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El papel esencial de la redundancia N+1 en los sistemas de comunicación RF sobre fibra

por Meir Bartur, director ejecutivo, Optical Zonu

La capacidad de comunicarse a largas distancias ha sido crucial desde el comienzo de la civilización moderna. Sin embargo, las comunicaciones de hoy nunca han sido más sofisticadas y críticas para la innovación y la seguridad nacional. Entre los centros de datos que transmiten rutinariamente exabytes de datos hacia y desde la nube las 24 horas del día, los 7 días de la semana, el crecimiento de las comunicaciones militares de alta frecuencia (y fácilmente interrumpibles), así como los sistemas de radio de seguridad pública, la infraestructura de telecomunicaciones no puede permitirse ni siquiera nanosegundos de inactividad sin poner en grave riesgo los datos y las operaciones.

Por este motivo, las empresas y las organizaciones gubernamentales solo pueden permitirse implementar algún tipo de redundancia de red en sistemas de radiofrecuencia sobre fibra (RFoF). La protección contra un único punto de fallo se puede lograr mediante la duplicación, pero es costosa, la recuperación no es necesariamente automática y las complejidades operativas la hacen poco práctica. Cuando la redundancia total o incluso la mitad puede no ser económicamente viable para la mayoría de las organizaciones, la redundancia N+1 es quizás la forma más eficiente y razonable de proteger los sistemas de comunicación.

¿Qué es RFoF y por qué las organizaciones evitan redundancias?

RFoF es, por lo general, la respuesta al desafío de un operador de red de proporcionar transporte de señales de RF a alta velocidad y resistente a largas distancias de una manera que la infraestructura de telecomunicaciones tradicional no puede soportar. Es una tecnología que transmite señales de RF a través de cables de fibra óptica en lugar de cables coaxiales. Este método aprovecha las ventajas de la fibra óptica, como la baja pérdida de señal, el alto ancho de banda y la inmunidad a la interferencia electromagnética para transportar señales de RF a largas distancias con una degradación mínima.

Sin embargo, estos componentes de hardware, que a menudo incluyen diodos láser de modulación directa, fotodetectores, amplificadores integrados, fibras, transmisores, receptores y conmutadores ópticos, pueden ser costosos. Esto es especialmente cierto para las bandas Ku y Ka y otras aplicaciones de alta frecuencia. El hecho de que la mayoría de los enlaces RFoF resistan la prueba del tiempo sin ninguna intervención (es decir, sean altamente confiables) es la razón por la que la mayoría de las instituciones no invierten en redundancia. Pero cada negocio de misión crítica debe tener al menos un respaldo porque el tiempo de inactividad debido a los problemas que pueden ocurrir puede ser significativo y costoso. La redundancia N+1 que requiere conmutación de señales se vuelve muy atractiva para proporcionar respaldo del sistema y administrar adecuadamente los costos crecientes del hardware RFoF de alta frecuencia.

Redundancia N+1 y sus diferentes configuraciones

La redundancia N+1 se refiere a un sistema en el que varios componentes primarios (los componentes “N”) están respaldados por un único componente adicional (el componente “+1”) que funciona como repuesto. Este enfoque mejora la confiabilidad y la disponibilidad del sistema al garantizar que si uno de los componentes primarios falla, el componente de respaldo puede tomar el control sin interrumpir el servicio. Esto difiere enormemente de la redundancia 2N, que crea una copia de seguridad de imagen reflejada de la red de enlaces para garantizar que cada enlace y componente tenga un reemplazo. Con la redundancia 2N, esencialmente se invierte en dos redes RFoF pero solo se utiliza una. Se pueden encontrar ejemplos del espectro completo de redundancia en la referencia al final de este artículo.

Existen múltiples formas de configurar la redundancia N+1 a distintos costos, y cada configuración tiene sentido para diferentes aplicaciones. Un operador puede optar por agregar una copia de seguridad a un enlace de comunicación completo o solo a ciertos componentes que componen un enlace, como transceptores ópticos, conmutadores, amplificadores y fibra adicional. Para emplear la redundancia N+1, los componentes del sistema primero deben ser capaces de detectar fallas en áreas específicas, como una señal óptica faltante, una falta de potencia de RF o una alarma del sistema relacionada con la funcionalidad del componente.

Esto se debe a que sería imposible redirigir los componentes alrededor del punto de falla sin ese nivel de precisión. La técnica para redirigir en un punto de falla se llama conmutación de derivación, que utiliza un conmutador óptico 2x2 para transportar la señal al componente de repuesto en un canal de respaldo y regresar a su ruta adecuada. Las distintas configuraciones se describen a continuación:

Redundancia del transceptor N+1: En esta configuración (Figura 1 y XNUMX), hay varios transceptores RFoF (N) activos, cada uno de los cuales convierte señales de RF en señales ópticas para su transmisión por fibra. Un único transceptor de respaldo (+1) está en espera si falla uno de los transceptores principales y, luego, el de respaldo toma el control automáticamente. Los transmisores defectuosos suelen detectarse mediante la electrónica del sistema, como una polarización láser inadecuada, consumo de corriente, etc. Esto se utiliza comúnmente cuando se deben transmitir múltiples fuentes de RF, como sistemas de antenas distribuidas (DAS) o radiodifusión, por fibra.

