Proyecto de Tc

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Teoría de la comunicaciónTeoría de la comunicaciónTeoría de la comunicaciónTeoría de la comunicación

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SDH (JERARQUÍA DIGITAL SDH (JERARQUÍA DIGITAL SDH (JERARQUÍA DIGITAL SDH (JERARQUÍA DIGITAL SINCRÓNICA)SINCRÓNICA)SINCRÓNICA)SINCRÓNICA)

Realizado por:

� CAIZATOA TORRES EDUARDOCAIZATOA TORRES EDUARDOCAIZATOA TORRES EDUARDOCAIZATOA TORRES EDUARDO

� CENTENO CAMPOVERDE BERNABÉ ALEJANDROCENTENO CAMPOVERDE BERNABÉ ALEJANDROCENTENO CAMPOVERDE BERNABÉ ALEJANDROCENTENO CAMPOVERDE BERNABÉ ALEJANDRO

� GÓMEZGÓMEZGÓMEZGÓMEZ VINUEZA EDISON DAVIDVINUEZA EDISON DAVIDVINUEZA EDISON DAVIDVINUEZA EDISON DAVID

� MARTÍNEZ MEDINA JIMMY EDDIEMARTÍNEZ MEDINA JIMMY EDDIEMARTÍNEZ MEDINA JIMMY EDDIEMARTÍNEZ MEDINA JIMMY EDDIE

Fecha de entrega:

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Período: Septiembre/2014 – Febrero /2015

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

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TRABAJO BIMESTRAL TRABAJO BIMESTRAL TRABAJO BIMESTRAL TRABAJO BIMESTRAL Enero 2013 - Mayo 2013 Página Nº 1

QUITO-ECUADOR

SDH (Jerarquía Digital Sincrónica) Introducción SDH es la contracción en ingles de Synchronous Digital Hierarchy lo que en español es Jerarquía Digital Sincrónica. SDH abarca un conjunto de normas o protocolos para transmisión de datos digitales, por tanto es un estándar para redes de telecomunicaciones que posee dos características importantes alta velocidad y alta capacidad. Este sistema de transporte digital es sincrónico y su objetivo es ofrecer una infraestructura económica, sencilla y flexible, óptima para el uso en redes de telecomunicaciones. SDH fue desarrollada en Estados Unidos con el nombre de SONET o ANSI T1X1. SDH nace para satisfacer las necesidades de operadores como son:

• Ancho de banda • Facilidad de multiplexación • Calidad y control sobre la red. • Aplicación de las comunicaciones basadas en Fibra Óptica. • Superar deficiencias que mostraba PDH. • Se busca estandarizar las velocidades que superan 140 Mbps

Principios básicos La primera jerarquía de SDH se conoce como STM-1 cuya velocidad es 155.52 Mbps. Los niveles superiores se forma según N x STM-1, con N=1, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 64 hasta 256. Se reconocen N=1, 4,16 y 64 esto es:

El 4 x STM-1 = 622.08 Mbps

El 16 x STM-1 = 2488.32 Mbps Se estudian niveles superiores correspondientes a STM-8, STM-12 y STM-64. Todas las señales tributarias, de cualquier jerarquía y origen, deben poder acomodarse a la estructura sincrónica del STM-1. La siguiente figura muestra la formación de la señal sincrónica:


INGENIERÍA ELECTRÓNICA INGENIERÍA ELECTRÓNICA INGENIERÍA ELECTRÓNICA INGENIERÍA ELECTRÓNICA


Los tributarios inferiores sean sincrónicos o plesiócronos se ubican en

contenedores. A cada uno de estos se les agregan encabezados denominados tara de trayecto (TTY) o Path Over Head (POH) que se usan para operación, administración y mantenimiento además se agrega un puntero (PTR) con lo cual se forma una Unidad Tributaria(TU). Estos TU se multiplexan posteriormente byte a byte cada uno de 64 Kbps y con agregados se forma el STM-1 Para crear niveles superiores STM-N se multiplexan tributarios STM-1 byte a byte. Características de SDH Entre las principales características que posee SDH tenemos:

