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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

2018

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FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN TELECOMUNICACIONES Y REDES TEMA: CONSTRUCCIÓN DE UN RED DE FIBRA ÓPTICA

INTEGRANTES: KARINA LESANO JALENI OCAMPO DANIEL PAQUI JHON TENE CATEDRA: SISTEMAS DE COMUNICACIONES

DOCENTE:

ING. OSWALDO MARTINEZ

FECHA 26 de Julio de 2018 1

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INFORMACIÓN:

1.1. TEMA Diseño e implementación de una red de fibra óptica para una comunicación entre dos ordenadores.

1.2. OBJETIVO GENERAL Diseñar e implementar una red de fibra que conecte dos dispositivos finales.

1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Establecer la topología de red óptica y los materiales necesarios para la implementación de la misma.



Implementar la red con la menor cantidad de perdidas posibles.



Utilizar los equipos de medición para garantizar el correcto funcionamiento de la red.



Comprobar el funcionamiento de la conexión con un mensaje de ping entre dos ordenadores.

2. INTRODUCCIÓN:

La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos y telecomunicaciones, consistente en un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser un láser o un diodo led.

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Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de la radio y superiores a las de un cable convencional

La fibra óptica transmite señales luminosas detectables por muchos kilómetros y así lograr una mejor comunicación. Uno de los materiales más importantes de la fibra óptica es el vidrio, el cual debe tener un alcance luminoso de varios metros, no puede ser el vidrio normal o convencional por ello los estudiosos debieron desarrollar vidrios más puros con transparencias mucho mayores a la de los vidrios ordinarios para lograr dichos resultados.

3. MARCO TEÓRICO

3.1. FIBRA ÓPTICA

Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), de espesor entre 10 y 300 micrones. Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro.

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a gran velocidad, mucho más rápido que en las comunicaciones de radio y cable. También se utilizan para redes locales. Son el medio de transmisión por excelencia, inmune a las interferencias. Tienen un costo elevado.

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3.1.1. Fibra Óptica Multimodo

Este tipo de fibra fue el primero en fabricarse y comercializarse. Su nombre proviene del hecho de que transporta múltiples modos de forma simultánea, ya que este tipo de fibra se caracteriza Por tener un diámetro del núcleo mucho mayor que las fibras monomodo. El número de modos que se propagan por un a fibra óptica depende de su apertura numérica o cono de aceptación de rayos de luz a la entrada. Los diámetros de núcleo y cubierta típicos de estas fibras son 50/125 y 62,5/125 dm.

Existen dos tipos de fibra óptica Multimodo: de salto de índice y de índice gradual. En el primer caso, existe una discontinuidad de índices de refracción entre el núcleo (n1 = Cte.) y la cubierta o revestimiento de la fibra (n2 = cte.). Por el contrario, en el segundo caso la variación del índice es gradual. Esto permite que en las fibras Multimodo de índice gradual los rayos de luz viajen a distinta velocidad, de tal modo que aquellos que recorran mayor distancia se propaguen más rápido, reduciéndose la dispersión temporal a la salida de la fibra.

3.1.2. Fibra Óptica Monomodo

Las fibras ópticas monomodo tienen un diámetro del núcleo mucho menor, lo que permite que se transmita un único modo y se evite la dispersión multimodal. Los diámetros de núcleo y cubierta típicos para estas fibras son de 9/125 dm. Las fibras monomodo también se caracterizan por presentar una menor atenuación que las fibras multimodo, aunque como desventaja resulta más complicado el acoplamiento de la luz y las tolerancias de los conectores y empalmes son más estrictas. Permiten alcanzar grandes distancias y transmitir elevadas tasas de bit, las cuales vienen limitadas principalmente por la dispersión cromática y los efectos no lineales.

