligera reducción de los costos en comparación a la alternativa 100 G. 90 Figura 30. Costo de espacio usado por nodos tecnología 100G vs 400G Costo de instalación y configuración de nodos 100G vs 400G: La figura 31 muestra los costos de instalación de nodos, tarjetas y puertos así como su configuración, para las tecnologías de 100G y 400G. Se observa que los costos de instalación y configuración de la alternativa 400G son menor que la alternativa 100, ese comportamiento se repite para todos los años de operación. Esto es de esperarse, debido a que la alternativa 400G incorpora menos número de tarjetas y módulos que la alternativa de 100G. Figura 31. Costo de instalación y configuración tecnología 100G vs 400G 91 CAPEX acumulado tecnología 100G vs 400G: La figura 32, muestra los costos de capital acumulados hasta el año 5. Se puede observar que la tecnología 400G representa un costo de capital menor que la tecnología 100G, específicamente después del segundo año y es en el año 5 donde se presenta una diferencia mayor. La alternativa 400G representa un 18,6 % menos de costo de capital que la alternativa 100G. Figura 32. CAPEX acumulado tecnología 100G vs 400G OPEX acumulado tecnología 100G vs 400G: La figura 33, muestra los costos de operación acumulados hasta el año 5. Se puede observar que la tecnología 400G representa un costo de operación menor que la tecnología 100G, específicamente después del segundo año y es en el año 5 donde se presenta una diferencia mayor. La alternativa 400G representa un 7,6 % menos de costo de operación que la alternativa 100G. 92 Figura 33. OPEX acumulado tecnología 100G vs 400G Con los resultados obtenidos en los anexos 3 y 4 y usando la ecuación 2.21, se procedió a calcular el valor TCO para los 5 años para la tecnología DWDM de 100G y 400G. Para ello se usó periodo de estudio de 5 años y tasa de descuento del 10%. Obteniendo los siguientes resultados: Costo total de propiedad (TCO) alternativa 100G = 29.924.315,26 US$ Costo total de propiedad (TCO) alternativa 400G = 26.092.729,54 US$ Como se puede constatar en el resultado del TCO, la solución de tecnología DWDM 400G, tiene un costo total de propiedad menor que la solución 100G. Con una diferencia de 3.831.585,72 US$. En otras palabras el costo total de propiedad (TCO) de la solución 400G es 12,8 % más bajo que la solución 100G. De cada uno de los análisis de costos individuales y del análisis TCO a 5 años, se puede concluir que la tecnología 400G desde el punto de vista del análisis TCO es más conveniente que la tecnología 100G, representando un ahorro de 3.831.585,72 Dólares americanos. 93 6.5 Evaluación Financiera bajo metodología ROI Se realizó un análisis de costos y beneficios para comparar cuál de los dos escenarios 100G o 400G genera mayores beneficios para CANTV. Para ellos se realizaron simulaciones de crecimiento de tráfico en el tiempo para medir su impacto en los costos y en los ingresos para CANTV. Esto con el objeto de validar cual alternativa de tecnología DWDM 100G o 400G es más conveniente para CANTV, basado en la metodología de retorno sobre la inversión (ROI). Para calcular el ROI de cada una de las alternativas, se procedió a determinar el ingreso o beneficio de instalar cada uno de los sistemas, que para los efectos es la venta de la capacidad demandada. Para ello se consideró el precio venta por capacidad de 10 Gbps que tiene estipulado CANTV vender por año, y los costos de OPEX y CAPEX, que serían la inversión a emplear para poder explotar el sistema. Para la determinación de los ingresos se consideró solo la venta del 50% de la capacidad instalada. Por lo que los números que aquí se