JERARQUÍA DIGITAL SÍNCRONA SDH 1.- Redes de transporte TDM. Contenido 2.- Conceptos básicos de SDH. 3.- Multiplexación SDH. 4.- Elementos de red SDH. 5.- Redes SDH en anillo. 1
1.- Redes de transporte TDM Una red de transporte se compone de enlaces y equipos que habilitan tráfico para ser transportado entre 2 nodos. Los elementos de red son equipos MUX (o routers) localizados en los nodos, que multiplexan o enrutan el tráfico telefónico. Tráfico telefónico Equipo MUX 24 ó 30 24 ó 30 Enlace Equipo MUX De las redes telefónicas se han heredado los sistemas digitales de transporte basados en TDM (Multiplexación por División en Tiempo). En 1970 aparecen los primeros sistemas TDM basados en PCM (Modulación por Pulsos Codificados), que digitalizan la señal telefónica con una frecuencia de muestreo de 8 kHz y 8 bits/muestra, para obtener una señal digital de 64 kbps, que es la unidad básica de conmutación utilizada en la red telefónica. La trama básica utilizada es de 2 Mbps (estándar europeo), denominada trama E1, que resulta de la agrupación de 32 canales de 64 kbps: 30 de voz y 2 de control (sincronismo y señalización). La trama E1 se repite cada 125 µs. En el estándar americano, la trama básica es de 1,5 Mbps, denominada trama T1, que resulta de la agrupación de 24 canales de 64 kbps más 1 bit de sincronismo. La trama T1 se repite cada 125 µs. 2
Plesiócrono significa casi síncrono. Cada tributario viene de redes que tienen su propio reloj. Cuando llegan al MUX TDM deben sincronizarse. Jerarquía digital plesiócrona PDH En 1980, se establece una jerarquía para la obtención de tramas de mayor capacidad, a partir de la multiplexación de tramas de nivel inferior, denominada PDH (Jerarquía Digital Plesiócrona). T D M …. 30 E0 64 kbps T D M E1 2,048 Mbps 32 E0 T D M E2 8,448 Mbps 4 E1 ó 128 E0 T D M E3 34,368 Mbps 4 E2 ó 16 E1 E4 139,264 Mbps 4 E3 ó 64 E1 Módulos de transporte o tramas Tributarios La multiplexación se produce bit a bit. PDH estándar europeo En PDH las señales son eléctricas y los medios físicos son cables coaxiales y enlaces de radio. 3
En este estándar, cada nivel de multiplexación corresponde a un servicio digital DS, los cuales para su implementación usan líneas T1, T2, T3 y T4. PDH estándar americano Módulos de transporte o tramas Tributarios La multiplexación se produce bit a bit. Plesiócrono significa casi síncrono. Cada tributario viene de redes que tienen su propio reloj. Cuando llegan al MUX TDM deben sincronizarse. En PDH las señales son eléctricas y los medios físicos son cables coaxiales y enlaces de radio. 4
Cuando se multiplexan diferentes señales en una de nivel superior (por ejemplo 4 E1 en una E2), cada una con su propia señal de reloj, es preciso sincronizarlas en el multiplexor. Sólo cuando las tasas de bit son iguales puede procederse a una multiplexación bit a bit como se define en PDH. Sincronización en PDH La sincronización se efectúa agregando bits de justificación o de relleno. Estos bits causan que las tasa no sean múltiplos enteros de la tasa básica (Excepto para E1). 5
Limitaciones de la jerarquía PDH No tiene un estándar universal. Existen 3: europeo, americano, japonés. No es síncrona. Se utilizan bits de relleno para sincronismo. La gestión de tramas es compleja. Los bits de relleno y la multiplexación bit a bit, impiden seguir un canal a través de la red. Fue desarrollada para medios no ópticos. No se aprovecha el ancho de banda disponible con la fibra óptica. La inserción / extracción de flujos de baja capacidad es rígida. El acceso a un canal simple en una señal superior implica demultiplexarla totalmente. No existe interfaz de nodo de red. Equipos de diferentes fabricantes son incompatibles.