3.1.3. Tipos de conectores 4

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Existen muchos tipos de conectores de fibra en el mercado, y los más difundidos son los conectores SC, LC y FC. El alma del conector es la férula (o Ferrule) que es el elemento cerámico blanco que recibe en su interior la fibra óptica y es un elemento de alta precisión en su construcción para asegurar el alineamiento de los núcleos de las fibras. La industria de la conectividad en fibras ópticas ha presentado en el tiempo una serie de tipos de terminaciones de las férulas (ferrules) cerámicas para lograr la mejor interconexión, y se tienen dos parámetros que debemos medir y minimizar: la Pérdida de Inserción (Insertion Loss o IL) y la Pérdida de Retorno (Return Loss o RL). Las primeras interconexiones tenían pulidos del tipo PC (Physical Contact) donde los conectores se unen al interior del adaptador. Actualmente los pulidos más comunes son la UPC (pulido plano, de color azul o beige) y la APC (pulido angulado de color verde). Y cada vez vemos más utilizable el APC o conector angulado.

Todos los conectores deben tener una Pérdida de Inserción estándar menor de 0.3 dB. Esta es la atenuación que se genera, producto de la calidad del pulido y el alineamiento de los núcleos de las fibras entre conectores. Los conectores APC de color verde, presentan un pulido con ángulo de 8 grados para desempeño y, por lo tanto, redes de mejor calidad.

Fig1. Tipos de pulido

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lograr mejor

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Los conectores permiten acoplar mecánicamente los extremos de la fibra óptica, permitiendo la fácil conexión o desconexión del cable de fibra con los equipos ópticos. Los conectores pueden ser de varios tipos, los metálicos FC o ST y los plásticos SC o LC, entre otros. Cada conector introduce entre 0.4 a 0.5 dB de atenuación. Todos los tipos de conectores están estandarizados por la IEC (International Electrotechnical Commission) y la TIA (Telecommunications Industry Association), algunos ejemplares se muestran en la siguiente figura.

Fig2. Tipos de conectores

3.2. COMUNICACIONES CON FIBRA ÓPTICA:

La fibra óptica se emplea como medio de transmisión para las redes de telecomunicaciones, las fibras más usadas en este campo son de plástico o de vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Para usos interurbanos son de vidrio, por la baja atenuación que tienen. Para las comunicaciones se emplean fibras Multimodo y monomodo, usando multimodo para distancias cortas (hasta 5000 m) y monomodo para acoplamientos de larga distancia. Debido a que las fibras monomodo son más sensibles a los empalmes, soldaduras y conectores, las fibras y los componentes de éstas son de mayor costo que los de las fibras multimodo.

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El diseño de la red de fibra óptica es el proceso especializado que culmina con la instalación y el funcionamiento exitoso de una red de fibra óptica. Luego, debemos considerar los requisitos de los permisos, las autorizaciones y las inspecciones. Una vez que llegamos a esa etapa, debemos tener en cuenta la selección de los componentes, la ubicación, las prácticas de instalación, las pruebas, y la instalación y puesta en funcionamiento del equipamiento de red y de solución de problemas. Por último, debemos analizar la documentación, el mantenimiento y la planificación de una restauración en el caso de que se produzca una interrupción en el futuro.

Fig3. Red Nacional de fibra óptica

3.3. CONDICIONES PARA EL DISEÑO:

3.3.1. Grupo integrado por personas capacitadas:

Para diseñar una red es necesario trabajar con otros equipos de personal que están involucrados en el proyecto, aparte del cliente. Estos equipos pueden ser ingenieros 7

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de redes, generalmente de departamentos de TI (tecnología de la información), arquitectos e ingenieros que supervisan un proyecto más grande, y contratistas que participan en la creación de proyectos.

3.3.2. Requisitos para los diseñadores de la red de fibra óptica

Todas las personas involucradas en el diseño de proyectos de fibra óptica deben tener conocimientos previos en el área de fibra óptica, haber completado un curso para obtener el certificado de técnico autorizado en fibra óptica (CFOT) de la Asociación de Fibra Óptica (FOA), y pueden tener una especialización en el diseño de redes de cables y/o instalaciones eléctricas.

3.3.3. Análisis del sistema de comunicaciones

Antes de comenzar a diseñar una red de cables de fibra óptica es necesario determinar junto con el usuario final o el dueño de la red dónde se construirá la red y qué señales de comunicación transportará. La mayoría de los contratistas están familiarizados con las redes en planta interna, en las cuales las redes informáticas (redes de área local o LAN) y los sistemas de seguridad utilizan sistemas de cableado estructurado que se construyen en base a estándares de la industria bien definidos.

