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JERARQUÍA DIGITAL SINCRÓNICA (SDH)

PABLO HIDALGO L.

DICIEMBRE 2014

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FUNDAMENTOS DE SDH

l  “SDH es un conjunto jerárquico de e s t r u c t u r a s d e t r a n s p o r t e d i g i t a l , normalizadas para el transporte, por redes físicas útiles correctamente adaptadas”.

l  La multiplexación se realiza byte a byte de manera sincrónica, con justificación positiva, cero o negativa. Por tanto, a diferencia de PDH, en SDH las señales tienen idéntica estructura de trama.

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CARACTERÍSTICAS DE SDH (1)

l  La red SDH proporc iona comple ta centralización de todas las funciones de administración y control de la red, gracias a la capacidad de supervisión dedicada y control de calidad que incorporan ciertos campos de la trama.

l  Provee acceso de ba jo cos to (en comparación a PDH) a pequeños flujos de tráfico, es decir permite una extracción o inserción (ADD&DROP) de bajas velocidades desde y hacia un flujo de alta velocidad en SDH.

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CARACTERÍSTICAS DE SDH (2)

l  Modernas redes SDH además permiten incluir varios mecanismos de backup ante posibles fallas de la red. Estos sistemas de backup son también monitoreados por el sistema.

l  Define una jerarquía estandarizada para determinadas velocidades de transmisión de datos.

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Velocidad de transmisión de SDH

DESIGNACIÓN UIT-T

VELOCIDAD (Mbps)

VELOCIDAD DEL PAYLOAD

STM-1 155.52 150.336

STM-3 466.56 451.008

STM-4 622.08 601.344

STM-6 933.12 902.016

STM-8 1244.16 1202.688

STM-12 1866.24 1804.032

STM-16 2488.32 2405.376

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ESTRUCTURA EN CAPAS DE UNA RED SDH (1)

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Estructura en capas de una red SDH (2)

Sección Física Sección Física Sección Física

Sección Física

Sección Regeneradora

Sección Regeneradora

Sección Regenerad.

Sección Regenerad.

Sección de Línea

Sección de Línea

Sección de Línea

Sección de Trayectoria

Sección de Trayectoria

SERVICIOS SERVICIOS

TERMINAL TERMINAL REGENERADOR MULTIPLEXOR

Trayectoria

Bloques STM-N Linea

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Estructura en capas de una red SDH (3)

l  SDH ha sido dividida en una estructura de 4 capas: l  Sección Física: Incluye una especificación del tipo de

fibra óptica, enlaces de radio o satelitales a ser utilizados. Establece detalles tales como: potencia mínima de transmisión, características de dispersión de los transmisores, sensibilidad de los receptores.

l  Sección Regeneradora: Establece el camino entre regeneradores. Se encarga de crear las tramas básicas SDH, convertir señales eléctricas a ópticas, presentar algunas facilidades de monitoreo. En grandes distancias se puede requerir repetidores regenerativos.

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Estructura en capas de una red SDH (4)

l  Sección de Línea: Responsable de la sincronización y multiplexación de los datos en tramas SDH, funciones de protección, mantenimiento y switching. Como equipos terminales de línea se pueden tener multiplexores y nodos de conmutación. Una sección de línea es una secuencia básica de una o más secciones tal que la señal interna o la estructura de la señal permanece constante.

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Estructura en capas de una red SDH (5)

l  Sección de Trayectoria: responsable del transporte de datos entre puntos terminales, así como del establecimiento de la velocidad apropiada de señalización. En este circuito entre puntos terminales los datos son ensamblados al comienzo del circuito, y no son modificados hasta ser desensamblados en el punto final.

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DEFINICIÓN DE TRAYECTORIA

l  Para entender las cabeceras (overheads ) en SDH es n e c e s a r i o c o m p r e n d e r previamente los conceptos de trayectoria y sección.

l  Trayectoria: Circuito extremo – extremo que se ubica entre dos puntos terminales o usuarios finales de la red de transporte.

