Rede de Transporte. Rede de Transporte

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1 Multiplexagem digital Multiplexagem digital síncrona Multiplexagem digital assíncrona Hierarquia de multiplexagem plesiócrona (PDH) Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) Mário Jorge Leitão 2 Intencionalmente em branco

2 Multiplexagem digital síncrona 3 Princípios básicos linhamento de trama Multitrama Supervisão Sistemas básicos Multiplexagem digital síncrona 4 Princípios básicos Técnica de multiplexagem por divisão nos tempos definem-se tramas de duração fixa T constituídas por c intervalos de tempo cada canal ocupa ciclicamente na trama um intervalo de n bits a identificação dos canais é feita pela posição na trama Consequências importantes o débito de de cada canal é constante os os relógios dos canais têm de de estar sincronizados entre si si TDM, Time Division Multiplexing canais n bits 2 c 2 c 2 c trama T tempo Débito binário de cada canal Débito binário total do multiplex r = n /T (bit/s) r tot = c n /T (bit/s) Multiplexagem por divisão nos tempos

3 Multiplexagem digital síncrona 5 Princípios básicos Tipos de entrelaçamento canal canal 2 canal 3 canal 4 entrelaçamento de palavras entrelaçamento de bits B C D 2 B2 C2 D2 3 B3 C3 D3 4 B4 C4 D4 cada intervalo de tempo acomoda uma palavra do código do sinal de entrada cada intervalo de tempo suporta um único bit do correspondente sinal de entrada B C D 2 B2 C2 D2 3 B3 C3 D3 4 B4 C4 D4 intervalo de tempo intervalo de tempo trama (6 bits) (b) Entrelaçamentos de palavras B B2 B3 B4 C C2 C3 C4 D D2 D3 D4 palavra (4 bits) trama (6 bits) (a) Canais de entrada do multiplexador (c) Entrelaçamentos de bits Entrelaçamento de palavras e bits Multiplexagem digital síncrona 6 linhamento de trama ecessidade da palavra de alinhamento consiste num determinado padrão de bits repetido sucessivamente nas tramas permite ao desmultiplexador identificar os limites da trama e recuperar os canais Tipos de palavras de alinhamento concentrada bits consecutivos, inseridos num canal adicional em cada trama distribuída bits dispersos, inseridos ao longo de cada trama ou ao longo de cada bloco de várias tramas consecutivas palavra de alinhamento concentrada palavra de alinhamento distribuída 2 c trama 2 c 2 c 2 c 2 c trama trama trama trama bloco Tipos de palavras de alinhamento

4 Multiplexagem digital síncrona 7 linhamento de trama linhamento em redes orientadas a pacotes tema estudado na disciplina de CDRC tramas têm comprimento variável palavra de alinhamento designa-se de bandeira (flag) bandeira não pode ser imitada no campo de informação se for necessário enviar dados contendo o padrão da bandeira, alteram-se os bits enviados de forma a não ocorrer imitação bandeira info trama info info info Sequência de tramas delimitadas por bandeiras Exemplo corrente padrão da da bandeira: "" emissor: sequência de de dados "" substituída por "" (acrescenta um "") receptor: sequência recebida "XY" XY="" bandeira XY="" erro XY="Y" dados: remove o "" Multiplexagem digital síncrona 8 Multitrama Problema das tramas longas alguns sinais a transmitir são de baixo débito sinais de sinalização de assinantes analógicos sinais de supervisão as tramas teriam de ser relativamente longas (com muitos bits) os tempos de alinhamento inicial e de realinhamento seriam demasiado longos a palavra de alinhamento teria de ser longa para reduzir a probabilidade de imitação qualidade de transmissão degradar-se-ia significativamente! aumentaria a probabilidade de ser frequentemente corrompida por erros ocasionais, conduzindo a um aumento suplementar dos tempos de alinhamento

5 Multiplexagem digital síncrona 9 Multitrama Conceito de multitrama resolve os problemas das tramas longas a trama longa passa a ser uma multitrama constituída por (sub)tramas elementares cada uma das novas tramas dispõe agora de uma palavra de alinhamento própria bits adicionais formam uma palavra de alinhamento de multitrama estratégia de alinhamento: primeiro de trama e depois de multitrama palavra de alinhamento de trama (longa) palavra de alinhamento de trama (curta) trama (a) Trama longa com dados adicionais de baixo débito (b) Formato de multitrama e respectivo alinhamento (palavra distribuída - exemplo: ) Conceito de multitrama sinais de baixo débito ( bit por trama) trama trama 2 trama 3 trama 4 multitrama palavra de alinhamento de multitrama Multiplexagem digital síncrona Supervisão Objectivos monitoração do desempenho dos equipamentos de transmissão detecção e diagnóstico de falhas Informação de supervisão sistemas básicos suportam apenas alarmes possível a indicação remota de alarmes Exemplos de alarmes perda de sinal de saída perda de sinal de entrada perda de alinhamento de trama taxa de erros elevada (> -3 ou > -4, estimada na palavra de alinhamento) alarme de perda de alinhamento de trama remoto mux demux larme remoto de perda de alinhamento de trama falha bit adicional demux B mux B B alarme de perda de alinhamento de trama

