Jerarquía SDH Aplicada a Microondas

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DE EDUCACION CULTURA Y DEPORTE
UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACIN
POSTGRADO TELEMATICA
MARACAIBO - ESTADO ZULIA
JERARQUIA SDH APLICADA A MICROONDAS
INTEGRANTES:
Ricardo Alvarez, C.I: 8.501.170
Dennis Gandica C.I: 12.406.094
Frank Guanipa C.I: 12.695.899
Sección: L111
Profesor: MCs. Luis Molero
Maracaibo, Abril de 2009
INTRODUCCION
Los sistemas de Microondas han venido evolucionando en el tiempo a la par de
los avances tecnológicos, pero fundamentalmente su desarrollo se debe a las
necesidades de nuestra sociedad que demandan mayor interconexión y servicios
donde se requieren mayores anchos de banda para cumplir con dichas
necesidades.
Esto ha dado lugar al desarrollo de nuevas tecnologías de enlaces, las cuales
evolucionaron desde sus inicios con enlaces analógicos, los cuales manejaban
anchos de banda de muy baja capacidad.
Posteriormente estas necesidades sociales requirieron mayores anchos de banda
lo que implico el desarrollo de enlaces digitales para poder cumplir con las
mismas.
Cuando hablamos de Microondas como tecnología de transmisión de datos la
misma no escapa de esta realidad, desarrollándose en el campo digital para poder
garantizar el manejo y operación de anchos de banda que en otrora era
inimaginable.
Claro está que esta transición no se realizo de manera inmediata, sino que a
medida en que la tecnología ofrecía respuestas, las microondas crecieron
pasando de la jerarquía PDH (Jerarquía Digital Plesiosíncrona) hasta la actual
SDH (Jerarquía Digital Síncrona).
Tenemos entonces que la tecnología de SDH surge como respuesta a estas
necesidades de anchos de banda mayores que en la actualidad soportan servicios
de: telefonía, video, datos, Internet y por consiguiente todos los beneficios de los
sistemas de transmisión digital.
Desarrollaremos entonces como base del presente artículo el tema de la Jerarquía
Digital Síncrona en Microondas donde haremos un recorrido por su Origen,
Estructura de Multiplexacion, Elementos de un Sistema de Transmisión Síncrona,
sus Tramas y por último los Sistemas de Protección y Calidad de Servicio.
RESUMEN
Alvarez, R, Gandica D. y Guanipa, F.
SDH es una tecnología de punta que opera en la capa física del modelo OSI la
cual funciona de manera síncrona, donde su principal fortaleza es el manejo de
grandes anchos de banda. Dentro de los elementos que la conforman tenemos la
Terminación de línea, multiplexación y cross-conexión. La trama que utiliza está
estructurada en base a una sincronización proveniente de un reloj maestro. Los
sistemas Microondas basados en SDH no son inmunes a los fallos de diferentes
índoles por lo cual disponen de mecanismos de recuperación y tolerancia a fallos
que les permiten ser seguros. Como principal ventaja en la utilización de ésta
tecnología es que dispone de enrutamiento automático del trafico en caso de falla,
gestión de inteligente de su red que le permite una administración flexible de una
gran variedad de servicios. El estándar SDH posee una estructuras de redes
abiertas haciéndola compatible con diferentes tecnologías.
Palabras Claves: Enlace, Microondas, SDH, Síncrono.
QUE ES SDH?
SDH y el equivalente norteamericano SONET son las tecnologías dominantes en
la capa física de transporte de las actuales redes de Microondas. Su misión es
transportar y gestionar gran cantidad de tipos de tráfico diferentes sobre la
infraestructura física.
Esencialmente, SDH es un protocolo de transporte (primera capa en el modelo
OSI) basado en la existencia de una referencia temporal común (Reloj primario),
que multiplexa diferentes señales dentro de una jerarquía común flexible, y
gestiona su transmisión de forma eficiente a través de microondas, con
mecanismos internos de protección.
Usando como referencia el modelo OSI, SDH es comúnmente visto como un
protocolo de nivel uno, es decir, un protocolo de la capa física de transporte. En
este papel, actúa como el portador físico de aplicaciones de nivel 2 a 4, esto es,
es el camino en el cual tráfico de superiores niveles tales como IP o ATM es
transportado. En palabras simples, podemos considerar a las transmisiones SDH
como tuberías las cuales portan tráfico en forma de paquetes de información.
Estos paquetes son de aplicaciones tales como PDH, ATM o IP.
