JERARQUIA SDH APLICADA A MICROONDAS

Transcripción

1 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACION CULTURA Y DEPORTE UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACIN POSTGRADO TELEMATICA MARACAIBO - ESTADO ZULIA JERARQUIA SDH APLICADA A MICROONDAS INTEGRANTES: Ricardo Alvarez, C.I: Dennis Gandica C.I: Frank Guanipa C.I: Sección: L111 Profesor: MCs. Luis Molero Maracaibo, Abril de 2009

2 INTRODUCCION Los sistemas de Microondas han venido evolucionando en el tiempo a la par de los avances tecnológicos, pero fundamentalmente su desarrollo se debe a las necesidades de nuestra sociedad que demandan mayor interconexión y servicios donde se requieren mayores anchos de banda para cumplir con dichas necesidades. Esto ha dado lugar al desarrollo de nuevas tecnologías de enlaces, las cuales evolucionaron desde sus inicios con enlaces analógicos, los cuales manejaban anchos de banda de muy baja capacidad. Posteriormente estas necesidades sociales requirieron mayores anchos de banda lo que implico el desarrollo de enlaces digitales para poder cumplir con las mismas. Cuando hablamos de Microondas como tecnología de transmisión de datos la misma no escapa de esta realidad, desarrollándose en el campo digital para poder garantizar el manejo y operación de anchos de banda que en otrora era inimaginable. Claro está que esta transición no se realizo de manera inmediata, sino que a medida en que la tecnología ofrecía respuestas, las microondas crecieron pasando de la jerarquía PDH (Jerarquía Digital Plesiosíncrona) hasta la actual SDH (Jerarquía Digital Síncrona). Tenemos entonces que la tecnología de SDH surge como respuesta a estas necesidades de anchos de banda mayores que en la actualidad soportan servicios de: telefonía, video, datos, Internet y por consiguiente todos los beneficios de los sistemas de transmisión digital. Desarrollaremos entonces como base del presente artículo el tema de la Jerarquía Digital Síncrona en Microondas donde haremos un recorrido por su Origen, Estructura de Multiplexacion, Elementos de un Sistema de Transmisión Síncrona, sus Tramas y por último los Sistemas de Protección y Calidad de Servicio.

3 RESUMEN Alvarez, R, Gandica D. y Guanipa, F. SDH es una tecnología de punta que opera en la capa física del modelo OSI la cual funciona de manera síncrona, donde su principal fortaleza es el manejo de grandes anchos de banda. Dentro de los elementos que la conforman tenemos la Terminación de línea, multiplexación y cross-conexión. La trama que utiliza está estructurada en base a una sincronización proveniente de un reloj maestro. Los sistemas Microondas basados en SDH no son inmunes a los fallos de diferentes índoles por lo cual disponen de mecanismos de recuperación y tolerancia a fallos que les permiten ser seguros. Como principal ventaja en la utilización de ésta tecnología es que dispone de enrutamiento automático del trafico en caso de falla, gestión de inteligente de su red que le permite una administración flexible de una gran variedad de servicios. El estándar SDH posee una estructuras de redes abiertas haciéndola compatible con diferentes tecnologías. Palabras Claves: Enlace, Microondas, SDH, Síncrono.

4 QUE ES SDH? SDH y el equivalente norteamericano SONET son las tecnologías dominantes en la capa física de transporte de las actuales redes de Microondas. Su misión es transportar y gestionar gran cantidad de tipos de tráfico diferentes sobre la infraestructura física. Esencialmente, SDH es un protocolo de transporte (primera capa en el modelo OSI) basado en la existencia de una referencia temporal común (Reloj primario), que multiplexa diferentes señales dentro de una jerarquía común flexible, y gestiona su transmisión de forma eficiente a través de microondas, con mecanismos internos de protección. Usando como referencia el modelo OSI, SDH es comúnmente visto como un protocolo de nivel uno, es decir, un protocolo de la capa física de transporte. En este papel, actúa como el portador físico de aplicaciones de nivel 2 a 4, esto es, es el camino en el cual tráfico de superiores niveles tales como IP o ATM es transportado. En palabras simples, podemos considerar a las transmisiones SDH como tuberías las cuales portan tráfico en forma de paquetes de información. Estos paquetes son de aplicaciones tales como PDH, ATM o IP. SDH permite el transporte de muchos tipos de tráfico tales como voz, video, multimedia, y paquetes de datos como los que genera IP. Para ello, su papel es, esencialmente, el mismo: gestionar la utilización de la infraestructura de microondas. Esto significa gestionar el ancho de banda eficientemente mientras porta varios tipos de tráfico, detectar fallos y recuperar de ellos la transmisión de forma transparente para las capas superiores.

