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<article-title xml:lang="es"><![CDATA[Evolución de las redes de datos: Hacia una plataforma de comunicaciones completamente óptica]]></article-title>
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<abstract abstract-type="short" xml:lang="en"><p><![CDATA[An introduction to optical networks in which the evolution undergone by such networks is presented in order to manage the future demand on the transport of IP traffic is described. This evolution has been boosted by the deployment of all optical devices featuring all optical processing capabilities. Similarly, an all optical packet router is presented based on the label swapping paradigm with the ability to route and forward IP packets at 10 Gb/s. The proposed router is able to process variable length packets and its performance is experimentally verified.]]></p></abstract>
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</front><body><![CDATA[ <p align="center"><font face="Verdana" size="4"><b>Evoluci&oacute;n de las redes de datos: Hacia una plataforma de comunicaciones completamente &oacute;ptica</b></font></p>     <p align="center">&nbsp;</p>     <p align="center"><font face="Verdana" size="4"><b>Data networking evolution: Toward an alloptical communications platform</b></font></p>     <p align="center">&nbsp;</p> <font face="Verdana" size="2"></font>     <p><font face="Verdana" size="2"><i>Gustavo Puerto Leguizam&oacute;n* ; Beatriz Ortega, Jos&eacute; Capmany; Karen Cardona Urrego; Carlos Su&aacute;rez Fajardo </i></font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia, Universidad Polit&eacute;cnica Valencia. Edificio 8G, Camino de Vera, s/n, 46022 Valencia, España </font> </p>   <hr noshade size="1">     <p></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><font face="Verdana" size="3"><b>Resumen  </b></font></font></p>     <p><font face="Verdana" size="2">Este art&iacute;culo presenta una introducci&oacute;n a las redes de comunicaciones &oacute;pticas, para lo cual se describe la evoluci&oacute;n que est&aacute;n experimentando dichas redes a fin de soportar las futuras demandas en el transporte de tr&aacute;fico IP. Esta evoluci&oacute;n se debe en gran parte al desarrollo de dispositivos que permiten el procesamiento de señales en el domino &oacute;ptico. De la misma forma se presenta un modelo de <i>router</i> de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos basado en el paradigma de intercambio de etiqueta con capacidad de conmutaci&oacute;n de paquetes IP a 10 Gb/s. Por otra parte, se ha incorporado en el <i>router</i> la capacidad de procesar paquetes de tamaño variable y se comprueba experimentalmente sus prestaciones. </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Palabras Clave:</b>  Redes &oacute;pticas, conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos, IP sobre WDM</font></p> <font face="Verdana" size="2">    ]]></body>
<body><![CDATA[<br> </font><hr noshade size="1">     <p></p>      <p><font face="Verdana" size="2"><font face="Verdana" size="3"><b>Abstract  </b></font></font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"> An introduction to optical networks in which the evolution undergone by such networks is presented in order to manage the future demand on the transport of IP traffic is described. This evolution has been boosted by the deployment of all optical devices featuring all optical processing capabilities. Similarly, an all optical packet router is presented based on the label swapping paradigm with the ability to route and forward IP packets at 10 Gb/s. The proposed router is able to process variable length packets and its performance is experimentally verified. </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Keywords:</b> Optical networks, optical packet switching, IP over WDM.   </font> </p> <font face="Verdana" size="2">    <br></font> <hr noshade size="1">     <p></p>      <p><font face="Verdana" size="2"><font face="Verdana" size="3"><b>Introducci&oacute;n </b></font></font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">En la &uacute;ltima d&eacute;cada, el campo de las redes de comunicaciones ha experimentado un crecimiento exponencial en el tr&aacute;fico de datos debido a la popularidad de <i>Internet</i>, a tal punto que en t&eacute;rminos de volumen, el tr&aacute;fico de datos ya ha superado con creces al tr&aacute;fico de voz hoy en d&iacute;a. En el contexto de las redes de telecomunicaci&oacute;n, esto conlleva un cambio previsible en el paradigma tecnol&oacute;gico que dar&aacute; soporte a las futuras redes &oacute;pticas, evolucionando desde el actual, basado en conmutaci&oacute;n de circuitos o canales &oacute;pticos hacia uno nuevo y m&aacute;s pr&oacute;ximo al existente actualmente en el dominio el&eacute;ctrico, el cual estar&aacute; basado en la conmutaci&oacute;n de paquetes IP <i>(Internet Protocol)</i> directamente en el dominio &oacute;ptico. Adem&aacute;s de la propia conmutaci&oacute;n de los paquetes, la nueva plataforma basada en una &uacute;nica estructura de integraci&oacute;n entre datos y voz debe ser capaz de proporcionar servicios de enrutamiento y gesti&oacute;n, sin necesidad de que la informaci&oacute;n se convierta en cada <i>router</i> a formato el&eacute;ctrico. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">En este contexto, el protocolo IP se est&aacute; consolidando d&iacute;a a d&iacute;a en el papel de capa de integraci&oacute;n para servicios m&uacute;ltiples ya que es transparente a diferentes tecnolog&iacute;as de capa de enlace y capa f&iacute;sica ofreciendo una gran convergencia de servicios. Adem&aacute;s, soporta una gran cantidad de aplicaciones emergentes tales como video por demanda, televisi&oacute;n interactiva y en general cualquier aplicaci&oacute;n con transmisi&oacute;n de im&aacute;genes de alta resoluci&oacute;n en tiempo real. Como resultado, estas aplicaciones multimedia y la cada vez m&aacute;s consolidada popularidad de abonados ADSL <i>(Asymetric Digital Subscriber Live)</i> y de cable m&oacute;dem est&aacute;n causando un gran aumento de la demanda de ancho de banda no solamente en las redes de &aacute;rea extendida sino tambi&eacute;n en las redes de entorno metropolitano, poniendo a prueba los l&iacute;mites de la actual red de telecomunicaciones.</font> </p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p><font face="Verdana" size="2">Esta explosi&oacute;n esta conduciendo a una gran cantidad de nuevas oportunidades de desarrollo en las actuales redes de comunicaciones, ya que el usuario final demanda aplicaciones mejores y m&aacute;s r&aacute;pidas, por lo tanto, hay una necesidad inmediata de desarrollo de nuevas redes de alta capacidad que sean capaces de resistir estos requerimientos de ancho de banda para soportar los vol&uacute;menes crecientes del transporte de tr&aacute;fico de Internet ya que previsiblemente el cuello de botella de los futuros sistemas de telecomunicaci&oacute;n por fibra &oacute;ptica no estar&aacute; en la transmisi&oacute;n propiamente dicha, sino en el enrutamiento de las señales &oacute;pticas a trav&eacute;s de los distintos nodos de la red.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Redes &oacute;pticas</b> </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2">Las tecnolog&iacute;as de transmisi&oacute;n por fibra &oacute;ptica han evolucionado en la &uacute;ltima d&eacute;cada debido a la creciente demanda de servicios de alta velocidad y gran ancho de banda. Este hecho est&aacute; provocando cambios sustanciales en las arquitecturas de las redes &oacute;pticas principalmente por las grandes prestaciones alcanzadas por las soluciones WDM <i>(Wavelength Division Multiplexing)</i> que han permitido un aumento espectacular en la capacidad de las redes &oacute;pticas de transporte. En particular, este desarrollo ha conducido a la definici&oacute;n de tres niveles en la escala evolutiva de las redes &oacute;pticas, en concreto, redes de primera, segunda y tercera generaci&oacute;n.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Redes &oacute;pticas de primera generaci&oacute;n</b> </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2">La primera generaci&oacute;n de redes &oacute;pticas se basa en enlaces WDM punto a punto en los cuales todo el tr&aacute;fico proveniente de un enlace se extrae en cada nodo y se convierte del dominio &oacute;ptico al dominio el&eacute;ctrico con el fin de procesar la informaci&oacute;n de enrutamiento, a su vez, todo el tr&aacute;fico de salida del nodo tiene que ser convertido nuevamente a formato &oacute;ptico antes de ser enviado a trav&eacute;s del correspondiente puerto de salida. El proceso de extraer y agregar la totalidad del tr&aacute;fico en cada nodo de la red conlleva a la utilizaci&oacute;n de una cantidad significativa de costos de operaci&oacute;n en t&eacute;rminos de la complejidad de la estructura de conmutaci&oacute;n y costes en la transmisi&oacute;n de los datos, particularmente si la mayor parte del tr&aacute;fico en la red es de paso o <i>bypass.</i> En resumen, las redes &oacute;pticas de primera generaci&oacute;n se caracterizan por utilizar la fibra &oacute;ptica &uacute;nicamente como medio de transmisi&oacute;n de alta capacidad. Como resultado, todo el procesado, enrutamiento y conmutaci&oacute;n se realiza en el dominio el&eacute;ctrico. Por este motivo y a fin de minimizar los costes de operaci&oacute;n en la red se introducen dispositivos de adici&oacute;nextracci&oacute;n, los cuales permiten la extracci&oacute;n del tr&aacute;fico correspondiente a cada nodo dejando pasar el resto del tr&aacute;fico de la red, evitando el procesamiento innecesario de todo el tr&aacute;fico en todos los nodos de la red. Este concepto conduce a la definici&oacute;n de las redes &oacute;pticas de segunda generaci&oacute;n llamadas tambi&eacute;n redes de enrutamiento por longitud de onda o redes de conmutaci&oacute;n de circuitos &oacute;pticos. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Redes &oacute;pticas de segunda generaci&oacute;n</b> </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2">En redes &oacute;pticas de segunda generaci&oacute;n se pretende realizar funciones adicionales en el dominio &oacute;ptico adem&aacute;s de la simple transmisi&oacute;n punto a punto [1]. En particular, se realizan tareas de enrutamiento, conmutaci&oacute;n, adem&aacute;s de ciertas funciones relacionadas con el control, gesti&oacute;n y protecci&oacute;n de la red proveyendo al sistema de un considerable ahorro en equipos y procesado electr&oacute;nico en los nodos. Por tanto, se introduce el concepto de capa &oacute;ptica, cuyas prestaciones permiten realizar en el dominio &oacute;ptico las funciones anteriormente descritas. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">En este tipo de redes, los usuarios finales o capas cliente, tales como SDH, ATM o IP se comunican a trav&eacute;s de canales WDM denominados caminos &oacute;pticos, los cuales posen conexiones &oacute;pticas extremo a extremo donde la transmisi&oacute;n entre los nodos intermedios se realiza empleando una longitud de onda. En ausencia de conversores de longitud de onda, un camino &oacute;ptico puede usar la misma longitud de onda en todos los enlaces de fibra que lo conforman o por el contrario tener una longitud de onda distinta para cada enlace, permitiendo tener varios caminos &oacute;pticos en un mismo enlace f&iacute;sico siempre que no compartan la misma longitud de onda.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">Las redes &oacute;pticas de segunda generaci&oacute;n est&aacute;n basadas en multiplexores de adici&oacute;nextracci&oacute;n de longitud de onda completamente &oacute;pticos (OADM), terminales &oacute;pticos de l&iacute;nea (OLT) y matrices de conmutaci&oacute;n &oacute;ptica (OXC) [2]. Un OADM solamente puede terminar ciertos canales seleccionados de la fibra de entrada y permite el paso de otras longitudes de onda sin necesidad de ning&uacute;n procesamiento. En general, la cantidad de tr&aacute;fico de paso en la red es significativamente mayor que la cantidad de tr&aacute;fico que necesita ser extra&iacute;da en un nodo espec&iacute;fico. Por lo tanto, el hecho de usar un OADM y extraer exclusivamente las longitudes de onda cuyo destino final es el nodo actual y permitir el paso del resto de longitudes de onda, reduce significativamente lo costos de operaci&oacute;n de la red. Los OADM permiten la realizaci&oacute;n de conmutaci&oacute;n de circuitos o conmutaci&oacute;n de conexiones punto a punto en el dominio &oacute;ptico, pero su mayor utilizaci&oacute;n y eficacia se encuentra en la formaci&oacute;n de arquitecturas de anillos WDM &oacute;pticos para redes de &aacute;rea metropolitana. Los OLT se encargan de finalizar una conexi&oacute;n punto a punto para multiplexar o demultiplexar las longitudes de onda que conforman los caminos &oacute;pticos, de igual forma, los OLT se encargan de la adaptaci&oacute;n de las señales de la capa cliente a la capa &oacute;ptica y viceversa. Finalmente, los OXC pueden conmutar una longitud de onda desde cualquiera de sus puertos de entrada a cualquiera de sus puertos de salida. La conmutaci&oacute;n puede incluir o no conversi&oacute;n de longitud de onda. En <a href="#figura1">la figura 1</a> se muestra un esquema sencillo de una red de segunda generaci&oacute;n, donde se muestran sus elementos hardware principales y donde as&iacute; mismo se muestran diferentes caminos &oacute;pticos establecidos entre usuarios o clientes finales.</font> </p>      <p align="center"><font face="Verdana" size="2"><img src="/img/revistas/rfiua/n45/n45a13i01.gif"><a name="figura1"></a></font></p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p><font face="Verdana" size="2"><b>Figura 1</b> </font><font face="Verdana" size="2">Red &oacute;ptica de segunda generaci&oacute;n</font>    </p> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">En redes &oacute;pticas de segunda generaci&oacute;n o redes de enrutamiento por longitud de onda, dado un conjunto de conexiones, el problema de establecer un camino &oacute;ptico se denomina problema de enrutamiento y asignaci&oacute;n de longitud de onda (RWA) [3]. T&iacute;picamente, las peticiones de conexi&oacute;n pueden ser de tipo est&aacute;tica y din&aacute;mica. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">En el problema del establecimiento de caminos &oacute;pticos est&aacute;ticos (SLE) el conjunto total de conexiones se conoce por adelantado, la soluci&oacute;n al problema por lo tanto consiste en establecer caminos &oacute;pticos para esas conexiones, minimizando los recursos de red tales como el n&uacute;mero de longitudes de onda o el n&uacute;mero de fibras en la red. En el caso del establecimiento de caminos &oacute;pticos din&aacute;mico, cada conexi&oacute;n se establece con cada petici&oacute;n generada, posteriormente el camino &oacute;ptico se libera despu&eacute;s de una cantidad finita de tiempo. El objetivo del caso din&aacute;mico consiste en establecer caminos &oacute;pticos y asignar a cada uno una longitud de onda de manera que se minimice la cantidad de conexiones bloqueantes mientras se maximiza el n&uacute;mero de conexiones que se puedan establecer en la red. Las conexiones en las redes de enrutamiento por longitud de onda se caracterizan por ser de tipo est&aacute;tico, generando una utilizaci&oacute;n relativamente pobre de la red debido a su infrecuente reconfiguraci&oacute;n y uso dedicado de longitudes de onda, por lo tanto puede no ser capaz de acomodar la naturaleza altamente variable de tr&aacute;fico a r&aacute;fagas de <i>Internet</i> de una manera eficiente. Por este motivo, el debate y a la vez el desaf&iacute;o de hoy en d&iacute;a se traduce en c&oacute;mo suministrar los recursos de red, en particular la frecuencia en la provisi&oacute;n de caminos &oacute;pticos, la cual tiene un efecto directo en la gesti&oacute;n de la red y a su vez es totalmente dependiente de la t&eacute;cnica de conmutaci&oacute;n &oacute;ptica utilizada. Por tanto, se deben desarrollar arquitecturas de transporte que ofrezcan una r&aacute;pida provisi&oacute;n de recursos de red y que operen adecuadamente bajo un comportamiento de tr&aacute;fico a r&aacute;fagas a fin de cumplir con los requerimientos en la demanda de ancho de banda en entornos metropolitanos o de &aacute;rea extensa, estos precisamente son los retos que se plantean en las redes &oacute;pticas de tercera generaci&oacute;n. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Redes &oacute;pticas de tercera generaci&oacute;n</b> </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2">El r&aacute;pido incremento del tr&aacute;fico de datos sugiere que las tecnolog&iacute;as completamente &oacute;pticas capaces de conmutar a nivel de longitud de onda sean atractivas para cumplir con las demandas de tr&aacute;fico y ancho de banda de la siguiente generaci&oacute;n de redes. En este sentido, la conmutaci&oacute;n de r&aacute;fagas &oacute;pticas [4] y la conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos [5] son dos tecnolog&iacute;as prometedoras para el transporte de tr&aacute;fico directamente sobre redes &oacute;pticas WDM. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">En la conmutaci&oacute;n de r&aacute;fagas &oacute;pticas los paquetes son concatenados dentro de unidades de transporte referidas como r&aacute;fagas, las cuales se enrutan a trav&eacute;s de la red de una forma completamente &oacute;ptica. Esta t&eacute;cnica se basa en una reserva previa de recursos que se realiza a partir de un paquete de control, el cual se env&iacute;a antes que la r&aacute;faga de datos; de esta forma los nodos de la red se configuran de acuerdo a la informaci&oacute;n contenida en el paquete de control. La conmutaci&oacute;n de r&aacute;fagas &oacute;pticas permite un mejor aprovechamiento de los recursos y es m&aacute;s apropiada para el manejo del tr&aacute;fico a r&aacute;fagas que las redes de conmutaci&oacute;n de circuitos &oacute;pticos. Se considera la conmutaci&oacute;n de r&aacute;fagas como un paso de evoluci&oacute;n intermedio entre la conmutaci&oacute;n de circuitos &oacute;pticos y la conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">La conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos genera una buena utilizaci&oacute;n de los recursos de red ya que f&aacute;cilmente alcanza un alto grado de multiplexaci&oacute;n estad&iacute;stica, es completamente compatible con t&eacute;cnicas de ingenier&iacute;a de tr&aacute;fico y ofrece una configuraci&oacute;n din&aacute;mica de los recursos de red con una granularidad muy fina a nivel de paquete. Las redes de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos se pueden clasificar en dos categor&iacute;as, ranuradas o s&iacute;ncronas y no ranuradas o as&iacute;ncronas [6]. En una red s&iacute;ncrona todos los paquetes deben ser alineados a la entrada del <i>router</i> para poder ser procesados, adem&aacute;s los paquetes se caracterizan por tener un tamaño fijo y se ubican junto con su encabezado dentro de una ranura de tiempo fija y de tamaño superior al del paquete con el fin de proveer un tiempo de guarda entre paquetes. En una red as&iacute;ncrona, los paquetes pueden tener el mismo tamaño o pueden tener diferentes tamaños y no necesitan ser alineados a la entrada del <i>router</i> para ser procesados. Este hecho incrementa las posibilidades de la existencia de colisiones ya que el comportamiento de los paquetes es m&aacute;s impredecible y menos regulado ocasionando que en ciertos casos dos o m&aacute;s paquetes con la misma longitud de onda puedan estar compitiendo por el mismo puerto de salida en el mismo instante de tiempo. Por otro lado, las redes as&iacute;ncronas son relativamente mas f&aacute;ciles y menos costosas de construir adem&aacute;s de ser m&aacute;s robustas y mas flexibles comparadas con las redes s&iacute;ncronas. Desde el punto de vista de red, en las redes &oacute;pticas de tercera generaci&oacute;n la conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos convierte los paquetes IP a paquetes &oacute;pticos IP en la entrada de un router de frontera siguiendo una topolog&iacute;a similar a la presentada en redes MPLS <i>(MultiProtocol Label Switching)</i>. Desde ese momento la transmisi&oacute;n y el enrutamiento de los paquetes dentro de la red se realizar&aacute;n en el dominio &oacute;ptico, asign&aacute;ndose una longitud de onda a cada paquete y realizando el enrutamiento paquete por paquete con tiempos t&iacute;picos de conmutaci&oacute;n del orden de microsegundos. <a href="#figura2">La figura 2</a> muestra el entorno de red para IP/WDM basado en conmutaci&oacute;n de paquetes.