6 Multiplexagem digital síncrona Sistemas básicos Sistema E de 3 canais (2 48 kbit/s) Características gerais Tramas intervalos de de tempo (IT-IT3) de de 8 bits comprimento total de de 256 bits frequência de de 8 khz (período 25 µs) sistema de "2 Mbit/s" adoptado na Europa Multitramas 6 6 tramas comprimento total de de bits bits frequência de de 5 5 Hz Hz (período 2 ms) ms) tribuição dos dos intervalos de de tempo IT IT reservado para alinhamento de de trama, operação e manutenção (O&M) e CRC IT6 reservado para sinalização de de canal associado // sinalização de de canal comum (64 (64 kbit/s) 3 3 restantes intervalos de de tempo dedicados a dados (64 (64 kbit/s) // canais de de voz voz (8 (8 bits; 8 khz; lei lei ) ) Sinalização de de canal associado (CS, Channel ssociated Signalling) 8 bits bits por por multitrama para alinhamento de de multitrama e alarme remoto 4 bits bits por por multitrama para sinalização de de cada canal débito de de sinalização por por canal: 2 kbit/s (4 (4 bits bits x 5 5 Hz) Hz) Multiplexagem digital síncrona 2 Sistemas básicos Sistema E de 3 canais (2 48 kbit/s) Características gerais intervalo de tempo (IT) 8 bits / 3,9 µs trama (T) 32 IT / 256 bits / 25 µs B B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 IT IT IT6 IT3 IT - alinhamento IT-IT5 - canais de voz / dados IT6 - sinalização IT7-IT3 - canais de voz / dados IT3 tramas pares tramas ímpares X X multitrama 6 T/ 496 bits / 2 ms T T T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T T T2 T3 T4 T5 - palavra de alinhamento de trama bit 2 - alterna entre tramas consecutivas para reduzir possibilidade de alinhamentos falsos X - reservado para ligações internacional / usado para transmitir CRC (8 kbit/s), alinhamento de multitrama e alarme de erro de CRC - funções O&M (4 kbit/s); exemplo: indicação de alarme remoto - perda de sinal, perda de alinhamento de trama, erros frequentes - bits reservados para uso nacional; fixos a "" em ligações internacionais Formato de trama do sistema E de multiplexagem de 3 canais

7 Multiplexagem digital síncrona 3 Sistemas básicos Sistema E de 3 canais (2 48 kbit/s) Multitrama de sinalização de canal associado utilizada actualmente apenas na rede de acesso de assinantes analógicos multiplexador remoto de assinante converte CS do lacete em CS sobre 4 bits multitrama 6 tramas / 2 ms T T T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T T T2 T3 T4 T5 IT6 de cada trama X Y X X a b c d a b c d a b c d a b c d bits de sinalização do IT6 bits de sinalização do IT22 bits de sinalização do IT5 bits de sinalização do IT3 - palavra de alinhamento de multitrama X - reservado; normalmente fixo a "" Y - indicação de alarme remoto - perda de alinhamento de multitrama abcd - bits reflectem estado da linha de assinante normalmente utilizados ou 2 bits em cada sentido bits não utilizados ou inactivos colocados a "" diversos sistemas em uso não normalizados Formato da multitrama de sinalização de canal associado do sistema E Multiplexagem digital síncrona 4 Sistemas básicos Sistema E de 3 canais (2 48 kbit/s) Multitrama de verificação redundante cíclica (CRC, Cyclic Redundancy Check) utilizada em praticamente todos os sistemas actuais permite detectar erros de transmissão na trama e impede falsos alinhamentos Sub multitrama Trama tribuição dos bits B a B8 do IT B B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 Sub multitrama Trama tribuição dos bits B a B8 do IT B B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 I T T T2 T3 T4 T5 T6 T7 C C 2 C 3 C 4 II T8 T9 T T T2 T3 T4 T5 C C 2 C 3 E I C 4 E II palavra de alinhamento de multitrama "" - distribuída no bit B de IT, nas 6 primeiras tramas ímpares C n - CRC de 4 bits calculado sobre a sub-multitrama (8 tramas) anteriormente enviada E I / E II - indicação de alarme remoto de erro de CRC detectado nas sub-multitramas anteriormente recebidas Formato da multitrama de CRC do sistema E

8 Multiplexagem digital síncrona 5 Sistemas básicos Sistema DS de 24 canais ( 544 kbit/s) Características Tramas intervalo de de tempo de de bit bit (bit F) F) intervalos de de tempo (IT-IT24) de de 8 bits comprimento total de de 93 bits frequência de de 8 khz (período 25 µs) sistema de ",5 Mbit/s" adoptado nos Estados Unidos, Canadá e Japão Multitramas tramas comprimento total de de bits frequência de de 333 Hz Hz (período 3 ms) tribuição dos intervalos de de tempo bit bit F usado para alinhamento de de trama e multitrama, operação e manutenção (O&M) e CRC intervalos de de tempo dedicados a dados (64 kbit/s) // canais de devoz (8 (8 bits; 8 khz; lei lei µ) µ) (IT24 atribuído eventualmente a sinalização de de canal comum) Sinalização de de canal associado (CS, Channel ssociated Signalling) bits menos significativos dos canais nas tramas 6, 6, 2, 8 8 e são "roubados" para CS débito por canal de de voz de de 4 bits x 333 Hz Hz = = 333 kbit/s bits "roubados" aumentam o ruído de de quantização (cerca de de,8 db) e reduzem para kbit/s a capacidade disponível para transmissão transparente de de informação Multiplexagem digital síncrona 6 Sistemas básicos Sistema DS de 24 canais ( 544 kbit/s) Características gerais intervalo de tempo (IT) 8 bits / 5,8 µs trama (T) 24 IT+ F / 93 bits / 25 µs D D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 F IT IT2 IT23 bit F - alinhamento, O&M e CRC IT-IT24 - canais de voz / dados ou IT24 - sinalização de canal comum IT24 multitrama 24 tramas / 4632 bits / 3 ms T T2 T3 T4 T22 T23 T24 Formato de trama do sistema DS de multiplexagem de 24 canais

