fundamentos de la jerarquía digital síncrona

Tema 1: Jerarquía Digital Síncrona, SDH

Tecnologías de red de transporte de operadoraMÁSTER EN INGENIERÍA TELEMÁTICAProfesor: Juan José Alcaraz Espín

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Objetivos

Tener una visión general de las redes de transporte SDH.

Conocer la tecnología en un grado de detalle suficiente como para poder manejar manuales de equipos de red, de equipos de medida y de operación y mantenimiento.

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Contenido

Limitaciones de las redes PDH.

Ventajas de las redes SDH.

Arquitectura funcional de las redes SDH.

Multiplexación SDH

La trama STM-1Contenedores

Contenedores Virtuales

TU y TUG

Ejemplo de multiplexación en SDH

Seguridad en SDH

Gestión y monitorización de red en SDH

Conclusiones

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Bibliografía IIntegrated Broadband Networks. Byeong Gi Lee, WoojuneKim. Ed. Artech House.

Jerarquías Digitales de Multiplexión, PDH y SDH, Sincronización de Redes. José Manuel Caballero Artigas, Andreu Guimera. L&M Data Communications.

http://www.trendcomms.com/

http://www.rares.com.ar/interest.htm

Test solutions for digital networks. Roland Kiefer. Ed. Hüthig.

Broadband networking : ATM, SDH and SONET. Mike Sexton, Andy Reid. Ed. Artech House.

Rec. De la ITU-T:G-707

G-803

G-841

4

Bibliografía IINetwork Recovery. Jean-Philippe Vasseur, Mario Pickavet, Piet Demeester. Ed. Morgan Kaufmann.

SDH/SONET Explained in Functional Models. Huub van Helvoort. Ed. John Wiley and Sons.

Next Generation SDH/SONET. Huub van Helvoort. Ed. JohnWiley and Sons.

Connection-oriented Networks. Harry G. Perros. Ed. JohnWiley and Sons.

Transmission Systems Design for Wireless Networks. HarveyLehpamer. Ed. Artech Haouse.

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Limitaciones de la red PDH

Los sucesivos procesos de multiplexación bit a bit y simultánea justificación dispersa los bits en las jerarquías de orden superior

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El problema de la segregación de canales

Acceder a canales individuales a partir de señales de orden jerárquico superior exige la demultiplexación y posterior multiplexación completa y por tanto un encarecimiento de los equipos donde se deseé extraer e insertar canales.

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Incompatibilidad. Los interfaces empleados en las distintas jerarquías son diferentes, lo que requiere equipos adicionales para la interconexión entre operadores.

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Ventajas y desventajas de la red SDH

VENTAJAS Interworking directo entre fabricantes.Permite integrar redes existentes. (PDH, RDSI, ATM, IP)Velocidades estandarizadas de hasta 40 Gb/s.En cualquier señal se puede extraer un tributarioAporta mecanismos de protección.Mayor soporte para mecanismos de gestión

DESVENTAJARequiere la distribución de una señal de sincronismo (2

Mbit/s) a todos los nodos de la red plan de sincronismo

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Arquitectura funcional de SDH

Conexión VC-12

Conexión VC-4

Conexión STM-4

Conexión STM-16

CONCEPTO BÁSICO: Modelo en capas de la red de transporte10


Modelo de referencia

Modelo de referencia de una red SDH.

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Capas de transporte

SDH

Capa de Medios de Transmisión

Capa de Sección

Capa de trayecto de Orden Inferior

LOP

Redes de capa de circuito

VC-2 VC-3VC-11 VC-12

VC-3 VC-4

Capa de sección multiplexora: MS

Capa de sección regeneradora: RS

Capa del medio físco

Capa de trayecto de Orden Superior

HOP

Capa de Trayecto

139 264 kbit/s VC-444 736 kbit/s, 34 368 kbit/s VC-36312 kbit/s VC-22048 kbit/s : 31 × 64 kbit/s VC-121544 kbit/s : 24 × 64 kbit/s VC-11

155 Mbit/s4x155 Mbit/s

16x155 Mbit/s64x155 Mbit/s256x155 Mbit/s

CONCEPTO BÁSICO: Información característica de cada capa12

Arquitectura funcional de SDHNiveles y equipos: Ejemplo

Multiplexor terminal Multiplexor terminalRegenerador RegeneradorMultiplexor 13

Caminos

Secciones

Conexión de camino (path)

Sección de multiplexación Sección de multiplexación

Secc. Reg. Secc. Reg. Secc. Reg. Secc. Reg.


