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PROYECTOS FONDEF DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

INFORME CIENTIFICO- TECNOLOGICO INTERIM VIGENTE

FOMENTO AL DESARROLLO CIENTIFICO Y TECNOLOGICO

Código Proyecto: D00I1026

Nombre del Proyecto: Redes Opticas para Internet del Futuro Instituciones Participantes:

Otros Participantes:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 1. 2. 3. 4.

REUNA: Red Universitaria Nacional UTFSM: Universidad Técnica Fed. Santa María USACH: Universidad de Santiago de Chile UCHILE: Universidad de Chile UFRO: Universidad de la Frontera UTA: Universidad de Tarapacá CISCO CHILESAT ManquehueNet AT&T

Director del Proyecto: ..Walter Grote………………...., Firma:........................... Fecha de emisión : ...../...../......

COMISION NACIONAL DE INVESTIGACION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA BERNARDA MORIN 551 • CASILLA 297-V• CORREO 21• FONO: 3654400 • FAX: 6551394 • CHILE

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INFORME CIENTIFICO- TECNOLOGICO INTERIM VIGENTE Este informe se compone de dos partes: i.- Síntesis del análisis realizado por el proyecto de los resultados obtenidos a la fecha. El análisis debe enfocarse fundamentalmente hacia comparar los resultados con los planificados a la luz de las metas establecidas y a determinar las acciones futuras que permitan maximizar el impacto del proyecto. ii.- Corresponde a Anexos que deben incluir todos los informes científico- tecnológicos emitidos en el período que se informa. I) SÍNTESIS DE RESULTADOS OBTENIDOS A LA FECHA 1.- Estado del Arte. Refiérase a la situación actual de los principios básicos que gobiernan las tecnologías en desarrollo en el proyecto, aquellos que dan origen a la tecnología genérica de la cual surgen las aplicaciones. En la emergente Sociedad de la Información, el transporte de información no se reduce a la voz y a los datos, sino que incluye contenidos multimediales en el más amplio sentido de la palabra. Al respecto, cada año se duplica el tráfico en Internet y se incrementa el flujo de datos de instituciones individuales, lo que implica complejas interacciones entre la tecnología, la economía y la sociología, similares a las producidas con el aumento de semiconductores y plasmadas en la Ley de Moore (http://www.research.att.com/~amo/doc/internet.moore.abst). Este nuevo escenario requiere tecnologías de acceso y redes troncales de elevados anchos de banda para transportar información. En relación con las tecnologías de acceso, éstas deben ser mejores, con menores costos y amplia cobertura. Este solo hecho aumenta la complejidad de la arquitectura y administración de la red. El desafío de este proyecto es proveer una solución a estas necesidades a un bajo costo y con una administración simple. En este sentido, las tecnologías de redes ópticas WDM (Wavelenght Division Multiplexing) aparecen como la opción más promisoria para sustentar la demanda creciente de ancho de banda en las estructuras de transporte. Esta tecnología permite incrementar y aprovisionar el ancho de banda de la fibra actual en más de dos órdenes de magnitud (www.gildertech.com, abril 2000), (N. Ghani et al., "On IP-over-WDM Integration", IEEE Comm. Mag., marzo 2000). Además, evita la necesidad de instalar fibra adicional con la ventaja de eliminar el pago por esta infraestructura. Se prevé que IP sobre WDM será la combinación "ganadora" debido a la habilidad de IP de ser una capa común de convergencia y de WDM de ser una capa de transporte altamente eficiente de banda ancha (N. Ghani et al., "On IP-over-WDM Integration", IEEE Comm. Mag., marzo 2000). En este sentido y sin duda alguna, las tecnologías WDM ofrecen una gran oportunidad para expandir y multiplicar las actuales capacidades de las redes troncales y así satisfacer las crecientes y exigentes demandas de nuevos servicios a los usuarios finales, de una manera económica. En este proyecto se desea combinar las ventajas inherentes a ambas tecnologías en una red única para el desarrollo de aplicaciones demandantes de ancho de banda. Asimismo se desea desarrollar una red óptica experimental escalable, la que en conjunto con la implementación de laboratorios ópticos permita generar medios de transferencia del conocimiento adquirido por expertos en comunicaciones ópticas al sector productivo.

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Las aplicaciones multimediales tales como la transmisión de audio, vídeo, y datos imponen requerimientos de las redes de computadoras que no fueron considerados en el diseño inicial de las redes que han migrado a lo que hoy conocemos. Este tipo de aplicaciones demandan servicios de bajo retardo, poca variación de éste, alto ancho de banda, confiabilidad de los datos enviados, o una combinación de los anteriores. Por ejemplo la transmisión de voz en redes IP exige bajo retardo si se trata de una conversación en tiempo real; la transmisión de vídeo en demanda exige alto ancho de banda para calidad aceptable y baja variación del retardo para almacenamiento temporal mínimo en receptor. Para abordar estas limitaciones de ancho de banda, confiabilidad de los datos transmitidos, y retardo impredecibles de las redes tradicionales existen caminos que apuntan a superar o mitigar estas deficiencias. De estas opciones las tecnologías como la fibra óptica permite aumentar el ancho de banda de los enlaces al mismo tiempo de mantener su retardo sólo limitados por la velocidad de la luz. Por otro lado la demanda de ancho de banda puede ser suplida parcialmente por algoritmos de compresión como H.263+ y MPEG-4, pero para alcanzar una buena calidad y tamaño de la imagen en tiempo real el ancho de banda requerido fácilmente puede congestionar las redes tradicionales cuando varios usuarios hacen uso de este tipo de contenido. Esta situación debería ser resuelta por las redes ópticas como las que en este proyecto se contempla. Además del vídeo, reconocido por sus demandas de ancho de banda, hay otras aplicaciones con demandas similares. Una de ellas es la que consiste en la transmisión de las ventanas que constituyen una aplicación corriendo en una computadora. Ésta es una de las aplicaciones en desarrollo en este proyecto la cual permite a muchos usuarios observar la actividad de uno que actúa como "líder" al recibir localmente la imagen de esas ventanas como una secuencia de cuadros de vídeo. De esta forma los usuarios perciben la actividad del líder como si sobre sus hombros observaran su monitor. Este tipo de aplicaciones sólo es posible si, al igual que en vídeo, se cuenta con gran ancho de banda entre los puntos que se comunican. Finalmente las nuevas aplicaciones interactivas como videoconferencia y voz sobre IP requieren de la infraestructura de red un reducido retardo. Esto es alcanzable con enlaces ópticos de alta capacidad en los cuales los retardos debido a almacenamientos y reenvíos son minimizados. Es así como las redes ópticas ofrecen la capacidad y retardo demandadas por las aplicaciones multimediales, las cuales se hacen cada vez más común en el uso diario de las redes de computadoras. Junto a las demandas del medio físico planteadas previamente, las redes actuales han superado con creces las expectativas de crecimiento estimadas cuando se desarrollo el Protocolo Internet versión 4 (IPv4). Aún cuando ésta es materia de la capa tres de las redes de computadoras, la transición al protocolo ya estandarizado para IP versión 6 parece ineludible. Por ello en este proyecto se contempla la operación de los enlaces ópticos en IPv4 primeramente, para luego experimentar también con IPv6. A la fecha hay equipamiento, CISCO por ejemplo, que soporta tal versión del protocolo a pesar que su implementación actual no ha alcanzado el nivel de madurez presente en las implementaciones equivalentes para IPv4.