</font></p>     <p align="center"><font face="Verdana" size="2"><img src="/img/revistas/rfiua/n45/n45a13i02.gif"><a name="figura2"></a></font></p>      <p><font face="Verdana" size="2"><b>Figura 2</b></font> <font face="Verdana" size="2">  Entorno de red &oacute;ptica de tercera generaci&oacute;n</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Discusi&oacute;n sobre la necesidad de una nueva plataforma de transporte de datos</b> </font></p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p><font face="Verdana" size="2">En la actualidad la mayor parte de las redes de datos &oacute;pticas se sustentan en la transmisi&oacute;n de paquetes sobre jerarqu&iacute;as digitales s&iacute;ncronas o plesi&oacute;cronas tal y como indica la figura 3. Estos sistemas de transmisi&oacute;n idealmente diseñados para el tr&aacute;fico telef&oacute;nico no son adecuados para la transmisi&oacute;n de datos, ya que la asignaci&oacute;n de ancho de banda no es flexible y la cantidad del mismo destinado a cabeceras e informaci&oacute;n para la configuraci&oacute;n de protecci&oacute;n es muy grande. Adem&aacute;s, el encaminamiento de los datos debe hacerse previa demultiplexaci&oacute;n de la señal, con lo que cada nodo de la red debe incorporar conversores optoelectr&oacute;nicos y electro&oacute;pticos que los hace costosos y poco eficaces. </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2">Por otra parte la tecnolog&iacute;a WDM permite una gran flexibilidad en cuanto a señalizaci&oacute;n, monitorizaci&oacute;n y restauraci&oacute;n de red y parece razonable pensar que la evoluci&oacute;n l&oacute;gica de las redes ser&aacute; la de transmitir paquetes IP directamente sobre WDM. Por tanto, esta evoluci&oacute;n plantea que las funciones de enrutado y conmutaci&oacute;n deben realizarse directamente en el dominio &oacute;ptico, dando lugar a redes transparentes o completamente &oacute;pticas, cuya ventaja principal ser&iacute;a la independencia del formato y la tasa binaria. Esto ya se ha conseguido en parte en varias redes de segunda generaci&oacute;n basadas en WDM, donde la conmutaci&oacute;n y el enrutamiento de señales se realizan en funci&oacute;n de la longitud de onda de la señal &oacute;ptica sin conversi&oacute;n previa al dominio el&eacute;ctrico. No obstante, este tipo de conmutaci&oacute;n, de naturaleza bastante lenta, s&oacute;lo es v&aacute;lida para el establecimiento de circuitos o rutas de reconfiguraci&oacute;n limitada (milisegundos, segundos, minutos, horas, meses, años), por lo que aunque este tipo de redes son un avance sustancial respecto a las redes actuales, el aprovechamiento del ancho de banda que se hace es todav&iacute;a moderado, aunque mucho mayor que en las redes de primera generaci&oacute;n. As&iacute; pues, la evoluci&oacute;n tiende a la introducci&oacute;n de redes de transporte &oacute;ptico que conllevar&iacute;a la simplificaci&oacute;n de la actual arquitectura de red IP/ ATM<i>(Asynchronous Transfer Mode</i>. SDH<i>(Synchronous Digital Hierarchy)</i>/WDM hacia una arquitectura IP/WDM. Las funcionalidades de red proporcionadas por las capas eliminadas tienen que asumirse entonces entre la capa cliente (IP) y la capa de transporte (WDM). En este contexto, la tecnolog&iacute;a <i>MultiProtocol Label Switching</i> (MPLS) aparece como un complemento excelente, capaz de proporcionar las funcionalidades de ingenier&iacute;a de tr&aacute;fico y calidad de servicio en la capa cliente, adem&aacute;s de un esquema vers&aacute;til de encaminamiento basado en etiquetas, las cuales   transportan la informaci&oacute;n de control asociado a cada paquete (destino, tamaño del paquete, prioridad, tiempo de vida, etc.) con el fin de incrementar las funcionalidades y eficiencia de la red [7]. </font> </p>     <p align="center"><font face="Verdana" size="2"><img src="/img/revistas/rfiua/n45/n45a13i03.gif"><a name="figura3"></a></font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Figura 3</b></font><font face="Verdana" size="2"> Evoluci&oacute;n de las redes de datos &oacute;pticas, situaci&oacute;n actual y evoluci&oacute;n</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">Cada etiqueta s&oacute;lo tiene significado local, es decir, que en cada nodo se debe reescribir una nueva etiqueta con la informaci&oacute;n de encaminamiento del paquete &oacute;ptico para el siguiente nodo. Siendo el protocolo IP por definici&oacute;n un protocolo basado en la conmutaci&oacute;n de paquetes, parece evidente que realizar una conmutaci&oacute;n &oacute;ptica a nivel de paquete simplifica notablemente la gesti&oacute;n global de la red.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">Por este motivo las t&eacute;cnicas para realizar la transmisi&oacute;n del tr&aacute;fico IP en redes &oacute;pticas se est&aacute;n estudiando activamente, en particular, la investigaci&oacute;n y el desarrollo en las t&eacute;cnicas de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos para lograr la transmisi&oacute;n de paquetes por medio de procedimientos fot&oacute;nicos est&aacute; adquiriendo gran importancia debido a los potenciales beneficios en la velocidad de procesamiento, solidez de la implementaci&oacute;n, consumo de potencia de los circuitos electr&oacute;nicos, etc. Si bien un nodo de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos tiene una configuraci&oacute;n similar a un <i>router</i> convencional (la etiqueta incluye la informaci&oacute;n correspondiente al destino del paquete, de esta forma los nodos de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos pueden colaborar entre s&iacute; para crear y actualizar de forma aut&oacute;noma sus tablas de enrutamiento). Lo que hace interesante al nodo &oacute;ptico es que el procesamiento de señales en el dominio &oacute;ptico minimiza la carga de circuitos electr&oacute;nicos, de hecho esta es una de las grandes caracter&iacute;sticas de la conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos, ya que la introducci&oacute;n de procesamiento &oacute;ptico se traduce en una mejora significativa en la eficiencia de la transferencia de paquetes y el aprovechamiento del ancho de banda utilizado, al evitar los cuellos de botella que se generan con el procesamiento electr&oacute;nico de paquetes a alta velocidad.