REDES SDH (SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY, HIERARQUIA DIGITAL SÍNCRONA) Prof. Carlos Messani

Transcrição

1 REDES SDH (SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY, HIERARQUIA DIGITAL SÍNCRONA) Prof. Carlos Messani

2 SDH: O QUE É? Rede SDH: é o conjunto de equipamentos e meios físicos de transmissão que compõem um sistema digital síncrono de transporte de informações. Este sistema tem o objectivo fornecer uma infra-estrutura básica para redes de dados e voz, e actualmente é utilizado em muitas empresas que prestam serviços de Telecomunicações, públicos e privados, em todo o mundo.

3 SDH: O QUE É? As tecnologias SDH são utilizadas para multiplexação TDM com altas taxas de bits. Meios de transmissão Fibra óptica (meio físico preferencial de transmissão). Interfaces eléctricas que permitem o uso de outros meios físicos de transmissão (enlaces de rádios digitais e sistemas ópticos que utilizam feixes de luz infravermelha).

4 SDH-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO Os primeiros sistemas de transmissão baseados em fibra óptica utilizados nas redes de telefonia pública utilizavam tecnologias proprietárias na sua arquitetura, nos formatos de multiplexação, no software e no hardware, e tinha procedimentos de manutenção diferenciados. Os usuários desses equipamentos solicitaram ao mercado fornecedor que desenvolvesse uma padronização de tecnologias e equipamentos de forma a possibilitar a utilização de equipamentos de diferentes fornecedores numa mesma rede.

5 SDH-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO A tarefa de criar tais padrões começou em 1984, junto com outras frentes de trabalho para outras tecnologias, e ficou inicialmente a cargo da ECSA - EUA (Exchange Carriers Standards Association). A ECSA desenvolveu o padrão SONET (Synchronous Optical Network), que foi adotado, entre outros países, nos EUA.

6 SDH-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO Após algum tempo o ITU-T - Europa (antigo CCITT) envolveu-se no trabalho para que um único padrão internacional pudesse ser desenvolvido para criar um sistema que possibilitasse que as redes de telefonia de países distintas pudessem ser interligadas. O resultado desse trabalho foi o conjunto de padrões e recomendações conhecido como SDH (Synchronous Digital Hierachy), ou Hierarquia Digital Síncrona.

7 SDH/SONET-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO O desenvolvimento do SDH levou a um ajuste no padrão SONET para que os frames do 2 sistemas pudessem ser compatíveis tanto em tamanho como em taxa de bits, de forma que se pudessem interligar a redes do 2 padrões sem problemas de interface.

8 SDH/SONET-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO Um grande esforço de padronização fez com que os padrões SONET (Americano) e SDH (Europeu) se tornassem muito próximos. O padrão SONET é também uma arquitectura de multiplexação síncrona. Cada canal opera com um relógio sincronizado com os relógios dos outros canais. O sinal SONET transporta diferentes tipos de sinais PDH (Hierarquia Digital Plesiócrona), através do quadro (frame) padronizado para sinais elétricos denominado STS-N (Syncronous Transport Signal). Esse sinal, ao ser convertido para óptico é denominado OC-N (Optical Carrier).

9 RELAÇÃO ENTRE OS SINAIS SONET E SDH SONET Taxa de Bits (kbit/s) SDH STS1, OC STM0 STS3, OC STM1 STS12, OC STM4 STS48, OC STM16 STS192, OC STM64 As hierarquais SDH também foram definidas para o transporte de células ATM e pacotes IP empacotados em PPP (point-to-point protocol) ou HDLC (high-level data link control).

10 UMA REDE SDH É COMPOSTA POR: Rede Física: é o meio de transmissão que interliga os equipamentos SDH. Pode ser composta por: cabos de fibra óptica, enlaces de rádio e sistemas ópticos de visada direta baseados em feixes de luz infravermelha. Equipamentos: são os multiplexadores SDH de diversas capacidades que executam o transporte de informações.

11 UMA REDE SDH É COMPOSTA POR: Sistema de Gerência: é o sistema responsável pelo gerenciamento da rede SDH, contendo as funcionalidades de supervisão e controle da rede, e de configuração de equipamentos e provisionamento de facilidades. Sistema de Sincronismo: é o sistema responsável pelo fornecimento das referências de relógio para os equipamentos da rede SDH, e que garante a propagação desse sinal por toda a rede.

