JERARQUÍA DIGITAL SINCRÓNICA

HISTORIA.

Para tener un punto de referencia del cual partir, para complementar el estudio de las jerarquías digitales, se tomará en cuenta una breve reseña histórica del aparecimiento de esta nueva tecnología, que hoy constituye el modelo sobre el cual todos los sistemas digitales funcionan.

El sistema de Jerarquía Digital Sincrónica o SDH por sus siglas en inglés (Synchronous Digital Hierarchy), marco una revolución en los sistemas de transmisión después que apareció la fibra óptica como medio de transmisión. Es así como por los años de 1985 la empresa norteamericana Bell Core (Bell Comunications Research, El laboratorio de investigación de las siete empresas regionales de Bell Telephone en los EE.UU.) propone a la ANSI realizar la normalización para velocidades mayores a 140Mbps.

El proceso de normalización a cargo de ANSI se dio con el nombre de SONET, que define una jerarquía digital de altas velocidades de transmisión y los formatos de multiplexaje síncrono correspondientes para uso en sistemas de transmisión en fibra óptica. SONET se basa en una arquitectura en capas, correspondientes a la capa física del modelo de referencia OSI: Trayectoria, Línea, Sección, Fotónica.

Para el año de 1988 el antes conocido CCITT produce la norma internacional conocida como SDH, que es similar a SONET, dentro de su serie azul donde constan las primeras recomendaciones que son la G707, G708 y G709.

INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA SDH.

La demanda creciente en capacidades de canales, tanto en ancho de banda, como en aumento de las velocidades de transmisión, las cuales cada vez se veían con trabas debido a las limitaciones del sistema PDH, como lo son:

No existe un estándar universal, ya que existen 3 tipos: europeo, americano y japonés. En tal virtud existe incompatibilidad. Por ello es necesario la implementación de equipos de interfaces para conseguir interconexión entre operadores diferentes.

No es un sistema sincrónico, puesto que se utilizan bits de relleno para el sincronismo.

La gestión de tramas es compleja, esto quiere decir, los bits de relleno y la multiplexación bit a bit, impiden seguir un canal a través de la red.

Fue desarrollada para medios no ópticos, por lo cual no se puede aprovechar el ancho de banda que ofrece una fibra óptica.

Si se desea extraer una señal de jerarquía inferior es necesario realizar una demultiplexación sucesiva de cada nivel superior, lo cual implica una baja eficiencia y también una lentitud en el procesamiento de las señales.

Demultiplexación sucesiva para extraer un canal

En vista de las complicaciones que se presenta en el sistema predecesor (PDH), SDH nace con el objetivo de brindar mejorías, en donde PDH tenía falencias y como una nota importante, SDH no sustituye de ninguna manera a PDH o la deja obsoleta, por el contrario lo que hace es trabajar en conjunto como medio de transporte en los enlaces que requieren mayor capacidad.

GENERALIDADES DEL SISTEMA SDH

El principal objetivo para SDH era la adopción de una verdadera norma mundial. Este estándar especifica velocidades de transmisión, formato de las señales (tramas de 125 microsegundos), estructura de multiplexación, codificación de línea, parámetros ópticos, etc.; así como normas de funcionamiento de los equipos y de gestión de red.

Dentro de sus principales características se encuentran:

Velocidad Básica de 155Mbps, este estándar denomina STM (módulo de transporte sincrónico), que constituye la unidad de transmisión, y se define como STM-1 a la básica.

Técnica de Multiplexado a través de punteros, mediante este método es posible entonces poder llegar a cualquier canal de jerarquía inferior.

Estructura Modular, similar a PDH, a partir de unidades básicas se obtiene mediante multiplexado, velocidades mayores, a diferencia de PDH esto se realiza byte a byte, de manera sincrónica es decir las señales de reloj para ello se extraen de una referencia en común; las velocidades multiplexadas son múltiplos enteros de la básica.

Posee gran cantidad de canales de overead los cuales son útiles para realizar control, supervisión y gestión de la red.

Las tramas de SDH están diseñadas para que en su carga útil puedan contener información que provienen de otros sistemas, así pues un STM-1 puede formarse con tramas de PDH, ATM y señales PCM.

Las características mencionadas permiten denotar que la norma SDH para sistemas digitales constituye una de las mejoras sustanciales en el contexto de integración o compatibilización de los demás sistemas.

MODELO DE CAPAS DE SDH

Usando de referencia el modelo OSI (interconexión de sistemas abiertos), SDH puede ser catalogado como un protocolo de nivel 1 (capa física de modelo OSI), sobre el cual actuarán las aplicaciones de nivel 2,3 y 4.

Capa física: se encarga de llevar la información a través del correspondiente medio de transmisión (fibra óptica, Cable Coaxial o mediante ondas de radioeléctricas)

Sección de regeneración: en esta capas es donde se construyen las tramas SDH, también permite hacer monitoreo y control y como su nombre lo indica puede también regenerar tanto la señal de reloj como las amplitudes de las señales de datos. Cuando los trayectos son muy distantes es necesario hacer este proceso algunas veces.

Sección de multiplexación: esta capa permite multiplexar o demultiplexar la información de una trama SDH, también permite la sincronización.

Trayecto: en esta capa se da el transporte de la información entre equipos terminales.

En otras palabras, SDH gestiona la transmisión de los tráficos de información que proviene de aplicaciones de E1, PDH, ATM o IP en forma de paquetes, esto se asemeja a tener tuberías para cada aplicación.

CONCEPTOS Y DEFINICIONES PARA SDH

Para poder entender con mayor facilidad los conceptos que se utilizan en SDH en la conformación de las tramas se procederá primero a realizar la definición correspondiente de cada concepto.

