En 1998, apareció una importante innovación en fibra óptica en la escena de las redes. La tecnología de protección recibe el nombre de SFF, abreviatura de interfaz de fibra óptica con factor de forma pequeño. Lo que hace es llevar la conectividad de la fibra óptica  la LAN con densidades de puertos de sistemas que doblan las encontradas en los componentes de redes de fibra óptica existentes.

La parte central de esta nueva tecnología de factor de forma pequeño son sus Cls de capa física (PHY) multicanal complementarios, enlaces de cable de fibra óptica, conectores y transmisores-receptores ópticos.

En el corto periodo de tiempo transcurrido desde su introducción, estos bloques de construcción fundamentales ya están encontrando su camino hacia los sistemas de próxima generación desarrollados por los proveedores de redes líderes del sector. Las aplicaciones permitidas por la tecnología SFF ofrecen velocidades de línea que van desde 100 Mb/s hasta 2,488 Gb/s. Entre éstas se incluyen Fast Ethernet, Ethernet de Gigabit, ATM, FDDI y Canal de Fibra.

 

Nuevas oportunidades de diseño SFF

El número de capacidades que ofrece la tecnología SFF son sustanciales y convincentes. Los recuentos de puertos son el doble que los que están disponibles actualmente en conexiones de fibra óptica, enrutadores y conmutadores. Los propios componentes SFF, tales como los basados en la tecnología MT-RJ (MT-Registered Jack), permiten espaciado de puertos de fibra óptica al igual que interfaces de cobre RJ-45. Junto con sus méritos, trabajar con la tecnología SFF también plantea interesantes desafíos para los diseñadores que necesiten crear equipos de redes rápidos. Estos sistemas por naturaleza deben ser silenciosos desde el punto de vista de un EMI. Dado que muchos componentes que ejecutan a unas velocidades de reloj mayores son empaquetados en menos espacio, existe el riesgo de que los niveles de EMI puedan subir. Debe prestarse mucha atención para optimizar las características de rendimiento de EMI en este tipo de sistema. Los transmisores-receptores SFF basados en el interfaz MT-RJ ayudan a minimizar los niveles de EMI globales debido a su apertura óptica intrínsecamente pequeña y por medio de las características de diseño minimizantes de EMI.

Otro desafío consiste en encontrar formas de reducir el consumo de energía. Cuando las densidades de puertos se doblan y las cuentas de componentes aumentan, también lo hace la cantidad de energía que un sistema requiere. Gestionar este aspecto de diseño puede hacerse complicado, especialmente al desarrollar equipos con características de potencia de soporte. Para ayudar a los diseñadores a enfrentarse a estos asuntos, los CIs controladores PHY y los transmisores-receptores SFF operan a una tensión nominal de 3,3 Vcc, en comparación con los transmisores-receptores de fibra óptica 1x9 tradicionales que operan a 5 Vcc. Como resultado, determinar los requisitos de potencia se convierte en un ejercicio de diseño más manejable y utilizar una única fuente de energía de 3,3 Vcc reduce los costes globales del sistema.

 

Características de los transmisores-receptores

Actualmente hay dos tipos de transmisores-receptores utilizados en sistemas basados en la tecnología de factor de forma pequeño MT-RJ. Ambos ofrecen una capacidad dúplex integral. Para soportar aplicaciones con velocidades de línea de hasta 155 Mb/s, pueden utilizarse transmisores-receptores ópticos que empleen LEDs y fuentes de luz láser. Entre los ejemplos se incluyen Fast Ethernet a 100 Mb/s, ATM a 155 Mb/s y FDDI a 100 Mb/s. Para aplicaciones aún más rápidas como Ethernet de Gigabit a 1.25 Gb/s y Canal de Fibra a 1.063 Gb/s, se utilizan transmisores-receptores con fuentes de láser de emisión de superficie de cavidad vertical (VCSEL) y Fabry-Perot para aplicaciones de monomodo o multimodo.

Para aplicaciones de redes de instalaciones, los transmisores-receptores ópticos se presentan en paquetes duales en línea (DIP) de 2x5 patillas de fuentes múltiples. Estos dispositivos de 10 patillas tienen características comparables con los módulos transmisores-receptores dúplex – SC1x9. Para las aplicaciones de redes públicas también existe un estándar de 2x10 patillas que ofrece la capacidad de funcionalidad adicional como desviación de fotodetector, control de desviación láser y control de potencia láser y otras funciones. Estos dos tipos de transmisores-receptores ópticos ofrecen un excelente rendimiento de EMI, gracias a las pequeñas aberturas de los casquillos de sus conectores.

Con la mejor utilización del estado real de placa que ofrecen los transmisores-receptores ópticos SFF, pueden utilizarse CIs de capa física de procesadores de señales digitales (DSP) cuádruples o de cuatro canales para crear diseños más efectivos. En conjunto, se necesitar menos componentes y menos hardware de montaje al utilizar esta tecnología. Además, los últimos CIs multicanal presentan un mayor rendimiento en paquetes mas pequeños. Cuando es necesario revisar los diseños desde interfaces de fibra SFF al cobre, el proceso también se convierte en un proceso mucho más simple. La mayoría de los reenrutamientos de trazado se limitarán a las regiones de placa en las que residan los transmisores-receptores ópticos y los chips de PHY. Menos piezas e iteraciones de diseño más fáciles implican menos costes globales del sistema.

