ARTIGO SDH - TRADUÇÃO

Definição e Visão

Definição:

Hierarquia Digital Síncrona (SDH) e Rede Óptica Síncrona (SONET) referem-se a um grupo de taxas de transmissão por fibra óptica que podem transportar sinais de diferentes capacidades.

Visão Geral:

Este tutorial discute os padrões de transmissão síncrona no mundo das redes de telecomunicações públicas. Cobrirá suas origens, características, aplicações e vantagens, bem como seu impacto nos projetos de redes e estruturas de sinais digitais. Este tutorial foca-se na forma mais comum de SDH, definida pelo Instituto Europeu de Padrões de Telecomunicações (ETSI) da Europa, mas agora é usado em todos os lugares exceto na América do Norte e Japão. A versão japonesa do SDH se difere somente em detalhes que não será abordado aqui, porém não significantes para o propósito deste tutorial. O SONET foi definido pelo Instituto Nacional Americano de Padrões (ANSI) e é usado na América do Norte. Este tutorial faz referência ao SONET quando apropriado, uma discussão mais detalhada está disponível no tutorial SONET WebProFórum do Consórcio Internacional de Engenharia (IEC). Proporciona uma leitura confortável com conceitos básicos da rede pública de telecomunicações, com as funções de transmissão e chaveamento (comutação) separadas, feito para ter um melhor entendimento do avanço do tráfego banda-larga. Não é usado nenhum conhecimento específico das tecnologias de hardware e software. Este material é baseado no artigo publicado primeiramente no jornal IEE Eletronics & Communication Engineering em junho de 1994, e os direitos autorais deste artigo é de propriedade do Instituto de Engenheiros Eletricistas (IEE Inglaterra).

Introdução: Aparecimento do SDH

Desde o aparecimento da proposta como padrão em 1990, o SDH e sua variante SONET, tem ajudado a revolucionar a performace e o custo das redes de telecomunicações baseadas em fibra óptica.

SDH tem fornecido redes de transmissão com um fabricante independente e sinal sofisticado, estrutura a qual tem uma rica funcionalidade. Isto tem resultado em novas aplicações de redes, o desenvolvimento do novo equipamento em novas topologias de rede e gerenciamento junto a sistemas operacionais de ótimas potências já vistos previamente em redes de transmissão.

Como as redes digitais cresceram em complexidade no início dos anos 80, a exigência dos operados de redes e de seus clientes, cresceu em funcionalidades que não poderiam ser prontamente oferecidas junto com os padrões de transmissão existentes. Estas características foram baseadas em multiplexação de alta ordem, através de uma hierarquia de taxa crescente de bits para 140Mbps ou 565 Mbps na europa e definiu no fim dos anos 60 e início dos anos 70, junto com a introdução da transmissão digital através de cabos coaxiais. Suas características foram restringidos juntos aos altos custos da banda de transmissão e dispositivos digitais. A técnica de multiplexação permitidos para combinação de taxas ligeiramente não síncronas, referido como plesiócrona, que conduzem ao termo hierarquia digital plesiócrona (PDH).

O desenvolvimento da transmissão de fibra óptica e em grande escala de circuitos integrados feitos em padrões mais complexos possíveis. Houve demanda por melhores serviços e cada vez mais sofisticados os quais requeriam uma largura de banda, melhor performace nas facilidades de monitoramento e maior flexibilidade de rede. Os dois principais fatores que influenciaram o novo padrão são:

1- Propostas do Comite Consultif Internacional Telegraphie et Telephonique ( CCITT ), hoje União Internacional de Telecomunicações – Setor de Serviçoes de Telecomunicações ( ITU – TS ) , para uma rede integrada de serviços de banda larga digital ( BISDN ), abriu as portas para um novo e único padrão no mundo da multiplexação, que poderia melhor apoiar o serviço de comutação de banda larga.

2- A ruptura em 1984 das companias Bell ( BOCs) nos Estados Unidos, produziu competitivas pressões, que exigia um padrão de interface óptica para uso das transportadoras e novas funcionalidades para melhor gerenciamento da rede.

Foi amplamente aceito que o novo método de multiplexação síncrona deve ser baseado não em intercalação de bits, como era o PDH, mas no entrelaçamento de bytes, como são as estruturas de multiplexação de 64Kbps, taxa primária de 1544 Kbps (1,5 Mbps) e 2048 Kbps (2Mbps). Com isso, o novo método de multiplexação foi dar um nível semelhante da flexibilidade de comutação ambos acima e abaixo das taxas primárias ( embora a maioria doas produtos SDH não implementar flexibilidade abaixo da taxa do primário). Além disso , para ter-se opções de gestão global para suportar novos serviços e maior controle de rede centralizada.