mostraran son números conservadores en ventas. La tabla 30 muestra la capacidad requerida por CANTV por año (Tráfico), la capacidad instalada para la tecnología 100G y 400G y los ingresos por venta de la capacidad del 50 % de la demanda esperada por año capacidad. Los precios de venta de servicio de capacidad se obtuvieron en las entrevistas con CANTV y los mismos se pueden observar en la tabla 17. Por ejemplo para el año 1 la capacidad de tráfico requerida es 1000 Gbps, considerando un Taking rate del 50%, es decir la toma del 50 % de la capacidad de la demanda del mercado, es decir 500 Gbps. Considerando el precio por 10Gbps de 799.500,00 US/mes, se tiene que el ingreso del año 1 será: Ingreso año1 = = 1000 %¨ * 799.500,00 US$ * 12 = 479.700.000,00 US$ 94 Tabla 30 Ingresos por venta de capacidad Ingresos Trafico (Gbps) Capacidad Instalada 100G (Gbps) Capacidad Instalada 400G (Gbps) Ingreso US$ Ingreso con 50% de Taking rate Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 1.000,00 1.500,00 2.250,00 3.037,50 3.949,00 2.000,00 3.600,00 5.200,00 7.200,00 8.000,00 2.000,00 3.600,00 5.200,00 7.200,00 8.000,00 959.400.000,00 1.439.100.000,00 2.158.650.000,00 2.914.177.500,00 3.788.670.600,00 479.700.000,00 719.550.000,00 1.079.325.000,00 1.457.088.750,00 1.894.335.300,00 La inversión realizada por año para la operación y explotación del sistema DWDM es el TCO de cada año, lo que es lo mismo el CAPEX+OPEX de cada año. Con los datos de OPEX y CAPEX de cada año obtenidos de la tabla de los anexos 3 y 4, se procedió a calcular el ROI para la alternativa 100G y 400G usando la ecuación 2.24. La tabla 31, muestra los resultados del ROI obtenido. Tabla 31 Retorno sobre la inversión de las tecnologías 100G y 400G ROI Beneficios 100G (US$) Beneficios 400G (US$) Inversión 100G (TCO) (US$) Inversión 400G (TCO) (US$) ROI 100G % ROI 400G % Año 1 479.700.000,00 479.700.000,00 9.823.996,69 9.633.950,40 4782,94% 4879,27% Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 719.550.000,00 1.079.325.000,00 1.457.088.750,00 1.894.335.300,00 719.550.000,00 1.079.325.000,00 1.457.088.750,00 1.894.335.300,00 6.502.220,07 7.194.954,51 8.677.619,53 6.904.364,06 5.653.107,76 6.097.903,94 6.821.922,79 5.510.669,81 10966,22% 14901,14% 16691,34% 27336,78% 12628,40% 17599,93% 21258,92% 34275,77% Como se puede constatar en la tabla 31, el retorno sobre la inversión de las dos alternativas es significativamente alto, esto es debido a que los sistemas evaluados ofrecen una capacidad de transporte muy alta, que al venderlas a los precios actuales representaría un ingreso alto para CANTV. A diferencia de las tecnologías actuales de CANTV, cuyas capacidades son de 10Gbps y actualmente no tienen espacio para crecimiento. Si bien con la implementación de cualquiera de las dos alternativas se podrán obtener retornos sobre la inversión muy elevados, es pertinente validar cuál de las dos ofrece mejor retorno a la inversión. Según los valores de ROI de las dos alternativas de la tabla 31, se puede evidenciar que la alternativa 400G ofrecer mejores ROI que la alternativa 100G, específicamente después del año 2. 