3.3.4. Planta Interna

Los sistemas de cableado en interiores están diseñados para transportar redes de computadoras mediante la tecnología Ethernet, que actualmente opera a una velocidad de entre 10 megabits y 10 gigabits por segundo, generalmente funcionan a una velocidad baja, al menos en lo que respecta a la fibra. En general, las redes en planta interna son de corta distancia; suelen tener menos de los 100 metros que 8

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se establecen como límite para los sistemas de cableado estructurado estandarizado que permiten utilizar el cableado de cobre de par trenzado o de fibra óptica. Las redes en planta interna suelen operar con la fibra multimodo, con frecuencia, los diseñadores astutos y los usuarios finales utilizan tanto las fibras multimodo como las monomodo en los cables de la red troncal (backbone), llamados cables híbridos, debido a que las fibras monomodo son muy económicas y brindan una posibilidad casi ilimitada de ampliar los sistemas.

3.3.5. Planta Externa

Las redes de telefonía suelen ser principalmente sistemas de planta externa (OSP) que conectan edificios tanto en distancias cortas de unos pocos cientos de metros, como en distancias de cientos de miles de kilómetros. En las Comunicaciones Ópticas, la velocidad de transmisión de datos suele ser de 2.5 a 10 gigabts por segundo, y se utilizan láseres muy potentes que solo funcionan en las fibras monomodo. En la planta externa se utiliza la fibra monomodo para poder realizar enlaces más largos, su capacidad de permitir mayores distancias y ancho de banda la posicionan como la única opción o la que es significativamente menos costosa en comparación con el cable de cobre o la red inalámbrica.

3.3.6. Utilización de estándares de cableado

El propósito principal de los estándares no es capacitar a los instaladores o a los usuarios finales, ya que eso es responsabilidad de los fabricantes de los productos que cumplen con los estándares, garantizar que los productos que pertenecen a distintos fabricantes funcionen de manera conjunta adecuadamente

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4. MATERIALES Y EQUIPOS

4.1. MATERIALES MATERIALES

CANTIDAD

CARACTERÍSTICAS

Fibra Óptica

15 mts

Monomodo, dos hilos

Patchcord

2

Monomodo, conector SC/APC

Pigtail

2

Monomodo, conector SC/APC

Bandeja de fibra

1

Espacio para 2 conectores

Acoplador de FO

2

SC/APC

Cable de red

1

Tipo UTP conector RJ45

Termo contraíbles

2

Con alma de metal

Peladora de cable

1

Especial de fibra óptica

Instrumentos de limpieza

1

Especial de fibra óptica

4.1.1. PIGTAIL El pigtail es un cable de fibra óptica el cual esta conectorizado en un solo extremo. Este cable se lo utiliza para ser empalmado un extremo con la fibra óptica que llega del enlace exterior y el otro extremo permite la interconexión con el equipo central.

Fig4. Pigtail

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4.1.2. PATCHCORD Los patchcord permiten conectar dos equipos instalados en la central o nodo. Las terminaciones del patchcord pueden ser de tipo dual, es decir, dos fibras monomodo con dos terminaciones en cada extremo y sus características ópticas deben ser las mismas que las de la fibra óptica utilizada en el enlace.

Fig5. Patchcord

4.1.3. LIMPIADOR DE CONECTORES Este instrumento permite realizar una limpieza precisa de los conectores de fibra óptica, tiene un número limitado de descargas de limpieza, y tiene un conector especial para cada tipo de conector.

. Fig6. Limpiador de conectores

4.1.4. TERMOCONTRAIBLES

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Son la primera protección para el empalme de la fibra los cuales poseen un nervio metálico, presenta algunas características como: 

Provee protección segura para el empalme de fibra óptica.



Resistencia a la humedad para protección del medio ambiente.



Fácil utilización al momento de la instalación de la fibra óptica.



Eliminan el incorrecto roscado de las fibras.

4.2. EQUIPOS

4.2.1. CONVERSOR DE FIBRA ÓPTICA A ETHERNET

Permiten establecer conexiones de equipos UTP Ethernet de cobre a través de un enlace de fibra óptica para aprovechar las ventajas de la fibra, entre las que figuran las siguientes: 

Ampliación de los enlaces para cubrir distancias mayores mediante cable de fibra óptica



Protección de datos frente al ruido y las interferencias



Preparación de su red para el futuro con capacidad de ancho de banda adicional

Las conexiones Ethernet de cobre presentan una limitación de transmisión de datos de tan sólo 100 metros cuando se utiliza cable UTP. Mediante el uso de una solución de conversión de Ethernet a fibra, ahora es posible utilizar cable de fibra óptica para ampliar este enlace y cubrir una mayor distancia.