12 EXEMPLO DE REDE SDH

13 VANTAGENS DA SDH Há normas até 10 Gbit/s: Apropriada para as rede de transporte. STM Mbit/s STM Mbit/s STM Mbit/s STM Mbit/s STM Gbit/s (STM: Synchronous Transport Module). Compatibilidade entre o equipamento de diferentes fabricantes e entre as hierarquias europeias e americanas.

14 VANTAGENS DA SDH Função de inserção/extracção simplificada. Como a tecnologia é síncrona é fácil identificar os canais de ordem inferior. Gestão centralizada fácil. A trama SDH dispõe de um número elevado de octetos para comunicação entre os elementos de rede e um centro de gestão centralizada, usando o sistema TMN (Telecommunications Management Network).

15 VANTAGENS DA SDH Elevada disponibilidade permitindo uma provisão rápida dos serviços requeridos pelos clientes. Tal deve-se ao facto da SDH fazer uso intensivo de software, em contrapartida com a PDH cuja funcionalidade reside no hardware. Elevada fiabilidade. As redes SDH usam mecanismos de protecção que permitem recuperações rápidas a falhas (da ordem dos 50 ms), quer das vias de comunicação, quer dos nós da rede.

16 VANTAGENS DA SDH Normalização das interfaces ópticas (definindo os códigos a usar, os níveis de potência, as características dos lasers e das fibras, etc.). Possibilidade de monitorizar o desempenho dos diferentes canais. Plataforma apropriada para diferentes serviços.

17 DESVANTAGENS DA SDH Técnica complexa devido à necessidade de registar a relação de fase entre os sinais dos tributários e o cabeçalho. justificação por octeto usada na SDH é mais problemática relativamente ao jitter originado no processo de desmultiplexagem, do que a justificação por bit. Não suporta de modo eficiente as tramas Ethernet => SDH nova geração

18 DESVANTAGENS DA SDH A estrutura de multiplexagem não está organizada de modo muito eficiente no que diz respeito ao transporte dos tributários CEPT. Por exemplo, só é possível transportar 3x34 Mbit/s numa trama STM-1, embora a capacidade do STM-1 permitisse 4x34 Mbit/s. A estrutura de multiplexagem não está organizada de modo uniforme no que diz respeito ao transporte dos tributários plesiócronos. Um determinado tributário pode ser transportado usando diferentes opções de multiplexagem.

19 EXEMPLIFICAÇÃO DO PAPEL DO TRANSPORTE A rede de transporte neste exemplo é representada pelo plano inferior e é constituída por multiplexadores ADM interligados por fibras ópticas. A camada de rede de serviços é representada por centrais de comutação telefónica (CC). Tecnologias de rede para o transporte: SDH (Synchronous Digital Hierarchy), WDM, (Wavelength Division Multiplexing), OTN (Optical Transport Network)

20 REDE DE TRANSPORTE EM APLICAÇÕES TELEFÓNICAS Elementos de rede SDH DXC: Cruzador digital (digital crossconnect) ADM: Multiplexador de inserção/extracção (add/drop multiplexer) Elementos de rede telefónica CL: Central telefónica local CT: Central telefónica de trânsito.

21 REDE DE TRANSPORTE EM APLICAÇÕES DE DADOS Elementos de rede SDH DXC: Cruzador digital (digital crossconnect) ADM: Multiplexador de inserção/extracção (add/drop multiplexer) Elementos de rede de pacotes ER: Edge router CT: Core router Numa rede IP (Internet Protocol) os routers são usados para encaminhar os pacotes Os edge routers são aqueles que estão mais próximos do utilizador, enquanto os core routers fazem parte da dorsal da rede.

22 ESTABELECIMENTO DE CAMINHOS Fases do estabelecimento: 1) O sistema de gestão configura os diferentes elementos de rede envolvidos no circuito; 2) Os elementos de rede de serviço iniciam a sua actividade.

23 DEFINIÇÃO DOS ELEMENTOS DE REDE Regenerador: Regenera o relógio e a forma dos sinais de entrada. Possui canais de comunicação a 64 kb/s para transmitir mensagens. Multiplexador terminal: Agrega sinais plesiócronos ou síncronos de modo a formar sinais STM-N de débito mais elevado.