9 Multiplexagem digital síncrona 7 Sistemas básicos Sistema DS de 24 canais ( 544 kbit/s) Multitrama Trama linhamento tribuição bit F O&M CRC Trama tribuição bit F linhamento O&M CRC T T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T T T2 C C 2 C 3 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T2 T2 T22 T23 T24 C 4 C 5 C 6 palavra de alinhamento "" - alinhamento de trama e multitrama, distribuída - canal O&M de 4 kbit/s para diversas funções de operação e manutenção C n - CRC de 6 bits calculado sobre a multitrama (24 tramas) anteriormente enviada Formato de multitrama do sistema DS 8 Intencionalmente em branco

10 Multiplexagem digital assíncrona 9 Princípios básicos Sincronização de relógio por preenchimento de bits nulos nos canais Sincronização de relógio por preenchimento de bits nulos entre tramas Sincronização de relógio por sobre-amostragem Sistema básico de multiplexagem de 2 para 8 Mbit/s Multiplexagem digital assíncrona 2 Princípios básicos Problema dos escorregamentos sinais de entrada têm relógios não sincronizados entre si sinal de saída tem um relógio próprio a multiplexagem síncrona conduziria a escorregamentos perda de bits ou inserção de bits falsos entradas (tributários) mux assíncrono saída multiplexada relógios assíncronos relógio do multiplexador Multiplexador assíncrono

11 Multiplexagem digital assíncrona 2 Princípios básicos Soluções de sincronização de relógio preenchimento de bits nulos nos canais compensam flutuações dos relógios dos sinais pré-sincronização por canal de entrada entrada preenchimento de bits nulos entre tramas bits nulos memória FIFO mux síncrono saída multiplexada memória FIFO entradas sincronização conjunta mux síncrono saída multiplexada bits nulos relógio do multiplexador Modelo de multiplexagem assíncrona com pré-sincronização por canal de entrada relógio do multiplexador Modelo de multiplexagem assíncrona com sincronização conjunta Multiplexagem digital assíncrona 22 Sincronização de relógio por preenchimento de bits nulos nos canais Princípio de operação justificação excesso de bits a transmitir redução de bits nulos no canal défice de bits a transmitir aumento de bits nulos no canal justificação negativa justificação positiva bits simples removidos ou ou inseridos na na trama octetos removidos ou ou inseridos na na trama bit bit stuffing octet stuffing justificação nula n bits n bits n bits n bits justificação negativa n bits n bits n+ bits n bits justificação positiva trama nominal (n bits de informação) n bits trama palavra de alinhamento trama + indicação preenchimento Sincronização de relógio por preenchimento de bits no canal n bits n bits n- bits n bits bit nulo de justificação

12 Multiplexagem digital assíncrona 23 Sincronização de relógio por preenchimento de bits nulos nos canais Indicação de preenchimento bits de controlo de justificação aplicação: hierarquia PDH controlo de justificação (bits J e J2) palavra de alinhamento área de justificação (bits X e Y) n bits n+ bits n- bits justificação nula justificação negativa justificação positiva Tipo de justificação ula egativa Positiva Bits de controlo de justificação J J2 Ocupação dos bits de justificação X Y ulo Info Info Info ulo ulo bit nulo bit informação Trama hipotética com justificação controlada por bits específicos na trama Multiplexagem digital assíncrona 24 Sincronização de relógio por preenchimento de bits nulos nos canais Indicação de preenchimento definem-se unidades de dados flutuantes nas tramas apontadores indicam início das unidades de dados apontador palavra de alinhamento aplicação: hierarquia SDH unidade de dados ocupa parcialmente duas tramas sequência de tramas justificação negativa apontador antecipa uma posição (octeto, em SDH) área de justificação Trama hipotética com justificação controlada por apontadores justificação positiva apontador atrasa uma posição (octeto, em SDH)

13 Multiplexagem digital assíncrona 25 Sincronização de relógio por preenchimento de bits nulos entre tramas Princípio de operação excesso de bits a transmitir redução de bits nulos entre tramas défice de bits a transmitir aumento de bits nulos entre tramas bandeiras removidas ou ou inseridas entre tramas flag stuffing células nulas removidas ou ou inseridas entre células de de informação cell stuffing bandeira trama info info info Sequência de tramas com número variável de bandeiras TM: trama = célula célula nula célula redes de dados aplicações TM Sequência de tramas (células) com número variável tramas (células) nulas intercaladas Multiplexagem digital assíncrona 26 Sistema básico de multiplexagem de 2 para 8 Mbit/s Modelo do desmultiplexador desmultiplexador síncrono bit a bit supressão bits controlo 2 2 kbit/s inversão justificação FIFO entrada multiplexada kbit/s ± 3 ppm saídas (tributários) 2 48 kbit/s ± 5 ppm khz relógio khz Modelo simplificado do desmultiplexador de 8-2 Mbit/s

