Redes de Telecomunicações Mestrado em Engenharia Electrotécnica e e de Computadores 1º semestre 2010/2011
Capítulo 4 Redes de Transporte SDH
Estrutura Estratificada das Redes de Telecomunicações Camada de rede de serviços Tecnologias usadas: PDH, SDH, OTN Camada de rede de transporte PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport Network 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 se pretende independente dos serviços. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 132
Rede de Transporte A rede de transporte é uma plataforma tecnológica que assegura uma transferência transparente e fiável da informação à distância, permitindo suportar diferentes serviços. A rede de transporte garante diferentes funcionalidades, como sejam, transmissão, multiplexagem, encaminhamento, protecção, supervisão e aprovisionamento de capacidade. A rede de transporte é constituída por diferentes elementos de rede ligados entre si segundo uma certa topologia física (anel ou malha) e interagindo directamente com o plano de gestão. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 133
Multiplexagem Multiplexagem designa a operação pela qual vários sinais analógicos ou digitais são combinados num único sinal tendo em vista a sua transmissão sobre um único canal. O dispositivo que realiza a operação de multiplexagem designa-se multiplexador (MUX), enquanto o dispositivo que realiza a operação inversa designa-se desmultiplexador (DEMUX). A multiplexagem pode ser realizada no domínio do tempo (TDM, Time-Division Multiplexing), no domínio da frequência (FDM, Frequency Division Multiplexing) ou no domínio do comprimento de onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing). A operação de multiplexagem inversa consiste em separar um fluxo de informação em vários fluxos, os quais são transmitidos por diferentes canais e agregados na recepção. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 134
FDM e WDM Na multiplexagem por divisão na frequência (FDM) cada sinal (analógico ou digital) vai modular uma portadora com uma frequência própria. f f f 1 f N M U X f 1 f N f Aplicações: Redes de TV por cabo D E M U X f 1 f N f f Na multiplexagem por divisão no comprimento de onda (WDM) os sinais ópticos obtidos a partir da modulação de lasers são multiplexados. L 1 L 2 L N Laser λ 1 λ 2 λ N M U X Fibra Óptica λ 1, λ 2,...λ Ν Aplicações: Redes OTN e WDM D E M U X λ 1 λ 2 λ Ν R1 R2 R3 Receptor Óptico Na emissão N sinais eléctrícos vão modular N lasers, cada um emitindo num comprimento de onda próprio. Na recepção os N sinais ópticos obtidos a seguir ao DEMUX são convertidos para o domínio eléctrico e regenerados com receptores ópticos. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 135
Multiplexagem por Divisão no Tempo (I) A multiplexagem por divisão no tempo permite que uma via de transmissão seja usada simultaneamente por vários utilizadores (canais). Trama 1 2 3 N N canais de entrada M U X Bits de sincro Bits do canal 1 multiplexador Bits do canal 2 Bits do canal 3 Via de transmissão Bits do canal N desmultiplexador D E M U X 1 2 3 N N canais de saída Desvantagem do TDM A transmissão da informação na via é organizada em tramas. Cada trama contém um número fixo de time-slots. Cada time-slot é atribuído a um determinado canal de entrada. Se esse canal não transmitir informação o time-slot correspondente está vazio. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 136
Multiplexagem por Divisão no Tempo (II) A multiplexagem TDM pode-se realizar usando interposição de bit ou interposição de palavra. No primeiro caso, a cada canal atribui-se um time-slot constituído por um único bit, enquanto no segundo caso a cada canal corresponde um time-slot constituído por vários bits (palavra). Interposição de palavra: Exemplo da multiplexagem de 4 canais: C 1 Palavra de 8 bit do canal C1 Multiplexagem Desmultiplexagem C 1 C 2 Trama C 2 C 4 C 3 C 2 C 1 C 3 C 4 t 4 t 3 t 2 t 1 Time-slot Sincronismo C 3 C 4 João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 137