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Router de conmutaci&oacute;n de paquetes para redes &oacute;pticas de tercera generaci&oacute;n</b> </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2">En este apartado se describen los bloques que conforman el router de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos propuesto, el cual procesa etiquetas con la informaci&oacute;n de enrutamiento y que est&aacute;n codificadas en una subportadora &oacute;ptica en la misma longitud de onda que transporta el paquete IP. Esta t&eacute;cnica de etiquetado se denomina etiquetado con multiplexaci&oacute;n de subportadora (SCM) [8]. Los componentes b&aacute;sicos son:</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">&bull; Extractor de etiqueta: debe extraer del paquete &oacute;ptico la correspondiente etiqueta. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">&bull; Identificador de etiqueta &oacute;ptica: el cual procesa la informaci&oacute;n de direccionamiento del paquete, adem&aacute;s debe operar a una relativa velocidad alta y se debe poder implementar en circuitos de tamaño reducido a fin de ahorrar consumo de potencia. </font> </p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p><font face="Verdana" size="2">&bull; B&uacute;fer &oacute;ptico: es un elemento indispensable para almacenar un paquete en el dominio &oacute;ptico y evitar incoherencias en el sistema debido al procesamiento electr&oacute;nico del encabezado.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"> &bull;Conversores de longitud de onda: un proceso completamente &oacute;ptico de conversi&oacute;n de longitud de onda en una red de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos puede servir para evitar conflictos en el sistema y a la vez utilizar efectivamente las longitudes de onda a la vez que no depende de la tasa de transmisi&oacute;n de la señal ni de su formato. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">&bull; Reescritura de etiqueta: proceso mediante el cual la nueva etiqueta generada se adhiere al paquete IP.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">&bull; Elementos de conmutaci&oacute;n: permiten trazar la ruta de acuerdo con la informaci&oacute;n obtenida de las tablas de enrutamiento.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"><a href="#figura4">La figura 4</a> muestra el esquema propuesto del router para redes de tercera generaci&oacute;n. En la figura 4 se representa adem&aacute;s la arquitectura del generador de paquetes &oacute;pticos o nodo de frontera que se defini&oacute; en la secci&oacute;n 2.3. Hoy en d&iacute;a existe un gran n&uacute;mero de componentes que permiten procesar las señales directamente en el dominio &oacute;ptico.</font> </p>     <p align="center"><font face="Verdana" size="2"><img src="/img/revistas/rfiua/n45/n45a13i04.gif"><a name="figura4"></a></font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Figura 4</b></font><font face="Verdana" size="2"> <i>Router</i> de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"></font> </p>      <p><font face="Verdana" size="2">En el caso de la extracci&oacute;n de etiqueta, se pueden utilizar filtros &oacute;pticos tales como redes de difracci&oacute;n, interfer&oacute;metros de Sagnac o filtros <i>FabryPerot</i> los cuales permiten extraer &oacute;pticamente la señal de la etiqueta codificada en SCM.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">El identificador de etiqueta &oacute;ptica es el &uacute;nico componente electr&oacute;nico que posee el router, en general puede implementarse en cualquier tecnolog&iacute;a de l&oacute;gica programable, sin embargo las FPGA (Field Programmable Gate Array) se est&aacute;n consolidando como una tecnolog&iacute;a vers&aacute;til para permitir la implementaci&oacute;n del controlador de un <i>router</i> &oacute;ptico dadas sus caracter&iacute;sticas de fiabilidad, rapidez, flexibilidad y bajo costo. Los <i>b&uacute;fer</i> o memorias &oacute;pticas parecen ser los m&aacute;s dif&iacute;ciles de implementar con la tecnolog&iacute;a actualmente disponible. Las l&iacute;neas de retardo son la &uacute;nica forma de almacenar señales &oacute;pticas hoy en d&iacute;a. Por consiguiente, la longitud de la l&iacute;nea de retardo viene de la relaci&oacute;n directa entre la velocidad de la luz y el tiempo requerido de almacenamiento. Como resultado los tiempos de almacenamiento son de tipo discreto, ya que es dif&iacute;cil ampliar el tamaño de la l&iacute;nea de retardo para aumentar el tiempo de almacenamiento del paquete. En cuanto a los conversores de longitud de onda, la mejor opci&oacute;n es utilizar amplificadores &oacute;pticos de semiconductor (SOA) ya sea en modulaci&oacute;n de ganancia cruzada (XGM) o modulaci&oacute;n de fase cruzada (XPM) [9]. Cada una de estas t&eacute;cnicas ofrece distintas prestaciones y el uso de ellas depende en gran parte de los requerimientos del sistema. Finalmente, los elementos de conmutaci&oacute;n deben ofrecer un enrutamiento de paquetes transparente al formato y velocidad de la señal, en este contexto los AWG (Arrayed Waveguide Grating) ofrecen unas prestaciones inmejorables de conmutaci&oacute;n, ya que son dispositivos pasivos con bajas p&eacute;rdidas de inserci&oacute;n e insensibles a la polarizaci&oacute;n de la señal &oacute;ptica. Una descripci&oacute;n m&aacute;s detallada sobre el funcionamiento del <i>router</i> se puede encontrar en [10].