2.- Hipótesis planteada por el proyecto. Refiérase a las Hipótesis sobre las que se sustenta el proyecto para generar los cambios (mejoras a lo existente o cambio radical) al conocimiento actual. Realice un análisis crítico de los planteamientos originales y los logros obtenidos a la fecha, incluyendo aquellos aportes que han dado origen a nuevas líneas de investigación. En este proyecto se procurará instalar una tecnología WDM, ya sea ésta CWDM (Coarse WDM) - de gran capacidad de transporte de información a un décimo del costo que implicaría desarrollar el proyecto con la tecnología DWDM (Dense WDM) – o bien DWDM. Sin embargo, la decisión de efectivamente utilizar CWDM en vez de DWDM será tomada considerando el costo/beneficio que represente la aplicación de cada una de estas tecnologías en el momento de adquirir el equipamiento necesario para configurar la red. El siguiente propósito es demostrar la viabilidad de crear una red de transmisión de banda ancha basada en transmisión de información con tecnología IP directamente sobre WDM. La mayoría de los desarrollos tecnológicos se han centrado en implementar redes ópticas que replican las capacidades de las redes tradicionales basadas en SONET/SDH o ATM/SONET/SDH. A pesar de obtenerse logros importantes con estos desarrollos no se ha alterado el concepto fundamental de la arquitectura de las redes orientadas a un servicio por conmutación de circuito. Esto implica que

4 hay que crear circuitos y trayectorias virtuales, y cuidar aspectos de señalización y restablecimiento de servicios ante fallas ópticas, lo que requiere el diseño de nuevos protocolos y herramientas de administración (R. Ramaswami y K. Sivarajan: "Optical Networks: a practical perspective"; M. Kaufman Inc., 1998). Sin embargo, en los últimos años las redes no orientadas a la conexión, como Internet, han experimentado tasas de crecimiento impresionantes. Estas basan su funcionamiento en el establecimiento de conexiones a nivel ISO/OSI de transporte, evitando realizar estas mismas tareas nuevamente en capas inferiores. Este hecho pone de manifiesto que si las aplicaciones hacen uso de la tecnología IP para el transporte de información, se pueden eliminar los paradigmas de las redes de comunicaciones basadas en la conmutación de circuito. Debido a la confiabilidad que otorga la tecnología de conmutación de paquetes, es que en el presente proyecto se usarán las tecnologías WDM, 10xGigabit Ethernet y MPLS (Multi Protocol Label Switching). El énfasis del proyecto reside en la aplicación de IP/WDM como tecnología que usarán las redes del futuro. El proyecto Fondef D00I1026 “Redes Opticas para Internet del Futuro” se orienta a la implementación de una red de fibra óptica Inter-Universitaria, la cual está formada por cuatro nodos WDM/GbE (Wavelength Division Multiplexing/Gigabit Ethernet): tres en Santiago (USACH, REUNA y UCHILE) y uno en Valparaíso (UTFSM). Esta red se pretende utilizar para Investigación y Desarrollo (I&D) de esta tecnología. Un aspecto clave en la implementación de esta red es la de correr IP directamente sobre WDM. En lo relativo a las actividades de investigación y desarrollo, las instituciones participantes en este proyecto se han autoasignado las siguientes tareas: REUNA: Administración, diseño e implementación de red óptica y desarrollo de aplicaciones demandantes de ancho de banda. UTFSM: Administración general del proyecto, diseño e implementación de red óptica, investigación aplicada y capacitación en comunicaciones ópticas, desarrollo de aplicaciones demandantes de ancho de banda, investigación aplicada en redes IP con calidad de servicio. USACH y UTA: Diseño e implementación de red óptica, investigación aplicada y capacitación en comunicaciones ópticas. UCHILE y UFRO: investigación aplicada en redes IP con calidad de servicio. En los 4 nodos de la red óptica escalable se desarrollarán objetivos que tienen relación con la implementación de redes ópticas, sin embargo las labores a ser ejecutadas en cada nodo son diferentes. En términos generales, la red óptica se ha proyectado con cuatro nodos interconectados de la forma que lo ilustra la figura 2.1. Nótese que la red consta de un enlace de gran distancia (150 km aproximadamente), propio de un backbone, y dos enlaces de corto alcance (alrededor de 10 km), como suelen presentarse en redes Metropolitanas. En la UTFSM se desarrollarán trabajos (investigación, desarrollo, capacitación y transferencia al sector productivo) relacionados con el nivel físico y con el nivel de aplicaciones. UCHILE 150 km

Valparaíso (UTFSM)

10 km

Santiago: REUNA

10 km

USACH

Figura 2.1: Diagrama conceptual de la red óptica y sus nodos En REUNA se realizarán trabajos relacionados con el nivel de aplicaciones. El nodo de la UCHILE se usará exclusivamente para correr aplicaciones IP. En cambio en el nodo de la USACH, se realizarán exclusivamente trabajos relacionados con comunicaciones ópticas.

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Con estas consideraciones en mente se puede establecer los requerimientos mínimos de la red. Desde el punto de vista de las aplicaciones, la red óptica a implementar tiene la forma de la figura 2.2. Como se observa, la USACH no participa de esta actividad. UCHILE 150 km

Valparaíso (UTFSM)

10 km

Santiago: REUNA

Figura 2.2: Red óptica desde el punto de vista de las aplicaciones Desde el punto de vista de las rutas ópticas, para implementar la red en la que se experimentará con aplicaciones se requiere de: Una ruta entre UTFSM y REUNA (1 longitud de onda en cada sentido) Una ruta entre UTFSM y UCHILE (1 longitud de onda en cada sentido) Una ruta entre UCHILE y REUNA (1 longitud de onda en cada sentido) Desde el punto de vista de las rutas ópticas, para implementar la red experimental para análisis de la propagación de señales ópticas la red tomará la forma de la figura 2.3, donde el paso por REUNA es obligado, pero donde no se realiza un tratamiento de la señal. 150 km

Valparaíso (UTFSM)

10 km

Santiago: REUNA

USACH

Figura 2.3: Red óptica desde el punto de vista de la experimentación en comunicaciones ópticas Para implementar la red óptica descrita anteriormente, cada tramo (enlace entre 2 nodos contiguos) requiere dos fibras oscuras: una para cada dirección. El tramo que une UTFSM y REUNA requiere de 2 longitudes de onda para transmisión a nivel de la capa física, cuyo destino final es el nodo USACH, y otras 2 longitudes de onda para el transporte de datos para el desarrollo y la experimentación de aplicaciones (en que una longitud de onda se asigna estáticamente al enlace UTFSM-REUNA y otra para cubrir el enlace UTFSM-UCHILE). El tramo que une a REUNA con la UCHILE requiere también de 2 longitudes de onda y será utilizado en el desarrollo de aplicaciones demandantes de ancho de banda con calidad de servicio. El tramo que une REUNA con la USACH requiere de 2 longitudes de onda que, como se mencionó anteriormente, serán usadas para experimentos a nivel de la capa física. Hipótesis importantes en este contexto fueron: El presupuesto asignado a la adquisición de equipos de red e instrumentos, después del recorte presupuestario en la reformulación, es suficiente como para desarrollar el proyecto y que es posible disponer de la fibra necesaria para interconectar los nodos, a pesar del difícil momento por el que atraviesan las empresas del sector telecomunicaciones. Además, en lo relativo a la disponibilidad de fibra óptica, es posible ser más precisos. Se supone que es muy poco probable que se pueda obtener más de dos fibras oscuras en el tramo Santiago-Valparaíso, pero es factible que se puedan obtener más de dos fibras para los tramos locales. Es muy posible que los proveedores de fibra para los tramos metropolitanos (locales) sean diferentes del proveedor de fibra interurbano y pueden surgir incompatibilidades en el medio de transmisión. Otro aspecto relevante es que se debería establecer que los proveedores de equipos de red deberían considerar