5 ESTRUCTURA SDH MULTIPLEXACION La estructura de multiplexación SDH define cómo la información es estructurada para construir un marco STM-1. Este modo de mapeo de contenedores en una señal STM-N es definido por las recomendaciones de la ITU-T, hechas públicas desde Los contenedores son empaquetados en STMs por elementos de red. Para que los elementos de red en el extremo contrario extraigan un contenedor virtual, éste debe conocer la localización exacta del contenedor virtual dentro del área de carga útil del STM. Un puntero denota esta ubicación. En una red sincrona todo el equipamiento está sincronizado mediante un reloj único para toda la red. La temporización de una señal plesiosíncrona colocada dentro de un contenedor virtual puede variar en frecuencia o fase con respecto al reloj de red. Como resultado de esto, la localización de un contenedor virtual en una estructura STM

6 puede no ser fija, por lo que el puntero asociado con cada contenedor virtual indica su posición dentro del área de carga útil del STM. La estructura SDH: La señal STM-1, el elemento básico del SDH, comprende 2430 bytes de información. Esto está distribuido en 270 columnas por 9 filas. Dentro de ellos están contenidos la carga útil del STM-1, los punteros y las cabeceras de sección. La construcción del área de carga STM es definida por la estructura mapeada SDH. Las tasas de transmisión de los clientes son mapeadas en contenedores ( C ) y una cabecera de camino (POH) añadida para dar lugar a un contenedor virtual (VC). Estos formarán Unidades Tributarias (Tributary Units o TU) las cuales consisten en contenedores virtuales más el puntero. El puntero indica la posición de contenedor virtual dentro de la unidad tributaria. La unidad tributaria es empaquetada en Grupos de Unidades Tributarias (Tributary Units Groups o TUGs) y finalmente en Grupos de Unidades Administrativas (Administrative Unit Groups o AUGs) de acuerdo a las reglas de estructura de multiplexaxión SDH. Las reglas SDH de multiplexación aseguran que la posición exacta de un contenedor virtual contenido en el área de carga útil puede ser identificado por cada nodo. Esto tiene la ventaja de que cada nodo puede directamente acceder a un contenedor virtual de la carga útil sin necesitar desmontar y volver a construir la estructura de carga. Siguiendo estas reglas de multiplexación, una señal STM-1 puede ser constituida de diferentes modos. Los VC-4 que formarán la carga útil de la estructura STM pueden contener una señal PDH de 140 Mbps, tres señales PDH de 34 Mbps sesenta y tres señales PDH de 2 Mbps o combinaciones de ellas, de modo que la capacidad total no sea excedida. Cuando son necesarias tasas de transmisión

7 mayores que STM-1, éstas son obtenidas usando un simple esquema de concatenación de bytes, alcanzando tasas de 622 Mbps (STM-4), 2.5 Gbps (STM- 16) y 10 Gbps (STM-64). SENAL ELECTRICA ANCHO DE BANDA (MBPS) EQUIVALENCIA SDH EQUIVALENCIA EN E1 STS-1 51,84 STM-0 - STS-3 155,52 STM-1 63 STS-9 466, STS ,08 STM STS , STS , STS , STS ,32 STM STS , STS ,28 STM STS , STS , STS ,12 STM STS , STS , Tabla de Equivalencias. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TRANSMICION SINCRONA Existen tres funciones básicas en los equipos de transmisión SDH: Terminación de línea, multiplexación y cross-conexión. Terminación de línea/transmisión: En una dirección la señal digital tributaria es terminada, multiplexada y transmitida en una señal de mayor velocidad. En la dirección opuesta, la señal de mayor tasa de transmisión es terminada, demultiplexada y reconstruida la señal digital de tributario. Esta es la tarea de terminales de línea. Las redes de transmisión síncrona usan típicamente fibra óptica como enlaces de transporte físico así que esto requiere la terminación y transmisión de señales ópticas.

