Descarga - Marco Antonio Vargas

M. Sc. Ing. Marco Antonio Vargas Paredes
JERARQUIA DIGITAL SINCRÓNICA (SDH)
En el año 1985 la empresa Bell Core, le hace una propuesta al ANSI de estandarizar
las velocidades mayores a 140Mb/s, que hasta el momento eran propietarias de cada
empresa. En 1986, la Bell Core, y La AT&T, proponen al CCITT, posibles velocidades de
transmisión para que las mismas sean estandarizadas, cada una de estas
empresas propone diferentes velocidades transmisión posibles.
Recién en el año 1988 se produce la primera regulación de la Jerarquía Digital
Sincrónica, o más conocida por sus siglas en ingles Synchronous Digital Hierarchy
(SDH). La CCITT saca entonces, en su “Serie azul”, las recomendaciones G707,G708 y
G709 que constituyen la primera regulación de esta forma de transmisión.
DEFINICIÓN DE SDH
SDH es un estándar para redes de telecomunicaciones de “alta velocidad, y alta
capacidad”. Este es un sistema de transporte digital realizado para proveer una
infraestructura de redes de telecomunicaciones más simple, económica y flexible.
Las viejas redes fueron desarrolladas en el tiempo en que las transmisiones punto a
punto eran la principal aplicación de la red. Hoy en día los operadores de redes
requieren una flexibilidad mucho mayor.
¿POR QUÉ SDH?
A partir de la introducción de la tecnología PCM hacia 1960, las redes de
comunicaciones fueron pasando gradualmente a la tecnología digital. Para poder
soportar la demanda de mayores velocidades binarias surgió la jerarquía PDH.
Pero como las velocidades de transmisión de esta jerarquía no son las mismas para
EEUU y Japón que para Europa, las pasarelas entre redes de ambos tipos es compleja
y costosa. Además si se tiene en cuenta que para poder llegar a un canal de 64Kb/s
(canal de voz), habría que desarmar toda la señal PDH, es decir abría que poner una
cadena de multiplexores y demultiplexores, con el incremento de costo que esto
significa.
El objetivo de la jerarquía SDH, nacida en los años 80, era subsanar estas
desventajas inherentes a los sistemas PDH, como
así también normalizar las
velocidades superiores a 140Mb/s que hasta el momento eran propietarias de cada
compañía.
La tecnología SDH, ofrece a los proveedores de redes las siguientes ventajas:
Altas velocidades de transmisión: los modernos sistemas SDH logran velocidades
de 10 Gbps.
Función simplificada de inserción/extracción: comparado con los sistemas PDH
tradicionales, ahora es mucho más fácil extraer o insertar canales de menor
velocidad en las señales compuestas SDH de alta velocidad. Ya no hace falta
demultiplexar y volver a multiplexar la estructura plesiócrona, procedimiento que en el
mejor de los casos era complejo y costoso. Esto se debe a que en la jerarquía SDH
todos los canales están perfectamente identificados por medio de una especie de
“etiquetas” que hacen posible conocer exactamente la posición de los canales
individuales.
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Alta disponibilidad y grandes posibilidades de ampliación: la tecnología SDH
permite a los proveedores de redes reaccionar rápida y fácilmente frente a las
demandas de sus clientes. Por ejemplo, conmutar las líneas alquiladas es sólo
cuestión de minutos.
Empleando un sistema de gestión de redes de
telecomunicaciones, el proveedor de la red puede usar elementos de redes
estándar controlados y monitorizados desde un lugar centralizado.
Fiabilidad: las modernas redes SDH incluyen varios mecanismos automáticos
de protección y recuperación ante posibles fallos del sistema. Un problema en un
enlace o en un elemento de la red no provoca el colapso de toda la red, lo que podría
ser un desastre financiero para el proveedor. Estos circuitos de protección también
se controlan mediante un sistema de gestión.