 

Enlaces y conectores

Además de los transmisores-receptores y la lógica utilizados en esta arquitectura, hay un nuevo tipo de conector que se presenta con los productos SFF. Los enlaces ópticos de fibra de sistema están diseñados para acoplarse y desacoplarse de una forma muy parecida a como lo hacen los cables Telefónicos actuales. De esa manera, los requisitos de espacio del conmutador, en las tomas de pared y en los paneles de conexiones son los mismos que en los conectores de cobre RJ-45 convencionales.

El proceso de instalación se simplifica con esta nueva tecnología. En el caso de sistemas construidos utilizando tecnología MT-RJ, la configuración es similar al cableado de una instalación de cables de Categoría 5. Las fibras ópticas acaban en la parte posterior de los paneles de conexiones y de las salidas utilizando un dispositivo de perforación. Esto reduce de forma espectacular el tiempo de instalación y el potencial de errores asociados a las terminaciones de campo de fibra tradicionales. Con el jack sin conector estilo MT-RJ, las fibras se cortan y se insertan para acabar con la vuelta de un accionador. Para las interconexiones entre los equipos en las salidas y frontales de paneles, se utilizan puentes de conexión predeterminados de fábrica.

 

Cabletron Systems aprovecha la tecnología de factor de forma pequeño

Uno de los primeros en adoptarla, Cabletron Systems, reconoció rápidamente el potencial de los productos de conmutación de fibra óptica basados en componentes de SFF. Una nueva línea de módulos de conmutación de Fast Ethernet con enlaces a redes primarias WAN y LAN de mayor velocidad podría trabajar mejor para sus clientes de fabricación y gubernamentales. Poder ofrecer el doble de número de puertos con un coste relativo más bajo ofrecería a los clientes mayor liderazgo en su estructura de fibra actual. Además las características de EMI bajo de los sistemas basados en SFF serían atractivas en múltiples aplicaciones de fabricación donde es necesario que los equipos del proceso funcionen cerca de las estaciones de trabajo. Para el gobierno, donde la seguridad es una preocupación muy importante especialmente para el personal que gestiona segmentos de red reservados, los conmutadores basados en SFF ofrecen una seguridad adicional. Al mejorar una red de veinte kilómetros, la fibra óptica proporciona un grado mucho más elevado de seguridad de transmisión que los pared de cobre retorcidos.

Desde el punto de vista de una tecnología de habilitación, eliminando los conectores estilo SC a favor de los componentes de sistemas SFF y añadiendo un motor de conmutación más rápido ASIC, Cabletron Systems descubrió que podía aumentar la densidad de un Módulo de Conmutación de Fast Ethernet (FX) pasando de 8 puertos a 16 puertos. Con un complemento completo de sus nuevos módulos FX instalados en el sistema SmartSwitch 6000 de la compañía, puede llevarse al mercado un total de 80 puertos 100BASE-FX (MT-RJ) soportando fibra multimodo (MMF) y/o fibra de monomodo (SMF). Es la solución correcta justo para las aplicaciones de tráfico de ancho de banda alto y multimedia.

 

Diseño de pista rápida

Se empezó a trabajar en el módulo de conmutación FX en agosto de 1998, y se acabó en diciembre. Los componentes de un módulo de conmutación de producción existente sirvieron como su arquitectura de base. Dado que la tecnología SSF es inherentemente no invasiva respecto a la mayor parte de la circuitería circundante, las funciones de control de acceso a los medios (MAC) y de capa física (PHY) no se verían prácticamente afectadas. Los chips disponibles corrientemente fueron evaluados por los proveedores y aprobados para el uso de FX. El mayor aspecto de cambio del diseño fue determinar qué modificaciones eran necesarias en la placa de circuito, ya que los 8 transmisores-receptores magnéticos existentes serían sustituidos por los 16 transmisores-receptores ópticos. En un proceso que por lo demás no presentó ninguna novedad, se crearon nuevas rutas de traza entre los controladores de CI de medios físicos y los transmisores-receptores ópticos. En los buses de señal entre estos componentes, tuvo que prestarse atención a las terminaciones ECL, al igual que al modificar la mayoría de líneas de datos de alta velocidad.

Dado que este diseño fue un primer esfuerzo y los requisitos de potencia de un nuevo sistema de 3,3 Vcc solamente podrían ser calculados hipotéticamente por los diseñadores y sus herramientas de EDA, se utilizó un simulador de fuente de energía para determinar la extracción de potencia real del módulo prototipo FX. Los técnicos determinaron que la fuente de energía del bastidor del sistema podía entregar más potencia de la necesaria. Se demostró que las emisiones EMI eran insignificantes una vez el sistema estaba activado y en funcionamiento. El número de cambos de firmware necesarios para gestionar el funcionamiento del nuevo módulo FX constituyó una grata sorpresa para los técnicos de software del equipo de diseño. Solamente tuvo que modificarse un 3% del código de diseño.

El Módulo de Conmutación de Fast Ethernet de Cabletron Systems ya ha entrado en el mercado con gran éxito. Y, tal como ha sido demostrado por el equipo de ingeniería de Cabletron, abundan las oportunidades y los ahorros al diseñar productos de redes de fibra óptica rápidas utilizando la tecnología SFF. Los nuevos sistemas de alta densidad combinando lo mejor de la inversión en tecnología existente con transmisores-receptores ópticos avanzados y conectores de fibra óptica pueden hacerse evolucionar rápidamente y llevarse al mercado de forma muy rentable. A medida que se vayan introduciendo más productos incorporando esta nueva tecnología, los precios de los sistemas iniciarán su descenso ritual hacia el terreno en el que tendrá lugar la adopción generalizada. Esta tecnología llega en el momento adecuado.

 

Agilent Technologies

Autor: Kevin Wade. Product Marketing Manager. SmartSwitch 6000. Cabletron Systems, Agilent Technologies