• Altas tasa de transmisión • Potentes capacidades de multiplexación • Duración de la trama uniforme 125 ms. • Uso de punteros que sirven para

� identificar las tramas de los tributarios � adaptación de velocidad (justificación)

• Canales de servicio y supervisión de gran capacidad

Problemas de la jerarquía digital sincrónica El momento de implementar una jerarquía para comunicación que sea sincrónica el problema que se presenta principalmente es el reloj que comande todo el sistema. Es decir como sincronizar los bloques que conformaran la red.




Otro problema fundamental que se deseaba cubrir era tener un estándar global no como en PDH que existen tres estándares Japonés, Europeo, y el de USA. Se buscaba lograr esto a partir de una trama de 2 Mbps que es sincrónica, la misma que parte de tributarios de 64 Kbps mismos que no suelen ser sincrónicos por ello se agrega bits para que se sincronice.

Ventajas de la SHD

Entre las ventajas más importantes de SDH cabe recalcar:

• Menos interfaces de transmisión • Menor cantidad de pasos de multiplexación • Canales de operación y mantenimiento (O&M) integrados • Realización de redes flexibles con el uso de ADMs y DCXs (add & drop multiplexers

y digital cross-connects) • Compatibilidad entre equipos de diferentes marcas • Reducción del costo de los equipo

Desventajas de SDH

Entre las desventajas más importantes de SDH cabe mencionar:

• La planificación de redes es totalmente distinta. • La sincronización requiere consideraciones especiales. • La capacidad del STM-1 es mayor que la necesaria.

– el overhead es aún mayor a velocidades más elevadas. • SDH soporta menos ancho de banda que en WDM, multiplexación por división en

longitud de onda. La WDM es una tecnología usada para transmisión de señales ópticas. Los anchos de banda alcanzables para WDM, llegan hasta los 400 Gbps, que sería el equivalente a multiplexar 40 canales SDH STM-64.

SDH: Formación y estructuras multiplex

En SDH la carga se acomoda en contenedores. Se lo realiza usando los

multiplexores como se lo hace en PDH, la capacidad es un poco mayor a la necesaria, se incluyen bits extra para usar o no en información y bits de señalización, esto es justificación. Los contenedores tienen un encabezamiento al cual se lo denomina tara de trayecto (TTY o POH). El cual tiene información para uso en los extremos del trayecto. Los punteros apuntan al primer byte del encabezamiento de trayecto.

Cuando a los contenedores se les agrega el POH se los conoce como contenedores virtuales VC. Cada uno de los VC es transportado en un espacio al cual está asignado un puntero, que indica el primer byte del VC respectivo. Las señales tributarias se disponen en el VC para su transmisión extremo a extremo a través de la red SDH. El VC se ensambla y




desensambla una sola vez, aunque puede atravesar muchos nodos mientras circula por la red.

Los punteros correspondientes a cada contenedor se encuentran en posiciones fijos respecto al elemento de multiplexación en el cual los contenedores son mapeados. Los VC bajos son mapeados en relación a contenedores más altos. Los VC altos son mapeados en relación a la trama STM-n. Por lo tanto los contenedores altos contienen también un área de punteros para los VC bajos.

Si en lugar de tributarios bajos los VC reciben señales digitales SDh entonces no habrá área de punteros, porque no hay unidades tributarias a localizar dentro de los mismos, sino que su área de carga está ocupada por una gran señal sincrónica. Los VC altos que son mapeados en relación a la trama STM-n son llamados unidades administrativas (AU).

Una trama STM-n maneja un espacio de punteros para las unidades administrativas.

