Universidad Pública de Navarra



Año Académico: 2015/2016 | Otros años:  2017/2018  |  2016/2017 
Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación por la Universidad Pública de Navarra
Código: 73087 Asignatura: Diseño de redes ópticas
Créditos: 6 Tipo: Optativa Curso: 2 Periodo: 1º S
Departamento: Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Profesores
BENITO PERTUSA, DAVID LOPEZ-AMO SAINZ, MANUEL
GOMEZ LASO, MIGUEL ANGEL (Resp) PEREZ HERRERA, ROSA ANA

Partes de este texto:

 

Módulo/Materia

ME1. Módulo de especialidad en Comunicaciones Avanzadas.

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Descriptores

Comunicaciones por fibra óptica, redes de alta capacidad, FTTH (Fibra hasta el hogar), OXC (optical cross-connect), OADM (Optical Add-Drop Multiplexer), redes Ethernet de fibra óptica, redes submarinas de fibra óptica, sensores y redes de sensores de fibra óptica.

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Competencias genéricas

BÁSICAS

CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación

CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio

CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios

CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

 

GENERALES

CG1 - Capacidad para proyectar, calcular y diseñar productos, procesos e instalaciones en todos los ámbitos de la ingeniería de telecomunicación.

CG8 - Capacidad para comprender la responsabilidad ética y la deontología profesional de la actividad de la profesión de Ingeniero de Telecomunicación.

CG10 - Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión de Ingeniero de Telecomunicación.

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Competencias específicas

CE1 - Capacidad para aplicar métodos de la teoría de la información, la modulación adaptativa y codificación de canal, así como técnicas avanzadas de procesado digital de señal a los sistemas de comunicaciones y audiovisuales.

CE3 - Capacidad para implementar sistemas por cable, línea, satélite en entornos de comunicaciones fijas y móviles.

CE4 - Capacidad para diseñar y dimensionar redes de transporte, difusión y distribución de señales multimedia.

CE6 - Capacidad para modelar, diseñar, implantar, gestionar, operar, administrar y mantener redes, servicios y contenidos.

CE7 - Capacidad para realizar la planificación, toma de decisiones y empaquetamiento de redes, servicios y aplicaciones considerando la calidad de servicio, los costes directos y de operación, el plan de implantación, supervisión, los procedimientos de seguridad, el escalado y el mantenimiento, así como gestionar y asegurar la calidad en el proceso de desarrollo.

CE9 - Capacidad para resolver la convergencia, interoperabilidad y diseño de redes heterogéneas con redes locales, de acceso y troncales, así como la integración de servicios de telefonía, datos, televisión e interactivos.

CE12 - Capacidad para utilizar dispositivos lógicos programables, así como para diseñar sistemas electrónicos avanzados, tanto analógicos como digitales. Capacidad para diseñar componentes de comunicaciones como por ejemplo encaminadores, conmutadores, concentradores, emisores y receptores en diferentes bandas.

CE13 - Capacidad para aplicar conocimientos avanzados de fotónica y optoelectrónica, así como electrónica de alta frecuencia.

CE14 - Capacidad para desarrollar instrumentación electrónica, así como transductores, actuadores y sensores.

 

COMPETENCIAS ESPECIFICAS DEL MODULO DE ESPECIALIDAD

 

Competencias del Módulo de Especialización en Comunicaciones avanzadas:

 

CCA5: Capacidad de analizar los retos de los dispositivos y las redes ópticas actuales, y las tendencias futuras, siguiendo un juicio técnico independiente,

y teniendo conciencia de las implicaciones políticas y socio-económicas vinculadas.

 

CCA6: Conocimiento de redes y servicios de comunicaciones emergentes y capacidad para desarrollar aplicaciones con valor añadido en este contexto.

 

CCA7: Capacidad para profundizar de forma autónoma en otras tecnologías y aspectos de interés relacionados con las comunicaciones.

 

CCA8: Capacidad para plantear de forma crítica líneas de investigación asociadas a las comunicaciones

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Resultados aprendizaje

Cuando termina la formación, el estudiante es capaz de:

 

· Entender textos científicos o comerciales de dificultad media sobre el nivel físico de las redes ópticas (niveles 1 y 2 de la torre OSI). Conocer los dispositivos y

subsistemas utilizados en estas redes.

