Rompiendo el cuello de botella del metro

En la llamada columna vertebral del sistema de telecomunicaciones, los tubos gordos que vierten datos a través de los continentes, el nombre del juego es velocidad bruta ( ver Construyendo una mejor columna vertebral , ). Pero los datos que corren a través de la red troncal de telecomunicaciones no pueden cumplir su misión hasta que se transportan a través del bucle metropolitano, una red compleja de cables e interruptores que entrega esos bits a empresas, fábricas, escuelas y hogares. Es allí donde la fuente de información se reduce a un goteo relativo, porque el circuito del metro está tan enredado como el tráfico del centro de la ciudad en las horas pico. Para que la revolución de la banda ancha sea una realidad, se debe romper el cuello de botella metropolitano.



Pero eso es una tarea difícil. Las mejoras en el circuito del metro han tardado mucho más en llegar que los avances en la red troncal. Las razones van desde las restricciones de costos más estrictas a la burocracia urbana hasta la presencia de una infraestructura de telecomunicaciones de retazos que se remonta a los años setenta y ochenta. Pero la I + D dirigida específicamente al circuito del metro está empujando lentamente una variedad de soluciones fuera del laboratorio y bajo las calles. Y si realmente queremos banda ancha, será mejor que funcionen esos arreglos.

Construyendo una mejor columna vertebral

Esta historia fue parte de nuestro número de junio de 2001





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Unión debil

Para comprender la escala del cuello de botella, considere el lugar de la red de metro en la ecología de las telecomunicaciones. En la red troncal, las velocidades de transmisión se miden en billones de bits por segundo. En el extremo del usuario, las redes de alta velocidad funcionan a miles de millones de bits por segundo (gigabits). Pero los sistemas de metro que conectan estas dos redes de alta velocidad avanzan a millones de bits por segundo (megabits). Ese es el cuello de botella, lamenta Steve Schilling, presidente de redes de acceso de Nortel Networks. Y esta constricción del bucle metropolitano no es solo un problema para las empresas que gestionan las redes. La gente común lo experimenta como señales de ocupado de la línea troncal y navegadores web paralizados.

Si está buscando un culpable aquí, no critique a las compañías telefónicas que administran el circuito del metro. Planearon con prudencia (al menos, eso pensaban) el crecimiento constante de las comunicaciones de voz, que en ese momento era su pan y mantequilla. Entonces ellos, junto con todos los demás, fueron sorprendidos por la explosión de la Red. Hace dos o tres años, comenzamos a encontrarnos con problemas de capacidad en las áreas urbanas, dice Stuart Elby, quien dirige el desarrollo de redes conectadas a Internet en Verizon, la compañía telefónica que opera en Nueva York y Nueva Inglaterra. Velocidades de 2.5 gigabits por segundo, suficientes para manejar el tráfico pesado generado por la red, son comunes solo en los corazones de las grandes ciudades como Nueva York o Boston, donde Verizon ejecuta cable de fibra óptica con 48 hilos. Las velocidades de bucle metropolitano más típicas oscilan entre 1,5 y 600 megabits por segundo.



Y no hay tregua a la vista para las atribuladas operaciones del metro. Cada vez surgen más aplicaciones a medida que se dispone de más ancho de banda, afirma Claude Romans, analista de la firma de investigación de mercado RHK del sur de San Francisco. Si la televisión digital llegara a despegar, por ejemplo, podría engullir grandes cantidades de ancho de banda; se necesitan 1,5 gigabits por segundo para transmitir un solo canal de video de alta definición con calidad de estudio (aunque los consumidores solo verán una versión comprimida de 20 megabits por segundo). Ese tipo de avalancha de datos pondrá de rodillas al circuito metropolitano sin actualizaciones tecnológicas significativas.

La desaceleración actual y futura de la transmisión afecta a los dos componentes principales de la estructura radial del bucle metropolitano. La parte de acceso de la red, los radios, envía señales a barrios residenciales y edificios de oficinas individuales. Estas líneas de acceso se conectan al anillo de recolección, que transporta señales alrededor de un área metropolitana, uniendo los centros de servicio de las compañías telefónicas y otros centros de tráfico importantes, como los proveedores de servicios de Internet y las grandes universidades.