Relógios e Sincronismo A geração de sinais de sincronismo é feita por relógios. Um relógio ideal gera sinais isócronos, ou seja sinais em que a frequência é constante (pelo menos em valor médio). Sinais de relógio T o Relógio isócrono T 0 t t t Relógio real Desfasagem positiva Desfasagem negativa t Frequência nominal f 0 =1/T 0 A precisão de um relógio expressa em ppm (parte por milhão) traduz o afastamento da frequência real (f r ) da nominal (f 0 ). Estão definidas quatro hierarquias de precisão (níveis stratum). Precisão = f 0 f f 0 r Nível Precisão (ppm) Stratum 1 Stratum 2 Stratum 3 Stratum 4 1 10-5 1.6 10-2 4.6 32 Os relógios de stratum 1 são relógios atómicos (césio ou rubídio) João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 138
Redes Síncronas e Plesiócronas Dois relógios são síncronos se operam com a mesma frequência e com uma diferença de fase constante. Os relógios não síncronos designam-me por assíncronos. Os relógios assíncronos dividem-se em: mesócronos, plesiócronos e heterocronous. Relógios mesócronos: têm a mesma frequência, mas a relação de fase é aleatória. Relógios plesiócronos: têm a mesma frequência nominal, mas a real pode ser ligeiramente diferente. Relógios heterocronous: têm a frequência e fases diferentes. Redes síncronas e plesiócronas Relógio de stratum 1 Rede plesiócrona Rede síncrona Relógios com a mesma frequência nominal, mas independentes NE 1 NE 2 NE 3 NE 4 Relógios com a mesma frequência nominal, controlados por um relógio central NE 1 NE 2 NE 3 NE 4 João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 139
Redes de Sincronização: Mestre-Escravo Na arquitectura mestre-escravo a rede apresenta uma topologia em árvore com diferentes níveis hierárquicos. O nível mais elevado contém o PRC (Stratum 1), o qual pode ser duplicado de modo a garantir uma reserva em caso de falha. Percurso de distribuição de sincronismo normal Percurso de distribuição de sincronismo alternativo PRC SEC PRC: Primary Reference Clock SSU: Synchronisation Supply Unit SEC: Synchonous Equipment Clock Não são permitidas malhas fechadas SSU SSU SSU Os PRC e SSU são elementos da rede de sincronismo. Os SEC são relógios do equipamento síncrono. Anel SSU SEC Cadeia SSU Sub-rede com capacidade de auto-reconfiguração do sincronismo em caso de falha Nas redes SDH usa-se o octeto SSM (Status Message byte) para informar os elementos da rede, do estado da fonte se sincronismo. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 140
Estrutura da Trama TDM (E1) A frequência de amostragem mínima (f a ) de um sinal deve ser igual ou superior ao dobro da frequência máxima do sinal (f a 2B). Um canal telefónico usa uma banda entre os 300 e os 3400 Hz. Para uma frequência máxima de 4000 Hz, tem-se uma frequência de amostragem de 8 khz, ou seja, um período de amostragem de 125 μs. Codificando cada amostra com 8 bits tem-se um débito de 64 kbit/s. A trama de um sinal E1 é consituída por 32 time-slots, a que correspondem 32 canais (30 de informação). Time-slot 8 bits... 1 2 3 4 31 32 125 μs Trama E1 Cada conjunto de 8 bits (time-slot) não poderá durar mais de 125μs/32=3.9 μs, o que corresponde a 488.2 ns por bit, ou seja, um débito binário de 2.048 Mbit/s. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 141
Sistema de Multiplexagem Primário E1 (ITU-G704) A trama correspondente ao sinal E1 tem uma duração de 125 μs e está dividida em 32 intervalos de tempo. Os intervalos de tempo numerados de 1 a 15 e 17 a 32 são atribuídos a canais de informação, cada um com um débito de 64 kbit/s. Os intervalos de tempo 0 e 16 são usados, respectivamente, para fins de sincronização de trama e sinalização. No intervalo de tempo 0 das tramas ímpares é transmitido o padrão de enquadramento de trama (PET), enquanto nas tramas pares é transmitido um padrão de não enquadramento (NPET). 1 0 1 2 16 30 31 PET 1 2 S1 S2 29 30 PEM: padrão de enquadramento de multitrama de sinalização 2 3 15 16 NPET 1 2 S3 S4 29 30 PET 1 2 S5 S6 29 30 PET 1 2 S29 S30 29 30 NPET 1 2 PEM 29 30 0000xxxx Multitrama de sinalização (16x125μs=2 ms) Si: sinalização correspondente ao canal i. A sinalização de cada canal é actualizada de 2 em 2 ms. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 142