Padrões SDH

O novo padrão apareceu primeiro como SONET, lançado pela Bellcore nos Estados Unidos, então foi revisado antes de surgir como uma nova forma compatível com o SDH internacional. Ambos SDH e SONET surgiram entre 1988 e 1992. SONET é um padrão ANSI; pode carregar como payload a hierarquia de transmissão do PDH norte-americano: 1,5/6/45 Mbps, plus 2 Mbps (conhecido nos Estados Unidos como E1). SDH abrage muito de SONET e é um padrão internacional, mas geralmente é considerado um padrão europeu porque transporta – com uma ou duas exceções – apenas o ETSI – definido como a taxa de transmissão de bits do PDH europeu de 2/34/140 Mbps (8 Mbps é omitido do SDH). Ambas ETSI e ANSI definiram opções de configuração detalhadas de SDH/SONET para serem usadas com suas esferas geográficas de influência. O padrão original de SDH definiu o transporte de 1,5/2/6/34/45/140 Mbps com uma taxa de transmissão de 155,52 Mbps e está desenvolvendo-se para transportar outros tipos de tráfego, como o Modo de Transferência Assíncrono (ATM) e o Protocolo de Internet (IP), com taxas que são múltiplos inteiros de 155,52 Mbps. A unidade básica de transmissão no SONET é de 51,84 Mbps, mas permitindo carregar 140 Mbps, o SDH é baseado em três vezes isso (i.e., 155,52 Mbps [155 Mbps]). Através de uma configuração apropriada, uma interconexão de SDH é compatível com uma interconexão de SONET, portanto, interconexão de tráfego é possível. Interconexão para alarmes e gerenciamento de desempenho geralmente não é possível entre sistemas SDH e SONET. Só é possível em poucos casos para algumas aplicações entre fornecedores de SDH e mais fracamente entre fornecedores de SONET. Embora SONET e SDH terem sido concebidos originalmente para transmissão de fibra óptica, sistemas de rádio SDH existentes têm taxas compatíveis com ambos, SONET e SDH.

Em síntese, o seguinte é verdadeiro:

• SONET é uma hierarquia de interface digital concebida pela Bellcore e definida pela ANSI, para uso na América do Norte.

• SDH é (a) uma hierarquia de nó de rede (NNI) definida pelo CITT/ITU-TS para uso no mundo inteiro e parcialmente compatível com SONET; e (b) uma de duas opções para interface de usuário de rede (UNI) (i.e., a conexão do cliente), e formalmente a interface de ponto-de-referência U para suporte de BISDN.

Futuro do SDH

A maioria dos novos sistemas de transmissão por fibra atualmente instalados em redes públicas usam SDH ou SONET. É esperado que eles dominem as transmissões pelas próximas décadas, justamente como seu antecessor PDH que dominou as transmissões por mais de 20 anos ( e permanece, em termos, fazendo parte do sistema instalado). Para as taxas de bits em sistemas de grande tráfego são esperadas que cresçam para 40 Gbps logo após o ano 2000, ao mesmo tempo que os sistemas de 155 Mbps e abaixo penetrem mais nas redes de acesso.

Tipos de Cross-conect

Cross-Connects são conhecidos nos EUA como: Digital Cross-Connect Switches (DCSs) e como DXCs nos outros lugares. Eles são classificados como DCSs p/q ou DXCs p/q onde P é o nível hierárquico dos tributários e Q é o nível hierárquico do tráfego que pode ser comutado. Há dois tipos principais de DXC/DCS. Cross-connects de alta ordem são normalmente usados para comutar a maior parte do tráfego em blocos de nominalmente 155Mbps para redes dfe abastecimento ou redes de redundância. São designados como DXC 4/4. O primeiro “4” se refere as portas de transmissão de 155Mbps do DXC, e o segundo “4” indica que todo esse tráfego de 155Mbps será comutado em um único tributário, também de 155Mbps. Cross-Connects de baixa ordem (DXC 4/1 ou 1/1, o “1” denota tráfego primário de 1,5 ou 2Mbps), são usados para comutar o tráfego até taxas primárias, tendo opção para escolher entre 34 ou 45Mbps. Os recursos e aplicações desses dois tipos de Cross-Connetcs podem se sobrepor, com alguns projetos trabalhando em paralelo, como por exemplo, 4/4, 4/1 e 1/1. ADMs e multiplexadores, que incluem o intercâmbio de time-slots, podem ser usados como DCSs não-bloqueantes. Um anel com vários ADMs pode ser gerenciado como Cross-Cnnects distribuídos, mas poderá ter algum bloqueio, que deve ser previsto no projeto da rede. Alguns projetos com Cross-Connect permitem tráfigo de interfaces PDH para que haja compatibilidade com equipamentos já existentes. Particularmente, esses projetos podem permitir que o nível hierárquico P do DXC p/q seja de 34 ou 140Mbps em um formato PDH, como uma alternativa aos 155Mbps do SDH. Isso torna a estrutura flexível onde ainda não há uma rede SDH instalada. Nesses Cross-Connects, portas a 34 ou 140Mbps, podem incluir multiplexadores PDH para conversões de 2Mbps, isso permite a transmultiplexação entre redes PDH e SDH.