6.6 Evaluación financiera complementaria bajo la metodología VAN y TIR. Si bien con las validaciones realizadas con la metodología de TCO y ROI, queda demostrado que la alternativa 400G, ofrece ventajas financieras de menores costos y mayor retorno sobre 95 la inversión que la alternativa 100G. Se aprovechó para hacer la comparación de las dos alternativas usando el análisis complementario de valor presente neto y tasa interna de retorno VAN y TIR respectivamente. Para ello se usaron las tablas obtenidas de costos e ingresos, y se procedió a construir los flujos de caja neto de la implementación y explotación de las dos alternativas. Para ello se hizo la evaluación en un periodo de 5 años, tasa de descuento del 10%, impuesto sobre la renta de 34%, depreciación de equipos y fibra óptica 10 años. Las tablas de los anexos 9 y 10 muestran los flujos de caja neta de las alternativas de 100 G y 400 G respectivamente. Del resultado de esos análisis se obtuvo lo siguiente: La alternativa 100G tiene un VAN de: 2.628.875.408,48 US$ Y una tasa interna de retorno (TIR) de: 5.234,12 % La alternativa 400G tiene un VAN de: VPN 2.631.327.227,66 US$ Y una tasa interna de retorno (TIR) de: 5.313,58 % De los resultados antes indicados se puede validar que la alternativa 400G tiene un mejor valor de VAN que la alternativa de 100G y un TIR mayor, lo que permite exponer que la alternativa 400G ofrece mejor ventaja desde el punto de inversión que la alternativa 100G. 6.6 Consideraciones finales de las evaluaciones. Todas las evaluaciones realizadas en este estudió permitieron establecer las diferentes ventajas que representa la alternativa 400G sobre la tecnología de 100G. Desde las ventajas técnicas de menor consumo de energía, menor uso de espacio físico, mayor capacidad de crecimiento así como las ventajas financiera de menor costo total de propiedad y mayor retorno sobre la inversión y mayor valor presente neto. Sin embargo una de las validaciones de mayor significación tanto para la tecnología 400 G y 100 G, es la que pueden ser desplegadas en la fibra óptica actualmente instalada. A pesar de que la fibra óptica actual data de muchos años, la misma puede ser usada para las tecnologías de 100G y 400G, esto gracias a las grandes tolerancias a los efectos líneas de PMD y DC que poseen los equipos de la familia óptica de ALCATEL-LUCENT 1830 PSS. 96 CAPITULO VII EVALUCIÓN DEL PROCESO DE TRABAJO ESPECIAL DE GRADO Para la evaluación del Proceso de Trabajo Especial de Grado, se desarrollaron las siguientes actividades: Se analizó la correspondencia entre lo planificado y lo ejecutado. Se analizó el cumplimiento del cronograma de ejecución Se analizó el grado de logro de los objetivos. 7.1 Correspondencia entre los planificado y lo ejecutado Todas las fases del proyecto que fueron planificadas, se ejecutaron de acuerdo al plan. En la fase de validación financiera hubo un cambio al final de la ejecución de la misma. Ya que solo estaba planificado realizar la validación financiera usando las metodologías del costo total de propiedad (TCO) y retorno sobre la inversión (ROI). Sin embargo ya que al ejecutar la validación financiera, prácticamente se tenía toda la información para hacer un análisis complementario usando el método de valor presente neto. Por lo cual se agregó la validación complementaria con el VAN. Esto permitió tener un elemento adicional de validación y así fortalecer aún más las conclusiones del presente trabajo. 7.2 Análisis del cumplimiento del cronograma Todas las fases del proyecto fueron realizadas de acuerdo a la planificación, solo se presentaron reajustes de tiempo en las fases de levantamiento de información debido a que se tomó más tiempo de lo previsto para la fase de análisis de la situación actual. Hecho motivado a que las entrevistas no estructuradas con el personal de CANTV y ALCATEL-LUCENT no se pudieron realizar en el tiempo establecido por la no disponibilidad del personal de estas empresas. Esto obligó a que las otras fases del proyecto se tuvieran que reducir su tiempo de ejecución para poder culminar el trabajo en el tiempo establecido. 