Aspectos de Sinalização Para estabelecer, terminar e controlar chamadas telefónicas é necessária sinalização entre os assinantes e a central local e entre as diferentes centrais. A informação de sinalização de assinante (na rede local), corresponde a sinais que variam lentamente, sendo suficiente um débito de 2 kb/s por assinante, e uma actualização da informação de 2 em 2 ms. Exemplo de um sinal de endereçamento (número 32): Pulso Interdígito Dígito 3 600 ms 60 ms 40 ms Intervalo de amostragem de 2 ms No sistema em que se faz uma actualização da sinalização de cada assinante de 2 em 2 ms designa-se por sistema de sinalização de canal associado. Em alternativa tem-se o sistema de sinalização em canal comum, que proporciona um canal de sinalização a 64 kb/s, que é usado pelos diferentes canais. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 143
Padrão de Enquadramento (E1) O padrão de enquadramento permite sincronizar a trama do lado do receptor. É constituído por uma padrão fixo com 7 bits. O primeiro bit do padrão têm funções especiais. PET b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 Ui(C) 0 0 1 1 0 1 1 No PCM30 o bit 1 (Ui) é usado para aplicações internacionais. No PCM30C o bit 1(C) é usado para o controlo CRC-4 (Código de Redundância Cíclica). O padrão de não enquadramento é usado para transportar informação sobre o estado da ligação e proporciona sinais de controlo para os multiplexadores. No PCM30 o bit 1 (Ui) é usado para aplicações NPET Ui(M) 1 A S a4 S a5 S a6 S a7 S a8 internacionais. No PCM30C o bit 1(M) é usado como padrão Falha de corrente de multitrama para a transmissão do CRC-4. 0:Normal 1:Alarme Falta do sinal E1 MUX A PET NPET MUX B Falha no Codec Erro no PET Taxa de erro do PET>1 10-3 Alarme AIS (Alarm Indication Signal) O bit A é usado como um alarme distante. Quando os bits Sa não são usados são feitos igual a 1. Sa4 pode ser usado para transmissão de dados de serviço, e os outros bits para diferentes aplicações. O NPET pode ser usado para transmitir um alarme distante RAI (Remote Alarm Indicator). Quando A recebe esse alarme deixa de transmitir os sinais de voz e passa a transmitir uma sequência de 1s. O multiplexador em B activa o alarme AIS (Alarm Indication Signal). João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 144
Hierarquia Plesiócrona Europeia Na hierarquia PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) os relógios dos diferentes elementos de rede (regeneradores e multiplexadores) não estão perfeitamente sincronizados. A primeira hierarquia PDH (sistema multiplex 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 Mux primário primário X30 X30 E1 2.048 Mbit/s (30 canais) E2 8.448 Mbit/s (120 canais) X4 X4 X4 X4 E3 34.368 Mbit/s (480 canais) X4 X4 E4 139.264 Mbit/s (1920 canais) Os relógios da hierarquia europeia requerem as seguintes precisões: Hierarquia E1 E2 E3 E4 Precisão 50 ppm 30 ppm 20 ppm 15 ppm João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 145
Hierarquia Plesiócrona Americana A nível mundial para além da hierarquia europeia há também as hierarquias plesiócronas americana e japonesa as quais têm a particularidade de serem incompatíveis entre si. As primeiras hierarquias PDH americana e japonesa usam como sistema multiplex primário um sistema com 24 canais de 64 kb/s. Hierarquia plesiócrona americana: 24 canais (64 kb/s) Mux Mux primário primário X24 X24 DS1 1.544 Mbit/s (24 canais) X4 X4 DS2 6.312 Mbit/s (96 canais) DS3 44.736 Mbit/s (672 canais) X7 X7 DS-n: Digital Signal ol Level n X6 X6 DS4 272.176 Mbit/s (4032 canais) Os sinais DS-n são transportadas usando um carrier system (inclui a componente de transmissão e as interfaces) designado por T-n. Assim, o DS1 é transportado através do T1. O DS2 através do T2, etc João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 146