SDH permite el transporte de muchos tipos de tráfico tales como voz, video,
multimedia, y paquetes de datos como los que genera IP. Para ello, su papel es,
esencialmente, el mismo: gestionar la utilización de la infraestructura de
microondas. Esto significa gestionar el ancho de banda eficientemente mientras
porta varios tipos de tráfico, detectar fallos y recuperar de ellos la transmisión de
forma transparente para las capas superiores.
ESTRUCTURA SDH – MULTIPLEXACION
La 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 la ITU-T, hechas públicas
desde 1989.
Los contenedores son empaquetados en STMs por elementos de red. Para que
los elementos de red en el extremo contrario extraigan un contenedor virtual, éste
debe conocer la localización exacta del contenedor virtual dentro del área de carga
útil del STM. Un puntero denota esta ubicación. En una red sincrona todo el
equipamiento está sincronizado mediante un reloj único para toda la red. La
temporización de una señal plesiosíncrona colocada dentro de un contenedor
virtual puede variar en frecuencia o fase con respecto al reloj de red. Como
resultado de esto, la localización de un contenedor virtual en una estructura STM
puede no ser fija, por lo que el puntero asociado con cada contenedor virtual
indica su posición dentro del área de carga útil del STM.
La estructura SDH: La señal STM-1, el elemento básico del SDH, comprende 2430
bytes de información. Esto está distribuido en 270 columnas por 9 filas. Dentro de
ellos están contenidos la carga útil del STM-1, los punteros y las cabeceras de
sección.
La construcción del área de carga STM es definida por la estructura mapeada
SDH. Las tasas de transmisión de los clientes son mapeadas en contenedores ( C
) y una cabecera de camino (POH) añadida para dar lugar a un contenedor virtual
(VC). Estos formarán Unidades Tributarias (Tributary Units o TU) las cuales
consisten en contenedores virtuales más el puntero. El puntero indica la posición
de contenedor virtual dentro de la unidad tributaria.
La unidad tributaria es empaquetada en Grupos de Unidades Tributarias (Tributary
Units Groups o TUGs)
y finalmente en Grupos de Unidades Administrativas
(Administrative Unit Groups o AUGs) de acuerdo a las reglas de estructura de
multiplexaxión SDH.
Las reglas SDH de multiplexación aseguran que la posición exacta de un
contenedor virtual contenido en el área de carga útil puede ser identificado por
cada nodo. Esto tiene la ventaja de que cada nodo puede directamente acceder a
un contenedor virtual de la carga útil sin necesitar desmontar y volver a construir la
estructura de carga.
Siguiendo estas reglas de multiplexación, una señal STM-1 puede ser constituida
de diferentes modos. Los VC-4 que formarán la carga útil de la estructura STM
pueden contener una señal PDH de 140 Mbps, tres señales PDH de 34 Mbps
sesenta y tres señales PDH de 2 Mbps o combinaciones de ellas, de modo que la
capacidad total no sea excedida. Cuando son necesarias tasas de transmisión
mayores que STM-1, éstas son obtenidas usando un simple esquema de
concatenación de bytes, alcanzando tasas de 622 Mbps (STM-4), 2.5 Gbps (STM16) y 10 Gbps (STM-64).
SENAL ELECTRICA
STS-1
ANCHO DE BANDA (MBPS)
51,84
EQUIVALENCIA SDH
STM-0
STS-3
155,52
STM-1
STS-9
466,56
-
STS-12
622,08
STM-4
STS-18
933,12
-
STS-24
1244,16
-
STS-36
1866,24
-
STS-48
2488,32
STM-16
STS-96
4976,64
-
STS-192
9953,28
STM-64
STS-256
13271,04
-
STS-384
19906,56
-
STS-768
39813,12
STM-256
STS-1536
79626,24
-
STS-3072
159252,48
-
EQUIVALENCIA EN E1
63
252
1008
4032
16128
-
Tabla de Equivalencias.
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TRANSMICION SINCRONA
Existen tres funciones básicas en los equipos de transmisión SDH: Terminación de
línea, multiplexación y cross-conexión.
Terminación de línea/Transmisión: En una dirección la señal digital tributaria es
terminada, multiplexada y transmitida en una señal de mayor velocidad. En la
dirección opuesta, la señal de mayor tasa de transmisión es terminada,
demultiplexada y reconstruida la señal digital de tributario. Esta es la tarea de
terminales de línea. Las redes de transmisión síncrona usan típicamente fibra
óptica como enlaces de transporte físico así que esto requiere la terminación y
transmisión de señales ópticas.
Multiplexación: Es la combinación de diversas señales de baja velocidad en una
única señal de alta velocidad, con lo cual se consigue una máxima utilización de la
infraestructura física. Los sistemas de transmisión síncronos emplean la
Multiplexación por División en el Tiempo (TDM).
