Sistemas de Comunicação Óptica Redes Ópticas da Primeira Geração

Transcrição

1 Sistemas de Comunicação Óptica Redes Ópticas da Primeira Geração João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 106

2 Estrutura estratificada das redes de telecomunicações Camada de serviços PDH, SDH, WDM Camada de transporte Camada de serviços: Consiste em redes de diferentes serviços (circuitos, IP,etc.) Camada de transporte: Fornece à camada superior uma plataforma apropriada para transferência de informação, que é pouco dependente dos serviços. João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 107

3 Rede de Transporte A rede de transporte é uma plataforma que assegura uma transferência transparente da informação à distância, permitindo suportar diferentes serviços. A rede de transporte garante diferentes funcionalidades,como sejam multiplexagem, transmissão, encaminhamento, protecção, aprovisionamente de capacidade, supervisão e gestão. A rede de transporte é constituída por diferentes elementos de rede ligados entre si segundo uma certa topologia, que por sua vez estão ligados ao sistema de gestão de rede. João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 108

4 Arquitectura de uma rede telefónica moderna CT Rede de Serviços (circuitos) CL CL CT CT CL 2.5 Gbit/s DXC Rede de Transporte Mbit/s TM DXC: crossconnect TM: multiplexador terminal : multiplexador de inserção/extracção CT: central de trânsito CL: central local João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 109

5 Arquitectura do dorsal de uma rede IP CR Rede de Serviços (pacotes) ER CR CR ER ER 2.5 Gbit/s DXC Rede de Transporte Mbit/s TM DXC: crossconnect TM: multiplexador terminal : multiplexador de inserção/extracção CR: Core router ER: Edge router João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 110

6 Hierarquias Plesiócronas Na hierarquia PDH (plesiochronous digital hierarchy) os relógios dos diferentes elementos de rede (regeneradores e multiplexadores) não estão perfeitamente sincronizados. Os diferentes débitos são obtidos tendo por referência um sinal a 64 kb/s, que corresponde à digitalização de um canal de voz. A primeira hierarquia PDH (sistema multiplexer primário) europeia corresponde à multiplexagem de 30 canais de 64 kbit/s, enquanto as hierarquias de ordem superior obtêm-se multiplexando 4 de ordem inferior. 30 canais (64 kb/s) Mux primário X30 E Mbit/s (30 canais) X4 E Mbit/s (120 canais) X4 E Mbit/s (480 canais) E Mbit/s (1920 canais) X4 João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 111

7 Desvantagens da PDH Não há normalização para débitos superiores a 140 Mbit/s. Incompatibilidade entre equipamento de diferentes fabricantes. Falta de flexibilidade. É díficil usar o equipamento PDH para funções de inserção/extracção de canais. Difícil a monitorização do desempenho dos canais ao longo da transmissão. Capacidade muito limitada para funções de gestão centralizada (não há canais nas tramas destinados a esta função). Não tem interfaces normalizadas a nível óptico (ex. definição dos códigos a usar, do nível de potência, da largura de linha das fontes) João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 112

8 Vantagens da SDH (1) 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: Synchronous Transport Module) Compatibilidade entre o equipamento de diferentes fabricantes e entre as hierarquias europeias e americanas. 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). João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 113

9 Vantagens do SDH (2) 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. Normalização das interfaces ópticas (definindo os códigos a usar, os níveis de potência, as caracteristicas dos lasers e das fibras, etc). Possibilidade de monitorizar o desempenho dos diferentes canais. Plataforma apropriada para diferentes serviços. João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 114

10 Definição dos elementos de rede Regenerador: Regenera o relógio e a amplitude dos sinais de entrada. Possui canais de comunicação a 64 kb/s para transmitir mensagens. STM-N R STM-N Multiplexador terminal: Combina sinais plesiócronos e síncronos em sinais STM-N de débito mais elevado. PDH SDH MT STM-N Multiplexador de inserção/extração: Permite extrair/inserir, quer sinais PDH, quer sinais SDH de débito mais baixo do que o da linha. STM-N STM-N PDH SDH Tributários João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 115

11 Definição dos elementos de rede Comutadores de cruzamento ( DXC, digital cross-connects): Permitem estabelecer ligações semi-permanentes entre canais E1, E3, E4, e STM-1. STM-1 E4 E3 E1 STM-1 E4 E3 E1 Os comutadores de cruzamento são usados para interligar anéis SDH. DXC Fibra Óptica João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 116