Plataforma a prueba de futuro: hoy día, SDH es la plataforma ideal para multitud
de servicios, desde la telefonía tradicional, las redes RDSI o la telefonía móvil hasta las
comunicaciones de datos (LAN, WAN, etc.) y es igualmente adecuada para los servicios
más recientes, como el video bajo demanda (VOD) o la transmisión de video digital vía
ATM.
Interconexión: con SDH es mucho más fácil crear pasarelas entre los distintos
proveedores de redes y hacia los sistemas SONET. Las interfaces SDH están
normalizadas,
lo
que
simplifica
las combinaciones de elementos de redes de
diferentes fabricantes. La consecuencia inmediata es que los gastos en equipamiento
son menores en los sistemas SDH que en los sistemas PDH.
El motor que genera toda esta evolución es la creciente demanda de más ancho de
banda, mejor calidad de servicio y mayor fiabilidad, junto a la necesidad de reducir
costos manteniendo la competitividad.
COMPONENTES DE UNA RED SÍNCRONA
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La figure es un diagramas esquemático de una estructura SDH en anillo con varias
señales tributarias. La mezcla de varias aplicaciones diferentes es típica de los datos
transportados por la red SDH. Las redes síncronas deben ser capaces de transmitir las
señales plesiócronas y, al mismo tiempo, ser capaces de soportar servicios futuros
como ATM. Todo ello requiere el empleo de distintos tipos de elementos de red.
Las redes SDH actuales están formadas básicamente por cuatro
elementos. La topología (malla o anillo) depende de el proveedor de la red.
tipos
de
Regeneradores: como su nombre implica, los regeneradores se encargan de
regenerar el reloj y la amplitud de las señales de datos entrantes que han sido
atenuadas y distorsionadas. Obtienen sus señales de reloj del propio flujo de datos
entrante. Los mensajes se reciben extrayendo varios canales de 64 kbit/s (por
ejemplo, los canales de servicio E1, T1) de la cabecera RSOH.
Multiplexores: se emplean para combinar las señales de entrada plesiócronas y
síncronas en señales STM-N de mayor velocidad.
Multiplexores add/drop (ADM): permiten insertar (o extraer) señales plesiócronas
y síncronas de menor velocidad binaria en el flujo de datos SDH de alta velocidad.
Gracias a esta característica es posible configurar estructuras en anillo, que
ofrecen la posibilidad de conmutar automáticamente a un trayecto de reserva en caso
de fallo de alguno de los elementos del trayecto.
Transconectores digitales (DXC): este elemento de la red es el que más funciones
tiene. Permite mapear las señales tributarias PDH en contenedores virtuales, así
como conmutar múltiples contenedores.
Gestión de los elementos de la red: la red de gestión de las telecomunicaciones se
considera un elemento mas de la red síncrona. Todos los elementos SDH mencionados
se controlan por software, lo que significa que pueden monitorizarse y controlarse
desde un lugar remoto, una de las ventajas más importantes de los sistemas SDH.
CARACTERÍSTICA PRINCIPALES DE SDH
-
-
Velocidad básica 155Mb/s (STM-1).
Técnica de multiplexado a través de punteros.
Estructura modular: a partir de la velocidad básica se obtienen velocidades
superiores multiplexando byte por byte varias señales STM-1. Las
velocidades multiplexadas, a diferencia de PDH, son multiplos enteros de la
velocidad básica.
A través del puntero, se puede acceder a cualquier canal de 2Mb/s.
Posee gran cantidad de canales de overhead que son utilizados para
supervisión, gestión, y control de la red.
TRAMA STM-1
La jerarquía STM-1 es la menor velocidad prevista para la transmisión a través de un
enlace de SDH, es decir es la jerarquía básica. La STM-1 tiene una estructura de trama
que se conforma de 2430 bytes en serie , que por lo general se ilustra en forma de
matriz para hacer más cómoda su representación, quedando entonces una
estructura bidimensional de 9 reglones, con 270 bytes por reglón. Esta matriz debe
ser recorrida en izquierda a derecha, y en sentido descendente, para así ir
siguiendo la secuencia en serie.
