Telefonia Fixa e VOIP SDH. Prof. Marco Cazarotto

Transcrição

1 Telefonia Fixa e VOIP SDH Prof. Marco Cazarotto

2 Sistemas de Rádio SDH Definições; Estrutura do quadro; Sincronismo; Multiplexação; Benefícios.

3 Quando e porque surgiu? Surgiu no final da década de 80, onde foi sugerido criar um padrão mundial para os sistemas de transmissão síncrono que proporcionasse uma rede mais flexível e econômica; Desenvolveu-se, então, uma rede síncrona de transporte de sinais digitais, formado por um conjunto hierárquico de estruturas de transporte padronizadas.

4 Características principais Padronização total; Fácil acesso aos tributários de ordem inferior; Grande capacidade alocada para a gerência da rede.

5 Outras características O funcionamento do SDH está baseado nos princípios da multiplexação síncrona direta, que é a chave para uma rede de telecomunicações mais eficiente e mais flexível; Isso significa que sinais tributários individuais podem ser multiplexados diretamente em um sinal SDH de taxa superior sem a necessidade de estágios de multiplexação intermediários;

6 Outras características Portanto, os elementos de rede do SDH podem ser interconectados diretamente, resultando em uma economia no custo e nos equipamentos utilizados, principalmente quando comparado com a rede quase síncrona - Plesiócrona (PDH);

7 Outras características O controle efetivo da flexibilidade proporcionado pelo SDH, requer um gerenciamento de rede e uma capacidade de manutenção mais avançada; Aproximadamente 5% da estrutura do sinal SDH está alocado para dar suporte às práticas e procedimentos de gerenciamento de rede avançado;

8 Outras características O sinal SDH é capaz de transportar todos os sinais tributários encontrados nas redes de telecomunicações atuais; Isso significa que o SDH pode ser empregado como uma ponte para todos os tipos de sinais existentes;

9 Outras características O SDH pode ser usado em todas as áreas de aplicações tradicionais em telecomunicações; Portanto, o SDH torna possível que uma infraestrutura de rede de telecomunicações unificada evolua;

10 Outras características O fato de o SDH fornecer um único padrão comum para as redes de telecomunicações, faz com que os equipamentos oferecidos por diferentes empresas possam ser interconectados diretamente; Além disso, o SDH tem a flexibilidade para rapidamente acomodar novos tipos de serviços à clientes que as operadoras de rede desejarem fornecer no futuro;

11 Outras características Os sistemas síncronos podem ser encarados como o último estágio na hierarquia dos sistemas de transmissão, pois possibilitam a inserção e extração de enlaces sem que seja necessária uma demultiplexação;

12 Outras características Numa rede onde há perfeito sincronismo entre todos os enlaces, é possível saber exatamente a que enlace pertence determinado bit, assim como saber quando começa e quando termina um enlace;

13 Outras características Embora os fabricantes estivessem tentando produzir soluções próprias, desde o começo fizeram grande esforço conjunto para padronizar, o máximo possível, os sistemas de transmissão síncrono;

14 Outras características A oportunidade de definir padrões foi usada para resolver os problemas do PDH, pois era preciso incluir espaços dentro de cada hierarquia, para que o sistema fosse capaz de gerenciar a qualidade de transmissão e de medir o tráfego;

15 Outras características Um dos objetivos da criação de uma rede digital síncrona, foi a de criar uma interface padrão, visando compatibilizar os vários fabricantes; Surgiu inicialmente nos Estados Unidos a rede óptica síncrona denominada SONET (Synchronous Optical Network). SONET: Solução adotada pelo Instituto Nacional de Padronização Americano (ANSI) como referência para as redes de comunicação ópticas

16 História Para compatibilizar a transmissão mundial, começaram as primeiras pesquisas sobre a hierarquia digital síncrona (SDH) em 1986 com o envolvimento da União Internacional de Telecomunicações (ITU-T) antiga CCITT, foi publicado em 1988 as três primeiras recomendações num encontro em Melbourne;

17 História Com o desenvolvimento de um padrão internacional, muitos países investiram em novas redes de comunicação com a tecnologia SDH, visando melhorar os serviços de telecomunicações e inserir novas tecnologias no mercado;

18 História Em 1994, a British Telecom instalou o primeiro anel óptico com tecnologia SDH e a Companhia de Telefones do Brasil Central (CTBC) instalou o primeiro anel óptico brasileiro com equipamentos da Siemens;

19 História A Nortel Networks publicou em seu site oficial uma participação de 38% no mercado de redes SONET/SDH que teve um montante de quatro bilhões de dólares no ano 2000.