8 Multiplexación: Es la combinación de diversas señales de baja velocidad en una única señal de alta velocidad, con lo cual se consigue una máxima utilización de la infraestructura física. Los sistemas de transmisión síncronos emplean la Multiplexación por División en el Tiempo (TDM). En sistemas PDH las tareas de terminación, multiplexación y transmisión requieren diferentes módulos independientes de equipamiento, pero en SDH estas funciones pueden ser combinadas en un único elemento de red. Cross-Conexiones: Las cross-conexiones en una red síncrona suponen el establecer interconexiones semi-permanentes entre diferentes canales en un elemento de red. Esto permite que el tráfico sea enviado a nivel de contenedor virtual. Si el operador necesita cambiar los circuitos de tráfico en la red, el encaminamiento puede conseguirse cambiando conexiones. Esta descripción podría sugerir que una cross-conexión es similar a una conmutación de circuito, pero hay diferencias fundamentales entre ellas. La principal diferencia es que una conmutación trabaja como una conexión temporal la cual se realiza bajo el control de un usuario final, mientras que una crossconexión es una técnica de transmisión usada para establecer conexiones semipermanentes bajo el control del operador, a través de su sistema de gestión de red. El operador cambiará esta conexión semi-permanente según cambie el patrón del tráfico. La función de cross-conexión no significa la necesidad de bloques de equipamiento independientes. La funcionalidad de cross-conexión SDH puede residir en casi cualquier elemento de red, siendo el más obvio el multiplexor adddrop. TRAMA SDH En sistemas síncronos todos los elementos del sistema están sincronizados al

9 mismo reloj maestro por lo que la justificación no es necesaria para tener una tasa de bits común previa a la multiplexación. La tasa de transmisión básica de SDH estándar es 155,520 Mbps (STM-1). La trama STM-1 consiste en 2430 bytes, los cuales corresponden con una duración de 125 us. también están definidas tres tasas de bits de mayor velocidad como son 622,08 Mbps (STM-4), 2488,32 Mbps (STM-16) y 9953,28 Mbps (STM-64). La trama STM-1 está estructurada como 270 columnas (bytes) por 9 filas en las que las nueve primeras columnas de la estructura corresponden con la cabecera de sección, y las restantes 261 columnas son el área de payload. La jerarquía digital sincronía elimina la necesidad de un número de niveles menores de multiplexación definido en PDH. Los tributarios de 2 Mbps son multiplexados a nivel de STM-1 en un solo paso. De todos modos, para mantener la compatibilidad con equipos no síncronos, las recomendaciones SDH definen métodos de subdivisión del área de payload de la trama STM-1 de varias formas, de modo que puedan portar diversas combinaciones de señales tributarias, tanto síncronas como asíncronas. Usando este método, los sistemas de transmisión síncrona pueden acomodar señales generadas por equipamiento de varios niveles de jerarquía digital plesiosíncrona. Una trama STM-1 consta de 2430 bytes, los cuales pueden dividirse en tres áreas principales: El Área de Payload: Señales de todos los niveles de PDH pueden ser acomodadas en SDH empaquetándolas juntas en el área de payload de la trama STM-1. El proceso de empaquetado de señales PSH es un proceso multipaso que involucra un número de diferentes estructuras. El Puntero de Unidad Administrativa: Tras añadir la cabecera de camino al

10 contenedor virtual, se le posiciona en una unidad tributaria (TU) o una unidad administrativa (AU) con un puntero indicando al comienzo del contenedor virtual relativo al TU o al AU, según sea el caso. Los VC-1s y VC-2s son posicionados en TU mientras que los VC-4 son posicionados en un AU tal y como veíamos en la figura En Europa, los VC-3 son posicionados en TU-3 mientras que en SONET son posicionados en AU-3. Los AU s y los TU s son empaquetados en sus respectivos grupos; grupos de unidades tributarias (TUG s) para unidades tributarias y grupos de unidades administrativas para AU s. Los TUG s son multiplexados en contenedores virtuales de alto nivel. Los cuales, en su turno, son posicionados en AU s con un puntero indicando al inicio del contenedor virtual relativo al AU. Es el puntero AU el cual indica la posición del AU con relación a la trama STM-1 y forma parte del área de cabecera de sección de la trama. La Cabecera de Sección: Los bytes de la cabecera de sección (SOH) son usados para la comunicación entre elementos adyacentes de equipos síncronos. De este modo, además de ser utilizados para la sincronización de trama, también realizan una gran variedad de facilidades de gestión y administración. PROTECCION Y CALIDAD DE SERVICIO La gran capacidad de los enlaces SDH hace que un simple fallo de enlace pueda tener un impacto nocivo en los servicios proporcionados por la red si no se dispone de una protección adecuada. Una red resistente que asegure el tráfico que porta y que puede restaurarlo automáticamente ante cualquier evento de fallo es de vital importancia. Los sistemas de transmisión SDH permiten desplegar esquemas de protección estándar. Supervivencia: Una red puede ser descrita como superviviente si no hay un punto singular de fallo entre dos nodos. La provisión de una ruta principal y otra alternativa entre dos nodos finales de la red significa que la red es superviviente