14 Multiplexagem digital assíncrona 27 Sistema básico de multiplexagem de 2 para 8 Mbit/s Formato normalizado da trama de 2 2 kbit/s formato adoptado nas normas é irregular eliminam-se bits não utilizados reduz tremuras de multiplexagem (ver adiante) 26 / 25 bits de informação formato justificação positiva FF2F3 5 I J 52 I trama = 22 bits J 52 I J Y 52 I n = 34 3 cálculo dos débitos máximo e mínimo dos tributários r t r t ( 26 + ) ,2 kbit/s max = 22 = ( 26 ) ,3kbit/s min = 22 = satisfatório face à tolerância 248 kbit/s ±5 ppm Formato da trama de 22 kbit/s adoptado nas normas de multiplexagem de 2-8 Mbit/s 28 Intencionalmente em branco

15 Hierarquia de multiplexagem plesiócrona (PDH) 29 Princípios básicos Vantagens e limitações da hierarquia PDH Sistemas internacionais Características do sistema europeu Hierarquia de multiplexagem plesiócrona (PDH) 3 Princípios básicos Sistema hierárquico cada sinal de um nível é obtido a partir de n tributários do nível anterior os tributários são assíncronos, mas com o mesmo débito nominal (plesiócronos) a multiplexagem é assíncrona com justificação positiva / nula E 2 Mbit/s E 2 Mbit/s repartidor de 2 Mbit/s M2 M2 repartidor de 8 Mbit/s M23 M23 E3 34 Mbit/s LT repartidor de 34 Mbit/s M34 repartidor de 4 Mbit/s E4 4 Mbit/s E2 8 Mbit/s LT entradas de reserva LT terminação de linha Multiplexagem num sistema digital plesiócrono (sistema europeu)

16 Hierarquia de multiplexagem plesiócrona (PDH) 3 Vantagens e limitações da hierarquia PDH Vantagens número de sistemas normalizados reduzidos a um pequeno conjunto níveis adaptados aos sistemas de transmissão de alto débito então existentes (pares simétricos, cabos coaxiais, feixes hertzianos, fibras ópticas) crescimento através da adição de novos equipamentos mantendo os anteriores Limitações taxas de transmissão limitadas a cerca de 5 Mbit/s capacidade rudimentar de operação e manutenção muitos sistemas proprietários reconfiguração simples mas manual (alteração física de ligações nos repartidores) acesso a um tributário obriga à desmultiplexagem de todos os níveis superiores Hierarquia de multiplexagem plesiócrona (PDH) 32 Sistemas internacionais dois sistemas diferentes normalizados pela UIT não houve acordo internacional Recomendação G.72 e seguintes íveis 5º nível 4º nível 3º nível 2º nível º nível Canal básico Europa EU Japão kbit/s kbit/s kbit/s kbit/s kbit/s kbit/s kbit/s kbit/s 7 Sistemas PDH internacionais 6 32 kbit/s kbit/s kbit/s kbit/s kbit/s 5

17 Hierarquia de multiplexagem plesiócrona (PDH) 33 Características do sistema europeu Multiplexagem de 2 para 8 Mbit/s supervisão 2 bits entradas (tributários) 2 48 kbit/s ±5 ppm mux assíncrono X 4 saída multiplexada kbit/s ±3 ppm tramas de 848 bits frequência de 9,962 khz tributários 4 5 bits sub-trama alinhamento de trama bits tributários 4 52 bits tributários 4 52 bits sub-trama 2 sub-trama 3 tributários 4 52 bits sub-trama 4 bits de controlo de justificação 2 bits (3 bits por tributário) redundantes e distribuídos para aumentar a fiabilidade transmite linha a linha, área de justificação positiva da esquerda para a direita, 4 bits ( bit por tributário) de cima para baixo cada bit de informação passa a nulo quando existe défice de bits do respectivo canal de entrada Hierarquia de multiplexagem plesiócrona (PDH) 34 Características do sistema europeu Multiplexagem de 8 para 34 Mbit/s supervisão 2 bits entradas (tributários) kbit/s ±3 ppm mux assíncrono X 4 saída multiplexada kbit/s ±2 ppm tramas de 536 bits frequência de 22,375 khz tributários 4 93 bits sub-trama alinhamento de trama bits tributários 4 95 bits tributários 4 95 bits sub-trama 2 sub-trama 3 tributários 4 95 bits sub-trama 4 bits de controlo de justificação 2 bits (3 bits por tributário) redundantes e distribuídos para aumentar a fiabilidade área de justificação positiva 4 bits ( bit por tributário) cada bit de informação passa a nulo quando existe défice de bits do respectivo canal de entrada

18 Hierarquia de multiplexagem plesiócrona (PDH) 35 Características do sistema europeu Multiplexagem de 34 para 4 Mbit/s supervisão 4 bits entradas (tributários) kbit/s ±2 ppm mux assíncrono X 4 saída multiplexada kbit/s ±5 ppm tributários 4 8 bits tramas de bits frequência de 47,56 khz sub-trama alinhamento de trama 2 bits tributários 4 2 bits tributários 4 2 bits sub-trama 2 sub-trama 3 tributários 4 2 bits sub-trama 4 tributários 4 2 bits sub-trama 5 tributários 4 2 bits sub-trama 6 bits de controlo de justificação 2 bits (5 bits por tributário) redundantes e distribuídos para aumentar a fiabilidade área de justificação positiva 4 bits ( bit por tributário) cada bit de informação passa a nulo quando existe défice de bits do respectivo canal de entrada 36 Intencionalmente em branco