Redundancia del receptor N+1: Esta configuración (Figura 2 y XNUMX) implica múltiples receptores RFoF (N) que convierten las señales ópticas nuevamente en señales RF en el destino, con un solo receptor de respaldo (+1) disponible para reemplazar cualquier receptor averiado. Al igual que los transceptores, los receptores defectuosos también son detectados por la electrónica del sistema. Este tipo de redundancia es más útil cuando las señales RF se reciben en muchas ubicaciones diferentes, incluidos centros de comunicación a gran escala o estaciones terrestres satelitales.

Enlace N+1 Redundancia: En este caso, varios enlaces de fibra óptica (N) transmiten señales de RF bidireccionales por cada fibra (por ejemplo, a varias antenas) entre una ubicación y otra, con un enlace de fibra adicional reservado como respaldo. Esto es común en redes de comunicación críticas donde el funcionamiento continuo es esencial y la probabilidad de daño a la fibra puede interrumpir un enlace crítico, como las redes aeroespaciales y de defensa o de seguridad pública. Las fibras se enrutan a través de diferentes pasadas (no agrupadas) y se detecta un corte o desconexión de una sola fibra. La conmutación óptica 2x2 reenvía las señales a la fibra de repuesto.

En la práctica, se puede utilizar cualquier combinación de las configuraciones N+1 mencionadas anteriormente (en lugar de cada una de ellas por separado). Por ejemplo, un operador de red puede querer implementar una segunda fibra y un receptor, pero no el transceptor. Sin embargo, cuanto menos redundancias realice un operador, más aumentará la probabilidad de que se produzca una falla catastrófica. Cierto hardware RFoF de primera calidad con conmutadores ópticos inteligentes puede redirigir las frecuencias de manera experta para ajustarse a las complejidades de reemplazar solo un transceptor, amplificador o conmutador singular. Esto proporcionará la protección necesaria de estos sistemas en caso de un corte de fibra o una falla de un componente sin necesidad de redundancia en cada componente.

Resumen

Dado que la comunicación fluida e ininterrumpida es esencial para la innovación y la seguridad nacional, la redundancia N+1 en los sistemas RFoF ofrece una solución pragmática para proteger la infraestructura de telecomunicaciones crítica sin incurrir en costos prohibitivos. Al proporcionar componentes de respaldo ubicados estratégicamente, la redundancia N+1 garantiza que las comunicaciones esenciales permanezcan ininterrumpidas incluso ante fallas de la red.

Este enfoque equilibra el alto costo de la redundancia total y la necesidad de un servicio confiable y continuo, lo que lo convierte en una opción ideal para las organizaciones que no pueden permitirse tiempos de inactividad pero que también deben administrar los recursos de manera eficiente. A pesar de la creencia de que el hardware de telecomunicaciones es un producto básico y una carrera hacia el resultado final, los administradores de sistemas basados ​​en fibra deberían trabajar con los integradores más capacitados y los mejores productos RFoF para garantizar una redundancia N+1 rentable.

Optical Zonu Mejora su sistema de gestión de red

Optical Zonu ha mejorado su Sistema de Gestión de Red (NMS) CloudView con capacidades de detección y localización de fallos de fibra para su solución de transporte de fibra óptica ZONUConnect, que conecta la estación transceptora base con el sistema de antena distribuida (DAS). Las actualizaciones ofrecen a los operadores de telecomunicaciones y a las empresas una mayor visibilidad del rendimiento de la red de RF sobre Fibra (RFoF), lo que permite una detección más rápida y precisa de fallos de fibra. Esto ayuda a abordar los problemas de red con mayor eficacia y a prevenir tiempos de inactividad.

La plataforma ZONUConnect incorpora un reflectómetro de dominio temporal microóptico (uOTDR) patentado dentro de sus módulos enchufables, que puede detectar fallas de fibra en un radio de unos pocos metros. Sin embargo, el acceso y la utilización de los datos uOTDR para la resolución de problemas de red no se realizaba por completo en el NMS anterior. Con las últimas actualizaciones de CloudView NMS, los operadores ahora pueden ver una representación visual de la ruta de la fibra en mapas de terreno, con datos OTDR superpuestos en el panel de administración. Esto permite localizar fallas de fibra y eventos de reflexión con ubicaciones precisas en el mapa.

El NMS ahora también visualiza eventos preventivos de fibra, como imperfecciones en los conectores o paneles de conexión, en lugar de solo roturas de fibra. Abordar estos problemas es crucial para garantizar la confiabilidad de la red RFoF, ya que incluso imperfecciones menores en los componentes pueden generar una pérdida significativa, equivalente a un kilómetro o más de fibra. Identificar y corregir estas imperfecciones ayuda a reducir la pérdida total de fibra y mejora el rendimiento del enlace BTS a DAS.

Para más información visite Optical Zonu at opticalzonu.com.