Path

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DEFINICIÓN DE SECCIÓN

l  Una trayectoria es soportada por varias secciones.

l  Una sección es el servicio de transporte entre dos nodos adyacentes.

Path Sections

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ANALOGÍA ENTRE TRAYECTORIA Y SECCIÓN

Path: end to end circuit across whole network

Section: node to node

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Componentes de una red sincrónica (1)

MULTIPLEXOR SDH

STM-N PDH

SDH

Multiplexor SDH Multiplexor SDH Multiplexor ADD-DROP

Repetidor Repetidor

sección sección sección sección

LINEA LINEA

TRAYECTORIA

Terminales Terminales

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Componentes de una red sincrónica (2)

l  Regenerador: responsable de restituir el reloj y la relación de amplitud de las señales de datos entrantes que han sufrido atenuación y distorsión debido a la dispersión.

l  Multiplexor SDH: utilizado para combinar señales ya sean asíncronas o plesiócronas en señales de alta velocidad STM-N.

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Componentes de una red sincrónica (3)

MATRIZ DE CONMUTACION

STM-16

STM-4

STM-1

VC-4

STM-16

STM-4

STM-1

VC-4

ADD/DROP STM-N STM-N

PDH SDH

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Componentes de una red sincrónica (4)

l  Multiplexores de Inserción y Extracción (ADM): Permiten extraer o insertar tráfico en algún punto intermedio de una ruta de transmisión. Es decir se encargan de insertar y extraer señales plesiócronas y sincrónicas de baja velocidad en un flujo SDH

l  Digital Cross-Connects (DXC): Es una matriz temporal de conmutación de contenedores virtuales. Su función principal es la interconexión de contenedores virtuales en el interior de flujos STM-N.

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Formato de la Trama SDH (1)

l  La base de SDH es el llamado módulo de transporte sincrónico de primer nivel STM-1.

l  La trama del STM-1 está compuesta de 2430 bytes, que se repiten periódicamente cada 125 µs.

l  Se la representa en dos dimensiones como un arreglo de 9 filas de 270 bytes cada una.

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Formato de la Trama SDH (2)

SOH

PTR

SOH

PAYLOAD o CARGA UTIL

270 bytes

261 bytes 9 bytes

3

1

5

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Formato de la Trama SDH (3) l  Tiene los siguientes campos:

l  SOH (Section overhead): Es el bloque de encabezado de la sección, conformado por bytes de control. Permite que la información sea asociada con la sección. Proporciona facilidades de operaciones de administración y mantenimiento (OAM), alineamiento de trama y conmutación de protección.

l  PTR (Pointer): bloque de punteros. Marca la relación de fase entre la señal útil y la trama STM, de modo que la carga útil en el payload sea fácilmente localizada.

l  Payload: carga útil. Transporta señales entre 2 y 140 Mbps.

l  En la cuarta fila del área de 9 bytes de SOH se encuentra el PTR.

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Section overhead (SOH)

Section overhead contains data to control the node to node transmission: - Protection switching - Error monitoring Plus gives channels for - Network Management - Maintenance phone link

SDH allows information to be associated with

the Section

(Section overhead)

A section is node to node transmission

Path Sections

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Formato de la Trama SDH (4) l  La capacidad de un STM-1 es:

C = 8 * (9 * 270) * 8 * 103

C = 155,52 Mbps l  El bloque payload junto con el PTR

constituyen la unidad administrativa AU-4. l  La SOH se divide en:

l  RSOH, overhead para sección regeneradora l  MSOH, overhead para sección del multiplexor.

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Estructura de la Unidad Administrativa AU-4 l  La AU-4 tiene dos partes:

l  El puntero o AUOH l  Área de Carga útil

l  La capacidad del AU-4 es: CAU-4 = 8 * (9 + 261 * 9) * 8 * 103 CAU-4 = 150,91 Mbps

l  El AUOH, constituido por 9 bytes, sirve para el envío de la dirección de las celdas temporales en las cuales se inicia la carga a transportar.