Los avances tecnológicos están ayudando a desenredar tanto el anillo de recolección como las líneas de acceso. La fibra óptica, que ya domina el anillo de recolección, está reemplazando cada vez más el cobre residual en las líneas de acceso también en efecto, pavimentando caminos de tierra con asfalto liso y moderno. Y las nuevas tecnologías de transmisión óptica están introduciendo más datos en las redes que ya están instaladas.

¿Por qué los memes se llaman memes?

Empaquetado de bits y longitudes de onda



El levantamiento más pesado en un sistema de metro generalmente se realiza mediante el anillo de recolección, que recorre toda la región y brinda acceso local a medida que avanza. Para superar el cuello de botella del ancho de banda aquí, los ingenieros tienen dos opciones básicas: pueden aumentar la tasa de bits en un solo haz de luz que viaja a través de una fibra, o pueden multiplicar la capacidad utilizando varias longitudes de onda como portadores de información. En la segunda alternativa, conocida como multiplexación por división de longitud de onda, cada fibra transporta múltiples haces de luz de diferentes colores, con una señal digital diferente codificada en cada haz. Cuantas más longitudes de onda pueda incluir, más información moverá. (Estos colores son en realidad diferentes tonos de infrarrojos y son invisibles a la vista).

Las empresas que gestionan el circuito del metro están probando ambos enfoques. Varios problemas técnicos dificultan el aumento de la tasa de bits. Pero para alentar los desarrollos recientes, dos líderes en redes ópticas, Ciena y Nortel Networks, han demostrado una transmisión de longitud de onda única de 40 gigabits por segundo en longitudes de fibra típicas de una red metropolitana. Eso es un gran salto con respecto a los 2,5 gigabits por segundo a los que operan las redes de metro más rápidas de la actualidad. Sin embargo, sacar esta hazaña de investigación del laboratorio y bajo las calles requerirá avances en la electrónica que manipula las señales, ya que los chips estándar aún no funcionan tan rápido.

Excavando en

Un recorrido por el anillo de recogida del metro muestra que está lleno de fibra; el cobre casi ha sido desterrado. Pero en las líneas de acceso al margen de la red, los enlaces que conectan el anillo con los hogares y las empresas, la fibra aún coexiste con su contraparte anticuada. La fibra se está introduciendo cada día más en la red de acceso, pero aún queda un largo camino por recorrer, dice Brian McFadden, presidente de redes fotónicas de Nortel Networks.

Eso es comprensible. Aunque la fibra es más barata de operar y más estable que el cobre, las empresas establecidas no pueden permitirse arrancar todos los cables instalados a la vez. La cantidad de infraestructura es enorme; incluso cambiar un pequeño porcentaje al año es una inversión tremenda, dice Elby de Verizon. Es por eso que un consorcio de fabricantes de equipos de telecomunicaciones y proveedores de servicios está impulsando el desarrollo de vías evolutivas para acercar la fibra a los hogares y oficinas que utilizan la red.

La tecnología clave en esta evolución, llamada red óptica pasiva, extiende el alcance de la fibra óptica más allá de los límites. Para que esta técnica funcione, al menos algún servicio de fibra ya debe estar implementado; pero la óptica pasiva lleva la fibra a partes de la red que ahora solo reciben cobre.

Así es como funciona la óptica pasiva. Un transmisor en una instalación central genera una señal óptica a una de las dos velocidades de datos estándar del sistema telefónico: 155 o 622 megabits por segundo. Esta señal es un compuesto, que incluye información para hasta 32 usuarios. Un acoplador óptico pasivo, que no requiere energía eléctrica, divide esta señal entre fibras que se enlazan directamente con los usuarios finales o con otros puntos de ramificación. El equipo al final de cada una de esas fibras clasifica las señales, transmitiendo solo las destinadas al usuario local. El transmisor central puede reasignar el ancho de banda entre los clientes casi instantáneamente.

Para una compañía telefónica, las redes ópticas pasivas ofrecen una forma atractiva de ampliar el alcance de la fibra óptica con un mínimo de complicaciones. El diseño pasivo mantiene bajos los costos de hardware, operación e instalación. Además, el equipo sensible necesario para transmitir, recibir y desviar señales ópticas se mantiene seguro dentro de los edificios en los extremos del sistema. Y dado que la red óptica pasiva no requiere energía eléctrica entre sus puntos finales, generalmente necesita menos mantenimiento que las redes basadas en componentes activos.