El contenedor define la capacidad de transmisión sincrónica del tributario. La frecuencia del contenedor aumenta mediante justificación positiva para acomodarla y sincronizarla con STM-1. Al agregar la información adicional POH se forma lo que se denomina contenedor virtual VC. Posteriormente se agrega el puntero PTR, que es el direccionamiento de cada VC dentro de la estructura, obteniéndose la unidad tributaria TU. El proceso se observa en el siguiente gráfico:

Este conjunto constituye una unidad interna de la estructura. En caso que pueda ser

transferidaentre distintos STM-1, se denomina unidad administrativa AU (Administrative Unit). Varias TU idénticas, forman un grupo de unidades TUG (Tributary Unit Group). Varios TUG idénticos forman nuevamente una AU, la que con el agregado de un encabezado de sección SOH (Section Overhead) con la información de operación, administración de la red, completa el STM-1. El siguiente grafico muestra diversas formas para generar un STM-1, a partir de las señales tributarias de ambas jerarquías plesiócronas (CEPT y USA) tal como lo indicaba la recomendación hasta 1992.




Principio de interconexión de una red SDH

Se puede ver a una red SDH como una malla interconectada de nodos procesadores de señales SDH. La interconexión de dos nodos en la red se logra mediante sistemas de transporte SDH individuales.

El VC se ensambla en el punto de entrada a la red SDH, se transmite intacto y se desensambla a la salida de la red.

El encabezado de sección (SOH) se crea en el extremo de transmisión de cada nodo de red, y avanza hasta el nodo receptor. El SOH pertenece únicamente a un sistema de transporte concreto y no se transfiere con el VC entre sistemas de transporte.

Se considera nodo de red a un elemento de red (NE) que tiene capacidad de multiplexar, derivar, insertar o cross conectar. - SDH: ESTRUCTURA DE LA TRAMA SINCRÓNICA Uno de los objetivos de SDH estaba en el proceso de adaptación del sistema PDH. Por esta razón la ITU-T normalizo el proceso de transportar las antiguas tramas en la nueva. La trama básica de SDH es el STM-1 (Synchronous Transport Module level 1), con una velocidad de 155 Mbit/s.




Cada trama va encapsulada en un tipo especial de estructura denominado contenedor. Los niveles superiores se forman a partir de multiplexar a nivel de byte varias estructuras STM-1, dando lugar a los niveles STM-4, STM-16 y STM-64. ESTRUCTURA DE LA TRAMA STM-1 La trama contiene información de cada uno de los componentes de la red: trayecto, línea y sección, además de la información de usuario. Los datos son encapsulados en contenedores específicos para cada tipo de señal tributaria. A estos contenedores se les añade una información adicional denominada Path overhead y estos dan origen a los llamados contenedores virtuales (VC). El resultado de la multiplexación es una trama cuya estructura consiste en 2430 bytes en serie pero para mayor ilustración se lo presenta en forma de matriz así entonces está formada por 9 filas de 270 octetos cada una. La transmisión se realiza bit a bit en el sentido de izquierda a derecha y de arriba abajo. La velocidad de trama es de 8000 veces por segundo por lo tanto cada trama se transmite en 125 μs y la capacidad para transmitir un byte individual es de 64 Kb/s. Así para saber cómo se obtienen los diferentes valores de velocidad para cada uno de los otros niveles se muestran a continuación: STM-1 = 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 155 Mbit/s STM-4 = 4 * 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 622 Mbit/s STM-16 = 16 * 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 2.5 Gbit/s STM-64 = 64 * 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 10 Gbit/s STM-256 = 256 * 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 40 Gbit/s De las 270 columnas que forman la trama STM-1, las 9 primeras forman la denominada "tara o cabecera" (overhead), mientras que las 261 restantes constituyen la carga util (Payload).