19 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 37 Princípios básicos Vantagens e limitações da hierarquia SDH rquitectura Estrutura de trama Funções gerais de overhead Princípios de multiplexagem Operação e manutenção Redes SDH plicação de sistemas SDH na rede de transporte Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 38 Princípios básicos História primeiros sistemas ópticos usavam técnicas proprietárias (codificação, OM, etc.) EU estabelecem norma SI (988) SOET - Synchronous Optical etwork UIT estabelece norma única (99) SDH - Synchronous Digital Hierarchy Recomendação G.77 e seguintes Sistema hierárquico cada sinal de um nível é obtido a partir de 4 tributários do nível anterior a multiplexagem é síncrona, por entrelaçamentos de octetos STM- Synchronous Transport Module - Level Hierarquia Digital Síncrona (SDH) ível Débito (Mbit/s) STM- 55,52 STM-4 622,8 STM ,32 STM ,28

20 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 39 Vantagens e limitações da hierarquia SDH elevadas taxas de transmissão, acompanhando a evolução tecnológica inserção/remoção directa de tributários de qualquer módulo funcionalidades muito completas de operação e manutenção (OM) grande fiabilidade, com protecção contra falhas possibilidade de reconfiguração remota por procedimentos de gestão pequeno conjunto de equipamentos normalizados (Elementos de Rede / etwork Elements - E) permite desenvolver qualquer rede SDH arquitectura flexível adaptada aos vários níveis da rede de transporte compatível com interfaces da hierarquia plesiócrona (suporte de tributários PDH) compatível com RDIS de Banda Larga (suporte de fluxos de células TM) possível suportar tráfego de dados (interfaces Ethernet / BaseT e Gbit) baseada no modo de circuito estático dificuldade em suportar tráfego variável com elevada eficiência Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 4 rquitectura Características gerais define uma hierarquia de camadas funcionais da rede de transporte cada nível tem atribuído uma etiqueta adicional (overhead) para funções de OM elementos de rede terminação de caminho terminação de secção de multiplex terminação de secção de regenerador terminação de secção de regenerador terminação de secção de multiplex terminação de caminho secção de regenerador secção de regenerador secção de multiplex secção de regenerador Camadas funcionais SDH caminho

21 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 4 rquitectura Contentores virtuais (VC, Virtual Containers) são as unidades de informação de utilizador incluem etiquetas adicionais (overhead) do caminho circuitos são suportados em diferentes contentores virtuais de acordo com o débito contentor virtual - VC, Virtual Container POH C contentor - C, Container (carga do VC: dados de utilizador) Baixa Ordem Contentor C- C-2 C-2 C-3 Capacidade (kbit/s) adicional de caminho - POH, Path Overhead (funções de OM relativas ao caminho) lta Ordem C-3 C Estrutura e capacidade da carga dos contentores virtuais Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 42 rquitectura Modelo de camadas mostra a relação entre as camadas de transporte SDH Tráfego de de Utilizador Camadas de Transporte SDH Meio de Transmissão Caminho Baixa Ordem lta Ordem Secção Meio Físico VC- VC-3 VC-2 Secção de de Multiplexagem Secção de de Regeneração Meio Físico VC-2 VC-4 VC-3 Modelo de camadas SDH

22 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 43 tráfego inserção POH inserção MSOH inserção RSOH STM- extracção MSOH extracção RSOH mux inserção MSOH inserção RSOH STM- STM- demux extracção MSOH extracção RSOH nó nó de de interligação inserção MSOH inserção RSOH STM- tráfego extracção POH extracção MSOH extracção RSOH E/O O/E E/O O/E E/O O/E repetidores extracção RSOH inserção RSOH extracção RSOH inserção RSOH O/E E/O O/E E/O secção regenerador secção multiplex secção regenerador secção regenerador secção multiplex caminho secção regenerador secção regenerador secção multiplex POH MSOH RSOH - Path Overhead - Multiplex Section Overhead - Regenerator Section Overhead Exemplo de uma rede SDH Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 44 Estrutura de trama OH carga de transporte 9 26 RSOH MSOH área de justificação apontadores total 2 43 octetos Trama STM - Características da da trama STM- período: µs µs // frequência: 8 khz overhead de de transporte apontadores dinâmicos para unidades de de informação (Contentores Virtuais de de Ordem lta) overhead de de secção de de regenerador (RSOH, Regenerator Section Overhead) overhead de de secção de de multiplex (MSOH, Multiplex Section Overhead) carga de de transporte: octetos (mais até até 3 octetos no no caso de de justificação negativa) apontadores dinâmicos para unidades de de informação (Contentores Virtuais de de Ordem Baixa) unidades de de informação de de utilizador (Contentores Virtuais) overhead de de caminho (POH, Path Overhead)

23 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 45 Estrutura de trama OH carga de transporte 9 26 RSOH 9 MSOH apontadores + área de justificação total 2 43 n octetos Trama STM - Características da da trama STM- período: µs µs // frequência: 8 khz khz entrelaçamento de de octetos de de tramas STM- Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 46 Funções gerais de overhead Overhead de secção do módulo STM- Overhead de caminho SOH Função linhamento de trama Identificação de sinais STM- Monitoração de erros Comunicação de dados (ex: gestão, supervisão) Comunicação de voz (ex: manutenção) Comutação automática de protecção RSOH X X X X X MSOH X X X X POH Função Monitoração de erros Comunicação de dados (ex: gestão, supervisão) Comunicação do utilizador Indicação da estrutura de multiplexagem Overhead de secção do módulo STM- ( > ) SOH Função linhamento de trama Identificação de sinais STM- Monitoração de erros Comunicação de dados (ex: gestão, supervisão) Comunicação de voz (ex: manutenção) Comutação automática de protecção ª trama STM- Outras Outras tramas tramas RSOH MSOH RSOH MSOH X X X X X X X X X X X X X para cada função de overhead está atribuído um ou mais octetos a capacidade é de 64 kbit/s por cada octeto atribuído