6 elementos de amplificación óptica en el tramo Santiago-Valparaíso y no una regeneración de la señal óptica, pasando por un procesamiento eléctrico, ya que esto impide llevar a cabo los experimentos ópticos que se describen en el siguiente apartado. Todo lo expresado anteriormente constituye la hipótesis para el desarrollo de esta red óptica. Las hipótesis para el desarrollo de laboratorios de comunicaciones ópticas, orientados a la investigación en comunicaciones ópticas y a la capacitación experimental de los proveedores de servicios de comunicaciones que utilizan la fibra óptica como medio de transporte de información, es que se requieren instrumentos para configurar un laboratorio básico. Dado que la fibra es un recurso escaso y de valor muy elevado, se ha planificado desarrollar dos laboratorios con el equipamiento básico, uno en la UTFSM y otro en la USACH. Ambas instituciones cuentan con expertos en la materia y aportan con equipamiento adquirido previamente a este laboratorio. Los experimentos a ser implementados requieren de instrumentos para transmitir información óptica por la fibra en determinadas longitudes de onda y otros instrumentos que permitan medir experimentalmente el efecto que se producen en el tramo a ser analizado, considerando los efectos de amplificadores y del conductor mismo. La hipótesis es que se pueden adquirir los instrumentos necesarios con los recursos frescos otorgados por Fondef. Las hipótesis desde el punto de vista del desarrollo de aplicaciones demandantes de ancho de banda, es que exista una red sobre la cual se puedan medir parámetros relevantes para ellas. En este proyecto, uno de los puntos de importancia considerados es calidad de servicio para diferente tipo de aplicaciones. En la ejecución del proyecto, desde el instante de su iniciación hasta el momento de la rendición de este primer informe de avance, los investigadores tuvieron que dedicarse intensamente a la negociación con los proveedores de equipos y de elementos de red, dado que los desafíos eran de envergadura. Por una parte, el presupuesto fue mermado por tres circunstancias: una reducción a aproximadamente el 60% de lo originalmente solicitado de los fondos suministrados por Fondef, el alza del dólar y el difícil momento por el que atraviesan las empresas del sector de telecomunicaciones, a nivel mundial. Para que el proyecto sea realizable es necesario establecer quién puede aportar con fibra oscura y en qué medida. IMPSAT se había comprometido originalmente para proporcionar 2 fibras oscuras en el tramo SantiagoValparaíso, pero señaló que era poco probable que pudiera cumplir con esta promesa al comenzar la ejecución del proyecto debido a que estaba pasando por un mal momento económico. Un botón de muestra para ejemplificar que lo expuesto no es solamente una situación aislada de algunos proveedores de servicios y equipamiento de telecomunicaciones lo constituye la siguiente noticia publicada en la revista Business Week: There are major problems and challenges facing the big telecoms. While the Securities & Exchange Commission is investigating possible accounting irregularities at two of the biggest long-distance players, Qwest (Q ) and WorldCom (WCOM ), spending on telecom equipment continues to plunge. That comes on the heels of a spate of high-profile bankruptcy filings by telecom carriers such as Global Crossing and 360Networks -- not to mention disappointing results at Williams Communication Group (WCG ) and Level Three (LVLT ). Lucent (LU), Nortel (NT ), and Cisco (CSCO ), among other suppliers to the big telecom market, remain far from optimistic. "It's an industry in nuclear winter," says Aberdeen Group's Kastner, (Business Week, MARCH 15, 2002 , SPECIAL REPORT: THE TECH REBOUND) Dado que IMPSAT no iba a proveer la fibra oscura en el tramo Santiago-Valparaíso, fue necesario establecer negociaciones con otros proveedores de servicio de larga distancia, dispuestos a proveer 2 pelos de fibra en forma exclusiva para el proyecto. Estas negociaciones se llevaron a efecto en paralelo con el proceso de diseño y especificación de los equipos que conforman la red óptica. Esto causó incertidumbre ya que en el trayecto Santiago – Valparaíso es necesario especificar la ubicación física de los repetidores ópticos para introducir las compensaciones adecuadas. Después de largas negociaciones se logró que CHILESAT contribuyera con estas dos fibras oscuras para llevar adelante el proyecto. En el acceso local de Santiago (Red Metropolitana), ManquehueNet decidió aportar 6 fibras oscuras para los enlaces USACH-REUNA y UCHILE-REUNA. Por otro lado AT&T o CHILESAT proveerán el enlace local en Valparaíso (en el caso de AT&T, desde las instalaciones de CHILESAT en Valparaíso a la UTFSM). Un aspecto muy conveniente para el desarrollo del proyecto es que todas las fibras proporcionadas por los proveedores de fibra oscura cumplen con la recomendación G.652, lo cual permite especificar todos los equipos de transmisión para que cumplan con esta norma.

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El diseño de la red óptica pasó por diversas fases. Originalmente, cuando se formuló el proyecto, se estimó que para el tiempo en que el proyecto entrara a su fase de ejecución se iba a disponer de switches ópticos en forma comercial, a precios razonables. Esto permitiría realizar ruteo dinámico. Es por esa razón que a los proveedores de equipos se les presentó el diagrama de la figura 2.4., que ofrece una gran flexibilidad para configurar redes experimentales con ruteo dinámico. En la figura 2.4 se observa que en REUNA se instala un dispositivo de conmutación óptica de longitudes de onda que permite conectar a los 3 nodos restantes. En consecuencia cumple con los requerimientos básicos que se habían establecido. Se supone que los enlaces se realizan con tecnología CWDM, la cual es apropiada para enlaces Metropolitanos. El uso de esta tecnología implica que se deben instalar 2 repetidores ópticos, lo que genera un grado de incertidumbre acerca de la viabilidad de la solución. La primera causa de incertidumbre resulta del hecho de que la solución CWDM requiere que los repetidores estén instalados a distancias de 50 km. Esto implica que en un tramos de 150 km se requiera de 2 repetidores. Sin embargo, los proveedores de servicio probablemente tienen sus repetidores ópticos instalados a distancias de 75 km, y uno sólo de ellos, ya sea para sus enlaces SDH o para tecnología DWDM. La segunda causa de incertidumbre está relacionada con el hecho de que es muy improbable que se encuentre un amplificador óptico para CWDM. Como ya se mencionó anteriormente, para realizar experimentos relacionados con investigación y capacitación en Comunicaciones Opticas, este aspecto es relevante, puesto que una regeneración de la señal óptica no es admisible en este caso. En la práctica resultó que esta solución tuvo que ser abandonada debido al elevado costo que representa el switch óptico y porque no se encuentran disponibles en el mercado amplificadores ópticos que cubren todo el ancho de banda requerido por la solución CWDM. En consecuencia, se desarrollaron alternativas basadas en ruteo estático y tecnología DWDM en el trayecto Santiago – Valparaíso. Lo que se buscó fue satisfacer que las necesidades básicas del proyecto pudieran ser cumplidas, al menor costo posible. Una solución alternativa, atractiva desde el punto de vista de redes ópticas, pues incorpora mecanismos de redundancia, es la de la figura 2.5. Sin embargo, esta solución se descartó porque, si bien es atractiva desde el punto de vista de la experimentación en redes ópticas, desde un punto de vista operativo para aplicaciones futuras, era poco conveniente, ya que establece a la USACH como nodo central, situación que no es conveniente para la transferencia de la red a un proveedor de servicios de transporte de información como lo es REUNA. Esto derivó en un reestudio del proyecto, lo cual culminó en la propuesta de red que asigna longitudes de onda diferentes a cada conexión, tal como se señaló en el desarrollo previo donde se establecieron los requerimientos mínimos para esta red. Esto implica una red óptica con una topología de estrella, con REUNA como nodo central. Véase la figura 2.6. Esta propuesta fue sometida a modificaciones por los proveedores de equipos contactados en diversos tenores: aquellos que normalmente suministran equipos a empresas de telecomunicaciones, presentaron soluciones basadas en tecnología SONET/SDH. Como el desafío de este proyecto consiste precisamente en abandonar soluciones basadas en estos protocolos, hubo que insistir en el argumento de que se deseaba implementar una red IP/WDM sin pasar por capas intermedias, ya fueran éstas de ATM o SDH, para obtener propuestas válidas a ser consideradas para su implementación, para lo cual fue necesario, en muchos casos, tener dos a tres reuniones previas a la licitación..

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Figura 2.4: Propuesta inicial de una red óptica IP/WDM escalable.

UCHILE

REUNA USACH

UTFSM Figura 2.5: Red óptica con dos anillos; USACH pasa a ser el nodo central.

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En consecuencia la red óptica que se sometió a licitación fue la que se muestra en la figura 2.6, donde se aprecia que la red óptica corresponde a una configuración estrella, con el nodo REUNA en el centro. UCHILE 150 km

10 km

2λ

10 km

4λ 2λ

Valparaíso (UTFSM) Santiago: REUNA

USACH

Figura 2.6. Red óptica tipo estrella con el nodo central en REUNA con especificaciones de requerimientos esenciales: Enlace UTFSM-REUNA-USACH debe ser DWDM; Enlace REUNA-UCHILE puede ser CWDM o DWDM Se contactó a los siguientes proveedores de empresas para solicitar cotizaciones: Alcatel, Cisco (Adexus y Coasín), Huawei, Magenta, Nortel (Telectronic), PadTec, Siemens, WRI. Luego de analizar las primeras ofertas (que requerían inversiones del orden de US$700.000, siendo que los fondos frescos disponibles para tal efecto solamente son de US$ 155.000) y aclarar todos los puntos dudosos, se procedió al proceso de licitación pública (requisito de Fondef , ver llamado a licitación pública en Anexo 1). En el procedimiento de licitación pública se recibieron ofertas de todos los oferentes anteriormente mencionados, menos Alcatel, Magenta, Siemens y WRI, quienes desistieron debido a que no podían ajustar sus ofertas al presupuesto solicitado. Las soluciones ofrecidas fueron las siguientes. Por parte de Alcatel, quien no participó de la licitación, como se mencionó anteriormente, se recibió una oferta consistente en lo que se aprecia en la figura 2.7, con un presupuesto que sobrepasaba con creces los fondos disponibles del proyecto: UCHILE Transponder Multiclock

MCC

Multiplexor Optico

REUNA Amplificador Optico

UTFSM

USACH

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

MCC

IL

Figura 2.7: Red óptica propuesta por Alcatel

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Nótese que en esta solución figuran transponedores para el enlace óptico transparente entre la UTFSM y USACH, lo cual eleva el costo del equipamiento y no resulta conveniente para los fines de experimentación deseados. A pesar de que esto fue explicado a los vendedores de la empresa, y su remoción disminuía el costo total en lo equivalente al precio de 8 transponedores, al parecer la solución distaba mucho del presupuesto existente como para participar de la licitación. Cisco presentó dos soluciones alternativas a la licitación, a través de 2 de sus representantes, Adexus y Coasín. La primera de ellas (figura 2.8) cumplía estrictamente con lo solicitado en las bases, mientras que la segunda alternativa (figura 2.9) resultaba en un precio mucho más cercano al presupuesto disponible, permitiendo al mismo tiempo cumplir con los objetivos del proyecto.