LOP

HOP

MS

RS

En el paso de una capa a otra se introduce información adicional de cabecera (Over Head)

LOP-OH

HOP-OH

MS-OH

RS-OH

Función de adaptación: Modifica la señal de la capa cliente para que pueda ser trasportada por la capa servidora

Función de terminación: Añade información a la capa cliente para monitorizar la calidad de la conexión

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Multiplexación SDHMapa de multiplexión SDH. Obsérvese que la capacidad de una trama básica STM- 1 puede ser cargada con diversas combinaciones de afluentes. Por ejemplo: un canal ATM a 149 Mbit/s, 63 circuitos E1 (3x7x3); un circuito E3 y 42 E1; dos circuitos T3 y veintiuno T1.

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La trama STM-1

La trama STM-1

MSOH

RSOH

16

La trama STM-1

Formación de un STM-1 a partir de un VC-4:

La trama STM-1

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Multiplexación SDH

Caso ideal de sincronización perfercta.

Caso real de sincronización imperfecta.

CONCEPTO BÁSICO: Necesidad de punteros18

FixedPhase

9 by

tes

261 bytes

VC-4

VC-4 PayloadOverHead

AU Pointer

Floating phase

AU-4

AUG

Multiplexación SDH

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RSOH

MSOH

Multiplexación SDH

La trama STM-1: cabeceraSinchronous Transport Module (STM)

A1, A1, A1, A2, A2, A2: palabra de alineamiento.J0: Byte de traza de sección: Es un código que identifica el camino (el STM-1) en la sección de regeneraciónB1: Byte de monitorización de error en la sección de regeneración. Mecanismo empleado BIP-8 (Bit InterleavedParity 8), que da 8 bits de paridad independientes.E1: Engineering Order Wire (EOW): es un canal telefónico entre regeneradoresF1: Canal de mantenimiento (indica errores en el B1 en el otro sentido, identificando el regenerador)D1, D2, D3: Canal de comunicación de datos (DCC), para mensajes de O&M intercambiados con los regeneradores.

B2: Monitorización de error en la MS (BIP-24)K1 y K2: bytes para el protocolo de Conmutación Automática de Protección (APS)D4, D5, … D12: DCC de la MS. (576 kb/s)E2: EOW de la MS.S1: Synchronization Status: Informa de la calidad de la referencia de reloj.M1: Byte para envío señales de error en el otro sentido. 21

Multiplexación SDH

RS

MS*

HOP

LOP

Adapta el flujo de datos de usuario

Añade cabecera de protecciónLO-POH

Adaptación:- Multiplexa- Procesa punteros- Ajusta velocidades

Añade cabecera de protecciónHO-POH

Procesa punterosAñade canales

Añade MSOH

Añade RSOH

Añade Alineamiento.

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Multiplexación SDH

HOP

MS

RS

OS

LOP

C12

VC12

LO-POH

TUG-3 HO-POH

VC4

MS-POH

RS-POH

DCC (O&M)Canal usuario EOWInfo SincronismoMensajes de error

BIP-24, K1 y K2

DCC (O&M)Canal usuario EOWAlarmas

BIP-8

Palabra de alineamientoJ0Aleatorización

Señal aleatorizada

Multiplexa y añade punterosAjusta velocidades

VC4

PTR

PTR+VC4 = AU4

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Multiplexación SDH

Multiplexación de una señal E1 en un STM-1Recordemos el mapa de multiplexación

Contenedores C-3, C-2, C-12 and C-11

Contenedor Transporta señal a

C-11 1.544 Mbit/s

C-12 2.048 Mbit/s

C-2 6.312 Mbit/s

C-3 34.368 Mbit/s y 44.736 Mbit/s

C-4 139.264 Mbit/s

Capacidades de transporte de cada contenedor

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Multiplexación SDH

Paso 1: El tributario se hace corresponder con un C-12

Tributario E1 Síncrono Tributario E1 Asíncrono

Bits de justificación

Bits de control de justificación

(+/N/-)

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Multiplexación SDHPaso 2: Correspondencia C-12 a VC-12. Se añade relleno y el POH

Bits de la cabecera POH

Algoritmos de Protección

Monitor Conexiones Tandem

Traza del trayecto (VC-12)

Overhead

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Multiplexación SDHPaso 3: Se crea el TU-12: VC-12 + puntero

H4 es un byte del POH del VC-4

V1 V2 V3 Carga

Justo antes de incrementar el puntero se invierten los bits “I” y se añade justificación positiva.