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La duración de transmisión de cada trama es de 125uS, la cual corresponde a una
frecuencia de repetición de trama de 8000 Hz. La capacidad de transmisión de un byte
individual es de 64Kb/s.
No hay que perder de vista que esta es solamente una representación, en realidad los
bits van siguiendo una secuencia en serie, es decir cuando terminamos de recorrer una
matriz, comenzaría la siguiente. La figura muestra esquemáticamente como se van
transmitiendo las matrices.
La STM-1 está conformada por tres bloques; La Section Over-Head (SOH), el puntero
(PTR), y la señal útil o comúnmente llamada payload.
ANALISIS DE LOS OVERHEAD
Para los propósitos de la red de gestión y mantenimiento, la red SDH puede ser
descripta en función de tres diferentes sectores dentro de la red. Estos son: la
Multiplexer section overhead (MSOH), Regenerator section overhead (RSOH), y Path
over head (POH).
A continuación se muestra en gráficos el mapa de bytes de cada una de la partes del
SOH anteriormente mencionadas.
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MULTIPLEXER SECTION OVERHEAD - MSOH
Esta sección provee las funciones necesarias para monitorear y transmitir datos de la
red de gestión entre elementos de red. Las funciones básicas de esta sección son las
siguientes:
-
Chequeo de paridad.
Punteros del payload.
Conmutación automática a la protección.
Canales de comunicación de datos.
Canales de comunicación vocales
REGENERATOR SECTION OVERHEAD - RSOH
Esta sección está destinada a transferir información entre los elementos
regeneradores. Es decir estos regeneradores tendrán acceso a la información que viene
en los bytes del ROH, la sección regeneradora contiene una estructura de 12 bytes. Las
funciones básicas de esta sección son las siguientes:
-
Chequeo de paridad.
Alineación de la trama.
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-
Identificación de la STM-1.
Canales destinados a los usuarios (sin fines específicos).
Canales de comunicación de datos.
Canales de comunicación vocales
PATH OVERHEAD - POH
Esta sección esta construida por nueve bytes, los cuales ocupan la primer columna de
la STM-1, los mismos están destinados a manejar toda la información concerniente al
camino por el cuál circulará la comunicación.
Las funciones básicas de esta sección son las siguientes:





Mensajes de la trayectoria de camino.
Chequeo de paridad.
Estructura del virtual conteiner.
Alarmas e información de performance.
Indicación de multitrama para las unidades tributarias.
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 Conmutación por protección de camino.
CAMINO PARA FORMAR UNA TRAMA STM-1
Una señal STM-1 puede ser formada a partir de algunas de las jerarquías PDH, se
eligieron cuatro velocidades, tratando así de que por lo menos alguna de las jerarquías
que cada país tenía, tenga cabida dentro de la trama STM-1.
El gráfico anterior muestra el mapeo que se hace para llegar de una señal PDH
tradicional a una señal básica de SDH, es decir a una trama STM-1.
Tomando como ejemplo la velocidad de 2Mb/s se ve que tomando 3 TU (Unidades
Tributarias), se forma un TUG2 ( Grupo de Unidades Tributarias de orden 2).
Agrupando 7 TUG, se forma una AU3 (Unidad Administrativa de orden 3), y por ultimo
agrupando 3 AU3, se forma una AUG (Grupo de Unidades Tributarias), a la cuál
agregándole el SOH, forma la trama STM-1.
A medida que se va armando la trama se van agregando al payload, los diferentes
identificadores y canales de overhead. Como si tuviera una estructura de cascarón, es
decir que cada etapa va sumando una capa a este cascarón imaginativo.
El siguiente gráfico muestra como se llega a una STM-1 desde una señal PDH de
140Mb/s.