Figura 2.8: Solución 1 de CISCO, con enlaces DWDM en el tramo UTFSM-REUNA-USACH y CWDM en el enlace UCHILE – REUNA.

Figura 2.9: Alternativa 2 de solución de CISCO con enlace DWDM entre UTFSM-REUNA-USACH y utilización de las capacidades de los switches CISCO para cubrir tramos Metropolitanos. La solución de Huawei, empresa China con representación en el país, fue una que considera equipos de última generación con una capacidad de expansión hasta 32 longitudes de onda. La red óptica propuesta se aprecia en la figura 2.10.

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OptiX BWS 320G (OADM)

UTFSM

2 Giga Ethernet

OptiX BWS 320G (OLA)

75km

2 transparent wavelenghts iManager Management System for PC

OptiX BWS 320G (OADM) REUNA

OptiX BWS 320G (OADM)

USACH

75km 2 Giga Ethernet

20km

2 transparent wavelenghts

OTM : Optical Terminal Multiplexer OADM: Optical Add Drop Multiplexer OLA: Optical Line Amplifier

4 GigaEthernet

Figura 2.10: Solución de red óptica presentada por Huawei. Esta solución presenta el inconveniente de que no incluye el nodo UCHILE. El equipamiento permite un crecimiento sostenido de la capacidad por medio de la adición de módulos, hasta completar 32 longitudes de onda. Esto se traduce también en un precio más elevado. La solución técnica presentada por Nortel a través de su representación en Chile: Telectronic, fue la siguiente: 5200 5200

REUNA

80 Km.

EOCL OMX DWD B

20 dB.

4

USACH

10 Km. OMX DWD OMX-4band

80 Km. OMX DWD

B

20 dB.

5100 OMX-1 CWDM

EOCL 5200

10 Km.

B UTFSM OMX-1 CWDM

B

B

OMX DWD

5100 U.Chile

Figura 2.11: Red óptica presentada por Telectronic (Nortel)

B1

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Esta solución contempla una red mixta DWDM/CWDM. Además de resultar muy costosa para el presupuesto disponible, tiene el inconveniente de que el repetidor en el tramo Santiago – Valparaíso es con regeneración, por lo cual no se presta para los fines de investigación de comunicaciones ópticas. La empresa brasilera PadTec ofreció una solución muy atractiva desde un punto de vista tecnológico, colaboración en tareas de investigación, y a un costo que casi se ajustaba al presupuesto.

Figura 2.12: Solución de red óptica DWDM propuesta por PadTec. La solución aquí presentada tiene transponedores en exceso en el nodo de la USACH. La propuesta los incluye para el desarrollo de aplicaciones futuras. Lamentablemente PadTec, al momento de la licitación, estaba negociando una representación local, de manera que no contaba aún con la capacidad de entregar un soporte técnico en el país. Finalmente, se presenta la solución de WRI, otra empresa China, que no cuenta con representantes locales. La solución propuesta es similar a la de Huawei en las negociaciones iniciales. Sin embargo, el precio de su solución excedía al presupuesto disponible en al menos US$ 350.000, por lo que se abstuvo de participar en la licitación.

Figura 2.13: Red óptica propuesta por WRI con 8 longitudes de onda disponibles.

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Los resultados en términos de ofertas económicas de la licitación pública se encuentran en el Anexo 1, donde se adjunta copia del acta de apertura de sobres. Lamentablemente, ninguna de las ofertas estaba dentro del marco del presupuesto disponible, por lo cual se realizó una negociación privada, entre los oferentes de la primera licitación. Los términos de esta negociación también se encuentran disponibles en el Anexo1 y se basan en aceptar como una propuesta válida la segunda alternativa ofrecida por CISCO a través de sus representaciones: Adexus y Coasín, agregando algunas cláusulas que resultaban ser favorables para la ejecución del proyecto, eso es, generar una interacción mayor entre el proveedor de equipos y los investigadores, en términos de cursos de capacitación. El resultado de esta negociación fue que la compra se adjudicara a Adexus con equipos CISCO, después de largas deliberaciones internas en que se consideraron los aspectos técnicos y económicos de las soluciones presentadas, garantías, soporte técnico, capacitación y la posibilidad de colaborar con la empresa proveedora. La solución de red óptica propiamente tal corresponde a la de la figura 2.9. Las órdenes de compra por este equipamiento ya fueron emitidas. Es de destacar que en la negociación por este equipamiento óptico se logró reducir la oferta de un precio inicial de US$ 700.000 a US$ 155.000, aproximadamente. Un aspecto importante que resultó ser provechoso para tener una negociación exitosa fue el carácter emblemático que reviste la ejecución del proyecto. También cabe destacar que en el transcurso de las negociaciones se abandonó el paradigma relacionado con el hecho de que una solución CWDM sería de un costo inferior a una DWDM. De hecho, las primeras negociaciones arrojaban que el costo de una red óptica basada en la tecnología CWDM con Magenta arrojan un precio similar al de una solución DWDM de Huawei: US$ 700.000. A lo anterior se agrega un inconveniente adicional de la tecnología CWDM. Otro punto importante para los efectos de la negociación fue el hecho de que para realizar investigación en comunicaciones ópticas es esencial que en el tramo Santiago-Valparaíso no exista un sistema regenerador que tome las señales ópticas, las convierta en señales eléctricas y luego regenere la señal óptica. Por otro lado, el largo del trayecto exige un elemento amplificador en el medio del tramo, o un booster/preamplificador en los extremos (como lo considera PadTec en la solución DWDM). Los amplificadores ópticos no son capaces de cubrir el ancho espectral que exige la solución CWDM, lo que implica que, para cubrir esta distancia, se requiere de al menos un elemento regenerador en el trayecto (de hecho, se requiere de 2 al menos en la solución CWDM), por lo cual CWDM no constituye una solución viable para esta red óptica experimental. Además, su aplicación a redes backbone de larga distancia es limitada por la consideración siguiente. Cuando el proveedor de fibra es diferente al que instalará los equipos, como ocurre en este caso, los regeneradores deben ser colocados a distancias diferentes (más cortas) que lo amplificadores ópticos para redes ópticas normales o DWDM. Intervenir una fibra a distancias diferentes a las que tiene proyectado o instalado el dueño de ella es, por decir lo menos, muy complicado. Una vez realizadas las negociaciones relativas a la red óptica, es posible evaluar el costo de esta tecnología, cuando se considera su explotación a un porcentaje de su capacidad total, que será materia de un informe de avance futuro. En lo relativo a la implementación de laboratorios ópticos, se requiere de fuentes ópticas sintonizables, analizadores de espectro ópticos, analizadores de reflectometría y medidores de potencia como elementos básicos de desarrollo para poder configurar experimentos útiles para la investigación y la capacitación. En el proyecto se efectuaron negociaciones con los cuatro proveedores nacionales, tendientes a completar este equipamiento considerando los ya existentes en las dos instituciones en que se desarrollará esta actividad, la USACH y la UTFSM. Una vez aclaradas las dudas con los proveedores de equipamiento, se procedió a una licitación pública. Los antecedentes de esta licitación se encuentran en el Anexo2, como asimismo copia del Acta de Apertura y la Carta de Adjudicación. Las órdenes de compra respectivas ya han sido emanadas y en el caso del analizador de espectros óptico adquirido por la USACH, el equipo ya ha sido recepcionado. De esta forma estos laboratorios pasan a ser, a la fecha, los laboratorios académicos mejor equipados en la tecnología de comunicaciones ópticas del país. Con este equipamiento se podrán realizar diversos experimentos contemplados en las actividades de investigación, desarrollo y capacitación del proyecto. A modo de ejemplo, en el Anexo 7, se indica el instrumental del Laboratorio de Redes Opticas de la UTFSM, como asimismo algunas de las experiencias contempladas para ser desarrolladas en él. Entre los fenómenos de interés, del punto de vista de la investigación, y los tópicos que podrán ser estudiados en este laboratorio a escala real, figuran:

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1) • • • •

Investigación: Efectos de la acumulación de ganancia local (gain peaking) en cascada de amplificadores ópticos (EDFAs) Efectos de la acumulación del ruido de emisión espontánea amplificada (ASE) en enlaces amplificados Efectos de fenómenos no lineales en redes ópticas WDM Efectos de funciones add/drop de señales en los nodos de redes ópticas WDM

2) • • • •

Capacitación: Diseño de redes ópticas WDM Medición de parámetros relevantes en sistemas de comunicaciones por fibra óptica Medición de desempeño de redes ópticas WDM Mantenimiento y operación de redes ópticas WDM

Entre las hipótesis del proyecto se incluye, también, que el aumento del ancho de banda habilitará el uso masivo de las redes de computadoras y de nuevas aplicaciones como las multimediales, y con ello posibilitará nuevas formas de crecimiento y ahorro. Ejemplo de ello son las vídeo las videoconferencias las cuales evitan el transporte de personas reduciendo tiempos y costos de conmutación. Esto aplicado a la medicina puede significar, por ejemplo, acceso a mayor número de especialistas. Por otra parte, estas tecnología aplicada a la investigación ha permitido a investigadores reunirse a través de las redes y así ahorrar tiempo, recursos, y enriquecer el intercambio de especialistas que de otra manera no se daría. Si bien hoy podemos tener videconferencia desde nuestra oficinas con el resto del país, hemos detectado dificultades producto de los servicios de red ofrecidos por las redes actuales - en particular carencia de soporte multicast -, las cuales están siendo consideradas entre los servicios de la red óptica de este proyecto. Otra hipótesis de trabajo considera que el protocolo IPv4 tiene limitaciones que tarde o temprano harán que IPv6 se transforme en el protocolo de red más usado. En este sentido el proyecto actual se propone ganar experiencia en esta nueva versión tanto en la migración a él de aplicaciones actuales como en el desarrollo de nuevas aplicaciones que exploten las características incluidas en IPv6, tales como calidad de servicio. Un aspecto que suponíamos de menor complejidad es la migración de aplicaciones a IPv6. En particular cuando se desean incluir calidad de servicio. Basados en la experiencia observada con IPv6 se ha desarrollado una línea de trabajo tendiente a identificar los servicios IPv6 implementados de aquellos aún no soportados por versiones de sistema operativo. Al mismo tiempo se han creado contactos con otros instituciones a nivel nacional para conectar nuestra isla IPv6 a una red internacional a través de túneles (6bone: http://www.6bone.net/). El contacto ha sido con la Universidad Austral. Otra hipótesis de trabajo fue el soporte multicast presente en la red óptica de este proyecto. Ese servicio es fundamental para el buen uso de los recursos de ancho de banda disponibles en computadoras terminales. Es así que con multicast el envío, por ejemplo, del vídeo del usuario local en una videoconferencia sólo se codifica y envía una vez independientemente del número de receptores de la videoconferencia. Sin embargo, hemos visto que esta hipótesis no es aplicable a todas las redes con las cuales la red óptica puede conectarse. Por ejemplo los proveedores de acceso Internet no contemplan servicio multicast en todos los casos. Es así como ha surgido una línea de investigación tendiente a dar acceso al tráfico a través de uno o más servidores unicast que convierten datos en protocolo multicast a unicast a solicitud del usuario. Este trabajo se da dado origen a un trabajo de titulación en la UTFSM.

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3.- Definición de variables técnicas relevantes. Refiérase a aquellas variables que han sido identificadas como aquellas que determinan los beneficios económico- sociales del proyecto, por ejemplo, costo, productividad, eficiencia, calidad, cobertura, valor agregado, etc. Indique en forma cuantitativa cuál es la meta del proyecto en sus etapas de laboratorio, piloto y comercial y los logros obtenidos a la fecha, comparándolos con los estándares existentes actualmente en el mercado (competidores y sustitutos). El desarrollo del proyecto en tecnología WDM es una iniciativa de gran impacto en la generación y apropiación de nuevos conocimientos –tanto para el área de investigación como para la empresa privada– junto con contribuir a resolver, en un lapso de corto a mediano plazo, la eficiencia de la infraestructura disponible y del desarrollo de aplicaciones. ¾ ¾

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Al implementar la tecnología de IP/WDM, nuestro país liderará un proyecto de banda ancha, tanto en tecnología de acceso como de la red troncal, para dar una plataforma sustentable al desarrollo de la Sociedad de la Información. Se realizará investigación aplicada relevante a escala internacional en la transmisión óptica de información, aprovechando las ventajas de la tecnología y adaptándola a la realidad nacional. Esto favorecerá el desarrollo de nuevas líneas de investigación en el área de Internet óptico en las universidades chilenas e investigación en IP/WDM. Además se incentivarán el desarrollo de nuevas aplicaciones altamente demandantes de ancho de banda, a través del apoyo a nuevos proyectos. Es una plataforma para preparar y capacitar profesionales en las redes de alta velocidad: investigadores en el ámbito nacional y profesionales del área. Esto se logrará mediante seminarios, cursos e incentivos al desarrollo de tesis y memorias relacionadas. Permite usar infraestructura que ya existe a un costo eficiente. Acelera los procesos de transferencia tecnológica, al incorporar en una fase temprana a investigadores y profesionales en el uso de estas tecnologías. Incentiva el desarrollo de la industria de contenidos, aplicaciones y servicios, al proporcionar infraestructura que sustenta aplicaciones multimediales altamente demandantes de ancho de banda. Interacción entre distintos grupos de investigadores de las universidades, por medio de la gestación de un centro de investigación permanente en tecnologías ópticas y WDM. Participación y transferencia de conocimientos de líderes en investigación y desarrollo de estas tecnologías, a través de la participación de investigadores de Canarie en la formulación y ejecución del proyecto, y la incorporación activa de proveedores líderes en el mercado mundial tales como Cisco y Chilesat.

En la etapa completada con este primer informe de avance se han logrado los siguientes objetivos: ¾ Implementar tecnología IP/WDM, mediante la adquisición de una red óptica escalable. La instalación de esta red se está llevando a cabo y su puesta en marcha será analizada en el segundo informe de avance. En este sentido, en los respectivos nodos de la red se han instalado laboratorios en donde se encuentran los puntos de acceso a la red de fibra óptica y se han dispuesto los instrumentos de medición para comunicaciones ópticas disponibles. Hay instrumentos para los cuales se ha emitido la orden de compra, pero que aún no se han recibido debido a que los proveedores se han dado plazos relativamente largos para su entrega. Asimismo, los equipos de red óptica también están en proceso de ser recepcionados. Sin embargo, el laboratorio como tal ha sido concebido completamente y tiene en tres de los casos, el 100% de los instrumentos (sólo en USACH, que tiene uno de los dos laboratorios ópticos), la conexión a fibra óptica, faltando sólo instalar los equipos de red y especificar los equipos de acceso. ¾ Favorecer el desarrollo de nuevas líneas de investigación en el área de Internet óptico en las universidades chilenas e investigación en IP/WDM. Este proyecto tiene impacto en el costo, eficiencia, contaminación ambiental, y cobertura de un gran número de actividades del quehacer nacional. Las redes de computadoras y en especial aquellas que soporten servicios multimediales permiten reducciones de costos de viajes y de acceso a la información. La eficiencia de nuestra actividad aumenta al disponer de mayor tiempo eliminando horas de transporte (Viaje Santiago-Viña, por ejemplo, obliga a destinar 5 horas para viajes). El acceso a redes de alta capacidad permite el desarrollo de sistemas que liberan a las personas de su presencia física para participar, con ello se alivia la congestión vehicular y contaminación. La cobertura de servicios se amplía a