20 Taxa de transmissão

21 Estrutura do quadro 270 x N colunas (bytes) 9 x N 261 x N Section Overhead SOH Administrative Unit Pointer 5 STM-N Payload 9 Linhas Section Overhead SOH 9

22 Estrutura do quadro A estrutura do quadro STM-1 tem bytes, que duram 125ms (exatamente o tempo que dura um canal PCM de 64 kbit/s); Os bytes estão organizados em 270 colunas por 9 linhas. STM-1 = 2430 bytes X 8 bits / 125 ms STM-1= 155,52 Mbps

23 Estrutura do quadro Section Overhead (SOH): Destinada ao tráfego de informações próprias do rádio ou equipamentos auxiliares, tais como: gerência, ponteiro, canal de serviço, qualidade do relógio, etc. ; Além destas informações, ainda existem bytes de reserva para aplicações futuras.

24 Estrutura do quadro Payload (carga útil): Onde são trafegados os dados da informação a ser transportada.

25 Estrutura do quadro As primeiras 9 colunas são utilizadas para transmitir informações de controle, gerenciamento e sincronismo; As 261 colunas restantes servem para carregar a informação a ser transmitida, conhecida também por payload area ou área útil;

26 Estrutura do quadro Este padrão se repete em todas as hierarquias superiores; N pode ser 1, 4, 16 ou 64;

27 Estrutura do quadro No STM-64, por exemplo, o quadro tem bytes (2.430 x 64 bytes) de comprimento, organizado em colunas (270 x 64 bytes) por 9 linhas, sendo que o Section Overhead (SOH) ocupa 576 colunas (9 x 64 bytes) colunas; No STM-64, os bytes devem ser transmitidos em 125 ms, que representa uma taxa de 9.953,28 Mbps ( x 8 / 125 x 10-6 );

28 Estrutura do quadro Um mesmo feixe STM-N pode carregar, multiplexados, vários tipos de enlaces de entrada, tais como: Enlaces PCM - E1(2,048 Mbps); Enlaces T1 (1,544 Mbps); Hierarquia de 2ª Ordem Americana T2 (6,312 Mbps); Hierarquia de 3ª Ordem Européia E3 (34,368 Mbps); Hierarquia de 3ª Ordem Americana T3 (44,736Mbps); Hieraquia de 4ª Ordem Européia E4 (139,264 Mbps).

29 Estrutura do quadro Dentro do quadro STM-N são intercalados enlaces síncronos, assíncronos e plesiócronos.

30 Sincronismo A transição entre as tecnologias PDH e SDH não é transparente em diversos aspectos; O aumento da capacidade de transmissão e de funcionalidades proporcionado pela tecnologia SDH também implica em equipamentos mais complexos e um detalhado planejamento das redes de transmissão;

31 Sincronismo Outro aspecto que deve ser considerado nessa transição é o sincronismo de rede; Um feixe de 2 Mbit/s que é transportado dentro dos quadros SDH não passa pelo mesmo processo de enchimento de bits como no caso de um feixe de 2 Mbit/s em um quadro PDH;

32 Sincronismo A tecnologia SDH utiliza mecanismos de ajuste de ponteiro para indicar a posição de um feixe de 2 Mbit/s dentro de um quadro SDH, portanto a sua posição é variável dentro dele; O sincronismo dos equipamentos de transmissão SDH pode ser obtido através do quadro STM-N, pois este possui um comprimento fixo (9 x 270 x N bytes);

33 Sincronismo O quadro SDH possui diversos bytes dedicados a funções de controle e gerência nos equipamentos de transmissão; Um destes bytes é denominado S1 e é utilizado para sinalizar a qualidade do sinal de sincronismo que está sendo recebida e passada adiante juntamente com o quadro SDH;

34 Sincronismo A utilização deste byte permite que uma mudança de qualidade no sinal de relógio (devido à ausência de referência primária que pode ser causada por uma falha ou interrupção na rede) seja comunicada a todos os elementos da rede e eventuais reconfigurações sejam realizadas automaticamente (com base em prioridades préprogramadas) pelos equipamentos da rede;

35 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Para compor um quadro (frame) são necessários os seguintes passos: Mapeamento, onde os tributários são sincronizados com o equipamento multiplex (justificação de bit) e encapsulados em VC s (Virtual Container); Alinhamento, onde aos tributários recebem ponteiros no seu cabeçalho (overhead) para serem localizados no quadro;

36 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Para compor um quadro (frame) são necessários os seguintes passos: Multiplexação byte a byte, onde os tributários são agrupados para compor o quadro final; Preenchimento, onde, na falta de tributários configurados ou para completar o espaço restante de tributários de menor porte, são adicionados bits sem informação para completar o quadro.

