El sorprendente crecimiento del tráfico de datos como resultado de los dispositivos “siempre conectados” a Internet, la computación en la nube y el aumento en el contenido de videos se ha documentado correctamente. Las demandas de energía de las granjas de servidores y los centros de datos reflejan este crecimiento. El sector de Tecnología de las comunicaciones y la información (ICT) está trabajando para solucionar estos problemas de consumo de energía.

En muchas aplicaciones, la fibra óptica se ha convertido en el medio preferido para ofrecer mayor velocidad, redes de datos con mayor banda ancha en empresas y metros y para servicios de transporte. Es posible que no esté tan difundido que las redes ópticas también pueden contribuir a reducir los requisitos de energía. Las redes ópticas pasivas (PON) son cada vez más conocida en el sector de ICT y se prevé un gran crecimiento. PON ofrece un coste rentable de ancho de banda y velocidad alta, así como también ayuda a disminuir significativamente el consumo de energía.

La demanda por velocidad
Debido a las mejoras importantes en velocidades de datos de red, ancho de banda y capacidad general, la demanda continúa aumentando en aplicaciones de telecomunicaciones y datacom. La tecnología de fibra óptica ha comprobado ser útil incluso en velocidades de 1 Gbps y ha crecido en uso para sistemas de 10 Gbps actualmente implementados en centros de datos a nivel de empresa. Se ha establecido como la norma para la actualización actual de 40 Gbps mientras se espera que los sistemas de 100 Gbps comiencen a aumentar. La fibra óptica se ha tornado práctica para velocidades más altas en distancias más cortas de hasta 100 m. Cada vez hay mayor demanda para aplicaciones, entre ellas servidores, routers e interruptores en centros de datos, por ejemplo. La fibra no solo disminuye el tamaño y el peso de los cables, sino que es más cara, disminuye la EMI y, por sobretodo, puede disminuir el consumo general de energía.

Menor coste, menor consumo de energía
Un PON es una manera rentable de ofrecer una conectividad de la fibra al hogar de alto rendimiento al utilizar fibras ópticas compartidas obviando la necesidad de varias conexiones de punto a punto. Un PON utiliza divisores ópticos sin alimentación, asequibles y pequeños en vez de repetidores ópticos de alto consumo, caros y grandes utilizados en redes ópticas tradicionales. Un divisor PON conecta, por lo general, hasta 32 hogares (o más) o instalaciones en la misma red. Consta de un terminal de línea óptica (OLT) en la oficina central del proveedor de servicios y una cantidad de unidades de red óptica (ONU) conectadas más cercas de los usuarios finales (Figura 1).

Las señales descendentes se transmiten a todas las instalaciones que comparten una fibra sola. La encriptación ofrece seguridad y evita la interceptación. Las señales ascendentes están combinadas mediante un protocolo de acceso múltiple, como TDMA (Acceso múltiple de división de tiempo). Algunas empresas utilizan WDM-PON (PON multiplexado por división de onda) para separar ONU en varios PON virtuales que coexisten en la misma infraestructura física. De manera alternativa, la multiplexación estática puede ofrecer un uso eficiente de la longitud de onda para disminuir los retardos al nivel de ONU.

La tecnología de vanguardia en este sector es el GPON (PON de gigabit), que los operadores de telecomunicaciones en redes telefónicas rurales y de metros han implementado ampliamente en EE. UU. y Europa, por lo que se ha llevado la fibra a los hogares e instalaciones comerciales. Las versiones 10GPON (10 Gbps descendentes y 2.5 Gbps ascendentes) se encuentran en curso y se están instalando en algunas aplicaciones avanzadas. GEPON es la versión de GPON que cumple con Ethernet y admite velocidades de 1 y 10 Gbps y más.

Además de la implementación en redes de telecomunicaciones, los sistemas de cable pasivos también se están adoptando en centros de datos en firmas como Google™ y Amazon™, para conexiones de corto alcance de máquina a máquina de hasta 15 metros para reducir el consumo de energía, el calor y los costes.

Sandia National Laboratory en Albuquerque, Nuevo México, un usuario pionero de PON, ha reemplazado 600 interruptores de datos administrados individualmente con 14 elementos LAN ópticos, por lo que se ha convertido en la LAN de fibra óptica más grande del mundo. La instalación ha reducido el uso de energía de la red en un 65 %, ahorrando $20 millones en cinco años en facturas de energía y otros costes. Ofrece más capacidad y el alcance más grande de la fibra le ha permitido conectar instalaciones remotas en el lugar a redes de comunicaciones de alta velocidad por primera vez. También es más segura y confiable, ha permitido ahorrar más espacio y ha disminuido el esfuerzo y el coste de mantenimiento.

Transceptores ópticos
Un componente clave en cualquier sistema de redes óptica es el transceptor óptico, permitiendo así las conversiones de datos electro-ópticos. Según la base de datos de previsión de mercado de LightCounting para el periodo 2013 a 2017 REF1, los ingresos continuarán aumentando año tras año y ascenderán hasta $5 mil millones en 2017 (desde $3 mil millones en 2012). Los transceptores para DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa) y las aplicaciones Ethernet son los impulsores de crecimiento, principalmente debido a la rápida implementación de puertos de 40 Gbps y 100 Gbps, dice la empresa. No obstante, los sistemas de 10 Gbps dominan el sector de Ethernet y lo continuarán haciendo hasta el año 2017 cuando los dispositivos de 100 Gbps tomen la delantera. Los clientes buscan factores de forma más pequeños y menor consumo de energía, ha destacado la empresa.