1. Contenedor (C-n): constituye una estructura de información con capacidad de transmisión estándar para señales PDH. Toda información útil, ya sea que provenga de aplicaciones plesiócronas o sincrónicas, deben ser colocadas en contenedores antes de pasar a una trama STM-1. Por contenedor entonces se entenderá a una capacidad de transmisión definida, que será sincrónica a la red, existen diferentes tipos de contenedores y estos indican su capacidad en Bytes, y esta cantidad de Bytes se coloca en estas unidades de información cada 125us, así pues pueden ser como se detalla en la siguiente tabla:

Tipo Velocidad

C-11 1.544Mbps

C-12 2.048Mbps

C-2 6.312Mbps

C-3 34.368Mbps 44.736Mbps

C-4 139.364Mbps

Un contenedor contiene:

Información útil.

Bytes y bits de relleno fijo para la adaptación del reloj, estos rellenos, son siempre Bytes (bits) sin información para adaptar la velocidad PDH aproximadamente a la velocidad del contenedor, que suele ser mayor. La adaptación más precisa se efectúa por medio de bits rellenables individuales.

Bits rellenables para la adaptación precisa del reloj. Según sea necesario, estos bits pueden usarse como bits de información útil o bien como bits de relleno.

Bits de relleno para comunicar al destinatario si el bit rellenable tiene información útil o es simplemente de relleno, permitiendo así al destinatario saber si debe tener en cuenta los bits de relleno o debe descartarlos.

2. Contenedor Virtual (VC-n): el contenedor virtual es el nombre con que se designa a un tributario SDH transportado en una señal STM-1. El VC es la unidad resultante de completar un contenedor (C) con información de gestión de trayecto (tara POH). La Tara de Trayecto (POH) contiene un Control de Errores y Origen y Destino del CV.

Se definen dos tipos de contenedores virtuales:

Contenedor virtual de orden inferior: este es válido para n=11, 12, 2, es decir es válido para un solo contenedor (C-11, C-12 o C-2).

Contenedor virtual de orden superior: este es válido para n=3, 4, es decir es válido para un solo contenedor (C-3 o C-4), o también válido para grupos de unidades tributarias (TUG-n, si n=2, 3). El “VC” de nivel 3 (VC-3) está considerado de orden inferior cuando la opción de multiplexación es el UA-4 (unidad administrativa de orden 4) y de orden superior cuando este sigue la opción del UA-3.

POH.- Path Over Head, sirve para supervisión y mantenimiento.

Un contenedor virtual de orden superior puede incluirse en una trama STM-1 directamente, pero un contenedor virtual de orden inferior debe combinarse en uno de orden superior para luego llevarlo a un STM-1.

Tipo Contenedor Equivalencia

VC-11 C-11 T1 (1.544Mbps)

VC-12 C-12 E1 (2.048Mbps)

VC-2 C-2 T2 (6.312Mbps)

VC-3 C-3 E3 (34.368Mbps) T3 (44.736Mbps)

VC-4 C-4 E4 (139.364Mbps)

3. Unidad Tributaria (TU-n): En SDH, el nombre de Unidad Tributaria (TU-n), es utilizada para designar un área de carga para el transporte de un Contenedor Virtual. Cada “Unidad Tributaria” posee un puntero (Ptr) que se encuentra en una posición fija respecto de la trama o subtrama SDH ( TU = VC + Ptr ). Las posiciones dentro de la Unidad son marcadas por el puntero, indicando a qué distancia (en octetos) del inicio se encuentra el primer octeto del “VC”. En consecuencia, el “VC” puede “flotar” dentro del área de carga que tiene asignada. Consta de un contenido útil de información (el VC de orden inferior) y un puntero de Unidad tributaria, que se encuentra en una posición fija de la trama o subtrama de orden superior donde reside y señala el desplazamiento del comienzo de la trama de contenido útil (VC de orden inferior), con relación al comienzo de la trama del VC de orden superior.

La Unidad Tributaria representa una asociación lógica entre un puntero (Ptr) y un Contenedor Virtual (VC) e indica el desplazamiento entre el comienzo de la trama de un VC de orden inferior y el de la trama VC de orden superior. Un VC-4 no necesita una TU, esta unidad de información por tanto puede ser solo de orden TU-11, TU-12, TU-2 y TU-3.

Grupo de Unidades Tributarias (TUG-n): Una o más “TU” que ocupen posiciones fijas y definidas en un contenido útil de VC de orden superior, se denomina Grupo de Unidades Tributarias (TUG).

Un TUG es por tanto un Grupo de “TU” iguales. Un TUG-2 consta de un ensamblado homogéneo de TU-11 o TU-12 idénticas o de una sola TU-2. Un TUG-3 consta de un ensamblado homogéneo de TUG-2 o de una sola TU-3.

4. Unidad Administrativa (AU-n): Una Unidad Administrativa “AU” es una subdivisión del espacio de carga de la trama de línea. Consta de un contenido útil de información (el VC de orden superior) y un puntero de AU que señala el desplazamiento del comienzo de la trama de contenido útil, con relación al comienzo de la Trama STM-N. Se han definido dos tipos de Unidad Administrativa, la AU-4 y la AU-3, aunque solamente la AU-4 será la que se utilice en la jerarquía Europea.

Formación de Un contenedor virtual orden 4

Formación de una unidad administrativa orden 4

La AU-4 consta de un VC-4 más un puntero de AU que indica el alineamiento de fase del VC-4 con respecto a la trama del Módulo de Transporte Síncrono STM-N. de igual manera una AU-3 consta de un VC-3 más un puntero de AU. En ambos casos con respecto de la trama STM-N este puntero es de ubicación fija, de esta manera si una o más AU que ocupan posiciones fijas y definidas en un espacio de trama STM se denomina Grupo de Unidades Administrativas (AUG).