Una tecnología de caballo oscuro que se ha unido recientemente a la red de metro, llamada Gigabit Ethernet, aumenta aún más la velocidad. Estos sistemas utilizan fibras para transmitir información en el formato Ethernet comúnmente utilizado para las redes de computadoras de oficina. Sus velocidades de datos de un gigabit por segundo dejan en el polvo a otras tecnologías de línea de acceso. Un gigabit equivale a 1.000 megabits; La transmisión de gigabit por segundo, por ejemplo, eliminaría todo el contenido de un CD en menos de un segundo.

En un Gigabit Ethernet, una única tubería de fibra va a un punto de conmutación central. Este agregador de Ethernet, como se le llama, distribuye señales hasta 200 fibras. Cada fibra de salida, como la fibra de entrada, puede transportar hasta un gigabit por segundo para ráfagas cortas, pero la velocidad de salida total no puede exceder la entrada. Una caja de agregación del tamaño de una cabina telefónica puede servir a más de 200 hogares en un radio de hasta 10 kilómetros. Eso está mucho más allá del alcance de las líneas de suscriptores digitales o DSL, el servicio de la compañía telefónica que proporciona conexiones de banda ancha a través de cable de cobre.

Gigabit Ethernet puede funcionar como un extremo barato para las compañías telefónicas para la entrega de acceso de banda ancha. Es por eso que un consorcio de empresas y universidades sin fines de lucro con sede en Ottawa, Ontario, llamado Canarie, está promoviendo la tecnología para conexiones de banda ancha en escuelas con problemas de liquidez. En los Estados Unidos, la startup World Wide Packets, con sede en Veradale, WA, ha desarrollado su propia versión de la tecnología para las telecomunicaciones rurales. Está probando en campo un sistema en Ephrata, WA, para el Distrito de Servicios Públicos del Condado de Grant.

Dieta alta en fibra

El simple hecho de tejer más fibra en la red de metro no resolverá todos los problemas que surgen en las áreas urbanas. Los sistemas actuales se basan en una combinación a veces incómoda de tecnología óptica y electrónica. Diminutos láseres lanzan rayos de luz portadores de datos hacia las fibras ópticas. En el otro extremo, la luz incide en un fotosensor, que convierte los destellos de encendido y apagado en una señal eléctrica que conmuta directamente a su destino correcto. Esta conmutación electrónica funciona bien a las modestas velocidades de 2,5 gigabits por segundo que ahora son de uso común en el metro.

Pero comience a aumentar la velocidad de datos, y los circuitos electrónicos tienen dificultades para mantenerse al día con el potencial de las redes ópticas. La solución: interruptores totalmente ópticos que redirigen las señales de luz sin convertirlas en electrones. Cuanto mayor sea la tasa de bits, mayor será la ventaja totalmente óptica. De hecho, cuando llega a 40 gigabits por segundo, no hay alternativa a la conmutación totalmente óptica, dice Lawrence Gasman, presidente de Investigadores de la Industria de las Comunicaciones.

Sin embargo, llegar a un sistema de metro totalmente óptico no será sencillo porque requerirá la construcción de nuevas redes. Para las compañías telefónicas establecidas, es posible que la carga no sea abrumadora, ya que la mayoría de los cables urbanos subterráneos existentes se pasan a través de conductos enterrados, y las compañías telefónicas a menudo pueden extraer cables viejos y colocar otros nuevos, como lo hicieron al reemplazar cables de cobre por fibra en el mercado. Década de 1980. Las nuevas empresas, por otro lado, tienen que construir nuevas redes completas. Una de esas empresas, Metromedia Fiber Network, planea expandirse más allá de su base en la ciudad de Nueva York e instalar casi seis millones de kilómetros de fibra en 67 ciudades de América del Norte y Europa para 2004.

Pero ya sea que estén instalando redes completamente nuevas o tratando de modificar los sistemas existentes para mejorar su rendimiento, los constructores y operadores de los circuitos de metro que unen a las poblaciones más concentradas de hogares están realizando una tarea crucial. La red troncal y las redes corporativas que flanquean el circuito del metro se vuelven más rápidas cada año. Si no se rompe el cuello de botella del metro, la banda ancha seguirá siendo poco más que una idea inteligente que alguna vez tuvieron algunos técnicos.

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