En sistemas PDH las tareas de terminación, multiplexación y transmisión
requieren diferentes módulos independientes de equipamiento, pero en SDH estas
funciones pueden ser combinadas en un único elemento de red.
Cross-Conexiones: Las cross-conexiones en una red síncrona suponen el
establecer interconexiones semi-permanentes entre diferentes canales en un
elemento de red. Esto permite que el tráfico sea enviado a nivel de contenedor
virtual. Si el operador necesita cambiar los circuitos de tráfico en la red, el
encaminamiento puede conseguirse cambiando conexiones.
Esta descripción podría sugerir que una cross-conexión es similar a una
conmutación de circuito, pero hay diferencias fundamentales entre ellas. La
principal diferencia es que una conmutación trabaja como una conexión temporal
la cual se realiza bajo el control de un usuario final, mientras que una crossconexión es una técnica de transmisión usada para establecer conexiones semipermanentes bajo el control del operador, a través de su sistema de gestión de
red. El operador cambiará esta conexión semi-permanente según cambie el patrón
del tráfico.
La función de cross-conexión no significa
la necesidad de bloques de
equipamiento independientes. La funcionalidad de cross-conexión SDH puede
residir en casi cualquier elemento de red, siendo el más obvio el multiplexor adddrop.
TRAMA SDH
En sistemas síncronos todos los elementos del sistema están sincronizados al
mismo reloj maestro por lo que la justificación no es necesaria para tener una tasa
de bits común previa a la multiplexación.
La tasa de transmisión básica de SDH estándar es 155,520 Mbps (STM-1). La
trama STM-1 consiste en 2430 bytes, los cuales corresponden con una duración
de 125 us. también están definidas tres tasas de bits de mayor velocidad como
son 622,08 Mbps (STM-4), 2488,32 Mbps (STM-16) y 9953,28 Mbps (STM-64).
La trama STM-1 está estructurada como 270 columnas (bytes) por 9 filas en las
que las nueve primeras columnas de la estructura corresponden con la cabecera
de sección, y las restantes 261 columnas son el área de payload.
La jerarquía digital sincronía elimina la necesidad de un número de niveles
menores de multiplexación definido en PDH. Los tributarios de 2 Mbps son
multiplexados a nivel de STM-1 en un solo paso. De todos modos, para mantener
la compatibilidad con equipos no síncronos, las recomendaciones SDH definen
métodos de subdivisión del área de payload de la trama STM-1 de varias formas,
de modo que puedan portar diversas combinaciones de señales tributarias, tanto
síncronas como asíncronas. Usando este método, los sistemas de transmisión
síncrona pueden acomodar señales generadas por equipamiento de varios niveles
de jerarquía digital plesiosíncrona.
Una trama STM-1 consta de 2430 bytes, los cuales pueden dividirse en tres áreas
principales:
El Área de Payload: Señales de todos los niveles de PDH pueden ser
acomodadas en SDH empaquetándolas juntas en el área de payload de la trama
STM-1. El proceso de empaquetado de señales PSH es un proceso multipaso que
involucra un número de diferentes estructuras.
El Puntero de Unidad Administrativa: Tras añadir la cabecera de camino al
contenedor virtual, se le posiciona en una unidad tributaria (TU) o una unidad
administrativa (AU) con un puntero indicando al comienzo del contenedor virtual
relativo al TU o al AU, según sea el caso. Los VC-1s y VC-2s son posicionados en
TU mientras que los VC-4 son posicionados en un AU tal y como veíamos en la
figura 3.13. En Europa, los
VC-3 son posicionados en TU-3 mientras que en
SONET son posicionados en AU-3. Los AU´s y los TU´s son empaquetados en
sus respectivos grupos; grupos de unidades tributarias (TUG´s) para unidades
tributarias y grupos de unidades administrativas para AU´s. Los TUG´s son
multiplexados en contenedores virtuales de alto nivel. Los cuales, en su turno, son
posicionados en AU´s con un puntero indicando al inicio del contenedor virtual
relativo al AU. Es el puntero AU el cual indica la posición del AU con relación a la
trama STM-1 y forma parte del área de cabecera de sección de la trama.
La Cabecera de Sección: Los bytes de la cabecera de sección (SOH) son usados
para la comunicación entre elementos adyacentes de equipos síncronos. De este
modo, además de ser utilizados para la sincronización de trama, también realizan
una gran variedad de facilidades de gestión y administración.
PROTECCION Y CALIDAD DE SERVICIO
La gran capacidad de los enlaces SDH hace que un simple fallo de enlace pueda
tener un impacto nocivo en los servicios proporcionados por la red si no se
dispone de una protección adecuada. Una red resistente que asegure el tráfico
que porta y que puede restaurarlo automáticamente ante cualquier evento de fallo
es de vital importancia. Los sistemas de transmisión SDH permiten desplegar
esquemas de protección estándar.