97 7.3 Análisis del logro de objetivos Durante la ejecución del trabajo se desarrollaron todos los objetivos planteados, se realizó el análisis de la red de fibra óptica actual en el occidente de Venezuela, se elaboró la propuesta de diseño de la red utilizando la nueva tecnología DWDM con las alternativas de 100G y 400G, se validaron las dos alternativas mediante la determinación de la factibilidad técnica del uso de la fibra óptica actual en la red de occidente de CANTV, para implantar la tecnología 100G o 400 y se realizó el análisis financiero basado en la metodología de costo total de propiedad (TCO) y retorno sobre la a inversión (ROI) sobre las soluciones propuestas. Adicionalmente se añadió un análisis complementario de valor presente neto. Con el cumplimiento de estos objetivos se logró apoyar a la empresa ALCATEL-LUCENT en la justificación ante CANTV sobre la mejor alternativa para implantar la red DWDM de occidente de CANTV. En todo el desarrollo de las evaluaciones se dieron justificaciones claras de las ventajas de la alternativa de 400G sobre la solución de 100G que podrán ser usadas por la empresa ALCATEL-LUCENT para informar a CANTV sobre la mejor alternativa para su red DWDM de occidente. 98 CAPITULO VIII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Como cierre del presente Trabajo Especial de Grado en las páginas siguientes se Exponen las conclusiones y recomendaciones. 8.1 Conclusiones En base a los resultados obtenidos y en el estudio realizado en cada una de las fases se puede concluir lo siguiente: Se consideraron los análisis existentes, sobre el futuro y crecimiento de la demanda de capacidad en las redes debido a los nuevos servicios, la penetración del internet, las nuevas aplicaciones y los nuevos terminales. Se puede concluir que con todos estos factores las redes de los operadores tendrán que evolucionar a redes de transmisión de grandes capacidades de 100G o 400G. Esta es una realidad a la que se tendrá que enfrentar la empresa CANTV en el futuro cercano, para poder satisfacer las demandas de capacidad y crecimiento que se esperan sucedan en Venezuela. Para ello la empresa ALCATEL-LUCENT podrá contar con los resultados de los análisis comparativos y validaciones presentadas en este trabajo, para que pueda, con argumentos bien sustentados, persuadir a CANTV sobre cuál de las dos alternativas 100G o 400G es la que mejor se adapta para el plan de crecimiento de CANTV. Basado en los costos provistos por CANTV y ALCATEL-LUCENT y en el análisis usando la metodología del TCO, se puede concluir que la alternativa 400G tiene un menor costo de propiedad que la alternativa de 100G en el periodo de estudio de los 5 años. De igual modo y de acuerdo a las características técnicas de las dos alternativas y basado en las evaluaciones técnicas realizadas, se concluye que la alternativa de 400G presenta más ventajas técnicas sobre la alternativa de 100G. Entre las más resaltantes están: mayor capacidad de 99 crecimiento, hasta 23 Terabit por segundo, en comparación con los 8,8 Terabits por segundo de la alternativa 100G. Además se puede citar el menor consumo de energía, con ahorros en el orden del 58%, y menos requerimiento de espacio físico, entre otros. Se constató basado en las evaluaciones realizadas desde el punto técnico y financiero la tecnología 400G es la que ofrece mejores ventajas para su despliegue y explotación. Por último se puede concluir que se cumplieron los objetivos del presente trabajo especial de grado, el cual queda a disposición de la empresa ALCATEL-LUCENT para que aproveche los análisis y validaciones aquí presentados, para que pueda usarlos en sus negociaciones con CANTV sobre la introducción de las nuevas tecnologías de