Se necesitan muchos MUX para derivar un canal de 64 kbps desde una trama de 140 Mbps Para evitar las limitaciones de PDH, se desarrolló en EE.UU la Red Óptica Síncrona (SONET), que sirvió de plataforma de diseño para la red universal Jerarquía Digital Síncrona SDH. SONET se utiliza en EE.UU, Canadá, Corea, Taiwan y Hong Kong. Los estándares de SONET están definidos por la ANSI. SDH se utiliza en el resto del mundo. Los estándares de SDH están definidos por la ITU-T. 6
2.- Conceptos básicos de SDH En palabras simples, las transmisiones SDH son como tuberías que portan tráfico en forma de paquetes de información. Estos paquetes son de aplicaciones de E1, PDH, ATM o IP. El papel de SDH es gestionar la transmisión eficiente a través de la red óptica, con mecanismos internos de protección. SDH es la tecnología dominante en la capa física de transporte de las actuales redes ópticas. Permite el transporte de muchos tipos de tráfico, tales como voz, video y el paquete de datos como los genera IP. Usando el modelo OSI, SDH es visto como un protocolo de nivel 1 que actúa como el portador físico de aplicaciones de nivel 2 a 4. Primero se verá SDH como protocolo y luego cómo se pueden construir las redes SDH a partir de los estándares definidos en el protocolo. voz datos MUX SDH Flujos de entrada o Tributarios: E1, PDH, ATM, IP. Tasa = ? tasas de entrada Láser 7
El módulo de Transporte Síncrono STM-1 Las recomendaciones de la UIT-T (G.707 a 709) definen la tasa básica de transmisión en SDH: 155, 52 Mbps, referida como un STM-1 (Módulo de Transporte Síncrono). Se define una estructura de multiplexación donde una señal STM-1 puede portar señales de menor tasa de transmisión, formando parte de su carga útil. A diferencia de PDH, en SDH las señales tributarias se multiplexan byte a byte de forma síncrona (las señales de reloj se extraen de una referencia común). Importante.- SDH no nace para sustituir a PDH, sino para ser usado en conjunto como medio de transporte en los enlaces que requieren mayor capacidad. Por ello, se ha previsto una forma estándar para transporta tramas PDH dentro de tramas SDH (hasta 3 E3 en una STM-1). PDH SDH Ello permite que se pueda acceder de forma directa y simple a las señales multiplexadas, sin tener que “deshacer” todas las etapas de multiplexación. 8
Estructura de trama STM-1 En SDH, cada trama va encapsulada en una estructura denominada contenedor, y se organiza como un marco, con campos de carga útil y encabezados de control para identificar el contenido de la estructura. La transmisión de una trama comienza en la esquina superior izquierda y termina en la inferior derecha. Se transmiten 8.000 tramas por segundo (una cada 125 µs). STM-1 se transmite a una tasa nominal de 155,52 Mbps. Tiene una distribución de bytes de 9 filas por 270 columnas (9?270 = 2.430 bytes = 19.440 bits). Carga útil (de tributarios). Información útil transmitida: 9?261 = 2.249 bytes = 18.792 bits. Encabezado de ruta POH. La carga útil se completa con información de la ruta (entre 2 nodos). Tiene 9 bytes. Encabezados de sección R-SOH y M-SOH. Para monitorear la calidad, detectar fallas, gestionar alarmas, etc. 8?9 = 72 bytes = 576 bits. Puntero AU-PTR. El inicio de las señales tributarias se señala con punteros. de 1?9 = 9 bytes = 72 bits. El utilizar 9 filas hace posible que todos los bytes en una columna pertenezcan a una misma señal tributaria. 9
E3 E1 . . E1 E3 Conversor electro-óptico Codificador (scrambler) Multiplexor 4:1 Multiplexor 4:1 OC-48c STM-16 STM-4 STM-1 STM-1 STM-4 STM-4 STM-4 Tramas PDH Tramas SDH E3 E3 STM-1 STM-1 3.- Multiplexación SDH Los niveles de jerarquía superior se forman multiplexando a nivel de byte varias estructuras STM-1 utilizando una referencia común de reloj. Es así que se obtienen STM-4, STM-16, STM-64, etc. En general, los módulos de transporte síncrono SDH se denominan STM-N, siendo N el nivel jerárquico. Actualmente están definidos para N= 4, N=16, N= 64 y N=256. La trama STM-N contiene 9 × 270 × N bytes y también tiene una duración de 125 µs. 10
Interfaces SONET/SDH En SONET se hace referencia a la misma señal como portadora óptica OC. En la actualidad, se puede hablar de señales OC-1536 (80 Gbps) o incluso OC-3072 (160 Gbps), que no se encuentran definidas en el estándar, pero existen equipos que las utilizan. STM-0 no representa un nivel valido de SDH. Se lo considera un método de transmisión a baja capacidad, para enlaces de radio y satélite. STM-1 es el primer nivel de SDH. Las velocidades superiores son múltiplos del primer nivel. Actualmente están definidas hasta N=256. Esta última velocidad alcanza casi 40 Gbps, que está dentro de la capacidad presente de enlaces ópticos DWDM. SONET/SDH se utiliza ampliamente en las compañías telefónicas, ya que permite la transmisión de múltiples canales telefónicos. Por ejemplo, la trama STM-1 proporciona una capacidad de transmisión de 1.890 líneas telefónicas; la trama STM-16 de 30.000 líneas, etc. 11