5. Grupo de Unidades Administrativas (AUG): Una trama STM-N contiene un GAU de igual orden. Por ejemplo; una trama STM-1 posee un GAU que puede ser de una sola AU-4 o de tres AU-3. La configuración con una AU-4 es utilizada por la Jerarquía Europea (ETSI) para transporte de un VC-4. La opción con tres AU-3 es utilizada por la Jerarquía Americana (ANSI), para el transporte de VC-3, sin utilizar nunca el VC-4.

6. Módulo de Transporte Sincrónico (STM-N): constituye una estructura de información con soporte para conexión de estrato de sección. Está conformado por la carga útil más la tara de sección (SOH, section Overhead) y es utilizada para gestión de sección. Agrupando una AU y agregándole una cabecera SOH se consigue formar un STM, así por ejemplo, STM-1 contiene una AU-4 o sino también tres AU-3. El tráfico de los usuarios finales será transportado en contenedores virtuales por un determinado camino, sobre varias secciones. (Esto es una definición simplista e introductoria. De hecho, caminos y secciones son diferentes capas de la red de transporte como más adelante describiremos).

Un STM está dedicado a una única sección, de ahí que la cabecera de sección sea procesada en cada nodo y un nuevo STM con nuevas cabeceras es construido para la siguiente sección. El contenedor virtual, por el contrario, sigue un camino sobre diversas secciones, de modo que la cabecera de camino permanece con el contenedor de extremo a extremo del camino.

Una trama STM-1 permite transportar:

Contenedores Equivalentes PDH

1 C-4 E4

3 C-3 E3 o T3

63 C-12 E1

84 C11 T1

Conformación de módulos de trasporte:

7. Sección, Trayecto y Línea: Una SECCIÓN se define como aquella parte del Trayecto en la que se mantiene la integridad de la señal STM-N. La multiplexación / desmultiplicación se efectúa solamente en los extremos.

El TRAYECTO es el tramo de la red de transmisión entre los puntos de ensamblado (mapeado) y desensamblado de los contenedores virtuales. Puede discurrir a través de más de una Sección.

La LÍNEA, es el tramo entre 2 multiplexores, que en su trayecto contiene uno o más repetidores, es decir que una línea constituye una secuencia de una o más secciones a través de la cual se conserva la estructura de la señal transportada en tramas.

8. Taras o cabeceras: Son octetos reservados para la información del propio sistema. Parte de ellos se asignan a los contenedores virtuales y otros son asignados a la propia señal STM. La información contenida en las Taras se utiliza básicamente para:

Monitorización de la calidad.

Detección de fallos.

Gestión de alarmas.

Canales de comunicaciones.

Canales de datos.

Protección automática.

Las Taras, según se asigne a los VC o a la señal STM, se denominan: Tara de Trayecto: (POH), Se asigna al contenido útil al multiplexarse en el contenedor, permaneciendo ese contenedor hasta que sea demultiplexada la carga útil. Esto define el significado de TRAYECTO en la SDH. Tara de Sección: (SOH), Forma parte de la trama STM. Una sección de multiplexación puede estar

formada por varias secciones de regeneración.

9. Puntero (ptr): El puntero es un número binario, situado en posiciones fijas, que indica a qué distancia del inicio del área de carga se encuentra el primer octeto del VC. Para los punteros se definen 2 funciones:

a) Identifican la posición de los VC en la trama o subtrama correspondiente, que será una AU o una TU. Esto permite asignar de forma flexible y dinámica la carga útil (VC) dentro de la trama AU o TU.

b) Adaptan la velocidad binaria de los VC a la velocidad binaria del canal de transmisión (AU o TU). O sea, mediante un mecanismo de justificación (positiva/nula/negativa) permiten compensar las diferencias de frecuencia entre las diferentes señales que forman un STM-N.

Las ventajas que aporta la utilización de los Punteros son que no se necesitan grandes memorias tampón y que facilitan las operaciones de multiplexación y demultiplexación, ya que la posición de cada octeto de la carga útil (VC) en una señal STM-N, puede determinarse fácilmente a partir de los valores de los punteros.

ESTRUCTURA DE LA TRAMA STM-1

La trama STM-1 es el formato de transmisión básico para SDH. La trama tiene un ancho de pulso de 125 microsegundos, por lo tanto, existen 8000 tramas por segundo. La trama STM-1 consiste de overhead más una capacidad de contenedor virtual.

Tiene una longitud de 2430 octetos, configurados en un arreglo de 9 filas y 270 columnas, de donde las 9 primeras columnas son correspondientes a los bits de encabezamiento.

Así pues puede definirse la velocidad binaria para el módulo de transporte básico STM-1:

𝑉𝑆𝑇𝑀−1 = 2430𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑜𝑠 ∗ 8

𝑏𝑖𝑡𝑠𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑜

125 ∗ 10−6𝑠𝑒𝑔= 155.52𝑀𝑏𝑝𝑠

Cualquier octeto de la señal STM-1 tiene una capacidad de 64Kbps:

𝑉𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑜 = 1𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑜 ∗ 8

𝑏𝑖𝑡𝑠𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑜

125 ∗ 10−6𝑠𝑒𝑔= 64𝑘𝑏𝑝𝑠

La forma matricial de representar la trama básica es solamente un medio de representar la trama STM-1 de forma compacta y ordenada. Sin embargo los octetos son transmitidos secuencialmente, uno tras otro, desde el primer octeto de la primera línea, hasta el último, siguiéndole el primer octeto de la segunda línea, y así sucesivamente, hasta el último octeto de la novena línea, en una secuencia que dura 125 μseg.

La SOH (Tara de Sección – Section Overhead): está formada por la RSOH más la MSOH (SOH = RSOH + MSOH).

RSOH: El contenido de la RSOH es examinado y puede ser modificado, no solo por las estaciones terminales de una sección múltiplex, sino también por los regeneradores de línea.