37 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH x1 xn STM-N AUG AU-4 VC-4 x3 x1 TUG-3 TU-3 VC-3 x3 x7 AU-3 VC-3 C-4 C Kbps Kbps Kbps x7 x1 TUG-2 TU-2 VC-2 C Kbps x3 Processamento do poteiro x4 TU-12 VC-12 C Kbps Multiplex TU-11 VC-11 C Kbps Alinhamento C-n = Conteiner-n Mapeamento

38 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Tributário Unidade Tributária (TU) Grupo de Unidade Tributária (TUG) Unidade Administrativa (UA) Grupo de Unidade Administrativa(AUG) STM-N

39 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Os bytes vindos do sinal tributário são empacotados dentro de um contêiner (C-n), ou seja, são arranjados segundo critérios padronizados, e assumem um número predefinido de bytes; Cada tipo de tributário tem seu contêiner específico, padronizado pelo ITU-T;

40 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH A cada contêiner são associados alguns bytes que propiciam o gerenciamento de todo o caminho percorrido pelo contêiner, assim como o controle de conteúdo; Esses bytes seriam como um rótulo, colado na "embalagem" que leva a informação. Seu nome é Path Overhead e a sigla, POH;

41 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH O conjunto composto pelo contêiner e seu rótulo POH é chamado de Contêiner Virtual (VC-n); Assim que o contêiner virtual está montado, pode ser colocado na área útil do quadro STM-N (payload area); Cada contêiner virtual é associado a um ponteiro de Unidade Tributária (TU);

42 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Este ponteiro, na verdade é uma variável de memória, serve para indicar onde começa o contêiner virtual, num conjunto de contêineres empacotados (multiplexados) juntos; Esse conjunto é chamado de Grupo de Unidades Tributárias (TUG);

43 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Se, por necessidade, um contêiner virtual muda de posição, o ponteiro é atualizado com a nova posição do contêiner dentro do grupo; Uma analogia ajuda a compreender a utilidade desse ponteiro. Considere-se uma fila de carros numa rodovia;

44 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Cada carro equivale a um contêiner virtual. Um guarda tem uma lista onde estão anotados em que ordem os carros estão andando, qual o modelo e cor de cada um e quem estão transportando; Suponha que, numa rotatória, alguns carros saiam e outros entrem. A lista, então, deve ser atualizada, para representar a nova fila de carros. Cada item da lista equivale a um ponteiro;

45 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH O processo se repete: vários Grupos de Unidades Tributárias são novamente multiplexados, ou seja, empacotados em outros grupos. Esses grupos são reunidos num novo contêiner virtual mais veloz (VC). Esse outro contêiner também tem um rótulo de controle (POH);

46 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Vários desses grandes contêineres virtuais são reunidos (multiplexados) dentro de um grande grupo chamado de Grupo de Unidades Administrativas (AUG). Para indicar a posição dos contêineres dentro desse grupo, cada um deles é associado a um ponteiro de Unidade Administrativa;

47 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Finalmente, vários Grupos de Unidades Administrativas são intercalados dentro da área útil do quadro STM-N; Um rótulo de quadro é associado à área útil, já totalmente cheia de vários tipos de contêineres virtuais;

48 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Esse rótulo é chamado de Section Overhead (SOH) e é dividido em duas partes: Multiplexer Section Overhead (MSOH); Regenerator Section Overhead (RSOH).

49 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH O MSOH acompanha a área útil pela meio (por ex.: fibra óptica), em sua viagem de um multiplexador de SDH a outro; O RSOH acompanha a área útil somente entre dois regeneradores, ou entre um regenerador e um multiplexador, sendo atualizado sempre que o quadro de SDH é regenerado.