</font> </p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p><font face="Verdana" size="2"><b>Prestaciones del router</b> </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><a href="#figura5">La figura 5</a> muestra el espectro &oacute;ptico del paquete SCM, la portadora &oacute;ptica transporta el paquete o conjunto de paquetes IP y la subportadora transporta la etiqueta. Este m&eacute;todo de etiquetado permite la extracci&oacute;n de la etiqueta mediante el uso de filtros &oacute;pticos ya que las dos informaciones est&aacute;n separadas espectralmente.</font> </p>     <p align="center"><font face="Verdana" size="2"><img src="/img/revistas/rfiua/n45/n45a13i05.gif"><a name="figura5"></a></font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Figura 5</b></font><font face="Verdana" size="2"> Espectro correspondiente al paquete codificado en SCM</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">Una de las caracter&iacute;sticas m&aacute;s significativas del encaminamiento en IP es la longitud variable de los paquetes transportados. Por este motivo un nodo &oacute;ptico con la habilidad de encaminar paquetes de longitud variable repercutir&aacute; en una reducci&oacute;n de encabezamientos y procesado al flujo de datos al evitar complejas capas de adaptaci&oacute;n y reensamblaje. Bajo este concepto, la multiplexaci&oacute;n por subportadora permite superar ciertas limitaciones que se presentan en t&eacute;cnicas de codificaci&oacute;n tales como el encapsulamiento serial, debido a la rigurosa sincronizaci&oacute;n que debe existir entre la etiqueta y señal de carga en redes s&iacute;ncronas o a los problemas de baja relaci&oacute;n de extinci&oacute;n de la carga debido a codificaciones ortogonales. De este modo la codificaci&oacute;n de etiquetas usando t&eacute;cnicas de subportadora es especialmente interesante ya que permite el diseño de redes de conmutaci&oacute;n de paquetes &oacute;pticos as&iacute;ncronas con encaminamiento de paquetes de longitud variable, lo cual es una gran aproximaci&oacute;n a las caracter&iacute;sticas del protocolo IP.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">El enrutamiento de paquetes de tamaño variable es posible debido a la incorporaci&oacute;n de dicha informaci&oacute;n en la etiqueta &oacute;ptica. La informaci&oacute;n del tamaño del paquete se codifica en 4 bits, brindando la posibilidad de soportar hasta 16 tamaños diferentes de paquetes, no obstante el valor de 4 bits se puede ampliar a fin de permitir una mayor diversidad en el tamaño de los paquetes procesados. La figura 6 muestra dos escenarios de enrutamiento de paquetes de longitud variable. Las trazas superiores representan las etiquetas y las trazas inferiores representan la carga. Para la demostraci&oacute;n se han programado 3 tamaños distintos de paquete (P1 = 1µs, P2 = 1.5µs y P3 = 2µs). La figura 6 (a) muestra la r&aacute;faga de paquetes con sus correspondientes etiquetas en la entrada del nodo &oacute;ptico.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2"><a href="#figura6">La figura 6</a> (b) muestra la misma r&aacute;faga de paquetes a la salida del nodo, en este caso todos los paquetes tienen la misma informaci&oacute;n de etiqueta, con lo cual todos los paquetes son extra&iacute;dos por el mismo puerto de salida del nodo. Las figuras 6(c) y (d) muestran el enrutamiento de paquetes a trav&eacute;s de distintos puertos de salida, en este caso el paquete de tamaño superior tiene asignada una etiqueta diferente a la de los dem&aacute;s. <a href="#figura7">La figura 7</a> muestra los resultados de la tasa de bits err&oacute;neos (BER) para cada uno de los paquetes procesados y que a fin de permitir una comparaci&oacute;n se miden a la salida del generador de paquetes <i>(Back to Back)</i> y a la salida del nodo.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">Las penalizaciones observadas (alrededor de 0.5 dB) se deben a una limitaci&oacute;n impuesta por el ancho de banda del conversor de longitud de onda basado en XGM, como resultado la relaci&oacute;n de extinci&oacute;n de la señal se disminuye causando dichas penalizaciones. Los diagramas de ojo mostrados en <a href="#figura7">la figura 7</a>, revelan una excelente calidad de señal con factores de calidad Q > 9.