Parte de su contenido es:

Señal de alineamiento de trama, etiquetas.

Información de gestión, supervisión de errores de la señal de línea (RSOH).

Canales de servicio.

MSOH: Los 9 primeros octetos de las líneas 5 a 9, solo pueden ser accedidos en los nodos de red terminales de la sección múltiplex. Forman la Tara de sección de Multiplexación (MSOH).

Parte de su contenido es:

Supervisión de errores de la Sección Múltiplex.

Canales de control, para la conmutación de protección.

Canales de servicio.

Octetos de la SOH

OCTETOS A1 Y A2.

Los octetos A1 y A2 corresponden a la Tara de Sección de Regeneración y se utilizan para el “Alineamiento De Trama”. A1 = 11110110 y A2 = 00101000. Están definidos para cada señal STM-1 del STM-N.

OCTETO B1.

Corresponde a la RSOH y se utiliza para el transporte de un checksum de paridad entrelazada a 8 bits de la previa trama de STM-N, antes de su codificación. Definido para la primera señal STM-1 dentro de un STM-N

OCTETO J0/C1 (UNA TRAMA VALE J0 Y LA SIGUIENTE C1).

J0: Transmite repetidamente un molde fijo. Se usa por el equipo de recepción para verificar la continuidad de su conexión al transmisor.

C1: Utiliza el contenido del byte como identificador de la trama STM-1 dentro de un STM-N.

OCTETOS E1 Y E2.

El octeto E1 corresponde a la Tara de Sección de Regeneración “RSOH” y el octeto E2 corresponde a la “MSOH”, ambos se utilizan como canales vocales de órdenes para operaciones de mantenimiento en Sección de Regeneración y de Multiplexación respectivamente.

OCTETO F1.

El octeto F1 se utiliza como canal de usuario para operaciones de mantenimiento de regeneradores. Definido para la primera señal STM-1 dentro de un STM-N.

OCTETOS D1 al D12.

Los octetos D1 al D3 se encuentran en la RSOH y los octetos D4 al D12 en la MSOH, ambos grupos de octetos se utilizan como canales de datos a 192 Kbps y 576 Kbps respectivamente, para la operación de gestión de los regeneradores/multiplexores en una red SDH. Definidos para la primera STM-1 dentro de un STM-N.

OCTETOS S1 Y M1.

El byte S1 indica el estado (calidad) de la sincronización del enlace.

El Octeto M1 indica el número de errores B2 detectados en el extremo lejano.

OCTETOS K1 Y K2.

Octetos para el control de la función de protección “Automatic Protection Section” de la Sección de Multiplexación.

OCTETOS B2.

Checksum de paridad entrelazada de 24 bits (BPP-24) calculado sobre la trama STM-1, excepto la RSOH. Permite el control de errores de la Sección de Multiplexación.

El Área de Carga: Como ya se ha visto la Tara de Trayecto (POH), se asigna al contenido útil al multiplexarse en el contenedor, permaneciendo con ese contenedor hasta que sea demultiplexada la carga útil. Esta operación define el significado de Trayecto en la SDH.

El POH (Path OverHead): tiene como misión monitorizar la calidad e indicar el tipo de contenedor

virtual que se tiene. Está compuesto por el VC (Contenedor Virtual) que es la entidad de carga útil

que viaja sin cambios a lo largo de la red, además de algunos bytes que se agregan y se

desempaquetan en los distintos puntos terminación del servicio de transporte. Los bytes que se

agregan dependerán del tipo de contenedor virtual y se dividen en dos tipos Higher-order Path

Layer y Lower-order Path Layer. En la siguiente tabla se muestra los bytes correspondientes al

Higher-order Path Layer.

Byte Función

J1 Usado para transmitir un Higher Order Path Access Point Identifier

B3 Para monitoreo de errores en el VC-4 dentro de la trama STM-N

C2 Para definir la estructura y clase de información que se lleva en el payload

G1 Estatus y performance del camino utilizado por el payload.

F2-3 Para canales de voz de uso del usuario

H4 Provee un indicador del tipo de multi-trama

K3 Señalización APS de protección

N1 Para propósitos específicos de administración

El segundo tipo de bytes que se agregan son los del tipo Lower-order Path Layer que corresponden

a los VC-12. En la siguiente tabla se muestra el funcionamiento de cada uno de ellos.

Byte Función

V5 Corrección de errores, etiquetado de señal y estatus de ruta de los VC12 (BIP-2, REI, RDI)

J2 Usado para transmitir repetidamente un Lower Order Path Access Point Identifier

N2 Para propósitos específicos de managment

K4 Reservado para un uso futuro

Puntero de AU-4

Está contenido en los nueve primeros octetos de la cuarta línea de la trama STM-1. Los últimos diez bits de los octetos H1 y H2 forman un número binario que designa la posición en el área de carga del AU-4, donde se encuentra el inicio del VC-4.

Proceso de ajuste de frecuencia con los punteros.

Las posiciones donde se encuentra el VC-4 se cuentan cada tres octetos (la posición 0 es el primer octeto que le sigue al puntero, la posición 1 el cuarto, etc.). Como el área de carga tiene, 261 columnas y 9 filas entonces se tienen 2349 octetos o bytes, así pues si se tienen cada 3 octetos una posición, se tendrá 783 posiciones.

Control de cambio de punteros

La gama del puntero del AU-4 es un número binario de 0 a 782. Los octetos H3 constituyen un área de carga extra, utilizada de forma eventual cuando hay necesidad de justificación negativa. La justificación positiva, por su parte, se efectúa dejando de enviar información en el área de carga de la posición 0 (los tres octetos siguientes al octeto H3).