transporte de alta capacidad 8.2 Recomendaciones El análisis y las validaciones realizadas en este trabajo especial de grado se fundamentaron en la red Occidente II de CANTV. Para que ALCATEL-LUCENT pueda tener una visión más completa sobre la red de occidente, se recomienda extrapolar los modelos financieros y TCO hacia la red occidente III. Se recomienda adaptar el modelo financiero a la red óptica DWDM de oriente de CANTV ya que sus premisas y conceptos de costos son los mismos, así como el tipo de fibra óptica de la red de Oriente es de los mismos tipos y modelos que la red de Occidente. Solo faltará el establecimiento del diseño con los nuevos equipos y determinar los costos de CAPEX. Sobre los mismos diseños se podrán aplicar lo desarrollado en este trabajo especial de grado. Finalmente se recomienda a la empresa ALCATEL-LUCENT presentar los resultados de este trabajo a CANTV, con las respectivas adaptaciones y de esa manera permitir que CANTV pueda conocer de primera mano las ventajas de evolucionar su red de transporte a las nuevas tecnologías de transmisión de alta capacidad. 100 REFERENCIAS ALCATEL-LUCENT. (1 de Febrero de 2014). ALCATEL-LUCENT 1830 Photonic service Switch PSS Product Information and Planning Guide. USA. ALCATEL-LUCENT. (2014). ALCATEL-LUCENT History. Recuperado el 20 de 7 de 2014, de http://www.ALCATEL-LUCENT.com/about/history Alcatel Lucent Agile optical networking. (2014). Agile Optical Networking. Recuperado el 4 de 9 de 2014, de CAsos de estudio: http://resources.ALCATEL-LUCENT.com/asset/169202 ALCATEL-LUCENT Agile optical Networking . (2013). Agile optical Networking . Recuperado el 4 de 9 de 2014, de http://resources.ALCATEL-LUCENT.com/asset/156088 ALCATEL-LUCENT Agile optical Networking. (2011). Agile optical Networking. Recuperado el 4 de 9 de 2014, de http://resources.ALCATEL-LUCENT.com/?cid=154768 ALCATEL-LUCENT Agile Optical Networking. (2012). The ALCATELLUCENT/NORDUnet Project -. Recuperado el 4 de 9 de 2014, de http://resources.ALCATELLUCENT.com/asset/168246 ALCATEL-LUCENT Operations. (2014). ALCATEL-LUCENT Operations. Recuperado el 20 de 07 de 2014, de http://www.ALCATEL-LUCENT.com/about/operations ALCATEL-LUCENT Our Values. (2014). ALCATEL-LUCENT Values. Recuperado el 20 de 7 de 2014, de http://www.ALCATEL-LUCENT.com/sustainability/our-values Bell-labs. (2009). White Paper “Coherent Transmission”. CANTV. (2012). DWDM/OTN NETWORK 2014-2016 West Network III. Transmisión, Caracas. Chomycz, B. (2009). Planning Fiber Optics Networks. New York: Mc Graw Hill. Cisco Systems. (2013). The Cisco Visual Networking Index (VNI) Forecast (2012 - 2017). CAble the Furure , 15. Cole C., L. I. (2011). Terabit Optical Ethernet IEEE Photonics Society Summer Topical,. Recuperado el 9 de 8 de 2014, de http://www.finisar.com/sites/default/files/pdf/Summer_Topical_final.pdf Harrop, M. (2007). Characterising CD and PMD for 10 and 40G. IEEE 802.3ba. (s.f.). Carrier sense multiple access with Collision detection, media access control, physical 101 paremetrs for 40 Gbps and 100Gbps parameters . Recuperado el 09 de 08 de 2014, de http://www.linkteltech.com/images/IEEE%20802.3ba-2010.pdf ITU-T G.694.1. (2002). Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid. Viena: ITU-T. ITU-T G.698.2. (2009). Amplified multichannel dense wavelength division multiplexing applications with single channel optical interfaces. Viena: ITU-T. ITU-T G.709. (2012). Interfaces for the optical transport network. Viena: ITU-T. ITU-T. (1999). G.872 Arquitectura de las redes de transporte ópticas. Viena: ITU-T. ITU-T G.sup39. (2012). Optical system design and engineering considerations. Viena: Miyamoto Y., s. A. (2012). The Challenge for the Next Generation OTN. Japan: NTT network Innovation Laboratoies. Phillips, P., & Patricia, P. (2007). Fundamentos del ROI. Barcelona: Gestion 2000. Rajiv Ramaswami, K. S. (2010). Optical Networks. meryland: Morgan Kaufmann. Traverso, M. (7 de 6 de 2010). CFP MSA Hardware Specification. Recuperado el 9 de 8 de 2014, de www.cfp-msa.org/Documents/CFP-MSA-HW-Spec-rev1-40.pdf Trowbridge, S. (28 de Mayo de 2010). Scaling the P802.3ba and G.709 Architectures. Recuperado el 9 de 08 de 2014, de https://www.itu.int/dms_pub/itu-t/oth/06/38/T06380000050005PDFE.pdf. 102 ANEXOS 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 Anexo 17 Antecedentes de Proyectos de 100G y 400G en el mundo Los antecedentes de proyectos de implantación de redes DWDM de 100G y 400G en el mundo. Algunos de ellos son redes definitivas y otras son pruebas de concepto en la red de producción del operador, a continuación se presentan un resumen de los mismos: TurkCell Superonline País: Turquía Operador: TurkCell Superonline Año: 2013 Red: DWDM 100G con GMPLS Resumen: EL operador Turkcell Superonline posee una red de fibra de aproximadamente 2.000 Km de longitud. La misma es usada para proveer servicios de ultra banda ancha con velocidades de acceso a Internet máxima por cliente residencial de 1000 Mb/s y más de 10Gbps de acceso para empresas. Solución empleada: Los equipos usados para la implementación de la red fueron el ALCATEL-LUCENT 1830 (PSS), con el modelo 1830 PSS-64 proveyendo agregación eléctrica y protección. Los transpondedores usan la tecnología SD-FEC (Soft Decision FEC) con detección coherente y usando 80 lambdas de 100 Gbps. para alcanzar la capacidad requerida. La protección de los anillos es provista por una arquitectura protegida a nivel de capa 1 con restauración GMPLS distribuida. (ALCATEL-LUCENT Agile optical networking, 2014) The Ontario Research and Innovation Optical Network (Orion) País: Canadá Operador: ORION Año: 2011 Red: DWDM 100G 118 Resumen: ORION es el más grande y con la mayor tecnología centro regional de investigación y educación avanzada en Canadá. Su red de fibra comprende más de 6.000 Km de longitud y provee la infraestructura para conectar instituciones educativas y de investigación. Debido al crecimiento del tráfico en más de 50% por año, el operador decidió migrar su red Óptica DWDM de 10Gbps a una red de 100 Gbps. Dentro de los retos analizados estaban: • 50% de crecimiento del tráfico por año catalizado por las aplicaciones de video, aplicaciones empresariales y servicios de transporte de banda ancha móvil • Meta de alcanzar una base de usuarios de 1.8 a 3 millones de usuarios en tres años • Proveer servicios de valor agregado basados en la Nube. • Necesidad de reducir constantemente el costo de energía por bits por longitud de onda. Solución empleada: Para soportar el crecimiento del tráfico en la red, el operador Orión seleccionó los equipos de la familia 1830 PSS-32, con transpondedores de 100G. Lo resaltante es que en esta implantación se usó la planta de fibra existente, la cual había sido diseñada para una red de DWDM de 10Gbps. (ALCATEL-LUCENT Agile optical Networking, 2011) France Telecom-Orange 400G País: Francia Operador: France Telecom-Orange Año: 2013 Red: DWDM 400G Resumen: el operador France Telecom-Orange y ALCATEL-LUCENT realizaron un despliegue del primer óptico del mundo que ofrece una capacidad de 400 Gbps por longitud de onda, en una red con tráfico real. Tras el éxito de las pruebas de campo, ahora está operativo un enlace óptico de 400 Gbps entre París y Lyon con una longitud de 460 Km. Con una velocidad cuatro veces superior