SDH-SONET. Paulo Aguiar DCC/UFRJ

Transcrição

1 SDH-SONET Paulo Aguiar DCC/UFRJ 1

2 Uma conversa telefônica 4 khz é uma banda suficiente para reconhecer uma voz humana e sistema telefônico assume isso Sinais analógicos das conversas telefônicas são digitalizados ao entrar no sistema telefônico Fora a linha analógica do assinante, o sistema telefônico é totalmente digital linha do assinante A/ D D/A sistema telefônico D/ A A/D linha do assinante

3 Digitalização de Sinal: Nyquist Nyquist: Amostragem de 2f Hz suficiente para reconstruir um sinal com frequência máxima de f Hz Em telefonia, f = 4 khz e a amostragem ocorre com frequência de 8 khz ou período de 125 s 8 amostras a cada milissegundo Com amostras de 8 bits, temos 64 kbps Com amostras de 7 bits, temos 56 kbps Conversor Analógico/Digital usando PCM (Pulse Code Modulation) com 16 bits para a amplitude 3

4 Comunicação entre Centrais Transmissão PCM Sinal Analógico 200,1 56,2 50,0 76,5 97,0 171,8 155,9 132,3 Amostragem 4

5 Comunicação entre Centrais Transmissão PCM Ajuste Decimal Conversão Binária 5

6 Comunicação entre Centrais Recepção PCM Dados Recebidos Reprodução do Sinal Analógico 6

7 Digitalização da Voz Conversor Analógico/Digital usando PCM (Pulse Code Modulation) com 16 bits para a amplitude Erro de quantização introduzido pelos 16 bits é desprezível 8 amostras a cada 125 s (f=8 khz), gera 128 kbps Codec (codificador/decodificador) usado para reduzir a banda da voz 7

8 Codec G.711 PCM -law (EUA e Japão), A-law (Europa) Comprime amostras PCM usando 8 bits em escala logarítmica, gerando 64 kbps (1 byte/125 s) 8

9 Telefonia Tradicional * 8 # assinante Rede comutada (multiplexação TDM) voz analógica sobre par trançado PBX Conversão analógica-digital nas centrais (G.711) Voz trafega em um circuito digital dedicado de 64 kbps Comutação por circuito, sem filas ou atrasos intermediários * 8 # assinante voz analógica sobre par trançado PBX 9

10 E1 (e T1) sinc. e alarme canal 1 canal sinali- canal zação 16 canal s E1 (Europa, Brasil) 32 canais de 1 byte / 125 s = 256 bits x 8 khz = 2 Mbps 30 canais para o usuário (= 1920 kbps) 2 canais para controle e sincronização (opcionalmente um destes canais pode ser liberado para o usuário) 16 bits de overhead T1 (EUA) 193 bits a cada 125 s = 1,544 Mbps 24 canais de 8 bits (7 de info + 1 controle) + 1 bit de framing 25 bits de overhead 10

11 Hierarquia Plesiócrona Digital (PDH) 64 Kbps MUX... E1 E1 MUX Kbps 64 Kbps MUX... E1 MUX E2 MUX E1 MUX Kbps 64 Kbps MUX... E1 E1 MUX Kbps E1 TDM síncrono com quadros de duração de 125 s quadros/s para qualquer hierarquia Tamanho do quadro aumenta com a hierarquia Canal tributário básico a 64 kbps ou bytes/s E1 Relógios de canais tributários podendo variar ligeiramente (sistema quase sincronizado ou plesiócrono) 11

12 Hierarquia Plesiócrona Digital (PDH) 64 Kbps MUX... E1 E1 MUX Kbps 64 Kbps MUX... E1 MUX E2 MUX E1 MUX Kbps 64 Kbps E1 MUX... E1 Mux lê bits dos tributários na taxa mais alta permitida e transmite os bits dentro do quadro de forma intercalada Caso não encontre bit pronto, insere bit de enchimento 64 Kbps Marca a inserção de enchimento para possibilitar a remoção na recepção Identificação de início e fim de quadros e subquadros com bits de enquadramento (framing) e sincronização E1 MUX... E1 12

13 Hierarquias Plesiócronas Nível EUA (Mbps) Europa (Mbps) Japão (Mbps) 1 1,544 (DS-1) 2,048 (E1) 1, ,312 (DS 2) 8,448 (E2) 6, ,736 (DS-3) 34,368 (E3) 32, ,176 (DS-4) 139,264 (E4) 97,728 13