· Saber aplicar los fenómenos implicados en la transmisión de la señal a través de redes ópticas.

· Tener una perspectiva de la historia de las redes de banda ancha y de las tendencias de evolución futuras, así como el papel que la fibra óptica desempeña en ellas.

· Conocer las topologías de redes de datos privadas de fibra, redes de acceso, metropolitanas, de área extendida, submarinas y no guiadas, sus alternativas tecnológicas y las características que les son propias a cada una.

· Haber adquirido conocimiento teórico y destreza práctica sobre la instrumentación utilizada en redes ópticas y las técnicas de caracterización.

· Haber desarrollado un juicio técnico independiente en torno a las soluciones ópticas en las redes de comunicación.

· Haber adquirido conocimiento teórico y destreza práctica sobre las redes de sensores por fibra óptica y las redes de fibra óptica para iluminación.

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Metodología

Metodología - Actividad
Horas Presenciales
Horas no presenciales
A-1 Clases expositivas/participativas
 45h
 
A-2 Prácticas
 20h
 
A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos
 2h
 
A-4 Elaboración de trabajo
 
 25h
A-5 Lecturas de material
 
 20h
A-6 Estudio individual
 
 30h
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación
 3h
 
A-8 Tutorías individuales
 
 5h
 
 
 
Total
 70h
 80h

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Relación actividades formativas-competencias

Competencia
Actividad formativa
 CB6,7,8,9,10
 A1 a A8
 CG1,8,10
 A2 y A4
 CE1,3,4,6,7,9,12,13,14
 A1 a A8
 CCA5,6,7,8
 A4,5,6

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Idiomas

Castellano.

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Evaluación

Aspecto
 
Criterios
 
Instrumento de evaluación
 
Peso (%)
 

-Saber aplicar los fenómenos relacionados con la transmisión por la fibra óptica y en distintas topologías de redes

-Comprender la historia de las redes de fibra

-Analizar y prever la historia y evolución futura de las redes de fibra óptica

 -Asimilación de los conceptos teóricos y prácticos, y utilización de los mismos
Prueba final oral y escrita
 60
-Saber utilizar la instrumentación específica de las redes de fibra óptica y comprender su fundamento teórico  -Realización de prácticas de laboratorio
Memorias y tests de prácticas
20

-Entender textos relacionados con las redes de fibra óptica

-Realizar propuestas novedosas a partir de un juicio técnico independiente de soluciones de redes de fibra óptica

 -Elaboración de trabajos
Memorias y presentaciones
20

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Contenidos

Se trata de una materia que pretende dar una visión global de tecnologías de comunicaciones emergentes, por lo que necesariamente sus contenidos

se irán actualizando en función de la evolución tecnológica. Una propuesta inicial de contenidos es la que se presenta a continuación.

 

· Redes ópticas emergentes de transporte (redes intercontinentales submarinas, redes WAN y redes MAN).

· Redes ópticas de acceso y de área local.

· Instrumentación para la caracterización de redes ópticas.

· Redes ópticas no guiadas en el IR

· Redes de sensores de fibra óptica

· Iluminación con fibra óptica

 

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Temario

Contenidos teóricos:

 

 

A)     Conceptos básicos para redes ópticas avanzadas -2 horas-

 

-   Los profesores hacen una introducción a la asignatura, su planificación , su metodología y su evaluación (A1)

 

 

B)     Técnicas e instrumentos para test y medida en redes ópticas -6 horas-

 

-   Los profesores presentan los conceptos fundamentales relacionados con los trabajos de test y medida en redes ópticas: el reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR), los equipos multifunción de medida de pérdidas ópticas (OLTS), los analizadores de espectros ópticos (OSA), y las técnicas y equipos relacionados con la medida de la calidad de la transmisión de la señal en redes con modulación analógica o digital de la portadora óptica. Los profesores hacen también una introducción a los trabajos prácticos que los estudiantes efectuarán en el laboratorio (B1).

 

-   Trabajo individual de los estudiantes para asimilar los conceptos explicados en clase relacionados con los trabajos de test y medida en redes ópticas (B2).