El puntero en un TU-12 tomará valores entre 0 y 139 (=35x4-1) bytes

Relleno Relleno

Justo antes de decrementar el puntero se invierten los bits “D” y se añade justificación negativa.

Relleno Información

InformaciónInformación

Carga

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V5V5

relleno

V5

Multiplexación SDHEjemplo de funcionamiento de la justificación con puntero

V1

V2

V3

V4

Posición 0

V1

V2

V3

V4

Se invierten los bits I

V1

V2

V3

V4

V5

Posición 1

V1

V2V5

V1

V2

V5

V1

V2

V5

V1

V2

V3

V4

Posición 0

V1

V2V5

V1

V2

V4

Se invierten los bits D

V5

V1

V2V5

V1

V2

V3

V4

Posición 139

V5

V1

V2V5

VC

-12

com

plet

o

INCREMENTO DECREMENTO

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Multiplexación SDHPaso 4: Se multiplexa el TU-12 con otros 2 dando lugar al TUG-2

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Multiplexación SDHPaso 5: Se multiplexan 7 TUG-2 byte a byte dando lugar al TUG-3

NPI: Null Pointer Indicator. Para diferenciarlo de un TUG-3 que contenga un VC-3 (Ya que un VC-3 + puntero = TUG-3)

Se añade relleno para ajustarlo al tamaño de 86 bytes de longitud

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V1/2/3/4 del primer TU-12 V1/2/3/4 del segundo TU-12 V2 apuntará a V5 (que es flotante)

Multiplexación SDHPaso 6: Se multiplexan 3 TUG-3 byte a byte dando lugar a la carga del VC-4

#1 #2 #3

#1 #2 #3

El byte H4 de la HO-POH del VC-4 indica en que parte de la multitrama (para los VC-n del LOP) nos encontramos 312 columnas de relleno

Multiplexación SDH

Veamos con más detalle la cabecera del VC-4

Identificador (traza) del camino (del VC-4). Se reparte en 16 tramas.

BIP-8 del VC-4Indica de qué tipo es el contenido (qué mapeo se emplea)

Indica que errores se detectan en el otro sentido

A disposición del operador

Indica qué parte de la multitrama se está enviando

A disposición del operador

Canal para el protocolo APS a nivel de VC-4

Monitorización de conexiones tandem: hace la misma función que el B3 cuando el VC-4 atraviesa distintos operadores (cada operador reescribesu B3, pero no modifica el N1)

Paso 7: Se añade el POH VC-4

FixedPhase

AU Pointer

Floating phase

AU-4

AUG

Multiplexación SDH

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RSOH

MSOH

Paso 8: Se añade el puntero AU-4

Paso 9: Se configura el STM-1

Multiplexación SDHResumen multiplexación (y mapeo) de un E1 en un STM-1

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Multiplexación SDHincrementa decrementa

El VC-4 también puede experimentar un proceso de desplazamiento de carga en el STM-1

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El puntero señaliza de 3 en 3 bytes

Multiplexación SDH

El STM-1 puede estar también constituido por tres tramas VC-3 y en ese caso se disponen tres punteros, uno para cada VC-3. En ambos casos la secuencia de transmisión es de izquierda a derecha y de arriba abajo.

Tramas STM-N

Módulos de Transporte Síncrono

tramas STM-N

Trama Tasa binaria (kbits/s) Tasa redondeada

STM-1 155.520 155 Mbit/s

STM-4 155.520 x 4 = 622.080 622 Mbit/s

STM-16 155.520 x 16 = 2.488.320 2.5 Gbit/s

STM-64 155.520 x 64 = 9.953.280 10 Gbit/s

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Tramas STM-N

Multiplexión de N AUG en una trama STM-N, el multiplexado se realiza byte a byte.

Formación de las tramas STM-N

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Tramas STM-N

Multiplexación directa e indirecta para un STM16

Formación de las tramas STM-N

39

Tramas STM-N

Ejemplo de cabecera de un STM-4.

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Sólo se cuadruplican los A1s y los B2s. El resto de la cabecera se genera nueva

Elementos de red

Elementos de redRegeneradores: Son los responsables de

mantener las características físicas de la señal a lo largo de toda la red supervisando la calidad de la señal recibida.

Multiplexores terminales de línea (LTMUX ó PTE) Permiten insertar señales plesiócronas ó síncronas (llamadas afluentes) de tramas síncronas de nivel superior (llamadas señales agregadas). En la nomenclatura ITU se denominan Elementos de Terminación de Trayecto (PTE).