Origem do Plesiocronismo Todos os elementos de rede digitais requerem uma fonte de temporização, ou relógio, de modo a sincronizar todas as operações realizadas por esse elemento. Os relógios reais não são isócronos, ou seja, a sua frequência de emissão está sujeita a ligeiras flutuações relativamente à frequência nominal. Relógio isócrono t Desfasagem positiva Desfasagem negativa Relógio real t Devidos às características referidas, dois relógios independentes com a mesma frequência nominal são plesiócronos (quase síncronos), pois oscilam com frequências que embora diferentes estão muito próximas. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 147
Perturbações Introduzidas no Relógio A temporização necessária para sincronizar os relógios das centrais digitais pode ser derivada a partir da trama E1, a que corresponde um sinal de relógio de 2.048 MHz. A transmissão deste sinal através de uma rede está sujeita a perturbações. As mais relevantes são a flutuação de fase ou jitter e o vageio de frequência. O jitter corresponde a variações rápidas da frequência do relógio em torno da sua frequência média. As principais fontes de jitter são os regeneradores e os multiplexadores. t Relógio isócrono Desfasagem positiva Desfasagem negativa t Relógio irregular (com jitter) A amplitude do jitter é expresso em termos do intervalo unitário ou UI (unit interval), sendo 1 UI igual ao período de bit (488 ns no E1). Por exemplo, um valor de 0.05 UI, indica que a flutuação temporal não deve ultrapassar 5% do período de bit. O vagueio de frequência corresponde a variações lentas (<10Hz) da frequência de relógio em torno do seu valor nominal, devido a variações do comprimento de transmissão. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 148
Papel das Memórias Elásticas A temporização usada para formar as tramas PDH de ordem superior (E2, E3 e E4) não é derivada do relógio da rede a 2.048 MHz, mas é gerada localmente no multiplexador com a precisão do relógio interno. O débito de chegada dos dados à entrada do multiplexador para cada um dos canais (tributários), pode ser diferente do débito de leitura imposto pelo relógio do multiplexador. A diferença de velocidades deve-se ao plesiocronismo e também às perturbações de transmissão (jitter e vagueio). Para acomodar essas diferenças usam-se memórias elásticas (buffer) com capacidade para armazenar uma trama do tributário de entrada. A memória é escrita ao ritmo do tributário e é lida ao ritmo imposto pelo relógio do multiplexador. Ritmo de relógio irregular Ritmo de relógio regular t Sinal de tributário, D k Memória Elástica Sinal de saída, D k t Jitter e vagueio Recuperação do relógio f k Escrita Leitura, f k Relógio do multiplexador João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 149
Origem dos Slips Estrutura de uma memória elástica Sinal de entrada, D k Operação da memória elástica (por bit) f k 1 2 Endereços de leitura f k =f k escrita leitura Tempo Endereços de escrita L bits f k f k >f k Dupla escrita Dupla escrita P/S Sinal de saída, D k Uma dupla escrita implica que uma trama (com L bits) é escrita sem a anterior ter sido lida Uma dupla leitura implica que a mesma trama é lida duas vezes Esta perda ou repetição designa-se por slip f k <f k Dupla leitura Dupla leitura Tempo Tempo João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 150
Impacto dos Slips A perda ou repetição de uma trama completa designa-se por slip controlado e ocorre com um período dado por T s = D k L D k = L ΔD k L: comprimento da trama em bit D k : débito binário de entrada D k: débito binário de saída O efeito dos slips depende do serviço considerado. Serviço Voz Fax Multimedia Texto encriptado Dados Dados na banda de voz Impacto dos Slips Cliques, perda de dados de sinalização (SS7) Perda de 4 a 8 linhas de varrimento Perturbação nas tramas de video, salvas de ruído no áudio É necessário retransmitir o código de criptografia Perda ou repetição de dados Erros de transmissão de 0.01 até 2 s, a chamada pode ser perdida Para reduzir a frequência de ocorrência dos slips deve-se aumentar a precisão dos relógios. Por exemplo, para garantir um período de slips de 20 h deveria usar-se no sistema E1 relógios com uma precisão de 1.74 10-9. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 151