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quienes viven en lugares alejados de los centros de mayor desarrollo. Por ejemplo, para el acceso a videos educaciones en Santiago las redes lo hacen accesible a todo el país si así se quiere. Una de las metas del proyecto es la creación de una aplicación complementaria a los canales de audio y vídeo usado en videoconferencias. Esta aplicación ya existe en su forma prototipo y será probada en la red óptica una vez que los equipos de la red de acceso sean obtenidos y configurados (aporte de CISCO). Por otra parte se ha configurado una red de dos computadoras que corren IPv6 que se comunican entre sí en forma nativa en la UTFSM. Se están haciendo los contactos para incorporar estas dos máquinas a una nube nacional IPv6 (www.ipv6.cl). En la UFRO la red se encuentra implementada con túneles IPv6 sobre Internet hacia la Universidad Austral de Chile y la UNAM en México. Se están levantando aplicaciones en IPv6 como DNS y WEB y se están probando aplicaciones multicast como VIC y RAT. Se está trabajando en las mismas pruebas con un enlace directo hacia Internet2 de 1 Mb/s provisto por Reuna (obtenido a través de otro concurso). En este contexto, se ha avanzado en las diversas Universidades que colaboran en este proyecto mediante la formulación de temas de memoria y tesis de grado que se encuentran en el Anexo 3 al 6. El proyecto pretende ser una plataforma para preparar y capacitar profesionales en las redes de alta velocidad: investigadores en el ámbito nacional y profesionales del área. Esto se logrará mediante seminarios, cursos e incentivos al desarrollo de tesis y memorias relacionadas. En lo relativo a memorias y tesis de grados que se están realizando o bien, se han completado, los Anexos 3 al 6 proporcionan la información relevante. En lo relativo a material de cursos de capacitación y de formación de nuevos profesionales, algunas memorias de las listas anteriormente mencionadas tienen por objetivo crear el material didáctico para dictar estos cursos. Como se desea que los cursos de capacitación sean de naturaleza teórico-práctica, su implementación pse realizará una vez que se encuentre instalada la red. Esto puede redundar en el desarrollo de una tecnología altamente demandante de ancho de banda que consiste en desarrollar el curso de capacitación presencial y a distancia, en forma colaborativa, sobre la misma red utilizando recursos de la red para realizar experimentos y transferencia de información simultáneamente, para ahorrar tiempo de viaje de los profesores. Esto no se ha realizado aún, empero es una iniciativa interesante. El uso eficiente de una infraestructura existente se refiere principalmente al recurso de fibra oscura, la que puede explotarse con mayor eficiencia si se transporta información en múltiples longitudes de onda. Sin embargo, es digno mencionar que en el marco de este proyecto en las instituciones participantes se hace uso de infraestructura existente en términos de laboratorios, instrumentos, oficinas y estaciones de trabajo para que los memoristas, tesistas e investigadores puedan realizar su trabajo. En lo relativo a transferencia y capacitación, el proyecto ha apoyado la realización del 2º Encuentro de Ciencia, Cultura y Educación s/Internet 2, Valdivia (10-12 Abril) y del Seminario de Electrónica en Valparaíso a realizarse en Octubre 2002.

4.- Metodologías de investigación. Refiérase primero a la metodología general de trabajo y luego a los métodos particulares utilizados en el proyecto. Realice un análisis crítico de los logros obtenidos al aplicar las metodologías seleccionadas para el desarrollo del proyecto. Refiérase también a los cambios introducidos por el proyecto a los métodos originales indicando qué los motivó y cuál fue su impacto. La metodología consistió en la identificación de alumnos memoristas y tesistas que pudieran ser de apoyo a las actividades del proyecto desarrollando su memoria o tesis en torno a trabajos requeridos en el proyecto. Luego y a través de reuniones regulares se discuten los avances logrados y dificultades observadas. Hasta el momento este sistema ha funcionado muy bien ya que se potencian las capacidades de los investigadores a través de múltiples proyectos de investigación individuales como se ve a continuación. 1.- Estudio, modelado y simulación de sistemas ópticos WDM en régimen lineal. Se modelaron e implementaron en computador, cascadas de amplificadores ópticos (EDFAs y PDFAs) en sistemas WDM, en régimen lineal. Se configuraron cascadas amplificadoras incorporando ecualización de potencia. Se estudiaron algoritmos de optimización para la localización de EDFAs en redes WDM WAN/MAN. Para cada uno de estos sistemas, se evaluó su desempeño, identificando sus limitaciones y potencialidades.

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Se configuró una cascada amplificadora WDM, basada en EDFAs, filtros ecualizadores de ganancia y un arreglo integrado de amplificadores de guía onda canal que actúa como compensador de potencia, para su aplicación en redes WDM que utilizan técnicas de ruteamiento por longitud de onda. Este estudio consideró, también, la generación de mezcla de cuatro ondas (FWM) a lo largo de los enlaces y algunas estrategias de manejo de la dispersión para disminuir/suprimir este fenómeno. Con el propósito de probar la robustez de la configuración amplificadora, se analizaron situaciones críticas de procedimientos de restauración de fallas, que se traducen en una variabilidad de canales ópticos transportados por la red. El estudio de casos correspondió a situaciones críticas de la red norteamericana National Science Foundation (NSFNet). El desempeño de la cascada amplificada se evaluó en términos de la evolución de la relación señal-ruido y la dispersión de potencia de los canales transportados, en los nodos a lo largo de enlaces críticos que componen la red. Este estudio se desarrolló en el marco del trabajo de tesis del alumno Felipe Figueroa Farfán. Se implementó un modelo numérico, resuelto espectralmente, de un amplificador a fibra dopada con praseodimio (PDFA), para operar en la segunda ventana del espectro de las telecomunicaciones ópticas (1300 nm). Se simuló una cascada de PDFAs, transportando múltiples señales WDM. Se observó la evolución de los canales a lo largo de la cascada, constatándose la dispersión de potencia y el fenómeno de gain peaking. Con el propósito de ecualizar la potencia de los canales se ensayó la colocación de filtros notch y elimina banda, alternadamente, a lo largo de la cascada. Se consiguieron resultados aceptables para cascadas de hasta 30 PDFAs, lo que permite enlaces de un alcance hasta 1650 km. Este estudio se desarrolló en el marco del trabajo de tesis del alumno Daniel Mora Menares. Se implementaron dos algoritmos, basado en programación lineal entera, que optimizan el número y la localización de EDFAs en enlaces de fibra óptica, insertos en redes WDM LAN/MAN. Un algoritmo, llamado “link by link”, trabaja sobre la base de igualar la potencia de todas las señales en cualquier punto de la red, más la restricción de asegurar la mínima potencia permitida por la sensibilidad de los receptores en cada nodo de la red. Un segundo algoritmo, llamado “global optimum”, además de ecualizar las potencia de las señales, agrega una función objetivo que contiene la suma total de los EDFAs en la red. A través de un software de optimización esta función objetivo es minimizada, consiguiendo de esta forma minimizar, también, el número de EDFAs en la red. Este estudio se desarrolló en el marco del trabajo de tesis del alumno Rodrigo Tobar Ordenes.

2.- Estudio, modelado y simulación de sistemas ópticos WDM en régimen no lineal. Se modeló e implementó en computador, la propagación de solitones en sistemas monocanal y WDM, con y sin amplificación. Se modeló la generación de mezcla de cuatro ondas (FWM) y su impacto en los sistemas WDM. Se implementaron estrategias para suprimir/minimizar la generación de FWM en cascadas amplificadas (gerenciamiento de la dispersión y separación de canales no uniforme). Se modeló y simuló la amplificación óptica distribuida a través del efecto de esparcimiento Raman estimulado (SRS). Se estudió la conversión de frecuencia a través del fenómeno FWM en amplificadores ópticos de semiconductor (SOAs). •

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Se implementó y resolvió numéricamente la ecuación no lineal de Schrödinger (NLSE), para simular la propagación de pulsos solitónicos en un sistema óptico monocanal. El método numérico empleado fue Split Step Fourier (SSF). Se estudió en profundidad la propagación de pulsos solitónicos (secante hiperbólica), para diferentes escenarios. Se implementó un modelo numérico de EDFAs, con el propósito de compensar la atenuación experimentada por los solitones, al propagarse en fibra con pérdidas. Este estudio se desarrolló en el marco del trabajo de tesis del alumno Claudio Cubillos Monráz. Fue realizado un estudio similar al anterior, considerando ahora un método de análisis diferente para la resolución de la NLSE. Esta técnica se basa en el análisis de series de Fourier (FSAT). Se consiguió una eficiencia computacional mejor en comparación con el método SSF. Empleando FSAT, se modeló y simuló numéricamente la propagación de solitones, pulsos gaussianos y supergaussianos WDM; esto es, la propagación de pulsos sobre distintas portadoras ópticas, simultáneamente. Se obtuvieron resultados para un sistema de 4 canales. Se analizó la interacción entre solitones, observándose la influencia de la modulación de fase cruzada (XPM). Este estudio se desarrolló en el marco del trabajo de tesis del alumno Carlos Candia Quappe. Se modeló e implementó en computador la generación de mezcla de cuatro ondas (FWM) en sistemas WDM, amplificados con EDFAs, considerando ecualización de ganancia. Se estudió el impacto de FWM en los sistemas indicados, en términos del crosstalk generado y la degradación de la relación señal a ruido de las