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Estructura del AU-4

AUOH PAYLOAD o CARGA UTIL

270 bytes

261 bytes 9 bytes

3

1

5

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Estructura del Contenedor Virtual VC - 4 l  Al área de carga útil se le denomina

contenedor virtual. l  El VC-4 se compone de dos partes:

l  Un campo de 9 * 260 bytes llamado contenedor (C-4) que es donde se dispone la señal útil.

l  El POH (Path Overhead): constituido de 9 bytes que se utiliza para la transmisión de información relativa al canal.

l  El contenedor virtual en SDH se forma del contenedor (información) y de la cabecera del trayecto.

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Z5

Estructura del VC-4 261 bytes

Z4 Z3 H4 F2 G1 C2 B3 J1

C-4

POH

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Virtual container (VC)

Information stays with the path (i.e. end to end circuit control)

Signal to send e.g. 2 Mbps Control Information

Virtual Container =

signal + (path) overhead

Path overhead

Path overhead contains data to control the 'circuit' (end to end) such as for - Path trace - Error monitoring - Far End error - VC composition

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Estructura del VC - 4

l  La capacidad del VC-4 es: CVC-4 = 8 * 9 * 261 * 8 * 103

CVC-4 = 150,33 Mbps l  La capacidad neta de transporte del contenedor C-4

es: CC-4 = 8 * 9 * 260 * 8 * 103

CC-4 = 149,76 Mbps l  Se concluye que un STM-1 se puede estructurar

partiendo de un contenedor C-4. l  El VC-4 puede asumir una posición dentro del STM-1

a través del uso de punteros y un procedimiento de justificación.

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Estructuración de un STM-1

C-4 VC-4 AU-4 STM-1

POH AUOH SOH

carga

149.76 Mbps 150.336 Mbps 150.912 Mbps 155.52 Mbps

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Synchronous Transport Module (STM)

Smallest transport module: STM-1 = 155 Mbit/s

VC are carried in a Transport Module

Path overhead

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Transport Module

Transport module sent on a section

Transport Module contains

Payload

Section overhead

Section overhead contains data to control the node to node transmission: - Protection switching - Error monitoring Plus gives extra channels such as for - Network Management - Maintenance phone link

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Synchronous Transport Module (STM)

One STM per section

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Contenedores Virtuales l  En base a su capacidad pueden dividirse en

dos grupos: l  Contenedores Virtuales de Orden Superior: VC-3,

VC-4. l  Contenedores Virtuales de Orden Inferior: VC-11,

VC-12, VC-2. l  Los de orden superior tienen un campo

definido en una sola trama STM-1 (125 µs) mientras que los de orden inferior tienen un campo en una multitrama distribuida en 4 tramas STM-1 (500 µs).

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Estructura de una señal SDH: VC

VCs pueden anidarse

Path overhead

Virtual containers

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Reglas de “empaquetamiento”/ “anidamiento”

VC12, VC3, VC4

21 VC12

21 VC12

21 VC12

21 VC12

63 VC12 2 Mbps -> VC12 63 VC12 (21x3) -> VC4

34 Mbps -> VC3 3 VC3 -> VC4

Other combinations of VC4 content ... or 140Mbps

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Unidades Tributarias (1)

l  Un VC-4 puede contener varias unidades, siempre y cuando presenten una estructura análoga y su capacidad de transporte sea más baja.

l  Estas unidades deberán poseer un campo para la carga útil y un puntero de inicio para permitir su fluctuación en el interior del VC-4.

l  Entre las unidades tributarias se tienen: TU-3, TU-2, TU-12 y TU-11.