14 Limitações da PDH Custo de inserção e retirada de canais Suponha uma rede onde enlaces principais são E4 e se quer remover um canal E1 em um ponto intermediário Demultiplexar todos os canais tributários Para que os demais canais possam prosseguir para outro ponto da rede, multiplexar novamente para E4 Custo alto de equipamentos Soluções de encapsulamento proprietárias e não padronizadas Gerência proprietária Sala de telefonia do NCE/CCMN 14

15 Hierarquia Digital Síncrona (SDH/SONET) Ter uma rede totalmente síncrona, unificando os padrões (EUA, Europa, Japão, etc.) e mantendo interoperabilidade com canais PDH atuais Utilização com meios físicos diversos (fibra, rádio, etc.) Colocação de inteligência nos multiplexadores e gerência padronizada na arquitetura Facilitar gerência e flexibilidade de operação Uso transparente com diferentes fabricantes SDH - Synchronous Digital Hierarchy SONET - Synchronous Optical Network 15

16 Formação das Taxas em SDH 155,52 Mbps x N STM-N x N 155,52 Mbps STS-3 ou STM-1 x 3 51,84 Mbps STS-1 x 7 6,132 Mbps x 4 x 3 1,544 Mbps T1 2,048 Mbps E1 STS-1 Synchronous Transport Signal level 1 (eq. a SONET OC-1) STM-1 Synchronous Transport Module level 1 (eq. a SONET OC-3) Sinal básico para a interface pública 16

17 SDH STM levels e SONET Optical Carrier (OC) Taxa da linha (MBPS) SONET level SDH level 51,840 OC-1 155,520 OC-3 STM-1 466,650 OC-9 622,080 OC-12 STM-4 933,120 OC ,160 OC-24 STM ,240 OC-36 STM ,320 OC-48 STM OC-96 STM OC-192 STM OC-768 STM

18 Camadas e Dispositivos SDH MUX regenerador seção MUX Terminais linha rota Terminais rota linha seção fotônica STS-1 quadro linha seção envelope de carga STS-Nc seção linha seção fotônica fotônica fotônica seção rota caminho linha seção fotônica fotônica Camada de seção: processada por todos os equipamentos Camada de linha: não é processada pelos regeneradores Camada de rota: entre terminais, processada fim-a-fim 18

19 Dispositivos SDH Regenerador (repetidor) Demodula o sinal ótico para regenerar o sinal elétrico, atualiza informações de cabeçalho e regenera o sinal ótico Multiplexadores/demultiplexadores STS (mux STS) Interface entre a rede elétrica e a rede ótica Multiplexador de inserir/retirar (add/drop mux) Insere ou retira tributários inferiores sem demultiplexar o sinal por inteiro Terminais Equipamentos interfaceando com o MUX STS 19

20 Camadas SDH Camada de Rota Movimentação de um quadro desde a fonte até ao destino Camada de Linha Movimentação de um sinal através de uma linha física Camada de Seção Movimentação de um sinal através de uma seção física Trata de enquadramento (framing), embaralhamento (codificação) e controle de erros Camada Fotônica Usa codificação NRZ, com presença de luz indicando 1 e ausência indicando 0. Cuida de especificações relativas à fibra ótica, sensibilidade na deteção ótica, etc. 20

21 Sinal STS-1 (51,84 Mbps) Terminais MUX regenerador linha rota seção MUX Terminais 9 linhas CARGA (payload) 3 bytes 87 bytes overhead de carga útil (9x86 bytes) + overhead de rota (9x1 byte) seção e de linha 810 (9X90) bytes transmitidos em 125 s (= 51,84 Mbps) Transmissão linha a linha, de cima para baixo e da esquerda para a direita, bits mais significativos de um byte primeiro Taxa útil: 9 x 86 x 8 bits x 8 khz = 49,536 Mbps Suporta 774 (=9x86) conversas telefônicas simultaneamente! 21

22 STS-1: Overhead de Seção (9bytes) 22

23 STS-1: Overhead de Seção Overhead de seção (9 bytes) (A1,A2) Bytes de alinhamento (delimitação de quadro) (B1) Bits de paridade para quadro anterior (C1) Byte de identificação do quadro STS-1 (D1-D3) Bytes de gerência - canal de 192 kbps para OA&M (operação, administração e manutenção) (E1) Canal de 64 kbps entre pontas da seção (F1) Byte do usuário - canal de 64 kbps 23