Justificação Como as exigências imposta aos relógios para eliminar os slips são muito elevadas, recorre-se a uma outra técnica, designada por justificação, para evitar os slips. Na justificação positiva a frequência do relógio de leitura é feita igual ao ritmo máximo no canal de entrada, ou seja fk = fk + Δfk. Para evitar o esvaziamento da memória elástica é inserido na sequência de saída um bit sem informação (bit de justificação). Sistema de sincronização do multiplexador: Sinal do tributário, D k Relógio recuperado, f k Memória Elástica Inibidor Sinal de saída, D k Detector fase Comando de inibição f k Relógio interno Controla a ocupação da memória Quando a ocupação desce abaixo de um limiar O relógio de leitura é inibido durante um período de relógio João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 152
Estrutura de um Multiplexador TDM Plesiócrono Um multiplexador TDM plesiócrono inclui um multiplexador síncrono, um sincronizador por cada tributário e um relógio. O multiplexador terminal realiza a multiplexagem por interposição de bit dos bits lidos das diferentes memórias. Sinal do tributário 1 Relógio recuperado do tributário 1 D 1 f 1 Memória elástica f 1 ' Multiplexador síncrono D 2 f 2 Memória elástica f 2 ' Mux D 0 Sinal multiplexer com débito D 0 Sinal do tributário N Relógio recuperado do tributário N D N f N Memória elástica f ' N Controlo de justificação + sincronismo Padrão de enquadram. f 0 Relógio do multiplexador O relógio do multiplexador gera o relógio do sinal multiplexer (f 0 ), enquanto o bloco de controlo de justificação e sincronismo gera os relógios de leitura das diferentes memórias elásticas, usando a referência obtida a partir do relógio do multiplexador. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 153
Estrutura da Trama E2 com Justificação Positiva A posição do bit de justificação na trama é assinalada pelos bits de indicação de justificação (bits C). Com base na informação transmitida pelos bits C os bits de justificação são removidos no desmultiplexador. Estrutura da trama E2 com justificação positiva (G742) F1 F1 F1 F1 F0 F1 F0 F0 F0 F0 X Y I 13 I 212 C k1 = C k2 = C k3 =1 C 11 C 21 C 31 C 41 I 5 I 6 I 7 I 8 I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 212 Há justificação C 12 C 22 C 32 C 42 I 5 I 6 I 7 I 8 I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 212 C 13 C 23 C 33 C 43 J 1 J 2 J 3 J 4 I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 212 C k1 = C k2 = C k3 =0 Padrão de enquadramento de trama Bits F, F1=1 e F0=0 Bits de indicação de justificação Bits C, C kj : controlo de justificação do canal k Não há justificação Bits de justificação Bits J, J k : justificação do canal k Bits de informação Bits I, I 5,I 6,I 7,I 8 bits de informação, respectivamente, do canal 1, 2, 3 e 4 Bits de de serviço Bit X: bit de alarme, bit Y:bit de reserva João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 154
Estrutura da Trama E2 com Justificação Positiva/Negativa Na justificação positiva/negativa o relógio de leitura opera à velocidade nominal. Quando o débito de entrada aumenta são removidos bits da sequência e transmitidos em posições determinadas (justificação negativa). No caso oposto usa-se justificação positiva. Estrutura da trama E2 com justificação positiva /negativa (G745) C k1 = C k2 = C k3 =1 F1 F1 F1 F0 F0 F1 F1 F0 I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 264 Justificação positiva C 11 C 21 C 31 C 41 X 1 X 2 X 3 X 4 I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 264 C k1 = C k2 = C k3 =0 C 12 C 22 C 32 