Como se sabe la STM-1 está conformada por tres bloques: la sección Overhead (SOH), el puntero (PTR) y la carga útil llamada payload y a continuación vamos a analizar estas tres partes




OVERLOAD Consiste en una serie de bytes que sirven para gestión y mantenimiento de la red, esta red SDH puede estar descrita en función de tres diferentes sectores dentro de la misma, y estos son los Multiplexer Section Overhead (MSOH), Regenerator Section Overhead (RSOH) y Path Overhead(POH) y a continuación se los muestra en una gráfica:

- ENCABEZADO GLOBAL Un encabezado global se le asigna a una trama SDH que transporta dos tipos de datos: las señales tributarias y las señales auxiliares de la red. El encabezado global aporta las funciones que precisa la red para transportar eficazmente las señales tributarias a través de la red SDH. Se dividen en tres categorías:

• Encabezado de sección multiplexora (RSOH). • Encabezado de sección regeneradora (MSOH). • Encabezado trayecto (POH).

A continuación se detallan cada una de estas categorías de SOH: Encabezado de sección regeneradora (RSOH) Sección destinada a transferir información entre los elementos regeneradores, estos regeneradores tendrán acceso a información que vienen de los bytes de ROH cuya su estructura es en 12 bytes. Las funciones principales que realiza esta sección son:

� Chequeo de paridad � Alineación de la trama � Identificación de la STM-1 � Canales destinados a los usuarios � Canales de comunicación de datos � Canales de comunicación de voz




Encabezado de sección multiplexora (MSOH) Esta sección ofrece las funciones que permiten monitorear y transmitir datos de la red de gestión entre elementos de red. Las funciones principales de esta sección son:

� Chequeo de paridad � Punteros de Payload � Comunicación automática a la protección � Canales de comunicación de datos � Canales de comunicación de voz




Encabezado trayecto (POH) POH está formada por nueve bytes, los cuales ocupan la primera columna del STM-1, su principal característica es manejar toda la información referente al camino por el cual circulara la información. Otras de sus funciones son:

� 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 � Conmutación por protección de camino




-SINCRONIZACIÓN EN REDES SDH Ya que SDH es una jerarquía digital síncrona es realmente importante garantizar el sincronismo ya que si no se logra el propósito puede producirse una degradación enorme en las funciones de la red llegando inclusive a fallos en la red en su totalidad. Para evitarlo todos los elementos de la red están sincronizados respecto a un reloj central, específicamente un reloj de referencia primario (PRC) de alta precisión que se distribuye a toda la red. En SDH se toman en cuenta las normas G.803 (Arquitectura de redes de transporte basadas en la jerarquía digital síncrona) y G.811 (Características de temporización de los relojes de referencia primarios) entre otras como la G.822, G.812, etc. Para esto se recurre a una estructura jerárquica en donde las unidades de sincronización (SSU) y donde los equipos síncronos (SEC) serán los encargados de transmitir la señal. La señal de reloj se regenera en la SSU y en los SEC con la ayuda de bucles enganchados en fase (PLL) A continuación se muestra la estructura jerárquica de la distribución del reloj.




PRC (Primary Reference Clok – Reloj de Referencia Primario).- Regulado por la norma G.811 establece que la precisión debe ser de al menos 1 ∗ 10��. SSU (Synchronization Supply Unit - Unidad de Suministro de Sincronización).- Regulado por la norma G.812 establece que la exactitud de la frecuencia de salida de los diversos tipos de relojes de nodo no deben exceder los valores indicados en el cuadro 1 con respecto a una referencia asociada a un reloj de referencia primario durante un periodo de tiempo T como se indica en el mismo cuadro.

SEC (SDH Equipment Clock - Reloj de equipo de SDH).- Regulado por la norma G.813 establece que la precisión debe ser de al menos 3,2 ∗ 10�. - CONCATENACIÓN Este proceso de concatenación ocurre con señales plesiócronas de velocidades superiores a 140 Mb/s pueden ser transportadas en un sistema STM-n. La carga se divide entre lo que serían las áreas de carga útil de varios STM-1. En los extremos de los enlaces, la carga vuelve a ser concatenada. Una señal STM-4 se conecta normalmente multiplexando mediante entrelazado de bytes, cuatro señales de transporte STM-1. El área del VC se ve ocupada por cuatro VC’s-4 distintos. Cada VC-4 consta de un POH y un contenedor capaz de transportar las señales tributarias encuadradas a una velocidad de hasta 149.76 Mb/s. La trama de STM-4c dispone de las mismas dimensiones globales (9 filas x 1080 columnas), la misma tasa de repetición de trama (8000Hz) y, por lo tanto la misma velocidad de señal (622.08Mb/s).