Uno de los principales referentes de este sector es Avago Technologies al ofrecer soluciones de fibra óptica innovadoras para sistemas 10, 16, 40 y 100 Gbps y más. El transceptor óptico HFBR-5911LZ es una unidad típica en este rango de corriente. Está diseñado para el uso en enlaces de fibra óptica multimodo y de corto alcance (hasta 500 m) a 1.0625 o 1.25 Gbps, ideales para equipos de red de Gbit Ethernet o canal de fibra.

El dispositivo cumple con el estándar industrial de factor de forma pequeño (SFF) y requiere una fuente de alimentación de 3.3 V. La interfaz eléctrica se encuentra en un formato de 2 x 5 mientras que la interfaz óptica utiliza el conector LC-Duplex. Las aplicaciones típicas incluyen interconexiones backplane conmutadas y de alta velocidad, E/S del sistema de almacenamiento masivo e interfaces periféricas de alta velocidad.

Para redes de empresa y metro que ejecutan Ethernet de 10 Gbit, Avago ofrece el rango de AFBR de transceptores ópticos. AFBR-703SDDZ, por ejemplo, es una carcasa SFP+ (factor de forma pequeño y conectable) con un conector LC-Duplex, tal como se utiliza en la mayoría de los centros de datos modernos. Utiliza la tecnología de detector PIN y VCSEL de 850 nm de la empresa. Con una velocidad de datos de 10.312 Gbd, la disipación de potencia típica es de 600 mW. La unidad incluye especificaciones de interfaz óptica que cumple con los estándares 10GBASE-SR.

Al especializarse en módulos ópticos conectables, Finisar ofrece una amplia selección de dispositivos innovadores permitiendo a las empresas de datacom y telecomunicaciones ampliar sus operaciones en una base modular. El rango incluye transmisores, transpondedores y transceptores para abarcar un amplio rango de estándares, factores de forma y aplicaciones. Los módulos pueden operar en varias distancias desde corto alcance para el uso en centros de datos, a medio alcance para aplicaciones de campus y metro y largo alcance para portadores.

Muchos de los módulos incorporan un microprocesador y una interfaz de diagnóstico para monitoreo de rendimiento confiable. La característica permite a los usuarios controlar de manera remota y en tiempo real la alimentación óptica transmitida y recibida, la corriente de polarización láser, el voltaje de entrada del transceptor y la temperatura del transceptor de cualquier dispositivo óptico en la red.
Un módulo de transceptor óptico típico de Finisar es FTLX1412D3BCL, un dispositivo de factor de forma pequeño (XFP), que cumple con los estándares 10GBASE-LR/LW con Ethernet de 10 Gbit. Admite una velocidad de bits de 9.95 a 10.5 Gbps y una longitud máxima de enlace de 10 km. La disipación de potencia es inferior a los 2 W y utiliza un láser de 1310 nm sin enfriar. Requiere solamente una fuente de alimentación de 3.3 V e incorpora un conector LC-Duplex. Las funciones de diagnóstico digital está disponible a través de una interfaz serial de 2 cables.

FTLX8571D3BCL sirve para aplicaciones SFP+ de 10 Gbps y cumple con los estándares 10GBASE-SR/SW. Admite un rango de bits de 9.95 a 10.5 Gbps, opera con una fuente única de 3.3 V con disipación de potencia inferior a 1 W. Utiliza un láser VCSEL de 850 nm sin enfriar y tiene una longitud de enlace máxima de 300 m. El dispositivo incluye un conector LC-Duplex y también ofrece funciones de diagnóstico integrados.

Otra opción interesante para los desarrolladores es la placa de evaluación de Finisar FDB-1027. Con un conector de borde SFP+ único y una caja, y cuatro conectores coaxiales SMA de 50 Ohmios para alojar las señales de salida del receptor y entrada del transmisor diferencial de alta velocidad, la placa es ideal para evaluar los transceptores SFP/SFP+ con longitud de onda larga y corta a velocidades de datos de 125 Mbps a 10.3 Gbps.

Resumen
La tecnología de fibra óptica permitirá cubrir la demanda de redes de datos con mayor ancho de banda y mayor velocidad. La presión está creciendo para disminuir el consumo desenfrenado de energía del sector ICT. Las redes ópticas pasivas se encuentran un paso adelante para cumplir con estas metas dobles. Los transceptores ópticos son un componente fundamental en las redes ópticas actuales y la presión está puesta en los fabricantes de componentes para que desarrollen dispositivos que cumplan con los desafíos técnicos de velocidades de datos alta y un funcionamiento con bajo consumo de energía dentro de factores de forma estándares.

Autor:

Por Rich Miron, equipo de contenido técnico de Digi-Key

Referencias

1. Previsión del mercado de LightCounting: http://www.lightwaveonline.com/articles/2012/12/lightcounting-2012-reasonably-good-for-optical-transceiver-vendors.html