11 en presencia de un punto de fallo único. Disponibilidad: Es la medida de la proporción de tiempo que la red está disponible para proporcionar servicios al cliente final. Indica con que frecuencia o consistencia la red puede proporcionar funciones de transporte en los cuales el servicio requerido es perfectamente empleable por el cliente final. Como esto es importante para el cliente, este factor contribuirá a la definición de nivel de servicio garantizado (SLA). El SLA es típicamente medido como un porcentaje de tiempo de una conexión en funcionamiento. Esto da cuenta de la supervivencia de una red, de la tasa de fallos de sus componentes y de los tiempos de reparación. Este término refleja la calidad de servicio promedio que un cliente final puede esperar de un operador. Para conseguir esta disponibilidad podemos tomar alguno de los siguientes caminos: - Protección de equipamiento: La disponibilidad del equipamiento puede ser implementada mediante aplicación de protecciones locales en el propio elemento de red. Por ejemplo, las alimentaciones, sistemas de reloj, o unidades tributarias pueden ser duplicadas. Una tarjeta en fallo será reemplazada por su protección automáticamente donde este esquema de protección esté presente. - Resistencia de red: Para incrementar la supervivencia de la red y por tanto la disponibilidad, los enlaces de red pueden ser protegidos. Procedimientos son aplicados para asegurar que el fallo de un enlace de transporte sea reemplazado por otro enlace en producción y que hay un camino alternativo ante la existencia de un fallo total de un nodo. Hay dos tipos de mecanismos utilizados para asegurar que el servicio pueda ser recuperado de esta manera: - Restauración: Esto es un proceso lento automático o manual la cual emplea capacidad extra libre entre nodos finales para recuperar tráfico después de la

12 pérdida de servicio. Al detectarse el fallo, el tráfico es reenrutado por un camino alternativo. El camino alternativo se encuentra de acuerdo con algoritmos predefinidos y generalmente emplea cross-conexiones digitales. Este proceso puede tomar algunos minutos. - Protección: En contraste, la protección abarca mecanismos automáticos con elementos de red, los cuales aseguran que los fallos sean detectados y compensados antes de que ocurra una pérdida de servicios. La protección hace uso de capacidad pre-asignada entre nodos y es preferible a la restauración porque la capacidad de reserva siempre estará disponible pudiendo ser accesible mucho más rápido. La disponibilidad puede ser mejorada provisionando un componente en stand-by que emplear en caso de fallo. Esta protección local es comúnmente aplicada en algunas unidades como son las de alimentación, generación de reloj, matriz de cross-conexión y tarjetas tributarias. Protección de Conexión de Subred (SNCP): SNCP es similar a camino de protección, pero en el cual, el camino de protección dedicado involucra conmutación en ambos extremos del camino, mientras que la conmutación SNCP puede ser iniciada en un extremo de la ruta y llegar hasta un nodo intermedio. La red puede ser descompuesta con un número de subredes interconectadas. Con cada protección de subred se proporciona un nivel de ruta y la conmutación automática de protección entre dos caminos es proporcionada en las fronteras de subred.

13 CONCLUSION Luego del estudio realizado podemos indicar que la jerarquía SDH presenta una serie de ventajas respecto a la jerarquía digital plesiosíncrona (PDH). Algunas de estas ventajas son: El proceso de multiplexación es mucho más directo. La utilización de punteros permite una localización sencilla y rápida de las señales tributarias de la información. El procesamiento de la señal se lleva a cabo a nivel de STM-1. Las señales de velocidades superiores son síncronas entre sí y están en fase por ser generadas localmente por cada nodo de la red. Las tramas tributarias de las señales de línea pueden ser subdivididas para acomodar cargas plesiósícronas, tráfico ATM o unidades de menor orden. Esto supone mezclar tráfico de distinto tipo dando lugar a redes flexibles. Compatibilidad eléctrica y óptica entre los equipos de los distintos proveedores gracias a los estándares internacionales sobre interfaces eléctricos y ópticos.

14 BIBLIOGRAFIA Frenzel, Sistemas Electrónicos de Comunicaciones Alfaomega grupo Editor, s.a. de c.v. Bara Temes, Javier. Circuitos de Microondas con líneas de transmisión Alfaomega, Edicions UPC Universidad Politécnica de Catalunya. Mini-Link E. Instalallation Manual. Ericsson. MicroStar E. 15/23 Ghz 2 Mbit/s Digital Radio. Instruction Manual. Harris. MicroStar L 13/15/18/23 Ghz with 1-RMS IDU Digital Radio Instruction Manual. Harrys.