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Hay que tener tres ecuaciones básicas que ayudan a recordar en que pasos se van
agregando los sucesivos encabezados de trama, a continuación se expresan las
mismas.
C + POH = VC
VC + PTR = TU
AU + SOH = STM-1
A continuación se explica con más detalle cada una de estas etapas.
CONTAINER C
Toda información útil, ya sea plesiócrona o síncrona, se coloca en containers antes de
ser transmitida en una STM-1. Por container C se entiende una capacidad de
transmisión definida y síncrona a la red. El tamaño de los containers se indica en
bytes, esta cantidad de bytes se pone a disposición como capacidad de transmisión en
containers cada 125 us. Los tamaños de los containers establecidos corresponden a las
señales plesiócronas actuales. En la siguiente tabla se distinguen los siguientes
tamaños de containers.
Denominación
C-11
C-12
C-2
C-3
C-4
Señal a Transmitir
1544Kb/s
2048Kb/s
6312Kb/s
44736Kb/s ó 34368Kb/s
139364Kb/s
La información útil debe caber en estos containers, esto se logra mediante un relleno
de bits y bytes, para el cual se emplea tanto el procedimiento de relleno puramente
positivo como el de relleno negativo-cero-positivo.
El container contiene:
a) Información útil (por ej la señal PDH).
b) Bytes y bits de relleno fijos (fixed stuffing) para la adaptación del reloj. Estos
rellenos, son siempre Bytes (bits) sin información para adaptar la velocidad PDH
aproximadamente a la velocidad del container, que suele ser mayor
c) Bits rellenables para la adaptación precisa del reloj. Según sea necesario, estos bits
pueden usarse como bits de información útil o bien como bits de relleno.
d) Bits de relleno para comunicar al destinatario si el bit rellenable tiene información
útil o es simplemente de relleno, permitiendo así al destinatario saber si debe tener en
cuenta los bits de relleno o debe descartarlos.
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VIRTUAL CONTAINER
A cada container C se le agrega un Path over head - POH (encabezado de camino),
luego el container junto con el POH correspondiente forman lo que se denomina Virtual
Container (VC), y se transporta como unidad inalterada a través de una ruta
interconectada en la red.
El POH consiste en informaciones que sirven para transportar de manera confiable el
container desde el origen hasta el destino. El POH se agrega al formar el VC al
principio de la ruta y se evalúa solo al final de ésta, en el momento que se
descompone el container, entonces el POH contiene información para supervisión y
mantenimiento de una ruta interconectada en la red.
Un VC puede (según el tamaño) transmitirse en una trama STM-1 o bien, depositarse
en un VC mayor, el cuál se transporta luego directamente en la STM-1.
Se hace una distinción entre VC de orden superior (Higher Order), y VC de orden
inferior (Lower Order ). Se conocen como LO a aquellos que se transmiten en
containers “más grandes”. Los VC11, VC12, VC 2, son del tipo LOVC. El VC 3 es un
LOVC cuando es transmitido en un VC4. Los HO son aquellos que se transmiten
directamente en la trama STM-1, por ejemplo el VC4 se un HOVC, esto es valido
también para el VC3 que se transmite directamente en la trama STM-1.
UNIDAD ADMINISTRATIVA
Los virtual containers VC4 y VC3, son transmitidos directamente en la trama STM-1, en
este caso los pointers bloque PTR AU incorporados en la trama STM-1 contiene la
relación de fase entre la trama y el contenedor virtual respectivo. La parte de la trama
dentro de la cuál puede deslizarse el VC se denomina “Unidad Administrativa”, también
el puntero denominado PTR AU, forma parte de la AU. En los primero 9 bytes del
cuarto renglón de la trama STM-1 están contenidos 3 punteros de 3 bytes cada uno.