JUSTIFICACIÓN DE FRECUENCIA Si hay diferencia entre relojes de los nodos de una red sincrónica, lo que implica una diferencia entre la velocidad de la trama de VC-4 y la de la AU-4 en la que tiene que copiarse, el valor del puntero aumentará o disminuirá, según la necesidad, acompañado por uno o más octetos de justificación, positiva o negativa, según corresponda. Las operaciones de puntero consecutivas deben separarse por tres tramas, por lo menos. Es decir, en una trama de cada cuatro, en las cuales, el valor del puntero permanece constante. Justificación Negativa del Puntero Cuando el VC-4 que tiene que copiarse hacia la AU-4 es más rápido que la AU-4, la memoria elástica tenderá a llenarse y la alineación del VC-4 debe adelantarse en el tiempo de forma periódica, llenando los octetos H3 con carga útil. Por tanto el valor del puntero debe disminuirse en una posición, indicando al extremo distante que los octetos H3 contienen carga útil. La operación de ↓Ptr, se denomina justificación negativa y se indica con la inversión de los bits “D” de la palabra del puntero, siendo aceptada la inversión por mayoría, para corregir errores binarios.

Justificación negativa del contenido del puntero.

La inversión de los bits para codificar variaciones de una posición de puntero, se utiliza para:

Transmitir la información de la forma más rápida posible.

No dejar sin puntero el espacio de carga siguiente.

No perder una justificación. Aún en caso de errores binarios.

En la Trama siguiente el puntero presenta el valor igual al anterior menos una unidad.

Justificación Positiva del Puntero De forma similar a la justificación negativa, cuando la velocidad de la trama del VC-4 es demasiado lenta, con respecto a la del AU-4, la memoria elástica tenderá a vaciarse y la alineación del VC-4 debe retroceder en el tiempo de forma periódica, para lo cual el transmisor dejará de enviar información en los octetos de la posición 0 del AU-4, indicando al extremo distante que dichos octetos no contienen carga útil. Esta operación, denominada justificación positiva, se indica con la inversión de los bits “I” de la palabra del puntero, siendo aceptada por mayoría.

Justificación positiva del puntero.

ESTRUCTURA DE MULTIPLEXACIÓN SDH

La estructura de multiplexado constituye realizar una adaptación del sistema PDH hacia el sistema SDH, a este proceso se le denomina Mapeo, a partir de este proceso lo que se consigue es introducir una señal plesiócrona en un modelo sincrónico. En un principio se partió del análisis de una señal PDH básica E1 de 2048Kbps.

El proceso de mapeo se detalla a continuación:

Una señal PDH se introduce en una estructura de información de capacidad mayor que se denomina Contenedor (C), se requieren bytes extras para la justificación o alineación, los cuales se incluirán en el sobrante de capacidad del contenedor que no se utiliza.

A dicho contenedor se le añade un encabezado de trayecto, en la que hay información de comprobación de errores del trayecto. Al conjunto de Contenedor + Cabecera de trayecto se le denomina Contenedor Virtual. El Contenedor Virtual se transmite integro y sin manipulaciones desde un extremo a otro del trayecto.

La posición de un Contenedor Virtual dentro de un STM-1 puede cambiar por diferencias de fase y de frecuencia. Para determinarla se utiliza un Puntero: un conjunto de bytes situados en una posición fija que indican la posición del VC dentro del STM-1. Al conjunto del VC y el puntero se denomina Unidad Administrativa.

Finalmente, el AU más la Cabecera de Sección forman el Módulo de Transporte Síncrono.

Multiplexación en SDH

Tabla de velocidades para SDH y sus Módulos STM-N

Multiplexación SDH a 34Mbps (E3).

Para realizar esta multiplexación se ejecutan los pasos anteriores de forma similar. Se pueden transmitir hasta 3 señales de 34Mbit/s.

Se adapta la frecuencia mediante byte interleaving (C-3).

Se añaden 9 bytes overhead (VC-3).

Se agrega el puntero (TUG-3).

Tres (TUG-3) son multiplexados a través de (AU-4) y (AUG) para formar una trama STM-1.

Multiplexación SDH a 140Mbps (E4).

Para multiplexar señales PDH es necesario primero adaptarlas a la velocidad SDH. Los pasos para realizar dicha multiplexación se dan en forma similar a los desarrollados en los puntos anteriores.

Se debe incrementar la frecuencia de 140 Mbit/s a 149.76 Mbit/s mediante justificación de bits (C- 4).

Añadir una columna de 9 overhead bytes (VC-4).

Agregar el puntero (AU-4).

Los niveles de jerarquía superior se forman multiplexando a nivel de byte varias estructuras STM-1 utilizando una referencia común de reloj. Es así que se obtienen STM-4, STM-16, STM-64, etc.

Algunos de los posibles arreglos o combinaciones son:

Opción de formar STM-1 2 Mbps E1

34 Mbps E3

140 Mbps E4

Grupos de 2 Mbps.

1 0 0 1 64 E1

2 0 3 0 48 E1

3 21 2 0 53 E1

4 42 1 0 58 E1

5 63 0 0 63 E1

EQUIPOS DE UNA RED SDH

Regeneradores

Estos dispositivos no cambian la estructura de las tramas SDH, solo regeneran la señal atenuada y también la de Reloj que se hayan distorsionado luego de recorrer tramos muy distantes, el flujo de datos entrante es de donde se obtiene las señales de reloj.

Si un tramo es muy extenso entonces se necesitara de equipos de regeneración a ciertas distancias.

Terminal Multiplexers (TM)

•  Multiplexan señales plesiócronas y síncronas en una única señal de nivel superior

Add-Drop Multiplexers (ADM)

•  Insertan y extraen señales PDH y SDH

•  Distancia entre ellos suele rondar las decenas de Km

Digital Cross-Connect (DXC)

•  Conmutación, inserción y extracción de señales PDH y SDH

• Permiten mapear las señales tributarias de los contenedores virtuales, así como conmutar múltiples contenedores.