Interfaces de línea de SDH Una interfaz es un medio físico de conexión entre dos terminales para la transmisión de datos, estos interfaces deben presentar convenios y parámetros definidos y normados para lograr compatibilidad. Para sistemas SDH existen interfaces ópticos (fibra óptica) e interfaces eléctricos.

• Interfaces ópticos:

o Local.- Se los nombra con las siglas I-n, donde “n” es el nivel jerárquico STM e “I” por ser interfaz local, se usa fibra óptico monomodo para distancias máximas de 2 Km con pérdidas entre los 0 y 7 dB, estas fibras ópticas utilizan LEDs o transmisores láser MLM (Multilongitudinal) requiriendo baja potencia de las mismas, estos emisores ópticos trabajan con una longitud de onda de 1310 nm.

o Corto alcance.- Se les asigna las letras S-n.k , la “S” por ser de poco alcance, la “n” corresponde al nivel jerárquico STM asignado. Si k=1 significa que la longitud de onda es de 1310 nm sobre una fibra G.652 y si k=2 significa que la longitud de onda es de 1550 nm sobre una fibra G.652. Es te interfaz abarca aplicaciones a una distancia de 15 Km teniendo pérdidas entre 0 y 12 dB con fibra monomodo. Como transmisores ópticos se utiliza láser monolongitudinal SLM o Multilongitudinal MLM a potencias de 50W.

o Largo alcance.- Se los nombra con L-n.k, donde n corresponde al nivel jerárquico STM, si k=1 la longitud de onda es de 1310 sobre fibra G-652, si k=2 la longitud de onda es de 1550 nm sobre fibra G-652 y si n=3 significa que la longitud de onda es de 1550 nm sobre fibra G-653. Con fibra monomodo se alcanza distancias de hasta 40 Km con pérdidas entre 10 y 28 dB, este interfaz utiliza transmisores láser SLM o MLM de potencia 500 W.

• Interfaces eléctricas: o Sirve para aplicaciones a nivel de oficinas, sólo para nivel jerárquico STM-1,

este interfaz usa el código de línea CMI.

Equipos de Multiplexación SDH “Las capas de un circuito son las portadoras de los servicios y se soportan por las capas de trayecto, que suministran el transporte entre los nodos de las capas de circuito.




Las capas del medio de transmisión suministran transmisión punto a punto entre los nodos de la capa de trayecto”, según la recomendación G.803.

Cuando se analizan dos capas adyacentes se nombran a cada uno cliente y capa servidora, capa superior e inferior respectivamente, la información que transfiere a la otra es moderada por una función de adaptación, esta adaptación puede tener la forma de una codificación, de una conversión de velocidad o de una multiplexación sincrónica. A una conexión entre dos puntos en los límites de una misma capa se denomina:

• Sección en la capa del medio de transmisión. • Trayecto en la capa de trayecto. • Circuito en la capa de circuito.

Estas capas también se subdividen también horizontalmente para funciones tanto de administración, enrutamiento, mantenimiento, etc. Esto se lo logra mediante enlaces, es decir secciones, trayectos o circuitos.