a la actualmente disponible y utilizando 44 longitudes de onda, este nuevo enlace óptico puede transmitir un tráfico total de hasta 17,6 Terabits por segundo (Tbps). Este lo permite al operador aumentar de un modo sostenible las prestaciones 119 de su red y así poder satisfacer la creciente necesidad de mayor ancho de banda y flexibilidad que necesita el mercado de consumo y los clientes empresariales. Solución empleada: Lo equipo utilizado para la implementación de este enlace fue el 1830 PSS-32, usando los nuevos transpondedores de 400 Gbps (520SCX4). (ALCATEL-LUCENT, France Telecom, 2013) Telefónica España, prueba de transmisión de datos en red óptica a 100 Gbps., 200 Gbps. y 400 Gbps. País: España Operador: Telefónica España Año: 2013 Red: DWDM 100G, 200G y 400G Resumen: Telefónica España y ALCATEL-LUCENT desplegaron una red de prueba sobre la red operativa de Telefónica con la tecnología de red de rejilla flexible (canales de 37.5GHz y 75GHz), es su red de Cataluña en distancias de 650 Km. La tecnología de red flexible permite obtener velocidades de transmisión de 100 Gbps., 200 Gbps. and 400 Gbps. Telefónica España está probando esta nueva tecnología con el objeto de aumentar la capacidad y resiliencia de su red, basado en una reserva dinámica de recursos de red, colocando la capacidad donde se requiera y en el momento que sea necesaria. Esta prueba demostró el funcionamiento de la red óptica flexible con velocidad adaptativa de 100 Gbps/200Gbps/400 Gbps en la red operativa de Telefónica, adaptando diferentes velocidades, distancias y espectro. La prueba le permitió a Telefónica escalar su capacidad de 2,66 a 23 Terabits por segundos en un par de hilos de fibra óptica. Solución empleada: La solución utilizada para la prueba fue el 1830 PSS de la empresa ALCATEL-LUCENT, usando los nuevos transpondedores de 400G con modulación adaptativa. Para ello se mesclaron en la red operativa canales de 40Gbps existentes con los nuevos canales de 100 Gbps., 200 Gbps. y 400 Gbps usando técnicas de Multiplexación y modulación tales como PDM-QPSK y PDM-16QAM, en canales de 37.5GHz, 50GHz, 75GHz y 100GHz. Cada 120 uno de los transpondedores estaba habilitado para usar la tecnología de detección coherente y soft-decision FEC. (ALCATEL-LUCENT Telefonica, 2013). British Telecom alcanza velocidad de transmisión en fibra óptica de 1.4 Tb/s. País: Inglaterra Operador: BT (British Telecom) Año: 2014 Red: DWDM 1 Tbps. Resumen: British Telecom y ALCATEL-LUCENT alcanzan la más rápida velocidad de transmisión en fibra óptica de 1.4Tb/s con el record mundial de eficiencia espectral de 5.7b/s/Hz en la red núcleo existente de BT. Esta velocidad es el equivalente de transmitir 44 películas en alta defunción sin comprimir en un segundo. La conexión se realizó entre la ciudad de Londres y el campo de investigación y desarrollo de BT en Adastral Park en Suffolk en una longitud de fibra óptica de 410 Km. La prueba demostró la posibilidad de incrementar la capacidad de la fibra óptica existente, reduciendo o eliminan do los gastos de tendido de fibra óptica nuevo. La prueba fu conducida superponiendo “Súper canales” de 200 Gbps, con separación de canales entre 35GHz y 50GHz que combinados generan una capacidad de 1.4 Tb/s. Incluyendo el record de eficiencia espectral de 5.7b/s/Hz, el cual equivale de colocar la capacidad de 1 Tb, en menos de 200GHz de espectro. Solución empleada: La prueba fue realizada utilizando los equipos 1830 PSS como una extensión de chasis del enrutador de servicio empleando los transpondedores de 400 G, usando la técnica de multiplexaje y modulación LUCENT, BT, 2014). PDM- QPSK y PDM-16QAM. (ALCATEL-