• Permiten la interconexión sin bloqueo de señales a un nivel igual o inferior, entre cualquiera de sus puertos de entrada y de salida. Los DXCs admiten señales de acceso, tanto plesiócronas como síncronas, en diversos niveles.

SINCRONISMO EN REDES SDH

Para la sincronización en SDH se toman en cuenta las normas G.803 (Arquitectura de redes de transporte basadas en la jerarquía digital síncrona) y G.811 (Características de temporización de los relojes de referencia primarios) entre otras como la G.822, G.812, etc. Sincronizar se refiere a que dos o más elementos, eventos u operaciones sean programados para que ocurran en un momento predefinido de tiempo o lugar. En ingeniería electrónica, en lógica digital y en transferencia de datos, la sincronización implica que el dispositivo utiliza una señal de reloj.

Redes de sincronismo

La red de sincronización es la red que es responsable de distribuir la información de sincronización a elementos de red que tiene que funcionar síncronamente para satisfacer los requisitos de característica de deslizamiento de octetos de la Recomendación UIT-T G.822. El funcionamiento síncrono de los tipos de elementos de red, suele estar ordenado en una determinada zona geográfica, en la cual todos estos elementos están sincronizados con un "reloj maestro". La zona en la cual todos los elementos de red pertinentes (en funcionamiento normal) están sincronizados con un reloj maestro se denomina una "zona de sincronización”. El reloj maestro de una zona de sincronización debe cumplir los requisitos descritos en la Recomendación UIT-T G.811.

Relojes Nodales

En la Recomendación UIT-T G.810 se identifican dos métodos fundamentales de sincronización de relojes nodales, a saber: sincronización principal-subordinado y sincronización mutua. La sincronización principal-subordinado: Es un método adecuado para la sincronización de redes SDH; donde se utiliza una jerarquía de relojes en la que cada nivel jerárquico está sincronizado con referencia a un nivel superior. El nivel más alto de la jerarquía es el PRC. Las señales de referencia de reloj se distribuyen entre los niveles de la jerarquía por medio de una red de distribución que puede utilizar las facilidades de la red de transporte. Los niveles jerárquicos son los siguientes:

PRC G.811

Reloj subordinado (nodo de tránsito) Rec. G.812.

Reloj subordinado (nodo local) Rec. G.812.

Reloj de elemento de red SDH Rec. G.813.

La viabilidad de la sincronización mutua queda en estudio. La distribución de la temporización entre relojes de nodo jerárquico debe efectuarse empleando un método que evite el procesamiento de puntero intermedio. Todos los elementos en la red SDH se operan bajo un mismo reloj de frecuencia, suministrado por una fuente de señal llamada reloj de referencia primario (PRC). En la recomendación ITU-T G.811, se encuentran las especificaciones de rendimiento del PRC, cuya estabilidad y exactitud en frecuencia se hallan en el orden de ±10-11, posible gracias a un oscilador de cesio.

Características de los relojes en SDH

En la norma ITU-T G.803, se hace hincapié en la necesidad de que los relojes de SDH se ajusten al reloj de referencia primario (PRC, primary reference clock) y posean una buena característica de estabilidad a corto plazo, a fin de ajustarse a los objetivos de tasa genérica de deslizamientos de la Recomendación UIT-T G.822.

Se señala además que, siempre que el reloj de SDH cumpla la plantilla de estabilidad a corto plazo, no existen limitaciones prácticas al número de elementos de tratamiento de punteros que pueden conectarse en cascada en una red SDH, para cumplir los requisitos de fluctuación de fase de salida de la cabida útil en una frontera SDH/PDH. “Los relojes de referencia primarios necesitan una fiabilidad muy alta y es probable que incluyan equipo repetido, a fin de asegurar la continuidad de salida. Sin embargo, toda discontinuidad de fase debida a operaciones internas en el reloj, no deberá producir más que un alargamiento o acortamiento de la anchura del intervalo de la señal de temporización y no provocar, en la salida del reloj, una discontinuidad de fase superior a 1/8 de UI a la salida del reloj”. ello se señala en ITU-T G.811.

La calidad de funcionamiento del PRC no se especifica, por tanto, en puntos de referencia internos sino más bien en la interfaz externa del equipo. Las interfaces de salida especificadas para el equipo en el que puede estar contenido el PRC son:

Interfaces a 2048 kHz de acuerdo con la cláusula 10/G.703 con los requisitos adicionales de fluctuación de fase y fluctuación lenta de fase.

Interfaces a 1544 kbps de acuerdo con la cláusula 2/G.703 con los requisitos adicionales de fluctuación de fase y fluctuación lenta de fase.

Interfaces a 2048 kbps de acuerdo con la cláusula 6/G.703 con los requisitos adicionales de fluctuación de fase y fluctuación lenta de fase.

Otras interfaces (tales como las de 8 kHz a 5 MHz de ondas sinusoidales) quedan en estudio.

La distribución de la señal de reloj se manifiesta a través de líneas de transmisión ordinarias como, en este caso, un sistema de transmisión SDH. Los elementos de red “intermedios”, tales como regeneradores, multiplexores de inserción y extracción, etc., son operados por medio de un “modo esclavo”, el cual utiliza un componente de señal de reloj extraído de la señal STM-N recibida.

El deterioro en la señal de reloj, como la fluctuación acumulada durante la transmisión a través de una cadena de elementos de red y línea de transporte, se reduce con un equipo de reloj esclavo de alto rendimiento según especifica la recomendación G.812 para nodo de tránsito y para nodo local.