50 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Assim os contêineres virtuais são retirados, inseridos e identificados no payload sem uma demultiplexação; Também servem de base para: software de gerenciamento; recursos de manutenção e de administração; alinhamento de quadro; análise de erro e desempenho; entre outras funções;

51 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH O processo pelo qual um tributário é encaixado na estrutura de quadro STM-N tem nove passos: Passo 1: o Os bytes vindos do sinal tributário são empacotados dentro de um contêiner (C-n), ou seja, são arranjados segundo critérios padronizados, e assumem um número predefinido de bytes; o Cada tipo de tributário tem seu contêiner específico padronizado pelo ITU-T.

52 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 2: o À cada contêiner são associados alguns bytes, denominado Path OverHead (POH), que propiciam o gerenciamento de todo o caminho percorrido pelo contêiner, assim como o controle de conteúdo; o O POH funciona como um rótulo colado na embalagem que leva a informação. O conjunto composto do contêiner e seu rótulo POH é chamado de contêiner virtual;

53 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 2: o Assim que o contêiner virtual é montado, pode ser colocado na área útil (payload area) do quadro STM-N.

54 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 3: o Cada contêiner virtual (VC) é associado a um ponteiro de Unidade Tributária (TU); o O ponteiro é como o endereço de uma memória e serve para indicar onde começa o contêiner virtual em um conjunto de contêiner virtuais empacotados (multiplexados) juntos.

55 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 4: o Vários TUs são empacotados juntos formando o Grupo de Unidades Tributárias (TUG). o Se por necessidade, um VC muda de posição dentro de uma TUG, o ponteiro é atualizado com a nova posição do contêiner dentro do grupo (TUG).

56 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 5: o Vários TUGs são empacotados em outros grupos ou TUGs; Passo 6: o Vários TUGs são empacotados em um novo contêiner virtual, mais veloz.

57 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 7: o A cada um dos novos contêiner vituais também é associado um rótulo de controle (POH), formando as Unidades Administrativas (AU).

58 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 8: o As AUs são empacotadas dentro de um grande grupo denominado Grupo de Unidades Administrativas (AUG); o Para indicar a posição dos contêiner dentro desse grupo, cada um deles é associado a um ponteiro de Unidade Administrativa.

59 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 9: o Vários AUGs são intercalados dentro da área útil do quadro STM-N; o Um rótulo de quadro é associado à área útil (payload area), já totalmente cheia de vários tipos de contêiner virtuais;

60 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Passo 9: o Esse rótulo é chamado de Section Overhead (SOH) sendo dividido em duas partes: Multiplexer Section Overhead (MSOH) e Regenerator Section Overhead (RSOH). O MSOH acompanha a área útil de um multiplexador SDH a outro; O RSOH acompanha a área útil somente entre dois regeneradores, ou entre um regenerador e um multiplexador, sendo atualizado sempre que o quadro SDH é regenerado.

61 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH Os bytes contidos na área de ponteiros SOH permitem que os contêiner virtuais sejam retirados, inseridos e identificados no payload area sem uma demultiplexação; Também servem de base para software de gerenciamento, recursos de manutenção e de administração, alinhamento de quadro e análise de erro e desempenho, entre outras funções.

62 Estrutura de Multiplexação do Quadro SDH 1,5M VC 11 TU 11 X 4 2M 6M 34M ou 45M 140M 622M 2,5G VC 12 VC 2 VC 3 TU 12 TU 2 TU 3 X 3 X 7 TUG 2 TUG 3 X 7 X 3 VC 4 VC 4-4c VC 4-16c VC 3 AU 4 AU 4-4c AU 4-16c AU 3 X 3 AUG 1 X 4 AUG 4 X 4 AUG 16 X 4 STM-0 STM-1 STM-4 STM-16 52M 155M 622M 2,5G 10G VC 4-64c AU 4-64c AUG 64 STM-64 10G

63 Capacidade de transporte Capacidade de transporte para cada uma das hierarquias do padrão SDH recomendado pelo ITU-T (G.707)

64 Benefícios Simplificação: Um único multiplexador síncrono substitui uma cadeia de multiplexadores plesíocronos; Um equipamento SDH é mais simples, sua manutenção é mais barata, ocupa menos espaço e menos energia.

65 Benefícios Sobrevivência: Todos os elementos de uma rede SDH estão constantemente supervisionando o funcionamento da transmissão; As informações que coletam são usadas por softwares que monitoram a integridade dos dados;

66 Benefícios Sobrevivência: Qualquer degradação pode fazer com que o sistema de gerência opte por uma rota alternativa de transmissão.