Contenedor virtual Un contenedor (C) es el elemento básico de la señal SDH. Formado por los bits de una señal tributaria PDH que se empaquetan dentro de él. Existen diferentes tipos (C-11, C-12, C-2, …), cada uno corresponde con una señal PDH de diferente tasa de transmisión. Un contenedor virtual (VC) se forma asociando a cada contenedor C una cabecera de ruta POH: POH+C. Esta cabecera se genera en el nodo de origen y se termina en el de destino. Permite etiquetar el tráfico. Mediante un “mapeo” se preparan diferentes VC: De orden inferior (V-11, V-12, V-2). Se transmiten dentro de otro contenedor. De orden superior (V-3, V-4, V-4-…). Se transmiten directamente en el módulo. Un VC se inserta en el área de carga útil del STM, junto a otros VC. 12
Estructura de multiplexación SDH Define cómo la información es estructurada para construir un marco STM-1. Este modo de mapeo de contenedores en una señal STM-N es definido por las recomendaciones de l ITU-T. 13
4.- Elementos de red SDH Una red sencilla SDH está formada por: En este ejemplo, señales electrónicas alimentan un multiplexor de origen ADM, donde se combinan en una única señal óptica. Este ADM proporciona la interfaz entre una red tributaria eléctrica y la red óptica. La señal óptica se transmite hasta un repetidor o regenerador, que toma la señal, la demodula en eléctrica, la regenera para eliminar el ruido que la ha contaminado en el trayecto, y la vuelve a modular en señal óptica . El regenerador SDH sustituye alguna de la información de cabecera existente (R-SOH) por información nueva. La señal regenerada llega al multiplexor de inserción/extracción ADM, el cual inserta señales que llegan de distintas fuentes en una ruta dada o extrae una señal de una ruta y la redirige a otra sin demultiplexar toda la señal. El ADM usa la información de cabecera, como direcciones y punteros para identificar los flujos individuales. La señal remultiplexada llega a otro repetidor y desde allí al multiplexor de destino ADM, donde se modula a señal eléctrica, se demultiplexa y se convierte a un formato utilizable por los equipos receptores. 14
Conexiones entre elementos SDH Los elementos de una red SDH se conectan usando secciones, líneas y rutas. Una sección es el enlace óptico que conecta a dos dispositivos vecinos: ADM – ADM, ADM – Repetidor o Repetidor – Repetidor. Una línea es la porción de redes entre dos multiplexores: Multiplexor de origen – ADM, ADM – ADM, ADM – Multiplexor de destino. Una ruta es la porción de un extremo a otro de la red entre dos multiplexores (de destino y de origen). 15
5.- Redes SDH en anillo Los ADM hacen posible tener redes en anillo. Los anillos SDH se usan en configuración uni- o bidireccional. En cada caso, se pueden añadir anillos extras para hacer que la red tenga autodiagnóstico y sea capaz de recuperarse por sí misma de una falla de la línea. 16
Rx Tx Anillo principal Rx Tx Anillo de respaldo Tarjeta STM-1 primaria Tarjeta STM-1 de reserva Electrónica de un ADM – STM – 1 (155 Mbps) 17
Combinación de anillos SDH Las redes SDH actuales usan una combinación de anillos interconectados para crear servicios en área amplia. Por ejemplo, una red SDH puede tener un anillo regional, varios anillos locales y muchos anillos de sitio para dar servicio a un área extensa. Ejemplo de anillos interconectados 18
Arquitectura de sincronización Todos los elementos en la red SDH operan bajo una misma señal de reloj suministrada por un reloj de referencia primario (PRC), que se encuentra en un equipo de la red de comunicación vinculada a la fuente primaria. La distribución de la señal de reloj se realiza a lo largo de la red SDH mediante configuraciones específicas. Los elementos “intermedios”, tales como regeneradores, multiplexores ADM, etc., son operados en el “modo esclavo”, el cual utiliza un componente de señal de reloj extraído de la señal STM-N recibida. La Rec. G.811 especifica el rendimiento del PRC, cuya estabilidad y exactitud en frecuencia se hallan en el orden de ±10-11, posible gracias a un oscilador de cesio. Para mayor confiabilidad, este reloj de referencia se sincroniza con los sistemas GPS. 19
Resumen de características de una red SDH Multiplexación TDM. De flujos digitales T1, E1, PDH, ATM, IP. 1 Fibra óptica. Es el medio físico de las redes de transporte actuales. 2 3 Topología en anillo. Optimiza enlaces y fibras desplegadas en la red y ofrece rutas alternativas. 4 Gestión de red. Con un software se gestionan nodos y caminos de tráfico. 5 Fibra óptica de respaldo. Ruta alternativa en caso de falla de la principal. Sincronización. Los Operadores deben proporcionar temporización a todos lo elementos de la red, basada en una referencia común (reloj primario). 6 FIN 20