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señales transportadas. Se implementaron esquemas de manejo de la dispersión, combinando fibras con alta dispersión local y de signo opuesto, de manera de disminuir la eficiencia de generación de FWM. También, se implementó un algoritmo para espaciar de manera no uniforme los canales WDM, de manera reducir el impacto de FWM en las señales. Este estudio se desarrolló en el marco del trabajo de tesis del alumno Rodrigo González Carrasco. Se estudió, modeló e implementó en computador la amplificación óptica distribuida basada en el fenómeno no lineal de esparcimiento Raman estimulado (SRS). A través e un modelo matemático apropiado, y sobre el análisis de la potencia promedio, se estudió el mecanismo de amplificación Raman, observándose la dependencia de las distintas variables involucradas (longitud de onda de bombeo, potencia de bombeo, y señales). Este estudio se encuentra en su fase inicial, y se desarrolla en el marco del trabajo de tesis del alumno Pablo Aranda Salgado. Se estudió y modeló el amplificador óptico de semiconductor (SOA) para estudiar la conversión de frecuencia en él, que tiene lugar a través del proceso de modulación cruzada de fase (XPM), de ganancia (XGM) y de mezcla de cuatro onda (FWM). Se han obtenido algunos resultados, en esta primera fase, que validan la implementación del modelo. Este estudio se encuentra en su fase inicial, y se desarrolla en el marco del trabajo de tesis del alumno Jorge Forno Viertel.

3.- Estudio, modelado y simulación de amplificadores ópticos en régimen estacionario. Se estudiaron, modelaron e implementaron en computador, amplificadores a fibra dopada con erbio (EDFAs), amplificadores a fibra dopada con praseodimio (PDFAs), amplificadores ópticos de semiconductor (SOAs) y amplificadores ópticos Raman. Se estudiaron sus características de operación, aisladamente y, también, al disponerlos en cascada en enlaces WDM. • Se estudiaron, modelaron e implementaron en computador, amplificadores a fibra dopada con erbio (EDFAs), amplificadores a fibra dopada con praseodimio (PDFAs), amplificadores ópticos de semiconductor (SOAs) y amplificadores ópticos Raman. Se estudiaron sus características de operación de estos dispositivos tanto aisladamente como también al disponerlos en cascada, en enlaces WDM. • Se inició el estudio de ruido en SOAs, convencionales y de ganancia enclavada. El modelo hace uso del cálculo de la matriz de densidad de portadores, y toma en cuenta el espectro de emisión espontánea amplificada reversa y directa (ASE forward y backward). El modelo corresponde a una configuración reflector distribuido de Bragg (DBR). Este estudio se encuentra en su fase inicial, y se desarrolla en el marco del trabajo de tesis del alumno Edgar Huarachi Benavidez. 4.- Estudio, modelado y simulación de amplificadores ópticos en régimen transitorio. Se implementó en computador un modelo en el dominio del tiempo para EDFAs y SOAs, para el estudio de su comportamiento dinámico frente a transientes de potencia en redes WDM. •

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Se implementó un modelo numérico, en el dominio del tiempo, del amplificador EDFA, para el estudio de su comportamiento dinámico en cascadas WDM, sometidas a funciones add/drop de canales. Al modelo estudiado ofrece ventajas comparativas en términos de simplicidad y eficiencia computacional, se le agregó la componente de ruido de emisión espontánea amplificada (ASE). Después de analizar el impacto de la respuesta a transientes de estos amplificadores, se estudiaron estrategias de control de los mismos. En particular, la técnica estabilización de la ganancia a través de la emisión láser, sobresale por su eficiencia y característica todo-óptica. Se estudiaron diferentes estrategias de implementación de esta técnica: sobre la base de control de enlace (link control: solamente el primer EDFA de la cascada incorpora control por lasing), control alternado o diferido (sólo algunos EDFAs incorporan control por lasing a lo largo de la cascada) y control total (cada EDFA, a lo largo de la cascada, posee control lasing). El abordaje link control ofreció ventajas comparativas con relación a las otros esquemas, por la simplicidad y bajo costo de su implementación. Primeramente, se estudiaron escenarios de relativa simplicidad: amplificación sin ruido y fibra ecualizada Con el propósito de experimentar los esquemas de control lasing en escenarios más exigentes (largas cascadas, funciones add/drop drásticas, fibra real y presencia de ruido ASE) se incluyeron filtros ecualizadores de ganancia (notch y elimina banda), de manera de compensar el fenómeno de gain peaking. Atendiendo a estos dos objetivos, es decir, ecualización de ganancia y control de transientes, se diseñó una cascada que presenta resultados inéditos en esta materia. Este estudio se desarrolló en el marco del trabajo de tesis del alumno Alexis Poblete Pantoja. Se realizó un estudio riguroso de la respuesta a transientes de un amplificador óptico de semiconductor (SOAs). A través de un modelo numérico apropiado, se determinó el comportamiento dinámico de este

19 dispositivo. Los tiempos de saturación de ganancia y de recuperación, como también la distorsión de pulsos debido a la modulación cruzada de ganancia, producida por la corriente de alimentación y las variaciones de la potencia de las señales de entrada, fueron evaluados para diferentes escenarios. Los efectos transientes en la saturación de la ganancia y en los tiempos de recuperación de la misma, ocurren en una escala de tiempo entre 500ps y 1 ns. Los resultados obtenidos muestran la rápida dinámica de la ganancia en SOAs. Se ha verificado que los SOAs son sensibles a crosstalk entre canales en sistemas WDM, operando a altas tasas de transmisión. Los resultados de este trabajo fueron publicados en los proceedings de la 4th Iberoamerican Meeting on Optics and 7th Latin American Meeting on Optics, Lasers and Their Applications, celebrada en septiembre de 2001, en Tandil, Argentina. [ Anexo A-1]. 5.- Estudio, modelado y simulación de transientes en sistemas WDM reconfigurables en régimen lineal. Se simularon en computador cascadas de amplificadores EDFAs, sometidos a funciones add/drop de canales. Se simuló tráfico ATM en cascadas de EDFAs. Se estudiaron estrategias de control de transientes y se comparó su desempeño frente a distintos escenarios de redes WDM reconfigurables. • Usando el modelo dinámico del SOA desarrollado en el objetivo 4, se estudió el comportamiento de SOAs dispuestos en cascadas, insertas en redes ópticas WDM que incorporan funciones add/drop de canales. Se observaron comportamientos similares a lo que ocurren en cascadas de EDFAs, excepto que la dinámica de los SOAs es substancialmente más rápida. Con el objeto de compensar los transientes de potencia, tres técnicas de control - originalmente aplicadas en EDFAs - fueron estudiadas y adaptadas a cascadas de SOAs. Un análisis comparativo de la eficiencia de estas técnicas, también, fue realizado. El estudio permite determinar las ventajas y limitaciones de utilizar SOAs en las redes ópticas WDM actuales y futuras. Los resultados obtenidos en este estudio están siendo analizados para su posterior envío al periódico Microwave and Optical Technology Letters. •

Fue realizado un estudio comparativo de diversas técnicas de control de transientes de potencia en cascadas de EDFAs, sometidos a funciones add/drop de canales. Las técnicas estudiadas fueron: compensación de la potencia de bombeo, control de enlace y estabilización de la ganancia por emisión láser. Se consideró la propagación de 8 canales WDM en una cascada de 57 EDFAs, espaciados a cada 45 km, en situaciones extremas de procedimientos de add/drop de canales. Los resultados obtenidos muestran las ventajas y desventajas de las diferentes técnicas de control. Los primeros resultados de este trabajo fueron presentados en la IV Reunión Iberoamericana de Óptica y VII Encuentro Latinoamericano de Óptica, Láseres y sus Aplicaciones, celebrada en septiembre de 2001, en Tandil, Argentina. [Anexo A-2]. Un articulo in extenso, con resultados recientes, está siendo preparado pare ser enviado al periódico Optical Fiber Technology.