 

 

C)    Redes ópticas de área local -4 horas-

 

-   Los profesores presentan los principales conceptos relacionados con redes LAN ópticas: las redes de datos privadas y el uso de la fibra óptica. Redes dentro del edificio (cableado horizontal y vertical). Redes entre edificios (topologías y estándares). Capas físicas de Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet (C1).

 

-   Los estudiantes trabajan el caso práctico de la UPNA (red LAN de la UPNA: de FDDI a Gigabit Ethernet) en pequeños grupos y preparan una breve presentación de unos 10 minutos por grupo que resume los principales conceptos apuntados por el responsable del mantenimiento de la red de la universidad (conferencia grabada) (C2).

 

-   Los estudiantes presentan en clase sus conclusiones sobre el caso práctico (C3).

 

 

D)    Redes ópticas de acceso -12 horas-

 

-   Los profesores hacen una presentación panorámica sobre todas las soluciones posibles en la actualidad para la red de acceso: par de cobre, coaxial, inalámbrica y fibra (D1).

 

-   Los profesores presentan la alternativa híbrida fibra/coaxial (redes HFC) de las compañías de cable (D2).

 

-   Los profesores presentan la alterativa todo-fibra: redes ópticas pasivas (redes PON) (D3).

 

-   Los estudiantes investigan en grupos sobre el despliegue actual de redes de acceso en diferentes regiones del mundo (continentes, países,…) (D4).

 

-   Los estudiantes presentan en clase sus conclusiones sobre el trabajo en grupo (D5).

 

 

E)     Redes ópticas metropolitanas y de área extendida -4 horas-

 

-   Los profesores presentan los aspectos físicos de la transmisión en redes ópticas MAN y WAN:  Degradación de la señal en la transmisión por redes ópticas (pérdidas en la fibra y en los dispositivos de la red, dispersión cromática y dispersión por modo de polarización, ruido de amplificadores, efectos ópticos no lineales en la fibra,…). La elección del tipo de fibra para minimizar la degradación de la información en la transmisión por redes ópticas (fibras G.652, G.653, G.654, G.655, G.656, y fibra G.655 de dispersión negativa para redes de área metropolitana). Fibra compensadora de la dispersión (DCF) y su diseño (figura de mérito, compensación de la dispersión de primer y segundo orden, y diseños actuales de este tipo de fibra).  Influencia de la presencia de amplificadores en la transmisión óptica (E1).

 

-   Los profesores presentan los conceptos fundamentales alrededor de las redes ópticas de área metropolitana (MAN): Qué es una red metropolitana y qué función desempeña. SDH y WDM en redes metropolitanas (qué aporta el uso de SDH ó WDM en una red óptica y cómo pueden combinarse, redes con CWDM y DWDM, enrutamiento de la señal óptica usando OADMs).  Redes en anillo y estrategias de redundancia o protección en redes ópticas (anillos UPSR-2 y BLSR-2 y equivalentes WDM, anillos con concentradores y sin ellos) (E2).

 

-   Los profesores presentan los conceptos fundamentales alrededor de las redes ópticas de área extendida (WAN): De los anillos WDM a las redes con enrutamiento en longitud de onda. El principio de funcionamiento del Optical Cross Connect (OXC). Diseño de redes: ejemplos de redes en anillo y en malla con enrutamiento en longitud de onda. Control y gestión de redes de área extendida. Protección de la información en redes de área extendida. (E3).

 

-   Trabajo individual para estudiar los contenidos desarrollados en clase sobre redes ópticas MAN y WAN (E4).

 

 

F)     Redes ópticas submarinas -2 horas-

 

- Los profesores presentan los conceptos fundamentales alrededor de las redes ópticas submarinas: La demanda histórica de redes de mayor capacidad. Características propias de una red óptica submarina (capacidad, repetidores, cables y buques cableadores, protección de cables submarinos y reparación en el mar, estaciones terminales en la superficie). Algunos ejemplos de redes submarinas reales (TAT-14, SEA-ME-WE-3, redes transpacíficas, etc.). Tecnología óptica para redes submarinas (transmisores, moduladores, fibras, amplificadores, tecnologías que evitan el uso de repetidores en el mar). Tendencias de futuro en redes de alta capacidad (métodos para incrementar la capacidad global de la red y sus limitaciones, estaciones terminales, nuevas técnicas ópticas para redes con un número creciente de canales ópticos modulados cada vez a más velocidad, nuevos formatos de modulación, técnicas FEC, resultados recientes y límites de la capacidad total) (F1).