C 42 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 264 C 13 C 23 C 33 C 43 J - 1 J - 2 J - 3 J - 4 J + 1 J + 2 J + 3 J + 4 I 13 I 264 Padrão de enquadramento de trama Bits F, F1=1 e F0=0 Bits de indicação de justificação Bits C, C kj : controlo de justificação do canal k Bits de justificação Bits J, J k : justificação do canal k (J - :negativa; J + :positiva) Justificação negativa C kj = 1, C kj =0 alternadamente Não há justificação Bits de informação Bits I, I 9,I 10,I 11,I 12 bits de informação, respectivamente, do canal 1, 2, 3 e 4 Bits de de serviço Bits X: bits de alarme, bits Y:bits de reserva João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 155
Desvantagens da PDH (1) 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 Redes de Telecomunicações (10/11) 156
Desvantagens da PDH (2) Cascata de multiplexadores/desmultiplexadores usados para extrair um E1 de um E4. Terminal de linha de 140 Mb/s 140 34 DMUX 34 8 8 34 Mb/s 8 Mb/s 2 Mb/s 8 34 8 140 34 MUX Terminal de linha de 140 Mb/s 2 2 2 Mb/s As interfaces só estão normalizadas a nível eléctrico MUX Interface eléctrica normalizada (G.703) Terminal de linha óptica Interface óptica proprietária do fabricante Códigos de linha, níveis de potência óptica, tipo de fibra, não normalizados. Fibra óptica João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 157
Hierarquia Digital Síncrona A hierarquia SONET (Synchronous Optical Network) foi proposta pela Bellcore (Telecordia) em 1985, com o objectivo de transportar os sinais DS-n no domínio óptico. A hierarquia SDH (Synchronous Digital Hierarchy) foi definida posteriomente pelo ITU-T como uma norma internacional, compatível com a SONET e com capacidade para transportar os sinais PDH E-n. A informação transmitida na SDH/SONET está organizada em tramas TDM. O sinal básico SDH designa-se por Synchronous Transport Module (STM). O sinal básico SONET no domínio eléctrico designa-se por Synchronous Tranport Signal (STS), enquanto no domínio óptico designa-se por Optical Carrier (OC). João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 158
Débitos SONET/SDH Hierarquias SONET e SDH SONET SONET SDH Débito Binário (Óptico) (Eléctrico) (Mb/s) OC-1 STS-1 ----- 51.840 OC-3 STS-3 STM-1 155.520 OC-12 STS-12 STM-4 622.080 OC-48 STS-48 STM-16 2488.320 OC-192 STS-192 STM-64 9953.280 OC-768 STS-768 STM-256 39813.120 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). João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 159
VantagensdaSDH (1) Há normas até 10 Gbit/s: Apropriada para as rede de transporte. STM-1 155.52 Mbit/s, STM-4 622.08 Mbit/s, STM-16 2488.32 Mbit/s, STM-64 9953.28 Mbit/s, STM-256 39.81312 Gbit/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 Redes de Telecomunicações (10/11) 160
VantagensdaSDH (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 características dos lasers e das fibras, etc.). Possibilidade de monitorizar o desempenho dos diferentes canais. Plataforma apropriada para diferentes serviços. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 161
Desvantagens da SDH Técnica complexa devido à necessidade de registar a relação de fase entre os sinais dos tributários e o cabeçalho. A justificação por octeto usada na SDH é mais problemática relativamente ao jitter originado no processo de desmultiplexagem, do que a justificação por bit. 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. Não suporta de modo eficiente as tramas Ethernet. SDH nova geração João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 162
Exemplificação do Papel do Transporte A rede de transporte neste exemplo é representada pelo plano inferior e é constituída por multiplexadores interligados por fibras ópticas. A camada de rede de serviços é representada por centrais de comutação telefónica (CC). d Camada de rede de serviço CC CC c Tecnologias de rede para o transporte: SDH (Synchronous Digital Hierarchy), WDM, (Wavelength Division Multiplexing), OTN (Optical Transport Network) CC a CC E A Camada de rede de Transporte B b D C João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 163