Supervivencia: Una red puede ser descrita como superviviente si no hay un punto
singular de fallo entre dos nodos. La provisión de una ruta principal y otra
alternativa entre dos nodos finales de la red significa que la red es superviviente
en presencia de un punto de fallo único.
Disponibilidad: Es la medida de la proporción de tiempo que la red está disponible
para proporcionar servicios al cliente final. Indica con que frecuencia o
consistencia la red puede proporcionar funciones de transporte en los cuales el
servicio requerido es perfectamente empleable por el cliente final. Como esto es
importante para el cliente, este factor contribuirá a la definición de nivel de servicio
garantizado (SLA). El SLA es típicamente medido como un porcentaje de tiempo
de una conexión en funcionamiento. Esto da cuenta de la supervivencia de una
red, de la tasa de fallos de sus componentes y de los tiempos de reparación. Este
término refleja la calidad de servicio promedio que un cliente final puede esperar
de un operador.
Para conseguir esta disponibilidad podemos tomar alguno de los siguientes
caminos:
- Protección de equipamiento: La disponibilidad del equipamiento puede ser
implementada mediante aplicación de protecciones locales en el propio elemento
de red. Por ejemplo, las alimentaciones, sistemas de reloj, o unidades tributarias
pueden ser duplicadas. Una tarjeta en fallo será reemplazada por su protección
automáticamente donde este esquema de protección esté presente.
- Resistencia de red: Para incrementar la supervivencia de la red y por tanto la
disponibilidad, los enlaces de red pueden ser protegidos. Procedimientos son
aplicados para asegurar que el fallo de un enlace de transporte sea reemplazado
por otro enlace en producción y que hay un camino alternativo ante la existencia
de un fallo total de un nodo.
Hay dos tipos de mecanismos utilizados para
asegurar que el servicio pueda ser recuperado de esta manera:
- Restauración: Esto es un proceso lento automático o manual la cual emplea
capacidad extra libre entre nodos finales para recuperar tráfico después de la
pérdida de servicio. Al detectarse el fallo, el tráfico es reenrutado por un camino
alternativo. El camino alternativo se encuentra de acuerdo con algoritmos
predefinidos y generalmente emplea cross-conexiones digitales. Este proceso
puede tomar algunos minutos.
- Protección: En contraste, la protección abarca mecanismos automáticos con
elementos de red, los cuales aseguran que los fallos sean detectados y
compensados antes de que ocurra una pérdida de servicios. La protección hace
uso de capacidad pre-asignada entre nodos y es preferible a la restauración
porque la capacidad de reserva siempre estará disponible pudiendo ser accesible
mucho más rápido.
La disponibilidad puede ser mejorada provisionando un componente en stand-by
que emplear en caso de fallo. Esta protección local es comúnmente aplicada en
algunas unidades como son las de alimentación, generación de reloj, matriz de
cross-conexión y tarjetas tributarias.
Protección de Conexión de Subred (SNCP):
SNCP es similar a camino de protección, pero en el cual, el camino de protección
dedicado involucra conmutación en ambos extremos del camino, mientras que la
conmutación SNCP puede ser iniciada en un extremo de la ruta y llegar hasta un
nodo intermedio. La red puede ser descompuesta con un número de subredes
interconectadas. Con cada protección de subred se proporciona un nivel de ruta y
la conmutación automática de protección entre dos caminos es proporcionada en
las fronteras de subred.
CONCLUSION
Luego del estudio realizado podemos indicar que la jerarquía SDH presenta una
serie de ventajas respecto a la jerarquía digital plesiosíncrona (PDH).
Algunas de estas ventajas son:
•
El proceso de multiplexación es mucho más directo. La utilización de
punteros permite una localización sencilla y rápida de las señales tributarias de la
información.
•
El procesamiento de la señal se lleva a cabo a nivel de STM-1. Las señales
de velocidades superiores son síncronas entre sí y están en fase por ser
generadas localmente por cada nodo de la red.
•
Las tramas tributarias de las señales de línea pueden ser subdivididas para
acomodar cargas plesiósícronas, tráfico ATM o unidades de menor orden. Esto
supone mezclar tráfico de distinto tipo dando lugar a redes flexibles.
•
Compatibilidad eléctrica y óptica entre los equipos de los distintos
proveedores gracias a los estándares internacionales sobre interfaces eléctricos y
ópticos.
BIBLIOGRAFIA
Frenzel, Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. 2003 Alfaomega grupo Editor,
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Alfaomega, Edicions UPC Universidad Politécnica de Catalunya.
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