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Fig7. Conversor Fibra óptica a Ethernet

4.2.2. FUSIONADORA

Es una máquina de alto rendimiento que se utiliza para empalmar o unir dos fibras ópticas en sus extremos por medio de un proceso llamado fusión. El objetivo de la fusionadora es lograr que los dos hilos se fusionen entre sí para logar una unión íntima entre ambos extremos, que la unión quede perfecta. La fusión se logra por medio de un arco eléctrico producido por dos electrodos. Cada fabricante tiene su propia recomendación respecto al cambio de electrodos, (2000 a 4000 arcos).

Fig 8. Fusionadora Fujikura 70s

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4.2.3. VLF

Es un Localizador de Fallas Visual(Visual Fault Locator,). Desde un punto de vista más práctico es un “Láser”. Se usa para probar la continuidad del cable de fibra óptica, colocándolo en un extremo y observando con precaución la Luz del mismo por el otro extremo. la distancia máxima que puede recorrer la Luz dentro del núcleo del cable, y esto está relacionado con la Potencia (Mw).

Fig 9. VFL utilizado en la práctica

4.2.4. CORTADORA DE FIBRA Esta cortadora se considera como un equipo debido a que es parte del conjunto de fusión de la marca Fujikura posee una hoja de diamante y su función es cortar la fibra con un ángulo de 90 grados para permitir una fusión exacta.

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Fig 10. Cortadora Fujikura CT-30

. 4.2.5. OTDR Es un instrumento óptico-electrónico usado para diagnosticar una red de fibra óptica, para estimar la longitud de la fibra, y su atenuación, incluyendo pérdidas por empalmes y conectores, detectar fallos, tales como roturas de la fibra. Para realizar su función, el OTDR inyecta en la fibra bajo análisis una serie de pulsos ópticos.

Fig 11. OTDR

5. DESARROLLO

5.1. FUSIÓN DE FIBRA 15

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Consiste en el calentamiento de las fibras para eliminar impurezas, y al llegar a una temperatura lo suficientemente alta se fusiona las fibras uniéndolas permanentemente. Los empalmes por fusión generan bajas perdidas por reflexión y alta fiabilidad. 

En primer lugar, se debe eliminar la cubierta que protege a la fibra óptica, un aproximado de 15 centímetros, al tener únicamente los dos hilos de fibra, se deja solo el núcleo, es decir, se elimina el color y el revestimiento y se inserta el termo contraíble que será utilizado más tarde. Esto se realiza con el fin de tener la punta lista para una fusión.

Fig12. Fibra óptica monomodo de 2 hilos



Una vez que ya se tienen el núcleo se procede a realizar una limpieza de impurezas esto con el fin de evitar que la luz se pierda o se afecte con estos elementos y también a que la fusión no debe contener impurezas.

Fig13. Limpieza de fibra



Cuando tenemos la fibra limpia se realiza el corte de 90 grados con la cortadora especial de la fusionadora, una vez realizado el corte es imprescindible que no se toque con ninguna superficie ya que afecta enormemente al corte en el extremo del 16

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núcleo. Si se precisa se puede realizar otra vez la limpieza con alcohol y una tela de microfibra.

Fig 14. Corte de fibra



Una vez listo este extremo se coloca en la fusionadora con cuidado de no pasar del electrodo y que la fibra este completamente alineada.

Fig 15. Colocación de la fibra en la fusionadora



Para el otro extremo de la fusión se toma el Pigtail y se realizan los mismos pasos, se retira la cubierta se inserta el termo contraíble, se retira el color, el revestimiento y se limpia el núcleo, se corta y se coloca en la fusionadora.



Ya listas las fibras se procede a presionar set, y si el equipo considera correctas las partes de la fusión lo indica y se procede a presionar set nuevamente, En la pantalla de la fusionadora se puede observar que la fibra no tiene impurezas.