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Basado en el mismo modelo del EDFA descrito en el resultado del objetivo 4 (Anexo B-9), y con idénticas estrategias de control (lasing), se estudió la respuesta a transientes de potencia de cascadas de EDFAs bajo tráfico ATM. El modelo de tráfico ATM corresponde a una distribución de Pareto, caracterizada a través de una función de distribución acumulada. Se generaron datos correspondientes a 8 canales WDM (8 fuentes de tráfico independientes), y se simuló su propagación a través de las cascadas, con y sin control de transientes. La duración de la trama fue de 2,7885 segundos, para una tasa de transmisión de 150 Mb/s, equivalentes a segmentos de tráfico IP de 4 Kbytes, a una tasa de transmisión de 10 Gb/s. Se obtuvieron resultados para la función de densidad de probabilidad de las potencias de salida asociadas a un canal de entre los 8. Se observó su excursión de potencia a lo largo de la cascada, aplicando la técnica de control de ganancia por emisión láser, en la modalidad de control total y link control. Este estudio se desarrolló en el marco del trabajo de tesis del alumno Patricio Bustos Plaza.

6.- Estudio, modelado y simulación de transientes en sistemas WDM reconfigurables en régimen no lineal. Se ha iniciado el estudio teórico de este tópico, sin resultados preliminares. 7.- Análisis de resultados de las diferentes simulaciones. Se han obtenido resultados, definitivos y preliminares, para los diferentes tópicos indicados en los puntos anteriores. 8. Preparación de informes y difusión de resultados. Se publicaron resultados en una conferencia internacional, y se está en fase de elaboración de dos artículos para ser enviados a dos conferencias internacionales y un artículo a una revista ISI. Resultados obtenidos recientemente están siendo analizados para su posterior publicación.

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Adicionalmente se han establecido reuniones con los otros integrantes del proyecto y con proveedores. La necesidad de establecer múltiples rondas de negociación con los proveedores de fibra y de equipos afectó considerablemente el avance de otras actividades asociadas al proyecto. El proyecto se ha organizado en áreas que permiten la generación de equipos con énfasis en las distintas capas de la red a construir. Estas han operado en forma relativamente desconectada, ya que los objetivos que se persiguen son diferentes. Las aplicaciones harán uso de la red óptica como un medio de transmisión muy confiable con un gran ancho de banda, en cambio aquellos que laboran en la capa física no están vinculados al contenido de la información a ser transmitida.

5.- Recursos Humanos. Realice un análisis crítico de la capacitación, formación e integración de personal realizada teniendo en consideración aspectos de costo- beneficio y los logros conseguidos a la fecha. El equipo de trabajo está constituido por diversas personas, las cuales han colaborado, en la medida de lo posible para apoyar el avance del proyecto. En lo relativo a aquellos que están vinculados con el diseño y realización de los laboratorios ópticos y de la red óptica el procedimiento ha sido relativamente difícil dada la complejidad del problema a resolver: poder implementar una red óptica y laboratorios ópticos con recursos que son una fracción de lo que se cotiza en el mercado. Las horas/hombre dedicadas a las negociaciones fueron muchas y tenían que ser realizadas por los responsables y no ayudantes memoristas, que están formándose mientras se ejecuta el proyecto. Sin embargo la asistencia a las rondas de negociaciones por parte de los investigadores responsables fue buena y el resultado alcanzado mejor aún: se consiguió el equipamiento necesario para realizar el proyecto en su expresión mínima, eso es, la red óptica que se está implementando satisface las necesidades de investigación y desarrollo de aplicaciones. La intensidad de las negociaciones y el tiempo que tomó lograr el objetivo de adquirir el equipamiento necesario para le red óptica han alterado la programación de algunas metas propuestas originalmente, ya que buena parte de los avances eran dependientes del hecho que se pudiera implementar la red y los laboratorios. Es por ello que en la sección 7 se propone modificar el desarrollo del proyecto, lo cual se ve reflejado en la Carta Gantt. El Dr. Olivares y el Dr. Saavedra fueron convidados a participar en el 3rd Training Workshop on New Fiber-Optic Communication Technologies, organizado por el Ministry of Science and Technology de la República Popular de China, celebrado entre el 21 e octubre y 3 de noviembre de 2001 en el Wuhan Research Institute of Post & Telecomunications (WRI), Wuhan, China. En esta ocasión, el Dr. Olivares expuso las actividades de investigación desarrollada en el contexto del Proyecto Fondecyt y Fondef que lleva adelante, e intercambió experiencias con investigadores de este centro (WRI). A través de su representante en Chile, el Dr. Olivares y el Dr. Saavedra fueron invitados a visitar las instalaciones de Huawei Technologies Co., Ltd., en la ciudad de Shenzhen, República Popular de China. En su vista sostuvieron reuniones con investigadores de este centro, e intercambio de experiencias en materias de investigación de interés común. El Dr. Olivares ha mantenido estrecho contacto con investigadores del Centro de Estudios en Telecomunicaciones (CETUC) de la Pontificia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC), Brasil, y del grupo de Computer Modelling del University College London (UCL), Inglaterra, en el marco de las investigaciones llevadas a cabo en este proyecto. Algunos investigadores de este proyecto han colaborado a través de un proyecto FDI con la capacitación de educadores de enseñanza media para el uso la introducción de vídeo vía IP en sus cursos regulares. Esta capacitación de usuarios de estas nuevas tecnologías es fundamental para la buena aceptación de éstas. Adicionalmente se están formando varios alumnos memoristas y tesistas en aspectos avanzados ligados a este proyecto. Esto ayuda a dar mayor difusión y continuidad a los resultados aquí obtenidos. Detalles de ello se pueden encontrar en los anexos 3 a 6.

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6.- Infraestructura y equipamiento. Realice un análisis crítico de nuevas o ampliación de instalaciones y equipamiento nuevo o complementario para investigación y desarrollo realizada en el proyecto teniendo en consideración aspectos de costo- beneficio y los logros conseguidos a la fecha. A la fecha no hemos contado ni con la red de óptica ni la red de acceso. Esto ha restringido el uso de los laboratorios a la experimentación local y en lo relativo al desarrollo de las aplicaciones hemos limitado nuestras pruebas a redes locales corriendo a 100Mbps. Esto debido a que la donación de CISCO de equipos para la red de acceso está en proceso de definición de equipos. Adicionalmente y debido a limitaciones presupuestarias que surgen luego de la reformulación del proyecto, no se contempla computadoras para la red de acceso, por ello se está considerando la reutilización y uso compartidos de otras máquinas para superar esta dificultad.

7.- Propuesta de cambios relevantes en la programación De acuerdo a los análisis precedentes indique cuáles son los aspectos que se deben modificar para maximizar los impactos del proyecto. Excluya reprogramaciones de envergadura menor. La nueva carta gantt adjunta como anexo refleja en primer lugar la fecha real de comienzo del proyecto, que es el 1 de octubre del año 2001, y en segundo lugar los dos procesos de negociación mas extensos de lo esperado, los cuales son el proceso de negociación y licitación de los equipos de los laboratorios ópticos y el proceso de negociación y licitación de los equipos de la red óptica, cuyo impacto ya ha sido mencionado, y tiene relación directa con la fecha esperada para completar los laboratorios y conectarlos entre si con la red, infraestructura de la cual dependen parte de los avances en las investigaciones y las respectivas publicaciones.

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II) ANEXOS En los anexos se debe entregar toda la información disponible con relación a los resultados obtenidos por el proyecto en el período que se informa. Por ejemplo: estudios de diagnóstico, informe con resultados de intervenciones representativas (educación) o ensayo piloto (salud), estudios técnicos específicos, informes de resultados de pruebas de laboratorio, planta piloto o prueba a escala industrial, lay outs, planos de ingeniería, planos de ingeniería de detalle, diagramas de flujo, otros. INDICE DE ANEXOS Anexo 1: Licitación de Equipamiento para Redes Ópticas Anexo 2: Licitación de Equipamiento para Laboratorios en Comunicaciones Ópticas Anexo 3: Propuestas de Tesis y Trabajos de Memoria en Redes Ópticas y Aplicaciones en UTFSM Anexo 4: Propuestas de Tesis y Trabajos de Memoria en Redes Ópticas y Aplicaciones en USACH Anexo 5: Propuestas de Tesis y Trabajos de Memoria en Redes Ópticas y Aplicaciones en UCHILE Anexo 6: Propuestas de Tesis y Trabajos de Memoria en Redes Ópticas y Aplicaciones en UTA Anexo 7: Laboratorio de Redes Opticas en UTFSM Anexo 8: Laboratorio de Redes Opticas en USACH Anexo 9: Laboratorio de Aplicaciones de Redes Opticas en REUNA, UCHILE y REUNA Anexo 10: Carta Gantt