Se debe hacer una distinción entre las AU4 y AU3. En la trama STM-1 pueden
transmitirse, 1 x AU4, o bien 3 x AU3. Vale la pena aclarar que la transmisión del VC3
puede efectuarse directamente (AU3), en la STM-1 o indirectamente, en un AU4, por lo
cual se depositan 3 VC dentro de un VC4.
GRUPO DE UNIDADES ADMINISTRATIVAS
Varias AU pueden agruparse, o sea multiplexarse, por bytes para formar el llamado
grupo AU (AUG). El grupo AUG es una unidad con sincronía de trama que corresponde
al STM-1 sin la SOH. Agregando la SOH –STM1 al AUG se obtiene un STM-1. Un grupo
AUG puede constar entonces, de 1 x AU4 ó de 3 x AU3.
UNIDAD TRIBUTARIA
Todos los VC´s, excepto el VC4, pueden transmitirse dentro de la STM-1, depositados
dentro de un VC más grande. El VC “menor” puede, por regla general, tener
deslizamientos de fase dentro del VC “mayor” (de orden superior), a tal efecto el VC de
orden superior debe tener incorporado un puntero que reduzca la relación de fase
entre ambos VC´s. Por Unidad Tributaria TU, se entiende la parte del container de
orden superior dentro del cual puede deslizarse el LOVC incorporado, más el puntero
correspondiente (PTR-TU). Se pueden distinguir las siguientes TU: TU11, TU12, TU2, y
TU3.
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GRUPO DE UNIDADES TRIBUTARIAS
Antes de ser depositadas en un container de orden superior, las TU se agrupan, es
decir, se concatenan por bytes y los grupos resultantes se denominan TUG (Grupo de
Unidades Tributarias). Se han definido los siguientes TUG: TUG2 y TUG3.
PUNTEROS
Es oportuno hacer un comentario especial a cerca de los punteros. En las señales SDH
es condición fundamental que antes de proceder a la multiplexación se efectúe la
alineación de los punteros. Esto no significa que la señal sea retrasada ya que esto no
es posible, hay que tener en cuenta que la información contenida en el payload es
información que debe ser transmitida en tiempo real, lo que se hace entonces, es
cambiar el contenido del puntero reacomodando la posición a la cual debe apuntar
(posición donde empieza el payload). Es decir que el payload tiene cierta libertad para
deslizarse dentro del VC, siempre siendo apuntado por el puntero correspondiente.
SINCRONIZACIÓN
Como ya sabemos, SDH significa jerarquía digital síncrona y es muy importante que
sea realmente síncrona. Si no se garantiza la sincronización puede producirse una
degradación considerable en las funciones de la red e incluso el fallo total de la red.
Para evitarlo todos los elementos de la red están sincronizados respecto a un reloj
central, generado mediante un reloj de referencia primario (PRC) de alta precisión
conforme a la Recomendación G.811 de la UIT-T, que especifica una precisión de 10-11.
Esta serial de reloj debe distribuirse por toda la red. Para ello se recurre a una
estructura jerárquica, siendo las unidades de sincronización (SSU) y los relojes de
equipos síncronos (SEC) quienes transfieren la señal. Las señales de sincronización
circulan por los mismos circuitos que las comunicaciones SDH.
La señal de reloj se regenera en las SSU y en los SEC con la ayuda de bucles
enganchados en fase (PLL). Si falla la fuente de reloj, el elemento afectado conmuta a
otra fuente de reloj de igual o menor calidad o, si esto no fuera posible, pasa al modo
de "holdover". En esta situación, la señal de reloj se mantiene relativamente precisa
controlando el oscilador aplicando valores de corrección de frecuencia almacenados
durante las últimas horas y teniendo en cuenta la temperatura del oscilador.
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Deben evitarse a toda costa las "islas de reloj' ya que, con el transcurso del tiempo,
podrían llevar a la pérdida del sincronismo y al fallo total de la red. Tales islas se
evitan comunicando los elementos de la red con la ayuda de mensajes de estado de
sincronización (SSM, parte del byte Sl). El SSM informa al elemento vecino sobre el
estado de la fuente de reloj utilizada para generar la señal por este recibido y es parte
de la cabecera de sección de multiplexación.