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Fig 16. Resultados de la fusión



Finalmente, ya realizada la fusión se coloca el termo contraíble sobre la parte fusionada y se coloca en la ranura posterior de la fusionadora para que este sea calentado y asegure la fibra.

Fig 17. Fibra con termo contraíble en la cavidad para sellado

5.2. FASE DE CONEXIÓN Cuando tenemos todos los componentes de fusión listos lo que se hace es proceder a conectorizar y para ello se sigue un respectivo orden, empezando por el cable de red con conector RJ45 que se conectara a un ordenador cualquiera, el otro extremo se conecta al convertidor de ethernet a fibra óptica, del cual se presentan dos salidas, las cuales son de fibra óptica con conectores SC/APC aquí se conecta los patchcord que poseen el mismo tipo de conector, y por el otro extremo se conecta a un acoplador que previamente ha sido colocado en la bandeja organizadora de fibra óptica. 18

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Dentro de la bandeja se debe conectar el extremo conectorizado de los Pigtail al acoplador, y la fibra sobrante se enrolla por las cavidades de la bandeja para almacenarla como reserva, y finalmente se tiene que extraer la fibra que fue fusionada por un orificio presente en la bandeja.

Fig18. Bandeja para organizar fibra óptica

5.3. FASE DE PRUEBAS

Para realizar pruebas en la fibra y constatar si está correctamente acoplada se utiliza el VFL el cual es un verificador de luz, es decir por un extremo de la fibra ingresamos un haz de luz y si todo está debidamente conectado el haz debería salir por el otro extremo de la fibra.

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Fig19. VFL probado en un patch cord

6. DISEÑO DE LA RED

Fig 12. Topología de la red óptica

Usaremos un router como ISP (OLT) el cual mediante un patchcord de cobre rj45 se conecta al tranceiver y mediante un patchcord óptico este podremos conectar a la bandeja de empalmes y dentro de este con el uso de una transición podremos acoplar 20

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al pigtail el cual conecta directamente a la fibra optica mientras que al otro extremos será la misma conexión que al inicio solo que de manera inversa y en vez de un router usaremos una pc para la ONT o en tal caso otro router con el fin de brindar red a varios usuarios. 7. PERDIDAS EN EL ENLACE Descripción Pigtail UPC – FO verde FO verde - FO celeste FO celeste - FO rosa FO rosa - FO morado FO morado - FO gris FO gris - FO blanco FO blanco - FO tomate FO tomate - FO rojo FO rojo - FO pigtail APC Total

PERDIDAS POR FUSION Cantidad 1.5m 9.8m 9.8m 9.8m 9.8m 9.8m 9.8m 9.8m 1.5m

Perdidas 0.01dB 0.02dB 0.01dB 0.01dB 0.02dB 0.01dB 0.01dB 0.01dB 0.0dB 0.1dB

8. CONCLUSIONES  Se desarrollo la topología de red óptica e implementación de la misma  Se obtuvo la menor cantidad de perdidas en él enlace.  Comprobó el funcionamiento de la conexión con un mensaje de ping entre dos ordenadores.  BIBLIOGRAFÍA

[1] M. Á. Solano Verez, «UNIVERSIDAD DE CANTABRIA,» [En línea]. Available: http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/contaminacion-electromagnetica-medioambiental/material-declase-2/apuntes_3.pdf. [2] P. Brito y M. P. Lopez, «Diseño y construccion de una camara anecoica para la facultad de ingenieria electronica,» Quito, 2006. [3] F. G. Carrera Flores y C. E. Cuvi Constante, «Diseño e implementación de un sistema de control de posición en azimut y elevacioón para la obtención de características de radiación de antenas usando la cámara anecoica,» Quito, 2012.

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[4] J. J. Murillo Fuentes, Fundamentos de Radiación y Radiocomunicación, 2007. [5] C. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, New Jersey: Wiley, 2005. [6] E. Córdova, DataLigths, Riobamba, 2016. [7] A. Russo, «SINE,» Febrero 2015. [En línea]. Available: htto://www.sine.ni.com/nips/cds/view. [8] V. Proaño, «Universidad Politécnica de Valencia,» 2010. [En línea]. Available: http://www.upv.es/antenas/Documentos_PDF/Transparencias_reducidas/Antenas_tema_1.pdf.

ANEXOS

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