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Unidades Tributarias (2)

l  Si el VC se adapta directamente al STM-1, con la inclusión de un puntero de datos se formará una unidad administrativa.

l  Si el VC se adapta a un contenedor se tendrá una unidad tributaria.

l  A nivel de multiplexación se tendrán dos escenarios: l  A nivel de unidad administrativa l  A nivel de unidad tributaria

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Concatenación de varias tramas en una multitrama

VC-4 payload (V4)

H4(00)

VC-4 payload (V1)

H4(01)

VC-4 payload (V2)

H4(10)

VC-4 payload (V3)

H4(11)

VC-4 payload (V4)

H4(00)

VC-4 POH

9 filas

Trama N

Trama N+1

Trama N+2

Trama N+3

500 us

V1 = puntero 1

V2 = puntero 2

V3 = puntero 3

V4 = puntero 4

C1 T

39

Unidad Tributaria TU-3

C-3 VC-3 TU-3

POH PTR

carga

48.384 Mbps 48.960 Mbps 49.152 Mbps

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Composición de las Estructuras C-3, VC-3, TU-3 y TUG-3

H1 H2 H3

PAYLOAD TU-3

85 bytes 1 byte

3

6 P O H

C-3

84 bytes 1 byte

41

Unidad Tributaria TU-3

l  Se conforma a través de la integración de un C-3 con un POH (forma un VC-3), y éste con un PTR.

l  La capacidad de transporte de contenedor C-3 es: CC-3 =8 * (84 * 9) * 8 * 103

CC-3 =48,38 Mbps l  La capacidad de transporte de contenedor

VC-3 es: CVC-3 =8 * (9 + 84 * 9) * 8 * 103

CVC-3 =48,96 Mbps

42

Unidad Tributaria TU-3

l  La capacidad de transporte de contenedor TU-3 es: CTU-3 =8 * (3 + 85 * 9) * 8 * 103

CTU-3 =49,152 Mbps l  La capacidad de transporte de contenedor

TUG-3 es: CTUG-3 =8 * (3 + 6 + 85 * 9) * 8 * 103

CTUG-3 =49,536 Mbps

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Unidad Tributaria TU-2

C-2 VC-2 TU-2

POH PTR

carga

6.784 Mbps 6.848 Mbps 6.912 Mbps

44

Unidad Tributaria TU-2

l  Se conforma a través de la integración de un C-2 con un POH (forma un VC-2), y éste con un PTR.

l  La capacidad de transporte de contenedor C-2 es: CC-2 =8 * 106 * 4 * 2 * 103

CC-2 =6,78 Mbps l  La capacidad de transporte de contenedor VC-2 es:

CVC-2 =8 * [1 + 3 + (4 * 106)] * 2 * 103

CVC-2 =6,84 Mbps l  La capacidad de transporte de contenedor TU-2 es:

CTU-2 =8 * [4 + (107 * 4)]* 2 * 103

CTU-2 =6,91 Mbps

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CONFORMACIÓN DE UNA TU-2 0 us

107 bytes

9 bytes

V1 = PTR1 V2 = PTR2 V3 = PTR3 V5 = POH del VC-2 R = bytes de relleno

214

320

V4

107

213

V3

0

106

V2

321

427

V1

10 0 V2

22 11

106 94

1 byte

125 us

250 us

375 us

500 us

8R

8R

8R

C2

V5

12 bytes

VC-2 TU-2

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Unidad Tributaria TU-12

l  Se conforma de manera similar a la analizada para la estructuración de una TU-2.

l  La capacidad de transporte de una TU-12 es 2,304 Mbps.

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CONFORMACIÓN DE UNA TU-12

0 us

35 bytes 9 bytes

V1 = PTR1 V2 = PTR2 V3 = PTR3 V5 = POH del VC-12 R = Bytes de relleno

70

104

V4

35 69

V3

0 34

V2

105

139

V1 1 byte

125 us

250 us

375 us

500 us

8R

8R

8R

C-12

V5

4 bytes

106 105 V1

139 1 0 V2

34 36 35 V3

69 71 70 V4

104

VC-12 TU-12

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Diagrama de Multiplexación C-4