Tendências das Aplicações

O plano geral dos serviços nas redes síncronas no qual provê o transporte de circuitos síncronos são gerenciados por um operador em uma escala menor que horas ou frações de horas (exceto as proteções e restauração, que são mais rápidas). Estes circuitos são mais usados, por exemplo, para carregar tráfego de chaveamento público (public-switched), circuitos privados, ou ainda ambos. Tanto como na North American SONET sistemas integrados de carregamento digital com laços (IDLC). Circuitos privados poderiam ter taxas de mega bits. Trazidos pelo usuário pelo multiplexador local. O controle da largura de banda numa escala de tempo, de segundos ou menos, exige das tecnologias de outros multiplexadores que tenham capacidade de chaveamento como ATM e IP. Estes empregados tipicamente em SDH ou SONET como seus mecanismos de transportes. SDH's não são adaptáveis para aplicativos independentes de chaveamentos rápidos, talvez seja só esta a desvantagem. Como o SDH é largamente introduzido, a capacidade de gerenciamento das redes cresceu gradativamente devido ao monitoramento completo e o gerenciamento de alta capacidade dos canais em toda extensão da rede. Operados em conjunto por um sistema de gerenciamento de rede comum, os DXC's, ADM's e hub multiplexadores permitem centralizar as itens de controle (b) até (e) no tópico 4. Enquanto a integração das funções de monitoramento para todos os elementos provê ao operador uma visualização completa desses recursos e dessas performasses Proteção – item (a) no tópico 4 – é melhor implementada localmente pra uma resposta mais rápida.

Desenho da Rede

Topologia da Rede

A flexibilidade do SDH pode ser usada como melhor vantagem para introduzir uma nova topologia de rede. A rede tradicional faz uso de armações de malhas e hubs, mas o SDH, com ajuda dos DXCs e hubs multiplexadores, permite-os a serem usados de uma maneira mais compreensível. O SDH também habilita estas armações a serem combinadas com anéis e cadeias de ADMs para melhorar a flexibilidade e a confiabilidade ao longo do núcleo e das áreas de acesso da rede. A figura 4 mostra os fragmentos básicos da topologia de rede que podem ser combinados.

Figura 4 – fragmentos básicos da topologia de rede.

Anéis conseguem suprir melhor serviços para as áreas de alta densidades comerciais, um importante parque cientifico, ou centros de exibições/conferencias. Alem disso, eles podem deslocar múltiplos comutadores locais ao invés de multiplexadores e conexões de fibra para uma única por um custo menor.

Introdução estratégica para SDH.

• Para troncos de linhas locais, a capacidade de transmissão é inadequada ou não confiável, por isso foram introduzidos sistemas de linhas ópticas a 2,5Gbps.

• Para fornecer melhor capacidade para serviços digitais em uma área, por isso foram introduzidos anéis ADM.

• Para prover largura de banda e acesso flexível para clientes, onde a fibra prove em lugar de par de cobre, que é inadequado por causa da demanda, tão quanto para introduzir o sistema IDLC (loop digital integrado da portadora utilizando multiplexadores remotos conectados a um serviço de chaveamento via fibra óptica).

• Para prover flexibilidade na largura de banda nos troncos de redes para provisionamento e restauração para introduzir o DXC 4n/4 switches de conexão cruzada de alta ordem.

• Para prover linhas dedicadas comutadas no tempo, demais serviços e melhor utilização da rede ou para maximizar a disponibilidade de um serviço especifico, esta aplicação usaria o ADM, hubs ou DXC de baixa ordem tal como o 4/1 ou 1/1.