67 Benefícios Controle por software: Os canais disponíveis dentro da estrutura de quadro SDH permitem que toda a rede seja controlada por software; Sistemas de Gerência de Redes podem não só detectar falhas, mas avaliar o desempenho, modificar as configurações, dispor de recursos, controlar a segurança.

68 Benefícios Velocidades maiores sob encomenda: Todos os assinantes conectados à uma rede síncrona podem, facilmente, comprar qualquer serviço que esteja disponível na rede. o Por exemplo: videoconferência discada, em que o assinante disca para um número apropriado para obter largura de banda suficiente para o estabelecimento de conexões velozes.

69 Benefícios Padronização: Como os equipamentos que compõem a rede SDH estão padronizados, é possível interconectar redes SDH de fabricantes distintos.

70 Breve Comparativo entre Hierarquias PDH e SDH PDH SDH A transmissão de sinais é plesiócrona A transmissão de sinais é síncrona e em fase O PDH o entrelaçamento é feito em bits O comprimento do quadro é definido de acordo com a faixa a ser transmitida É usada palavra de alinhamento para indicar o inicio do quadro e para justificações Limitações quanto à gerência Não pode acomodar outro tipo de sinal a não ser o sinal de origem (plesiócrona) Possui varias padronizações Organiza-se em bytes O comprimento do quadro é uniforme (125μs) São usados ponteiros para indicar o inicio de cada quadro e para processar eventuais justificações Total flexibilidade de gerenciamento (supervisão, operação, manutenção) Acomoda feixes plesiócronos com total compatibilidade Possui um único padrão mundial Em PDH, só é possível transmitir ponto a ponto Limitado à transmissão de sinais somente compatíveis com seu modo de transmissão (Assíncrono) A transmissão pode se dar por Cross-Conections e Add/Drop Possui compatibilidade com tecnologias atuais e futuras além de possuir a flexibilidade de transmitir quaisquer sinais de tributários de qualquer rede

71 Conclusão As redes SDH superam facilmente as limitações experimentadas numa rede de plesiócronos (PDH) permitindo à rede desenvolver-se para atender novas exigências e oferecer uma gama de benefícios, tanto para as operadoras de rede quanto aos usuários; A instalação de fibra ótica por toda a rede e a adoção dos elementos SDH tornou possível o controle e a manutenção da integridade de rede nó a nó;

72 Conclusão A capacidade de gerência da rede síncrona possibilita a identificação imediata de falha no tronco ou nó, ou usando arquiteturas em anel possibilitando que o tráfego na rede seja instantaneamente roteado até que o equipamento defeituoso seja reparado em caso de falhas, ficando transparente ao usuário da rede e não comprometendo os serviços, permitindo aos operadores garantir altos níveis de desempenho;

73 Conclusão Controlada via software, os sistemas de gerenciamento de rede não só executarão funções tradicionais de gerenciamento, tratando os alarmes na rede, mas também proporcionará funções de controle de desempenho, gerenciamento de recursos, segurança e planejamento de rede, projeto e possibilitando prover manutenção remota e centralizada resultando numa grande economia de tempo do pessoal de manutenção;

74 Conclusão Vários outros novos serviços tornam-se possíveis numa rede síncrona e que representarão novas fontes de renda para operadores de rede, como: os serviços de comutação de pacotes em alta velocidade, interconexão de LAN s e TV de Alta Definição (HDTV);

75 Conclusão Os padrões de SDH sugerem que equipamentos de fabricantes diferentes podem interagir no mesmo enlace em padrões que determinam a taxa de transmissão ótica, o comprimento de onda, os níveis de potência, formas de pulso e codificação;

76 Conclusão Com esta padronização de equipamentos e interfaces as operadoras de rede SDH têm a liberdade de escolher equipamentos de diferentes fornecedores que podem ser interligados; As operadoras de rede adotam equipamentos síncronos devido à melhora em qualidade e redução em custos de operação comparada com a transmissão plesiócrona;

77 Hierarquias Digitais PDH e SDH Aplicação do Rádio nas Redes PDH e SDH Sistemas rádio ponto a ponto são largamente utilizados nas redes PDH e SDH em conjunto com outros componentes da rede, como os equipamentos Multiplex e FOTS; Os rádios são largamente utilizados em backbones, exceto em backbones de tráfego muito alto, cuja capacidade só pode ser alcançada utilizando equipamentos FOTS SDH de hierarquia superior (STM4, STM16 ou superiores).

78 Hierarquias Digitais PDH e SDH Aplicação do Rádio nas Redes PDH e SDH