Un elemento de red SDH tiene la capacidad de enviar una señal de reloj externa dirigida hacia el BITS (fuente integrada de temporización de construcción) para reducir el deterioro en la señal de reloj. El elemento de red intermedio utiliza directamente la señal de reloj extraída por sí mismo. Las señales de reloj necesarias para la operación del NE (Elemento de red) son producidas por un circuito de reloj que corre principalmente bajo el modo esclavo. Las fuentes de referencia disponibles son:

- Entrada externa: En este puerto normalmente se conecta o una señal de reloj externa proveniente de un reloj de referencia primario (G.811), o BITS (G.812 tránsito o local), o el reloj de un sistema de conmutación.

- Señal de línea STM-N: El componente de la señal de reloj extraída de una señal de línea puede ser utilizado como fuente de referencia, estando éste conectado hacia el este, hacia el oeste o hacia una dirección tributaria. Entonces, el byte S1 del SOH muestra el nivel de calidad del componente de reloj. Este, en cambio, muestra la señal de reloj que originalmente generó la señal de línea STM- N, siempre y cuando la señal STM-N pueda ser encontrada desde G.811 o G.812 T, L, u otro.

- Señal PDH de 2 Mb/s en el tributario: Dos de las señales tributarias de 2 Mbps pueden ser seleccionadas como fuentes de referencia. Este sería el caso si, por ejemplo, el sistema SDH fuese instalado en un área aislada con el reloj síncrono comunicado a través de una señal de 2 Mbps generada por un PRC, o cuando el sistema SDH es sincronizado a un reloj ESS (sistema de conmutación) en vez de PRC.

Aparte de ser utilizado en modo de operación esclavo, el circuito de reloj del NE también puede funcionar como una fuente de reloj independiente, para la cual existen dos modos de operación:

- Modo de retención: Mientras el circuito de reloj opera en modo esclavo, todos los parámetros como frecuencia, fase, etc. son memorizados. Cuando el circuito pierde contacto con la fuente de referencia, por alguna falla en la línea por ejemplo, esta información almacenada facilita el flujo de operación continua ininterrumpidamente. De este modo, se pueden evitar perturbaciones de transmisión causadas por cambios abruptos de frecuencia y de fase.

- Modo de operación libre: El circuito de reloj que es básicamente un VCXO (oscilador controlado por voltaje), opera libremente sin fuente de referencia. Este es una excelente opción para un área donde no haya una fuente de referencia de reloj disponible, y donde el sistema SDH se utilice de manera semejante al PDH

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS SDH

Aunque los usuarios finales se beneficiarán de SDH de forma indirecta, puesto que ésta potenciará el

desarrollo e implantación de sistemas de banda ancha de alta calidad y fiabilidad, sus beneficios directos

recaerán sobre los explotadores de redes:

Reducción de costo de los equipos de transmisión. Las razones principales son la posibilidad de

integrar las funciones de transmisión, multiplexación e interconexión en un solo equipo; y la alta

competencia entre proveedores de equipos debida a la alta estandarización de SDH.

El acceso directo a las señales de cualquier nivel sin necesidad de demultiplexar en todos los niveles.

La sencilla explotación debida a la incorporación de información de gestión adicional en las tramas

de información de datos lo cual permite el mantenimiento centralizado, rápida y exacta localización

de averías, el reencaminamiento automático, la monitorización permanente de la calidad del

circuito, etc.

La amplia gama de anchos de banda de transmisión y la posibilidad de acceder directamente a las

señales de cualquier nivel sin necesidad de demultiplexar en todos los niveles inferiores, permiten la

creación de una infraestructura de red muy flexible y uniforme.

La compatibilidad multifabricante a nivel de interfaces de transporte y de explotación, lo cual

garantizará la integración de las redes de los distintos operadores.

La convergencia con ATM e IP, y la capacidad de interfuncionamiento simultáneo con PDH.

Como única desventaja de SDH tenemos los menores anchos de banda soportados frente a la DWDM (Dense

Wavelength Division Multiplexing) o multiplexación por división en longitud de onda. La DWDM es una

novedosa tecnología de transmisión, aún inmadura y poco estandarizada, consistente en la multiplexación

de varias señales ópticas, cada una a una longitud de onda o frecuencia óptica diferente, sobre la misma

fibra, permitiendo aprovechar el caro y escaso tendido de fibra óptica monomodo convencional existente.

Los anchos de banda comercialmente disponibles actualmente mediante DWDM, llegan hasta los 400 Gbps,

resultado de multiplexar 40 canales SDH STM-64.

Tablas comparativas y de equivalencia entre sistemas

Comparación entre SONET y SDH.

Tabla de valores PDH:

Tabla de equivalencias de STM en PDH:

Bit Rate Abreviación SDH Capacidad SDH

51.84 Mbps 51 Mbps STM-0 21 E1

155.52 Mbps 155 Mbps STM-1 63 E1 o 1 E4

622.08 Mbps 622 Mbps STM-4 252 E1 o 4 E4

2488.32 Mbps 2.4 Gbps STM-16 1008 E1 o 16 E4

9953.28 Mbps 10 Gbps STM-64 4032 E1 o 64 E4

39813.12 Mbps 40 Gbps STM-256 16128 E1 o 256 E4

APÉNDICE.

RECOMENDACIONES DE LA UIT-T RELATIVAS A TRANSMISIÓN SÍNCRONA

La UIT-T crea y modifica recomendaciones existentes para reflejar el desarrollo en la tecnología y la práctica en las redes síncronas.

SERIES G, MEDIOS Y SISTEMAS DE TRANSMISIÓN, SISTEMAS Y REDES DIGITALES

EQUIPOS TERMINALES “GENÉRICO”

G.702 Velocidades binarias de Jerarquías Digitales.

G.703 Características físicas / eléctricas de los interfaces normalizados.