</font> </p>     <p align="center"><font face="Verdana" size="2"><img src="/img/revistas/rfiua/n45/n45a13i06.gif"><a name="figura6"></a></font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Figura 6</b></font><font face="Verdana" size="2"> Escenarios de enrutamiento de paquetes. (a) Paquetes y etiquetas a la entrada del nodo, (b) Paquetes &oacute;pticos con la misma etiqueta saliendo por el mismo puerto de salida, (c) y (d) Paquetes con diferentes etiquetas se extraen por distintos puertos del nodo</font> </p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="center"><font face="Verdana" size="2"><img src="/img/revistas/rfiua/n45/n45a13i07.gif"><a name="figura7"></a></font></p>     <p><font face="Verdana" size="2"><b>Figura 7</b></font><font face="Verdana" size="2">  Medidas de BER para los paquetes de longitud variable</font> </p>      <p><font face="Verdana" size="3"><b>Conclusiones</b> </font></p>     <p><font face="Verdana" size="2">En este art&iacute;culo se ha descrito de manera puntual la futura evoluci&oacute;n de las redes de transporte &oacute;ptico, as&iacute; como su estado actual y se ha introducido una discusi&oacute;n sobre la necesidad de desarrollar una nueva plataforma que soporte los requerimientos actuales y futuros de la demanda de ancho de banda. Asimismo, se ha descrito el funcionamiento del <i>router</i> para redes &oacute;pticas de tercera generaci&oacute;n que transporta paquetes IP a 10 Gb/s basado en el intercambio de etiquetas a 155 Mb/s. Se han demostrado sus prestaciones mediante medidas de calidad de señal a la salida del <i>router</i>, en los cuales se ha comprobado la correcta operaci&oacute;n en t&eacute;rminos de la separaci&oacute;n de la carga y la etiqueta mediante procesamiento &oacute;ptico. El procesamiento electr&oacute;nico de la etiqueta se realiza en 1.2 µs, este tiempo incluye la recepci&oacute;n y procesamiento de la informaci&oacute;n de enrutamiento en la FPGA. Basado en el resultado de este procesamiento, el estado del <i>router</i> se actualiza en t&eacute;rminos de longitudes de onda y puertos de salida, las etapas de conversi&oacute;n de longitud de onda realizan regeneraci&oacute;n 2R sobre cada paquete trasmitido a 10 Gb/s, el uso de las dos etapas de conversi&oacute;n en cascada permite la asignaci&oacute;n de cualquier longitud de onda de salida. </font> </p>     <p><font face="Verdana" size="2">Asimismo el <i>router</i> ha trabajado independientemente con dos canales ofreciendo las mismas prestaciones a cada uno por separado. Por otro lado se han comprobado experimentalmente las prestaciones del nodo en el encaminamiento de paquetes de tamaño variable, el procesamiento de los paquetes se realiza a trav&eacute;s de la lectura de la etiqueta la cual incorpora un campo que identifica el tamaño del paquete que se esta procesando actualmente.</font> </p>     <p><font face="Verdana" size="3"><b>Referencias </b> </font></p>     <!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">1. R.C. Alferness, H. Kogelnik, T. H. Wood. "The evolution of optical systems: Optics everywhere". <i>Bell Labs Technical Journal.</i> Vol. 5. 2000. pp. 188202. </font> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000079&pid=S0120-6230200800030001300001&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">2. R. Ramaswami, K. Sivarajan. "Optical Networks: A practical perspective". <i>Morgan Kaufmann series in Networking.</i> 2002. pp. 1416.</font> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000080&pid=S0120-6230200800030001300002&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">3. H. Zang, J. P. Jue, B. Mukherjee. "A review of routing and wavelength assignment approaches for wavelengthrouted optical WDM networks". <i>SPIE Optical Networks Magazine.</i> Vol. 1. 2000. pp. 4760.</font> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000081&pid=S0120-6230200800030001300003&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">4. C. Qiao, M. Yoo. "Optical burst switching (OBS)  a new paradigm for an optical Internet". Journal of High Speed Networks. Vol. 8. 1999. pp. 69–84. </font> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000082&pid=S0120-6230200800030001300004&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">5. S. Yao, S. J. B. Yoo, B. Mukherjee, S. Dixit. "Alloptical packet switching for metropolitan area networks: Opportunities and challenges,<i>"IEEE Communications Magazine.</i> 2001. Vol. 39. pp. 142–148.</font> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000083&pid=S0120-6230200800030001300005&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">6. S. Dixit. <i>IP Over WDM: Building the next generation optical Internet.</i> WileyInterscience. New Jersey. 2003. pp 157162.</font> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000084&pid=S0120-6230200800030001300006&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">7. A. Jourdan, D. Chiaroni, E. Dotaro, G. J. Eilenberger, F. Masetti, M. Renaud. "The perspective of optical packet switching in IP dominant backbone and metropolitan networks". <i>IEEE Communications Magazine.</i> Vol. 39. 2001. pp. 136141. </font> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000085&pid=S0120-6230200800030001300007&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">8. B. Meagher, G. K. Chang, G. Ellinas, Y. M. Lin, W. Xin, T. F. Chen, X. Yang, A. Chowdhury, J. Young, S. J. Yoo, C. Lee, M. Z. Iqbal, T. Robe, H. Dai, Y. J. Chen, W. I. Way, "Design and implementation of ultralow latency optical label switching for packetswitched WDM networks". <i>J. 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Vol. 11. 1999. pp. 14971499.</font> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000087&pid=S0120-6230200800030001300009&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p><font face="Verdana" size="2">10. G. Puerto, B. Ortega, M. D. Manzanedo, A. Mart&iacute;nez, D. Pastor, J. Capmany, G. Kovacs. "Dimensioning of 10 Gbit/s alloptical packet switched networks based on optical label swapping routers with multistage 2R regeneration". <i>Opt. 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