24 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 47 Princípios de multiplexagem Estruturas de multiplexagem Grupo de de Unidades Tributárias TUG x n + apontador + overhead de TU caminho (POH) Contentor Unidade Contentor Virtual Tributária (Baixa Ordem) (Baixa Ordem) TU VC C Tráfego de utilizador x + overhead de secção (SOH) x n + apontador U + overhead de caminho (POH) STM ível STM- STM ível STM- Grupo de de Unidades dministrativas UG Unidade dministrativa U Contentor Virtual (lta Ordem) VC Contentor (lta Ordem) C Tráfego de utilizador Contentor C Contentor Virtual VC = C + etiqueta adicional de caminho (POH) Unidade Tributária / dministrativa TU / U = VC + apontador Estruturas de multiplexagem Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 48 Princípios de multiplexagem lternativas de multiplexagem Débito (kbit/s) STM- x x n UG x x3 U-4 U-3 multiplexagem alinhamento mapeamento VC-4 x3 VC-3 TUG-3 x7 x7 x TUG-2 x x4 TU-3 TU-2 x3 TU-2 VC-3 VC-2 VC-2 C-4 C-3 C-2 C-2 Contentor Tráfego de utilizador E4: TM: DS3: E3: TM: DS2: 6 32 TM: E: 2 48 TM: 2 76 TU- VC- C- 6 DS: 544 TM: 6 Constituição de estruturas de multiplexagem SDH para tributários PDH e fluxos de células TM

25 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 49 Princípios de multiplexagem Exemplo de multiplexagem C-2 C-2 POH VC-2 C-2 VC-2 apontador TU C-2 TU-2 entrelaçamento de octetos TU-2 TU-2 TU-2 TUG-2 entrelaçamento de octetos x TUG-2 POH VC-4 C-4 VC-4 apontador U overhead secção C-4 C-4 Estrutura STM- baseada em U-4 e TUG-2 U-4 STM- Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 5 Princípios de multiplexagem Estrutura de Unidades Tributárias e Unidades dministrativas dimensão de 9 linhas e um número inteiro de colunas (U-4 e U-3/TU-3 contêm mais alguns octetos para apontadores e área de justificação) 26 colunas 87 colunas 2 colunas 4 colunas 3 colunas 9 linhas U octetos 5 92 kbit/s U-3 / TU octetos 5 34 kbit/s TU-2 8 octetos 6 92 kbit/s TU-2 36 octetos 2 34 kbit/s TU- 27 octetos 728 kbit/s Estrutura de Unidades Tributárias e Unidades dministrativas

26 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 5 Princípios de multiplexagem Multiplexagem de TUs e Us TU-2 4 POH de VC-2 POH de VC-4 U-4 26 por entrelaçamento de colunas Módulo de Transporte STM apontador de TU-2 x 63 9 x RSOH 9 apontador de U-4 9 MSOH 9 área de justificação 27 x 9 octetos / 8 khz / 25 ms TU-2 Exemplo de multiplexagem de TU-2 e U-4 (apontadores sem offset) Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 52 Princípios de multiplexagem Operação com apontadores apontador de 2 octetos linhamento de VC-4 em U-4 apontador de 2 octetos apontador etiqueta adicional de caminho (POH de VC-4) VC-4 sem offset em U-4 VC-4 U-4 VC-4 com offset em U-4

27 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 53 Princípios de multiplexagem Operação com apontadores Justificação de VC-4 em U-4 octeto nulo octeto de informação apontador de 2 octetos U-4 Sem justificação VC-4 Justificação positiva (apontador avança octeto) Justificação negativa (apontador atrasa octeto) Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 54 Princípios de multiplexagem Operação com apontadores linhamento de VC-2 em TU-2 POH (VC-4) TU-2 Multitrama TU-2 4 tramas TU-2 permite distribuir overhead aumenta a eficiência VC-4 apontador POH VC-2 º octecto de VC-2 área de justificação positiva área de justificação negativa reservado VC-2 com offset em TU-2

28 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 55 Operação e manutenção Objectivos de operação e manutenção minimização do impacto de defeitos e falhas sobre a qualidade de serviço usa a informação de supervisão transmitida nos overheads recorre a acções preventivas, sempre que possível ocorrência de anomalias indicia defeitos ou falhas iminentes intervenção antecipada pode evitar degradação significativa do serviço efectua acções correctivas para restabelecer a qualidade de serviço protecção automática de sistemas reconfiguração da rede através de procedimentos de gestão Definições básicas nomalia Defeito Falha mínima discrepância entre o que foi observado e o que era desejado frequência de anomalias atingiu um limite a partir do qual deixa de ser possível executar satisfatoriamente uma determinada função incapacidade total de uma função executar uma determinada acção dentro de um tempo limite Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 56 Operação e manutenção Informação de supervisão transmitida nos overheads monitoração de parâmetros do sistema, nomeadamente erros estado de sincronização estado de caminhos alarmes indicações de que um defeito ou falha foi detectado Exemplo de operação de um sistema de protecção de falhas monitoração de desempenho visando controlo de qualidade e acção preventiva detecção de falhas através da verificação funcional contínua ou periódica localização de falhas através de sistemas de teste internos ou externos protecção do sistema através de isolamento e exclusão de serviço da entidade com falhas intervenção coordenada de outros recursos para restabelecimento do serviço informação das falhas a entidades de gestão