 

 

G)    Estrategia europea sobre redes ópticas -2 horas-

 

-   Estudio individual del estudiante sobre la estrategia que sigue BT con respecto a las redes ópticas (BT 21 CN, BT 21 CN+ and the Long Reach PON) (conferencia grabada) (G1).

 

-   Los estudiantes redactan un ensayo corto (2 páginas) resumiendo el punto de vista de BT sobre las redes ópticas (G2).

 

 

H)    Redes ópticas inalámbricas (IR wireless Networks)  -4 horas-

-   Los profesores presentan los conceptos fundamentales alrededor de las redes ópticas no guiadas en el infrarrojo: Comparación entre enlaces vía radiofrecuencia e infrarrojo. Clasificación de los enlaces infrarrojos. Modelo de un sistema de comunicaciones ópticas no guiadas en interiores.

Características generales de los sistemas infrarrojos no guiados en interiores: Fuentes de señal. Receptores ópticos. El canal óptico IR no guiado en interiores. Fuentes de ruido del canal IR. Técnicas de modulación y demodulación en IR.

Técnicas de acceso múltiple [H1].

Los estudiantes redactarán un ensayo corto sobre uno de los siguientes temas:

Estándares y aplicaciones: El estándar IrDA. El estándar 802.11. El estándar HIPERLAN. Equipos comerciales para redes ópticas inalámbricas[H2].

 

I)    Sensores de fibra óptica y redes de multiplexación de sensores -6 horas-

- Los profesores describirán las peculiaridades de las redes de sensores por fibra óptica, comenzando con los diversos tipos de sensores de fibra óptica que son el principal condicionante de los tipos de redes. Se analizarán las técnicas de medida mediante redes de sensores puntuales y distribuidos. Se describirán las principales técnicas de multiplexación de sensores: TDM, WDM, PDM, FDM. Utilización de amplificación óptica en redes de sensores. Estándares de sensores y redes de sensores de fibra óptica. [I1]

-   Trabajo individual de los estudiantes para asimilar los conceptos explicados en clase relacionados con las redes de sensores de fibra óptica (I2).

 

J)    Iluminación -2 horas-

- Los profesores describirán la aplicación de la fibra óptica en iluminación, describiendo las peculiaridades de las fibras utilizadas, máximas distancias alcanzables, potencia óptica emitida y principales aplicaciones [J1]

 

 

Contenidos prácticos: - 6 prácticas con una duración estimada entre 15 y 20 horas-

 

 

-   Práctica de laboratorio núm. 0.

 

Introducción al laboratorio de Redes Ópticas Avanzadas

 

 

-   Práctica de laboratorio núm. 1 y 2.

 

Experimentación con la instrumentación electro-óptica utilizada para el análisis de las redes de telecomunicación por fibra óptica y la caracterización de los dispositivos asociados:

 

· Reflectómetros ópticos en el dominio del tiempo (OTDR) y equipos multifunción de medida de pérdidas ópticas (OLTS) para localización de eventos sobre la red, determinación de la longitud del enlace, pérdidas de inserción y retorno de tramos de la red, etc.

 

· Analizadores de espectros ópticos para la caracterización de fuentes ópticas y componentes ópticos pasivos y activos utilizados en redes de fibra

 

· Análisis de la calidad de la transmisión en redes ópticas con modulación digital o analógica de la señal

 

 

Material utilizado: diversos tipos de fuentes y receptores ópticos y dispositivos pasivos (acopladores, multiplexores, redes de difracción de fibra), generador de funciones eléctricas, osciloscopio digital, generador de bits, analizador de espectros eléctrico y amplificadores ópticos.

 

 

-   Práctica de laboratorio núm. 3.

 

Simulación de redes de fibra óptica utilizando OptSim: redes de acceso. Las redes ópticas pasivas (redes PON) son la solución todo-fibra para cubrir la distancia entre las redes de transporte y las dependencias del cliente (hogar, negocio,…). El dimensionamiento de la red para tener capacidad máxima es un punto clave de estas redes.