Estrutura do Quadro SDH

O quadro tem sua estrutura repetida a cada período de 125 microssegundos - o mesmo que para a modulação por código de pulso (PCM) - e é composto por nove segmentos de igual comprimento. Na taxa de transporte bruto de 155,52 Mbps para o STM-1, há uma explosão de nove bytes de overhead no início de cada segmento, como mostrado na parte superior da Figura 5. Esta figura também mostra como o quadro de SDH STM-1 é convencionalmente representado, com os segmentos apresentados a partir de nove linhas e 270 colunas. Cada byte é equivalente a 64 kbps, portanto cada coluna de nove bytes é equivalente a 576 kbps.

As primeiras nove colunas contêm o SOH (as informações do sincronismo de quadro) para transporte de recursos de apoio do quadro. Por exemplo a gestão de canais de operações e monitoramento de erros. Com o primeiro segmento contendo a palavra quadro para o alinhamento do demultiplexador. As colunas restantes podem ser atribuídas de várias maneiras para transportar sinais de menor taxa de bits,como 2 Mbps; cada sinal tem seu próprio overhead.Para o transporte de sinais de tráfego PDH, a capacidade do payload é alocada em um número de colunas integral, dentro das quais a gerência dos overheads está associada com o sinal particular, como mostra a Figura 6.

O primeiro nível de divisão é a unidade administrativa (AU), que é a unidade que estipula a largura de banda na rede principal. Sua capacidade pode ser usada para carregar uma taxa alta de sinal, como 45 Mbps ou 140 Mbps (para os dois tamanhos de AU, AU-3 e AU-4, respectivamente) Figura. 6 mostra um AU-4, que ocupa toda a capacidade de carga de um STM-1. Uma AU pode ainda ser dividida para transportar os sinais de menor taxa, cada um dentro de uma unidade tributária (TU), do qual existem vários tamanhos. Por exemplo, um TU-12 carrega um único sinal de 2 Mbps, e um TU-2 traz um sinal norte-americano ou japonês de 6 Mbps. Uma quantidade específica de um ou mais TU pode ser ficticiamente combinada em um grupo de unidades tributário (TUG) para fins de planejamento e de roteamento. Para criar este item não são unidos overheads, então sua existência conta com gerência de rede para rastejar seu caminho. Por exemplo, na Europa, o ETSI propõe que um TUG-2 deve levar 3 x 2 Mbps sob a forma de 3 x TU-12s.

Suportando diferentes Taxas

Os níveis mais elevados do SDH são formados por intercalação de bytes do payload de um numero N do sinal STM-1, a seguir é adicionado o cabeçalho de transporte de tamanho N vezes de um STM-1 e preenchido com novos dados de controle e ponteiros apropriados. STMs são criados na faixa a partir do STM-1 de 155.52 Mbps por múltiplos inteiros de quatro sem limite teórico. Por exemplo, STM-16 é de 2 488.32 Mbps e transporta 16 X AU-4. STM-N é o termo genérico para os módulos de transmissão de taxas mais elevadas. Todos os processos acima são padronizados para abrangência total das taxas PDH suportadas pelo SDH, descrito na figura 7. Outras taxas e serviços futuros são esperados ser suportados por concatenação. Esta é uma técnica que permite múltiplos de baixa ou alta ordem VCs ser controlado como se fosse um único VC. Por exemplo, um VC-4-4 é uma concatenação de 4 X VC-4, dando um circuito equivalente de capacidade em torno de 600 Mbps e é esperado ser usado para a transmissão do ATM entre os nós da rede principal.

Figura 7. Estrutura da Multiplexação ITU-TS

Antes da transmissão, o sinal STM-N é embaralhado para deixar aleatória a seqüência de bits para melhorar o desempenho da transmissão. Alguns bytes do cabeçalho são deixados sem embaralhar para simplificar subseqüente demultiplexação. Uma faixa larga de payloads como o ATM e o IP é possível ocupar um grande VC, como um VC-4, que quanto carregados no STM-1 resulta que o SDH enfrenta muitos bytes sucessivos de cada célula ATM. No entanto, os padrões de dados imprevisíveis das células ATM correm o risco de comprometer o em baralhamento curto usado no SDH. Isso poderia colocar em risco de forma intermitente a transmissão do sinal SDH inteiro afetando as seqüências digitais e, portanto, o conteúdo de clock necessário pra demultiplexação. Por esta razão, são adicionados em baralhamentos extras para os payloads.