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Elementos de red

Multiplexores de inserción y extracción (ADM)Permiten insertar y extraer señales plesiócronas o síncronas (afluentes) en (o de) tramas síncronas de nivel superior (agregadas). Son el elemento básico de las redes con topología en anillo, muy adecuadas para configuraciones redundantes y tolerantes a fallos.

Distribuidores-Multiplexores (DXC)Permite realizar conmutación, inserción y extracción de señales plesiócronas o síncronas a varios niveles. Permitirá el mapeo de señales plesiócronas en afluentes síncronos llamados contenedores virtuales, así como la conmutación entre estos, desde el conmutador virtual de menor nivel hasta el de nivel superior.

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Elementos de red explicados en componentes funcionales

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Topologías

Topologías de redPunto a Punto: Permiten el transporte de señales entre dos ubicaciones, por ejemplo entre dos LTMUX.Punto a Multipunto ó en Bus: Sigue la estructura básica punto a punto pero incorpora multiplexores ADM, de forma que las funciones de inserción y extracción de señales afluentes quedan incorporadas en puntos intermedios entre las ubicaciones extremas.Anillo: Esta topología permite insertar y extraer afluentes en cada nodo de la red. Proporcionan circuitos de reserva para el caso de caídas de línea o fallo de equipos.Estrella / Hub / Mallada: Topología que facilita la concentración de tráfico, optimizando el uso de las señales SDH. Se realiza a través de elementos DXC.

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Topologías

Punto a Punto Punto a Multipunto

Mallada Anillo 45

Servicios de seguridad en SDH

ProtecciónSe asignan a priori medios para la recuperación de circuitos ante fallos. Recuperación controlada desde los propios elementos de red. Recomendación ITU-T G-841:1. Protección de camino SDHProtección linealProtección en anillo

UnidireccionalBidireccional

2. Protección de conexión de subred SDH (SNCP)

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Protección lineal 1+1

Protección lineal N:M

Protección dedicada

Protección compartida

Se puede hacer en cualquier nivel: MS, HOP o LOP

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MS-DP (Multiplex Section-Dedicated Protection Ring)MS-USHR (Multiplex Section-Unidirectional Self Healing Ring

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MS-DP (Multiplex Section-Dedicated Protection Ring)MS-USHR (Multiplex Section-Unidirectional Self Healing Ring

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MS-SP (Multiplex Section-Shared Protection Ring)MS-BSHR (Multiplex Section-Bi-directional Self Healing Ring(MS-BSHR/2, MS-BSHR/4)

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El protocolo APS pone todos los nodos (excepto B y C) en estado de “pass through”

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Anillo con protección del tipo SNCP: Cada circuito se encamina por dos caminos, y en recepción se escoge el mejor. Equivale a MS-DP (MS-USHR). No está limitado a 16 Nodos, porque no se emplea el protocolo APS.

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Ejemplo de SNCP con Drop and Continue

Ejemplo de SNCP Drop and Continue se implementa entre equipos que interconectan

anillos entre sí

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Diversificación:

Diversificación en dos rutas de los circuitos entre los nodos C1 y C2

Restauración: ejemplo con cuatro nodos. Se interrumpen por avería los circuitos entre los nodos A y B. El resto de secciones ceden sus circuitos de reserva para paliar la avería

+2

+2

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Gestión de red SDH

Según OSI gestión de red engloba FCAPS:Fault

Configuration

Accounting

Performance

Security

Distintos tipos de Incidencias:

Anomalías: Errores no persistentes, el servicio puede seguir

Defectos: Densidad elevada de anomalías. Se interrumpe temporalmente el servicio

Fallo: Cuando la interrupción del servicio supera un determinado umbral de tiempo

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Gestión de red SDH

Las taras de sección de regeneración (RSOH) y de multiplexión (MSOH) están siempre presentes en la cabecera de la trama STM-1 y son monitorizadas por la sección de regeneración y la de multiplexación respectivamente.

*

* * * * * * * * *

Bytes K1 y K2 se emplean para transmitir la condición de RDI y los mensajes de los protocolos de protección automática (APS)

Byte M1 se emplea para emitir el REI (además lleva un contador de errores BIP en los bits 2 al 8)

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Gestión de red SDH

Interacción entre defectos y alarmas para ambas direcciones, a través de las capas SDH

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fundamentos de la jerarquía digital síncrona

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