 

 

-   Práctica de laboratorio núm. 4.

 

Simulación de redes de fibra óptica utilizando OptSim: redes de transporte. Se simularán diferentes configuraciones de redes metropolitanas y de área extendida (MAN/WAN) que hacen uso de SDH/SONET, DWDM y OADMs. El deterioro de la señal durante la transmisión (pérdidas, dispersión, ruido de amplificadores, etc.) será analizado en diferentes escenarios.

 

-   Práctica de laboratorio núm. 5.

 

Experimentación y caracterización de sensores de fibra óptica y redes de multiplexación de sensores.

 Desarrollo de una práctica donde se implementará en laboratorio un sensor de distancia, otro de índice de refracción y se multiplexarán dos estructuras sensoras en anillo.

Material utilizado: diversos tipos de fuentes y receptores ópticos y dispositivos pasivos (acopladores, multiplexores,), generador de funciones eléctricas, medidor de potencia óptica, láser de SC en cabecera de red. Red de distribución de FO del laboratorio, osciloscopio, Láser de He-Ne.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que su profesor ha solicitado a la Biblioteca.


Libros básicos

 

Optical Networks, R. Ramaswami and K.N. Sivarajan, Morgan Kaufmann Publishers, Inc., 1998

Fibre Optic Test and Measurement, D. Derickson, Prentice Hall, 1998

Handbook of Optical fibre sensing technology, J.M. López Higuera (Ed) Wiley (2002)

 

Lectura complementaria

 

Broadband Optical Access Networks and Fiber-to-the-Home: Systems Technologies and Deployment Strategies, John Wiley and Sons, 2006

 

Fibre to the Home, the new empowerment, Paul E. Green,  John Wiley & Sons, 2005

 

Fibre Optics Technicians Manual, Jim Hayes, Delmar, 2005

 

WDM Technologies: Optical Networks, Achyut K. Dutta, Academic Press, 2002

 

FTTX Concepts and Applications, Gerd Keiser, John Wiley & Sons, 2006

 

Optical communications. Component and systems. J.H. Franz, V.K. Jain, Ed. Narosa, 2000

 

Fibre Network Service Survivability, Tsong-Ho Wu, Artech House, 1992

 

Survivable Optical WDM Networks, Canhui Ou, Springer-Verlag New York Inc., 2005

 

Recursos electrónicos

 

El sitio web de la asignatura en el Aulario Virtual de la UPNA ofrece una colección de materiales electrónicos de los que los estudiantes harán uso intensivo durante el curso. Estos incluyen las transparencias que los profesores muestran en clase durante sus presentaciones, los guiones de los trabajos prácticos de laboratorio, enlaces a sitios de Internet de interés (revistas técnicas, etc.) e innumerables materiales complementarios de apoyo concreto a las actividades del curso. Además, la página incluye foros que los profesores esperan que los estudiantes utilicen para solicitar y prestar ayuda. Para aquellos interesados en estudiar algún tema del curso en profundidad, se puede acceder desde la web a grabaciones de conferencias de invitados a la asignatura de años precedentes. En concreto, están disponibles: caso de la red local óptica de la UPNA, solución alternativa para la red de acceso y el experimento FON, la red TELENA del Gobierno de Navarra, la red MAN/WAN de Telefónica, etc. También está accesible un curso de 12 horas sobre redes ópticas impartido por BT con los siguientes contenidos: diseño de redes WDM, gestión y control de redes ópticas, recuperación ante fallos de redes ópticas, consideraciones en el despliegue de redes ópticas, y visión de BT sobre el acceso óptico del futuro.

 

Otros materiales empleados

 

Durante las sesiones prácticas en el laboratorio se empleará el equipamiento óptico y opto-electrónico del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la UPNA (Laboratorio de Fotónica -http://www.iee.unavarra.es/laboratoriofotonica.htm- y Laboratorio de Comunicaciones Ópticas -http://www.iee.unavarra.es/laboratorioccooytv.htm-). También se empleará el software comercial OptSim de RSoft (http://www.rsoftdesign.com/products/system_simulation/OptSim/) para la simulación de redes de fibra óptica.

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Lugar de impartición

Aulario y laboratorio de Comunicaciones Ópticas y Televisión.

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