C-3

C-2

C-11

C-12

VC-2

VC-11

VC-12

TU-2

TU-11

TU-12

TUG-2

VC-3 TU-3 TUG-3

VC-4 AU-4 AUG STM-N

STM-0 VC-3 AU-3

3X

3X

7X

7X

4X

3X

149.670

48.960 49.152

48.384

6.784 6.848 6.912

2.176 2.240

1.600 1.664

49

Multiplexación TUG-3 en VC-4

A B C A B C D A B C A B C D

TUG-3(A) TUG-3(B) TUG-3(C) 1 86 86 1 86 1

1 2 3 4 5 6 7

… …

258

RELLENO FIJO

POH DE VC-4

9

50

Multiplexación TUG-3 en VC-4

l  El TUG-3 está formado por 9 filas de 86 bytes cada una.

l  Tres TUG-3 se pueden entrelazar por octetos para ocupar el payload útil del VC-4.

l  El VC-4 estará constituido por 9 filas de 258 columnas, a las que se sumará una columna asignada para el POH y dos columnas de relleno.

51

Multiplexación TU-3 en TUG-3

R E L L E N O

FIJO

H1 H2 H3

86 columnas

3

6

J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1

C-3

VC-3 POH DE VC-3

TUG-3

52

Multiplexación TU-3 en TUG-3

l  Una TU-3 consta de un C-3, un POH y un puntero.

l  Para la multiplexación de una TU-3 en un TUG-3, la primera columna del TUG-3 se asigna al puntero del TU-3 (octetos H1, H2, H3 y 6 octetos de relleno fijo).

l  La fase del VC-3 con respecto al TUG-3 viene dada por el puntero de la TU-3.

53

Multiplexación de 7 TUG-2 mediante TUG-3

R E L L E N O

FIJO

H1 H2 H3

86 columnas

VC-2(7)

TUG-2

TUG-3

R E L L E N O

FIJO

POH

PTR de TU-2

VC-2(1)

POH

54

Multiplexación de 7 TUG-2 mediante TUG-3

l  Mediante un TUG-3 se puede multiplexar un grupo de siete TUG-2, donde el TUG-3 es una estructura de 9 filas por 86 columnas.

l  Las dos primeras columnas del TUG-3 son de relleno fijo.

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R E L L E N O

FIJO

Multiplexación de 7 TUG-2 en un VC-3

85 columnas

VC-2(7)

TUG-2

VC-3

POH

PTR de TU-2

VC-2(1)

POH

56

Multiplexación de 7 TUG-2 en un VC-3

l  En un VC-3 se puede multiplexar un grupo de siete TUG-2.

l  El VC-3 está formado por el C-3 y un POH. l  Un TUG-2 individual tiene una ubicación fija

en el VC-3. l  La primera columna del VC-3 es de un

relleno fijo.

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Procesos de Multiplexación SDH

l  STM-1 ………… 155 520 kbps l  STM-4 ………… 622 080 kbps l  STM-16 ……….. 2 488 320 kbps

STM-1 #1

STM-1 #2

STM-1 #3

STM-1 #4

AAAA….

BBBB….

CCCC….

DDDD….

ABCDABCD….

58

Carga del VC-4 con una señal plesiócrona a 140 Mbps

SOH

PTR de AU-4

SOH

270 bytes 261 bytes 9 bytes

3

1

5

Z5

20 BLOQUES DE 13 BYTES

Z4 Z3 H4 F2 G1 C2 B3 J1

……………………..

POH DEL VC-4

VC-4

STM-1

BLOQUE DE 13 BYTES

59

Descripción del POH

J1 B3 C2 G1 F2 H4 Z3 Z4 Z5

J1: Verifica la conexión del VC al camino B3: (bits de paridad), para controlar la tasa de errores de bit del camino. C2: Indica la composición de la carga útil G1: Lo utiliza el receptor para devolver al transmisor el estado de la señal recibida. F2: Canal reservado para el usuario, proporcionando un canal de comunicación de datos. H4: Indica si la carga útil es o no parte de una multitrama. Z3,Z4,Z5: Disponibles para uso nacional

60

Sistema de protección lineal

Línea de protección

Línea 1

Línea 2

Línea 3