24 STS-1: Overhead de Linha (18 bytes) 24

25 STS-1: Overhead de Linha Overhead de linha (18 bytes) (H1,H2,H3) Ponteiros para o contêiner virtual Dois bytes indicam o deslocamento em relação ao início do quadro Um byte para tolerar ligeira variação da taxa da carga útil em relação ao SDH (byte extra ou aponta para byte zero) Permite acessar diretamente os octetos de um canal tributário (B2) Byte de paridade (D4-D12) Canal de 576 kbps para OA&M (E2) Byte de ordem - canal de 64 kbps (K1, K2) Canal de 128 kbps para deteção automática de problemas (Z1, Z2) Uso futuro 25

26 STS-1: Overhead de Rota (9 bytes) 26

27 STS-1: Overhead de Rota Overhead de rota (9 bytes) (B3) Byte de paridade para carga útil (payload) anterior (C2) Byte de identificação de rota, identificando o protocolo superior sendo carregado na carga (IP, ATM, etc.) (F2) Byte de usuário - canal de 64 kbps (G1) Byte de estado de rotas Enviado no canal reverso quando full duplex (H4) Byte indicador de quadro múltiplo (cargas grandes > 9x86 bytes) ( J1) Byte de rastreio de rota - canal de 64 kbps Padrão de 64 bytes contínuo (Z3-Z5) Bytes para uso futuro Carga útil de 9x86 bytes 27

28 Multiplexção SDH STS-1 STS-1 STS-1 STS MUX STS-3 STS MUX STS-1 STS-1 STS-1 Usa sempre um relógio mestre único Quadros de menor velocidade podem ser multiplexados em quadros de maior velocidade STM-1 é a combinação de 3 STS-1 ou STS-3 STM-4 é a combinação de 4 STS-3 ou STS-12 28

29 Intercalação de bytes i i i k STS-1 STS MUX STS-3 STS MUX STS-1 STS-1 STS-1 87 bytes 3k 9 linhas CARGA (STS-3) 9 bytes 261 bytes i Byte mantém a linha mas posição da coluna muda Overheads são também entrelaçados, mas preservados, possibilitando recuperar cada sinal STS-1 de forma independente Há um overhead de rota (9 bytes) para cada carga STS-1 29

30 STS-3 ou STM-1 Overhead do cabeçalho (81 bytes) 3 x 27 bytes (overheads de seção e linha) Overhead de rota => 9 x 3 byte = 27 bytes Dados úteis 3 x 86 x 9 = 258 x 9 = 3 x 774 = bytes 9 linhas 3 x seção 3 x linha CARGA (STS-3) 9 bytes 3 x overhead de rota 258 bytes 30

31 Como criar um STS-12 (STM-4) a partir de 4 STS-3? Demultiplexa cada STS-3 em seus 3 STS-1, obtendo 12 STS-1 Multiplexa os 12 STS-1 para obter STS-12 31

32 Concatenação Se um payload não cabe em um sinal STS-1, ele tem que ser carregado em um STS-n Neste caso, o canal STS-n não é a multiplexação de n sinais STS-1 e não pode ser interpretado como tal A concatenação é indicada por STS-nc No STS-3c é usado apenas um overhead de linha e de seção (27 bytes) nos 81 bytes disponíveis no cabeçalho (9 colunas x 9 linhas) A carga é única e com somente um overhead de rota (pois os bits pertencem a apenas uma rota ponta a ponta, de fato) 32

33 STS-3c Overhead do cabeçalho (81 bytes) 3 x overhead de seção e linha (27 bytes) Apenas um overhead de 27 bytes usado Overhead de rota => 9 x 1 byte = 9 bytes Dados úteis => 260 x 9 = bytes 9 linhas seção linha CARGA (STS-3c) 9 bytes overhead de rota 260 bytes 33

34 Carregando PDH em SDH Forma fluxo TU-12 (dados do E1, bits de indicação, bits de enchimento, bits de gerência e ponteiro para o quadro E1) TUG-2 = 3 x TU-12 (3 E1s) ou 4 x TU-11 (4 T1s) ou 1 TU-2 (1 T2) TUG-3 ou contêiner virtual VC-3 do SDH formado por 7 x TUG-2 E continua Esta multiplexação permite mapear os padrões americanos (T1, T2, T3) e europeus (E1, E2, E3, E4) na estrutura STM-n A cada mapeamento de uma estrutura de menor taxa em outra de maior taxa, ponteiros para um ponto fixo no fluxo de menor taxa são adicionados para extração direta, sem a necessidade de demultiplexação Quando enchimento é necessário, o ponteiro para a localização fixa é alterado de acordo com a direção do enchimento (melhoria em relação ao PDH) 34