29 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 57 Redes SDH Elementos de rede (E, etwork Elements) Regenerador Regenerator STM- Reg STM- permitem construir qualquer rede SDH STM- Reg STM- Multiplexador Terminal de Linha Line Terminal Multiplexer tributários PDH / outros LTM STM- STM- STM- / tributários PDH (E4) LTM STM- STM- Multiplexador de Inserção / Remoção dd / Drop Multiplexer ó Digital de Interligação Digital Crossconnect STM- STM- STM- tributários PDH DXC STM- STM- STM- Elementos de rede SDH STM- STM- STM- STM- / tributários PDH (E4) DXC STM- ( =4, 6, 64 ) STM- STM- Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 58 Redes SDH Topologias Ponto-a-ponto constituída apenas por por multiplexadores terminais de de linha em em cada extremidade simples aplicações ligações específicas entre nós nós de de comutação ou ou acesso de de grandes utilizadores transporte de de tributários E E e de de outros sinais tributários LTM STM- STM- LTM STM-4 STM-4 STM-4 LTM STM-4 LTM STM-4 STM- LTM STM- LTM STM- tributários Topologia ponto-a-ponto

30 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 59 Redes SDH Topologias Ponto-a-multiponto ligação com um um ou ou mais s em em cadeia capacidade de de fazer inserção // remoção ao ao longo do do percurso aplicações agregação de de tráfego com origem dispersa difusão de de sinais (remove e continua) tributários LTM STM- STM- STM- STM- STM- LTM STM- STM- tributários tributários Topologia ponto-a-multiponto Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 6 Redes SDH Topologias nel ligação de de s em em cadeia fechada nas nas extremidades aplicações agregação de de tráfego em em redes urbanas distribuição de de tráfego ao ao nível regional capacidade de protecção STM- tributários STM- STM- STM- STM- STM- tributários Topologia em anel (bidireccional)

31 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 6 Redes SDH Topologias Rede em em malha realizada através de de múltiplas ligações entre DXCs (caso mais simples: um um único DXC) permite grande capacidade e flexibilidade de de encaminhamento de de tráfego aplicações núcleo da da rede de de transporte interligação de de grandes nós nós de de comutação STM-4 DXC STM-4 DXC STM-4 STM-4 STM-4 DXC STM-4 DXC STM-4 STM-4 Topologia em malha Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 62 Redes SDH Protecção automática Protecção dedicada de de ligações ponto-a-ponto um um sistema de de reserva para cada sistema activo tráfego enviado simultaneamente pelo sistema activo e pelo de de reserva exige apenas comutação do do lado da da recepção ligação activa STM- STM- ligação de reserva Configuração de protecção dedicada de ligação ponto-a-ponto

32 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 63 Redes SDH Protecção automática Protecção partilhada de de ligações simples um um sistema de de reserva para cada n sistemas activos tráfego enviado pelo sistema de de reserva quando ocorrem defeitos ou ou falhas exige comutação coordenada do do lado da da emissão e da da recepção ligações activas STM- n STM- ligação de reserva Configuração de protecção partilhada de ligação ponto-a-ponto Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 64 Redes SDH Protecção automática Protecção de de um um anel unidireccional com duas fibras transmissão unidireccional num anel operacional tráfego enviado simultaneamente por por um um anel de de reserva em em caso de de falha do do anel operacional comuta-se a recepção em em cada para o anel de de reserva anel activo anel de reserva D D STM- dd D Drop Configuração de protecção de um anel unidireccional com duas fibras

33 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 65 Redes SDH Protecção automática Protecção de de um um anel bidireccional com duas fibras transmissão bidireccional em em 2 anéis operacionais, com uma reserva de de banda (5%) em em caso de de falha reconstrói-se um um único anel os os comunicam da da mesma forma antes e depois de de ocorrer a comutação de de protecção interrupção D D STM- dd comutação D Drop Configuração de protecção de um anel bidireccional com duas fibras Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 66 Redes SDH Protecção automática Protecção de de um um anel bidireccional com quatro fibras capacidade de de protecção duplica em em relação ao ao anel com duas fibras suporta falhas múltiplas nos nos s e ligações solução preferida devido ao ao aumento de de fiabilidade par activo par de reserva interrupção STM- Configuração de protecção de um anel bidireccional com quatro fibras

34 Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 67 plicação de sistemas SDH na rede de transporte Rede nacional ligações de muito alta capacidade e nós de transmissão constituídos por DXCs rede emalhada, garantindo adaptação a tráfego variável e elevada fiabilidade Rede regional DXCs emalhados nas áreas urbanas de grande tráfego anéis de alta capacidade constituídos por s nas áreas de tráfego moderado Rede local de acesso acesso de utilizadores grande capacidade: acesso directo à rede SDH ao nível STM- média dimensão: acesso a anéis através de s baixa capacidade: multiplexadores flexíveis agregam tráfego em ligações E, que, por sua vez acedem a anéis através de s interligação anéis com s agregam o tráfego destinado ao nível da rede regional Hierarquia de multiplexagem síncrona (SDH) 68 DXC DXC DXC nó nacional DXC STM- DXC STM- rede nacional STM- STM- DXC DXC STM- DXC nó regional rede regional utilizadores STM- E TM Ethernet RDIS analógico n 64 kbit/s MUX E STM- DXC Rede de transporte SDH STM- nó local rede local de acesso