G.704 Estructura de trama utilizada para los flujos binarios de 1544, 6312, 2048, 8448 y 44736 Kbps.

G.706 Alineamiento de trama y procedimientos de CRC relativos a tramas básicas definidas en la Recomendación G.704.

G.707 Interfaz de Nodo de Red para la Jerarquía Digital Síncrona.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE EQUIPOS MÚLTIPLEX DE ORDEN INFERIOR

G.732 Características de equipos multiplexores MIC de frecuencia 2048 Kbps.

G.742 Equipos múltiplex digital de segundo orden de frecuencia 8448 Kbps con utilización de justificación positiva.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE EQUIPOS MÚLTIPLEX DE ORDEN SUPERIOR

G.751 Equipo múltiplex digital de tercer orden de frecuencia 34 Mbps y de cuarto orden y frecuencia 140 Mbps con utilización de justificación positiva (Libro azul, fascículo III.4).

G.772 Puntos de monitorización protegidos en sistemas de transmisión digital.

G.781 Recomendaciones para equipos de la Jerarquía Digital Síncrona.

G.782 Características generales de la Jerarquía Digital Síncrona.

G.783 (ETS 300 417-1) Características de bloques en equipos de la SDH. Se especifica Jitter y Wander para todos los interfaces SDH/PDH presentes en elementos de red SDH - Generación de Jitter/Wander y tolerancia de entrada, también define prueba de secuencias de puntero para probar la falta de sincronismo.

G.784 Gestión de la SDH.

G.810 (ETS 300 462-1) Terminología y definiciones para sincronización de redes. En este documento no hay especificaciones definidas, se trata de un diccionario de términos, acrónimos y referencias matemáticas relacionados con la temporización y la sincronización.

G.811 (ETS 300 462-6) Características dinámicas de los relojes primarios de referencia. Referido a equipos con autonomía de reloj y para equipos con relojes de referencia externos.

G.812 (ETS 300 462-4) Características dinámicas de relojes esclavos utilizados en sincronización de equipos PDH y SDH. Define un reloj que supera las funciones dinámicas de una SSUD – Synchronization Supply Unit.

G.813 (ETS 300 462-5) Características dinámicas de relojes esclavos utilizados en La operación de equipos SDH.

G.821 Tasa de error de un de un enlace digital internacional con una velocidad binaria inferior a la velocidad básica y que forma parte de una red digital integrada.

RECOMENDACIONES PARA PRUEBAS DE REDES SDH

G.823 Control de Jitter y Wander en redes digitales basadas en jerarquía de 2048 Kbps. Especifica los límites de Jitter y Wander, para cualquier interfaz PDH. Recomendación apta para cualquier red de transmisión JDP excepto la Americana.

G.825 Control del Jitter y Wander de redes digitales basadas en la SDH. Especifica límites de la red para Jitter y Wander para cualquier interfaz STM-N de la SDH.

G.826 Parámetros de resultados de Error y objetivos para elementos de ruta de canales internacionales a velocidad constante por encima de la velocidad primaria.

G.832 Transporte de elementos SDH en redes PDH – Tramas y estructuras de multiplexación.

G.841 Características y tipos de protección de las redes SDH.

G.957 Interfaces ópticos para equipos y sistemas de la Jerarquía Digital Síncrona.

G.958 Sistemas de línea digital basados en la JDS y para cables de fibra óptica. Especifica las características de Jitter para regeneradores ópticos en redes SDH.

RECOMENDACIONES DE LA SERIE M

M.2100 Límites de operación para pruebas de aceptación y de mantenimiento para enlaces PDH internacionales, secciones y sistemas de transmisión.

M.2110 Puesta en servicio de enlaces digitales internacionales, secciones y sistemas de transmisión.

M.2120 Enlace digital, sección y procedimiento de detección de fallo de transmisión y su localización.

M.3010 Principios de gestión de redes de telecomunicaciones. SERIES O, ESPECIFICACIONES PARA INSTRUMENTOS DE MEDIDAS

O.150 Requisitos generales para la instrumentación de medidas de evaluación en equipos de transmisión digital

O.151 Equipos de medida de medidas de “Tasa de Error” operando a velocidades primarias y superiores.

O.152 Medidas de Tasa de Error en equipos con velocidades binarias de 64 Kbps y

N x 64 Kbps.

O.172 Equipos para medidas de Jitter y Wander en sistemas digitales basados en la Jerarquía Digital Síncrona (esta recomendación reemplaza a la O.171)

O.181 Equipos para determinar “Tasa de Error” en interfaces STM-N.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.monografias.com/trabajos15/jerarquia-digital/jerarquia-digital.shtml#TEMAS

http://www.monografias.com/trabajos908/sdh-digital/sdh-digital.shtml

http://ait.upct.es/~jjalcaraz/teaching/tema_1.pdf

http://www.slideshare.net/edisoncoimbra/95-jerarquia-digital-sincrona-sdh

http://es.wikipedia.org/wiki/Jerarqu%C3%ADa_digital_s%C3%ADncrona

http://www.ieee.org.ar/downloads/sdh-intro.pdf

http://materias.fi.uba.ar/6679/apuntes/PDH_SDH_Labcom2.pdf

http://www.utp.edu.co/~hbcano/sdh

http://www.ramonmillan.com/tutoriales/sdh.php

https://www.tlm.unavarra.es/~daniel/docencia/redes/redes10_11/slides/14-SDH.pdf

http://redesbirdg.galeon.com/sdh.htm

http://www.mailxmail.com/curso-jerarquia-digital-sincrona-sdh/modulo-transporte-sincrono

http://upload.wikimedia.org/wikipedia

http://en.wikipedia.org/wiki/Add-drop_multiplexer

“COMUNICACIÓN DIGITAL”, Msc. María Soleda.