24 DEFINIÇÃO DOS ELEMENTOS DE REDE Multiplexador de inserção/extracção: Permite extrair/inserir, quer sinais PDH, quer sinais SDH de débito mais baixo do que o da linha. Comutador de cruzamento ou cruzador (DXC, digital cross-connect): Proporciona funções de comutação apropriadas para estabelecer ligações semi-permanentes a nível do VC-1, VC-3, VC-4, e permite o restauro das redes.

25 DEFINIÇÃO DOS ELEMENTOS DE REDE Os comutadores de cruzamento são usados para interligar anéis SDH, ou como nós de redes em malha.

26 TOPOLOGIAS FÍSICAS Topologia em cadeia Topologia em anel com duas ou quatro fibras

27 TOPOLOGIAS FÍSICAS Anéis unidireccionais e bidireccionais Topologia emalhada (usada no núcleo central da rede) A presença dos DXC permite implementar um sistema de restauro dinâmico para fazer face a falhas na rede. Com esta técnica o sistema de gestão da rede reencaminha o tráfego por percursos alternativos àqueles onde ocorreram falhas.

28 ESTRUTURA DA TRAMA BÁSICA Uma trama SDH básica (STM-1) contém três blocos: Cabeçalho de secção (SOH, section overhead) Ponteiro (PT): permite localizar a informação transportada no VC Contentor virtual (VC): capacidade transportada + cabeçalho de caminho.

29 ESTRUTURA DA TRAMA BÁSICA A duração da trama é igual a 125 μs, o que corresponde a 8000 tramas/s. Representação bidimensional de uma trama STM-1: matriz com 9 linhas e 270 colunas, a que correspondem 2430 octetos. Os diferentes octetos são transmitidos linha a linha, começando pela 1ª linha e 1ª coluna.

30 FORMAÇÃO DA TRAMA STM-N Sinais SDH multiplex de ordem superior são obtidos através de uma multiplexagem por interposição de palavra (octeto) de vários STM-1 O débito binário do sinal STM-N é N Mbit/s

31 FORMAÇÃO DA TRAMA STM-N

32 REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS A tecnologia SDH tem sido beneficiada pelos grandes avanços dos processadores, das interfaces ópticas e das metodologias de desenvolvimento de software empregados nos equipamentos de rede e nos sistemas de gerência.

33 REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS Os diversos fornecedores desses equipamentos têm oferecido novas facilidades que permitem otimizar as redes SDH. Dentre essa facilidade, as mais relevantes são: Maior integração nas interfaces de tributários, permitindo um maior números de interfaces ópticas e eléctricas por placa, diminuindo o espaço físico ocupado pelos equipamentos; Integração de interfaces típicas de redes de dados, tais como LAN (Ethernet), ATM, FR e IP, diretamente nos equipamentos SDH, com facilidades de configuração implementadas em um mesmo sistema de gerência;

34 REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS (CONT1.) Equipamentos de usuário de tamanho reduzido (de mesa), com multiplicidade de interfaces e capacidade para fazer parte de segmentos de rede STM-1 ou STM-4, sem troca do equipamento; Equipamentos de grande porte (STM-16 ou STM-64) com matriz que permite conexões de canais de baixa e alta ordem configuráveis pelo sistema de gerência; Equipamentos que podem fazer parte de mais de um segmento de rede permitindo realizar conexões entre esses segmentos diretamente na matriz através de configuração pelo sistema de gerência.

35 REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS (CONT2.) Entre os requisitos necessários para implementação e operação de uma rede SDH, os mais relevantes são: Implantação de rede física com plena diversidade de rotas para permitir o uso de topologia de rede em anel; Uso dos mecanismos automáticos de proteção de rota, de interfaces e da matriz de conexão cruzada em toda a rede; Implementação de um projeto de rede de sincronismo que permita evitar a perda, a degradação ou eventuais loops do sinal de relógio mesmo em caso de falha dessa rede;

36 REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS (CONT3.) Entre os requisitos necessários para implementação e operação de uma rede SDH, os mais relevantes são: Implementação de uma rede de dados confiável para o sistema de gerência (DCN - Data Control Network) que seja inclusive a prova de falhas simples; Implementação de um sistema de gerência compatível com o porte da rede, seja pela capacidade de processamento e segurança de seus servidores e estações de trabalho, como também pela capacidade de armazenamento de informações de configuração dos equipamentos e serviços ativos; Disponibilidade de pessoal treinado e capacitado para implantação, operação e manutenção de rede SDH.