Hay que aclarar que en las recomendaciones para sistemas SDH solo abarcan los principios básicos para el funcionamiento de la SDH, pero todavía resta analizar varias especificaciones como: interfaz de línea para fibras ópticas, utilización de la sobrecapacidad de reserva, sincronización de equipos y red, integración de redes, etc. Multiplexor HIT7070:

Multiplexor HIT7030:

Multiplexor HIT7020:




Multiplexor SMA 16:

Aplicaciones de sistemas SDH Los sistemas de comunicación SDH, gracias a que es un sistema sincrónico, produce varios campos de estudio como equipos de multiplexación, fibra óptica para 155.52 Mbps y 633.08 Mbps, sistemas “drop insert” programables y la aplicación más importante, “cross conect” y una infinidad de combinadciones integradas. El sistema con mayor futuro es el “cross-conect” (CC) el cual permite reordenar, derivar e insertar señales, esto tiene una gran área de aplicación en lo que corresponde a las telecomunicaciones ya que los sistemas “cross-conect” se definen por su nivel de acceso y por su nivel de conmutación. Una de las principales aplicaciones de los sistemas SDH las redes ópticas como la SONET (Syncrhonous Optical Network), el cual es un estándar para el transporte de telecomunicaciones ópticas para la ANSI, se espera que con SONET pueda proporcionar una infraestructura mundial en lo que corresponde a telecomunicaciones para las próximas décadas, entre las ventajas que proporciona SONET se distingue:

• Incremento de fiabilidad de la red. • Reducción de requerimientos del equipo. • Define multiplexado sincrónico, lo que facilita interfaces con conmutadores digitales. • Arquitectura flexible y adaptable para futuras aplicaciones.

SDH vs PDH




En la siguiente tabla comparativa se puede tener una idea global de las ventajas y desventajas que presentan los sistemas SDH frente a los sistemas PDH.

Se puede notar en seguida que los sistemas SDH, dejando a un lado el tema de sincronización, tiene muchas ventajas sobre los sistemas PDH, en lo que se refiere a Velocidad de transmisión de la información los sistemas SDH alcances velocidades mucho más altas, para los diferentes niveles la estructura de las tramas son las mismas y en lugar de demultiplexar lo único que se necesita es un puntero y leer los datos ya que el intercalado en los sistemas SDH es byte a byte. La única desventaja notable es el sincronismo entre relojes de las diferentes señales de transporte entre sí y con los relojes de las redes de multiplexación y equipos necesarios en las redes, además la gran contrariedad es que para grandes velocidades esta sincronización se complica cada vez más y más, por lo que se requiere tecnología de punta más cara. Dado que los sistemas SDH presenta gran ventaja frente a sistemas PDH, se pone en una balanza estas ventajas y el costo que se requiere invertir para lograr migrar de PDH a SDH, por lo que se propone tres estrategias alternativas de evolución, cada uno con sus respectivas ventajas y desventajas, estas estrategias son las siguientes:

• TOP-DOWN (Método de capa o nivel) • BOTTOM-UP (Método de rama o isla) • PARRALLEL (Método de extensión (overlay))

Método de capa (TOP-DOWN).-




Este primer método consiste en introducir SDH a nivel de supernodos conectando grupos de nodos PDH con sistemas ya sea STM-4 o STM-16 a través de un cross-connect de banda ancha con interfaces de 140 o 155 Mbps, después se debe convertir la próxima jerarquía a SDH para finalmente eliminar el crros-connect. Método de la isla (BOTTOM-UP) En esta recomendación se instala SDH a jerarquías o niveles bajos e intermedios, dando prioridad a usuarios seleccionados, es decir usuarios como centros financieros, centros de comercio, etc. Posteriormente el operador sentirá la obligación de instalar SDH a niveles altos para esto es necesario el uso de puentes como el cross-connect de banda ancha por ejemplo para adecuarse a la red PDH. Método paralelo (PARRALLEL) Este método va destinado a operadores que poseen crecimiento rápido de tráfico, entonces se deberá instalar SDH conforme se va incrementando la capacidad de la red, en este caso el SDH es instalado extendiendo la red PDH por algunos nodos, el objetivo es ir implementando nuevos servicios como videoconferencia, interconexión de redes LANs, etc. Pudiendo así aprovechar de inmediato las ventajas del SDH.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA:

• http://www.utp.edu.co/~hbcano/sdh

• http://www.monografias.com/trabajos15/jerarquia-digital/jerarquia-digital.shtml

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