35 Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 69 Princípios básicos Elementos de rede Topologias de rede Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 7 Princípios básicos Características gerais dos sistemas de multiplexagem de comprimento de onda emissores produzem luz com diferentes comprimentos de onda sinais ópticos são combinados e transmitidos numa fibra monomodo na recepção os sinais são separados (filtrados) e entregues a receptores λ combinação de sinais separação de sinais λ 2 λ 3 fibra de transmissão λ 4 emissores receptores Multiplexagem de sinais ópticos na mesma fibra (exemplo com 4 comprimentos de onda)

36 Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 7 Princípios básicos Bandas WDM UIT definiu 6 bandas contíguas que ajudam a especificar sistemas WDM estas bandas englobam as 2ª e 3ª janelas dos sistemas clássicos O-Band (Original) E-Band (Extended) S-Band (Short wavelength) C-Band (Conventional) L-Band (Long wavelength) U-Band (Ultra-long wavelength) tenuação (db/km),3, Comprimento de onda (nm) Definição das bandas de comprimentos de onda em sistemas WDM Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 72 Princípios básicos Primeiros sistemas de multiplexagem de comprimento de onda até cerca de 4 comprimentos de onda pré-normalização dificultou oferta de lasers com comprimentos de onda standard Multiplexagem esparsa de comprimento de onda (CWDM, Coarse WDM) espaçamento moderado de comprimentos de onda 2 nm possível utilizar lasers sem controlo de estabilidade de comprimento de onda grelha de comprimentos de onda normalizada pela UIT λ = 27 + n 2 (nm) n =... 7 O-Band E-Band S-Band C-Band L-Band U-Band Grelha de comprimentos de onda de CWDM (nm)

37 Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 73 Princípios básicos Multiplexagem densa de comprimento de onda (DWDM, Dense WDM) várias dezenas (futuramente centenas) de comprimentos de onda necessário utilizar mecanismos de controlo de estabilidade dos lasers grelhas de frequências normalizadas pela UIT centradas a 93, THz (C-Band) espaçamentos de 2,5 / 25 / 5 / GHz e múltiplos de GHz bandas prioritárias: S-Band, C-Band, L-Band espaçamento de 2,5 GHz f = 93, + n,25 (THz) espaçamento de 25 GHz f = 93, + n,25 (THz) espaçamento de 5 GHz f = 93, + n,5 (THz) espaçamento de GHz f = 93, + n, (THz) n - inteiro positivo ou negativo, incluindo Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 74 Elementos de rede Repetidor puramente óptico regenerador (conversão O-E-O) futuro: possibilidade de regeneração óptica mplificação R Reamplificação impulso original impulso recebido impulso amplificado Regeneração 3R Reamplificação Reformatação Retemportização impulso original impulso recebido impulso regenerado Formas de onda em repetidores ópticos e regeneradores

38 Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 75 Elementos de rede daptador de Comprimento de Onda (WL, Wavelength daptor) futuro: possibilidade controlo eléctrico 3 nm 55 nm λ UIT λ UIT λ 2 UIT comprimentos de onda da 2ª e 3ª janela exemplo: saída de elementos de rede SDH comprimentos de onda CWDM / DWDM normalizados pela UIT daptadores de Comprimentos de Onda Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 76 Elementos de rede Multiplexador Óptico Terminal (OTM, Optical Terminal Multiplexer) OTM OTM Multiplexador e desmultiplexador WDM

39 Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 77 Elementos de rede Multiplexador Óptico de Inserção / Remoção (O, Optical dd-drop Multiplexer) controlo remoto já disponível O canais directos OTM OTM canais removidos canais inseridos Multiplexador e Desmultiplexador Ópticos de Inserção / Remoção WDM Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 78 Elementos de rede ós de Interligação Óptica (OXC, Optical Cross-Connects) controlo remoto já disponível OXC OXC OXC λ λ λ 4 λ, λ 2 λ 2 λ, λ 2 λ, λ 2 λ, λ 2 λ λ λ 2 λ λ 4 λ, λ 2 λ, λ 2 λ, λ 2 λ, λ 2 λ 3 λ λ 4 λ, λ 2 λ, λ 2 λ, λ 2 λ, λ 2 λ 4 λ λ 4 λ, λ 2 λ, λ 2 λ, λ 2 λ 2 λ, λ 2 Estrela passiva Encaminhador passivo Comutador activo

40 Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 79 Topologias de rede Ligação ponto-a-ponto saltos máximo sem amplificação limitados pela sensibilidade do receptor saltos máximos sem regeneração limitados pela dispersão dos impulsos 8 km Salto máximo sem amplificação 4 km Salto máximo com amplificação sem regeneração Ligações ponto-a-ponto sem e com amplificação Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 8 Topologias de rede Transporte de sinais SDH exemplo: múltiplos canais STM-6 a 2,5 Gbit/s WL WL STM- ( 3 / 55 nm) OTM OTM STM- ( 3 / 55 nm) WL WL Ligações SDH sobre WDM

41 Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 8 Topologias de rede néis agregação / distribuição de tráfego de alta capacidade O O O O O nel WDM Multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) 82 Topologias de rede Malhas núcleo de muito alta capacidade da rede de transporte sistemas desenvolvidos com 2-3 Tbit/s de capacidade OXC OXC OXC OXC OXC OXC OXC OXC Malha WDM