Las pasarelas entre redes con fuentes de reloj independientes plantean algunos
problemas especiales. Los elementos de redes SDH pueden compensar
desplazamientos de reloj hasta ciertos limites mediante operaciones con punteros.
RECOMENDACIONES DE LA ITU-T RELATIVAS A LOS SISTEMAS SDH
G.703: Características físicas/eléctricas de las interfaces digitales jerárquicas
G.707: Interfaz de nodo de red para la jerarquía digital síncrona (SDH)
G.772: Puntos de supervisión protegidos de los sistemas de transmisión digital
G.774: Modelo de información de gestión de la jerarquía digital síncrona desde el
punto de vista de los elementos de red
G.774.01: Supervisión de la calidad de funcionamiento de la jerarquía
digital
síncrona desde el punto de vista de los elementos de red
G.774.02: Configuración de la estructura de cabida útil de la jerarquía digital
síncrona desde el punto de vista de los elementos de red
G.774.03: Gestión de la protección de secciones de multiplexión de la jerarquía digital
síncrona desde el punto de vista de los elementos de red
G.774.04: Gestión de la protección de conexiones de subred de la jerarquía digital
síncrona desde el punto de vista de los elementos de red
G.774.05: Gestión en la jerarquía digital síncrona de la funcionalidad de supervisión
de la conexión de orden superior e inferior desde el punto de vista de los elementos de
red
G.780: Vocabulario de términos para redes y equipos de la jerarquía digital síncrona
G.783: Características de los bloques funcionales de los equipos de la jerarquía digital
síncrona (sustituye a la versión 01/94 de G.781, G-782 y G.783)
G.784: Gestión de la jerarquía digital síncrona
G.803: Arquitectura de redes de transporte basadas en la jerarquía digital síncrona
G.810: Definiciones y terminología para las redes de sincronización
G.811: Requisitos de temporización en las salidas de relojes de referencia primarios
adecuados para la explotación plesiócrona de enlaces digitales internacionales
G.813: Características de temporización de los relojes subordinados de los equipos de
la jerarquía digital síncrona (SEC)
G.825: Control de la fluctuación de fase y de la fluctuación lenta de fase en las redes
digitales basadas en la jerarquía digital síncrona
G.826: Parámetros y objetivos de características de error para trayectos digitales
internacionales de velocidad binaria constante que funcionen a la velocidad primaria o
a velocidades superiores
G.831: Capacidades de gestión de las redes de transporte basa das en la jerarquía
digital síncrona
G.832: Transporte de elementos SDH en redes PDH
G.841: Tipos y características de las arquitecturas de protección de las redes SDH
G.842: Interfuncionamiento de las arquitecturas de protección de las redes SDH
G.957: Interfaces ópticas para equipos y sistemas relacionados con la jerarquía digital
síncrona
G.958: Sistemas de líneas digitales basados en la jerarquía digital síncrona para su
uso en cables de fibra óptica
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M.2101: Límites de calidad de funcionamiento para la puesta en servicio y el
mantenimiento de trayectos y secciones multiplex de la jerarquía digital síncrona
M.2110: Puesta en servicio de trayectos, secciones y sistemas internacionales de
transmisión
M.2120: Detección y localización de fallos en trayectos, secciones y sistemas de
transmisión digital
0.150: Requisitos generales para la instrumentación de mediciones de la calidad de
funcionamiento de equipos de transmisión digital
0.175: Equipos de medida de la fluctuación de fase y de la fluctuación lenta de fase
para sistemas digitales basados en la jerarquía digital síncrona
0.181: Equipo de medición para determinar la característica de error en las interfaces
de módulo de transporte síncrono de nivel N.
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