35 Formação das Taxas em SDH 155,52 Mbps x N STM-N x N 155,52 Mbps STS-3 ou STM-1 x 3 51,84 Mbps STS-1 x 7 6,132 Mbps x 4 x 3 1,544 Mbps T1 2,048 Mbps E1 STS-1 Synchronous Transport Signal level 1 Equivalente a SONET OC-1 STM-1 Synchronous Transport Module level 1 (STS-3c) Equivalente a SONET OC-3 Sinal básico para a interface pública 35

36 STS-3c e Container Virtual (exemplo com células ATM) 9 bytes 261 bytes 9 linhas célula ATM 9 linhas Concatenação de 3 sinais STS-1 Bytes de overhead e carga separados Envelope de carga = contêiner virtual (nomenclatura SDH) Container virtual pode iniciar em qualquer ponto do envelope de carga, ultrapassando as fronteiras entre dois quadros STM-1 Bytes H1, H2 e H3 no overhead de linha apontam para o CV Container virtual + ponteiro = unidade administrativa (AU) Campo de carga do STS-3c (9 x 260 =2340 bytes) pode carregar 44 células ATM (53 bytes por célula) 36

37 Níveis Hierárquicos mais Altos Octetos de dados das AUs são intercalados Cada octeto pode ser acessado diretamente através dos ponteiros correspondentes 37

38 Mux ADM: Inserir (add) e Retirar (drop) Trabalha apenas nas linhas, removendo os bytes de um STS-1 e inserindo os bytes de outro Taxa de entrada e saída permanece a mesma 38

39 Rede SDH Linear T1 pode transmitir para T2 e T3 T2 somente pode transmitir para T3 39

40 Comutação Automática de Proteção (APS) no SDH Linha ótica extra como backup (linha de proteção) em caso de perda de qualidade de linha operacional Proteção por rota backup (fig. a) Linha de proteção sempre ativa (tx em ambas as linhas) e opta pela linha de melhor qualidade percebida pela camada de rota (deteção rápida) Proteção pela camada de linha (figs. b e c) Linha de proteção só é ativada após solicitação pelo canal reverso de sinalização da camada de linha, de modo que pode ser usada para dados no ínterim 40

41 Comutação Automática de Proteção (APS) no SDH Perda de sinal ou atividade 100 microssegundos ou mais é perda de sinal 2,3 microssegundos ou menos não é perda de sinal Valor intermediário é opcional Maioria usa de 13 a 27 microssegundos Linhas de alta velocidade mantêm sync com mais bits transmitidos APS permite a troca de circuitos em caso de falha, mas pode levar até 50 ms para troca se completar 41

42 Anel Unidirecional de Comutação de Rotas Sinal transmitido de forma redundante nos dois anéis e seleção feita pela camada de rota após comparar sinais elétricos recebidos 42

43 Anel Bidirecional de Comutação de Linha Se falha encontrada, camada de linha informa MUX adjacentes para uso do anel de proteção 43

44 Rede SDH com anéis 44

45 Rede SDH em Malha Rotas múltiplas entre nós com redundância STS-1 de entrada e STS-n entre MUXs 45

46 Tributários Virtuais Nomenclatura Virtual Tributary em SONET e Virtual Container em SDH Tributário virtual é carga útil parcial inserida com outras para preencher a carga, necessário quando STS-1 carrega quadros de hierarquias com taxa inferiores como E1, T1, E3 ou DS3 Os tributários podem ser identificados e separados sem demultiplexar o fluxo inteiro Uso de tributários preserva investimento em equipamentos PDH nas pontas do usuário Algumas canalizações são definidas para SDH e PDH 46

47 Canalização SDH e PDH Hierarquia PDH Notação Usual Taxa de Bits Valor Exato Estrutura Típica E0 64 kbps 64 kbps 1 canal de voz E1 2 Mbps kbps 30 canais E0 E2 8 Mbps kbps 4 E1 E3 34 Mbps kbps 16 E1 G.702 ITU-T E4 140 Mbps kbps 64 E1 ou 4 E3 47

48 Canalização SDH e PDH Hierarquia SDH Notação Usual Taxa de Bits Valor Exato Estrutura Típica STM Mbps 155,52 kbps 63 E1 ou 3 E3 STM Mbps 622,08 kbps 4 STM-1 STM-16 2,5 Gbps 2.448,32 kbps 16 STM-1 ou 4 STM-4 STM Gbps 9.953,28 kbps 64 STM-1, 16 STM-4 ou 4 STM-16 G.707 ITU-T 48