12 Topologias físicas Topologia em cadeia PDH SDH MT STM-N R STM-N MT PDH SDH PDH SDH PDH SDH Topologia em anel João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 117

13 Modelo de camadas da SDH (1) A rede de transporte SDH é descrita em termos da camada de caminho e camada de transmissão. A camada de transmissão divide-se em camada de secção e camada física. Por sua vez a camada de seccão sub-divide-se em camada de secção de regeneração e de secção de multiplexagem. Algumas das funcionalidades das camadas: Caminho: Identificação de integridade da ligação e monitorização de erros. Secção de multiplexagem: Sincronização, comutação de protecção, monitorização de erros, comunicação com o sistema de gestão. Secção de regeneração: Enquadramento da trama, monitorização de erros, comunicação com o sistema de gestão. Física: Forma dos pulsos ópticos, nível de potência, comprimento de onda. João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 118

14 Modelo de camadas da SDH(2) Cada camada (com excepção da física) tem um conjunto de octetos que são usados como cabeçalho da camada. Estes octetos são adicionados sempre que a camada é introduzida e removidos sempre que esta é terminada. Regenerador Multiplexador terminal MT DXC MT S. Regeneração S. Regeneração S. Regeneração Secção de Multiplexagem S. de Multiplexagem Caminho Inserção de cabeçalhos Camadas: Serviços Caminho Secção de Multiplexagem Secção Regeneração Física Cabeçalho de caminho Cabeçalho de secção de multiplexagem Cabeçalho de secção de regeneração Multiplexador terminal Regenerador Multiplexor ou DXC Multiplexador terminal João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 119

15 Modelo de camadas da SDH (3) O tráfego da rede de serviços ( Plesiócrono, IP, ATM) é transportado em contentores virtuais (VC, virtual container) de diferentes dimensões. Circuito Redes da camada de circuito E4 Caminho de ordem inferior VC-11 VC-12 VC-2 VC-3 Octectos sem informação+ cabeçalho de caminho Caminho Caminho de ordem superior VC-3 VC-4 VC-4 Ponteiros Transmissão Camada de Secção Camada de multiplexagem Camada de regeneração AU-4 Unidade administrativa Cabeçalho de secção Camada de Física Camada física STM-1 O contentor VC-12 é usado para transportar um E1, o VC-3 um E3 e o VC-4 um E4. Os outros contentores são usados para sinais da hierarquia americana. João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 120

16 Estrutura da trama básica Uma trama SDH básica (STM-1) contém três blocos: - Cabeçalho de secção ( SOH, section overhead) - Ponteiro ( PT) - Contentor virtual (VC): capacidade transportada+ cabeçalho de caminho A duração da trama é igual a 125µs, o que corresponde a 8000 tramas/s Cabeçalho da secção de regeneração 3 SOH 1 PT Contentor Cabeçalho da secção de multiplexagem 5 SOH Virtual 125 µs João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 121

17 Camada física da SDH As interfaces da camada física normalizadas pelo ITU-T ( normas G.957 e G.961) para a SDH inclui essencialmente as seguintes categorias: - Ligações de alcance intermédio (S, short-haul ): cerca de 15 km a 1310 nm e 40 km a 1550 nm; - Ligações de longo alcance (L, long-haul): cerca de 40 km a 1310 nm e 80 km a 1550 nm; - Ligações de muito longa distância (V, very-long-haul): cerca de 60 km a 1310 nm e 120 km a 1550 nm; - Ligações de ultra-longa distância (U, ultra-long-haul): correspondente a distâncias de cerca de 160 km. Nas ligações referidas, não se inclui a utilização de amplificadores ópticos, nem de técnicas de compensação de dispersão. As normas consideram a utilização de três tipos de fibra (G.652, G.653 e G.654). As fontes ópticas consideradas incluem o LED e laser FP para distâncias curtas, em 1310 nm e o laser DFB para distâncias longas. João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 122

18 Parâmetros para diferentes interfaces SDH Parâmetros STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 Código S-1.1 L-1.2 V-4.1 U-4-3 V-16.1 U-16.2 S-64.1 L-64.2 V-64.3 Comprimento de onda (nm) Fibra óptica G.652 G.652 G.652 G.653 G.652 G.652 G.652 G.652 G.653 Fonte óptica FP DFB DFB DFB DFB DFB DFB DFB DFB Potência média (dbm) /13 Atenuação (db) Dispersão (ps/nm) Razão extinção Sobrecarga (dbm) Sensibilidade (dbm) João Pires Sistemas de Comunicação Óptica 123