Rede de Transporte em Aplicações Telefónicas CT3 Rede de Serviço (circuitos) CL2 CL3 CT1 CT2 CL1 2.5 Gbit/s DXC Rede de Transporte (SDH) 155-622 Mbit/s Usada para interligar diferentes centrais telefónicas Elementos de rede SDH DXC: Cruzador digital (digital crossconnect) : Multiplexador de inserção/extracção (add/drop multiplexer) Elementos de rede telefónica CL: Central telefónica local CT: Central telefónica de trânsito João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 164
Rede de Transporte em Aplicações de Dados CR Rede de Serviços (pacotes) ER CR CR ER ER Elementos de rede SDH DXC: Cruzador digital (digital crossconnect) : Multiplexador de inserção/extracção (add/drop multiplexer) 2.5 Gbit/s Elementos de rede de pacotes ER: Edge router CT: Core router DXC Rede de Transporte (SDH) 155-622 Mbit/s Usada para interligar diferentes routers de uma rede IP ou diferentes comutadores de uma rede Ethernet 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. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 165
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. Interligações representadas: 1: CL3 CT1 2: CL2 CT3 CT3 Rede de Serviços (circuitos) CL2 CL3 CT1 CT2 CL1 Sistema de Gestão de Rede 2.5 Gbit/s DXC Rede de Transporte (SDH) 155-622 Mbit/s A informação de gestão é enviada através do DCC (Data Communication Channel) João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 166
Definição dos Elementos de Rede (1) Regenerador: Regenera o relógio e a forma dos sinais de entrada. Possui canais de comunicação a 64 kb/s para transmitir mensagens. STM-N R STM-N Multiplexador terminal: Agrega sinais plesiócronos ou síncronos de modo a formar sinais STM-N de débito mais elevado. PDH SDH (STM-M) MT STM-N (N>M) Multiplexador de inserção/extracção: Permite extrair/inserir, quer sinais PDH, quer sinais SDH de débito mais baixo do que o da linha. STM-N Oeste STM-N Este Tributários PDH, SDH (STM-M) M<N João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 167
Definição dos Elementos de Rede (2) 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. STM-N STM-N STM-N STM-N Os comutadores de cruzamento são usados para interligar anéis SDH, ou como nós de redes em malha. 1 E3 C,2 E3 B,3 A DXC 4 C 2 4 Fibra Óptica 1 B 3 3 2 João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 168
Topologias Físicas (1) Topologia em cadeia PDH SDH MT STM-N R STM-N MT PDH SDH PDH SDH PDH SDH Topologia em anel com duas ou quatro fibras Duas fibras ópticas Quatro fibras ópticas João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 169
Topologias Físicas (2) Anéis unidireccionais e bidireccionais Anel unidireccional Anel bidireccional Topologia emalhada (usada no núcleo central da rede) DXC DXC DXC DXC DXC DXC 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. João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 170
Estabelecimento de um Caminho Exemplo de um caminho (E3) entre o utilizador A e o utilizador B Sinais de controlo A MT STM-4 B E3 STM-1 E3 Sistema de Gestão de Rede O utilizador A gera um sinal E3 que é multiplexado em conjunto com outros E3 num sinal STM-1 usando um multiplexador terminal. O sinal STM-1 é transmitido até um onde é inserido num sinal STM-4. O sinal STM-4 é transmitido em fibra óptica até ao que serve o utilizador B onde é extraído. Na comunicação B A o processo é recíproco. A ligação entre A e B com capacidade E3 é estabelecida por um operador através do sistema de gestão de rede, que envia os sinais de controlo apropriados para configurar cada um dos elementos de rede ao longo da ligação. Ligação semi-permanente e dedicada João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 171
Arquitectura de uma Rede de Transporte DXC DXC DXC DXC DXC DXC Rede Dorsal ( STM-64) DXC Rede Metropolitana (STM-4 ou STM-16) Nó concentrador (Hub) TM Rede de Acesso (STM-1) João Pires Redes de Telecomunicações (10/11) 172