TECNOLOGÍA DE TELECOMUNICACIONES PDH, SDH Y DWDM

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1 TECNOLOGÍA DE TELECOMUNICACIONES PDH, SDH Y DWDM A D M I N I S T R A C I Ó N D E R E D E S C A P Í T U L O 3 : I N T E G R A C I Ó N E L A B O R Ó : I N G. M A. E U G E N I A M A C Í A S R Í O S

2 DEFINICIÓN La Jerarquía Digital Plesiócrona, conocida como PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), es una tecnología usada en telecomunicación para transportar grandes cantidades de información mediante equipos digitales de transmisión que funcionan sobre fibra óptica, cable coaxial o radio de microondas.

3 MULTIPLEXACIÓN Es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor(es un circuito que equivale a un conmutador). El proceso inverso se conoce como desmultiplexación. Existen varias clases de multiplexación: 1. Multiplexación por División de Frecuencia (MDF, Frequency Division Multiplexing), utilizada en sistemas de transmisión analógicos. Mediante este procedimiento, el ancho de banda total del medio de transmisión es dividido en porciones, asignando cada una de estas fracciones a un canal.

4 MULTIPLEXACIÓN 2. Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED. Los primeros sistemas WDM combinaban tan sólo dos señales. Los sistemas modernos pueden soportar hasta 160 señales y expandir un sistema de fibra de 10 Gb/s hasta una capacidad teórica total de 1,6 Tbit/s sobre un solo par de fibra.

5 IMPACTO DE LA TECNOLOGÍA En los últimos años ha sido muy común hablar de nuevos servicios de telecomunicaciones a parte de los ya tradicionales. Las necesidades de nuevos servicios, básicamente han sido creados por la creciente demanda de los usuarios que día a día van en aumento. Esto ha ocasionado que los operadores de redes de telecomunicaciones busquen modificar u optimizar sus redes. Para lo cual fue necesario el diseño y estandarización de nuevos equipos capaces de poder dar solución a estos nuevos retos.

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7 ESTRUCTURAS DE MULTICANALIZACIÓN El desarrollo de los sistemas de transmisión digital empezó a principios de los años 70s, y fueron basados principalmente en el método de modulación PCM. A principios de los 80s los sistemas digitales se hicieron cada vez más complejos, tratando de satisfacer las demandas de tráfico de esa época. La demanda fue tal alta que en Europa se tuvieron que aumentar las jerarquías de tasas de transmisión de 140 Mbps a 565 Mbps. El problema era el alto costo del ancho de banda y de los equipos digitales. La solución era crear una técnica de modulación que permitiera la combinación gradual de tasas no síncronas (referidas como pleosiocronos), lo cual derivó al término que conocemos hoy en día como PDH

8 PDH (JERARQUÍA DIGITAL PLESIÓCRONA)

9 LA INFRAESTRUCTURA PDH PDH define un conjunto de sistemas de transmisión que utiliza dos pares de alambres y un método de multicanalización por división de tiempo (TDM) múltiples canales de voz y datos digital. Plesiocrono se origina del griego plesio ("cercano" o "casi") y cronos ("reloj"), el cual significa que dos relojes están cercanos uno del otro en tiempo, pero no exactamente el mismo.

10 ESTANDARES PDH T1: El cual define el estándar PDH de Norteamérica que consiste de 24 canales de 64 Kbps (canales DS-0) dando una capacidad total de Mbps E1: El cual define el estándar PDH europeo. E1 consiste de 30 canales de 64 Kbps y 2 canales reservados para la señalización y sincronía, la capacidad total nos da Mbps J1: El cual define el estándar PDH japonés para una velocidad de transmisión de Mbps consistente de 24 canales de 64 Kbps La longitud de la trama del estándar J1 es de 193 bits (24 x 8 bit, canales de voz/datos más un bit de sincronización), el cual es transmitido a una tasa de 8000 tramas por segundo. Así, 193 bits/trama x 8000 tramas/segundo =1,544,000 bps o Mbps

11 DEBILIDADES DE PDH No existe un estándar mundial en el formato digital, existen tres estándares incompatibles entre sí, el europeo, el estadounidense y el japonés. No existe un estándar mundial para las interfaces ópticas. La interconexión es imposible a nivel óptico. La estructura asíncrona de multicanalización es muy rígida Capacidad limitada de administración

12 Jerarquías europea (E1), norteamericana (T1) y japonesa (J1) PDH se basa en canales de 64 kbps. En cada nivel de multiplexación se van aumentando el número de canales sobre el medio físico. Es por eso que las tramas de distintos niveles tienen estructuras y duraciones diferentes. Además de los canales de voz en cada trama viaja información de control que se añade en cada nivel de multiplexación, por lo que el número de canales transportados en niveles superiores es múltiplo del transportado en niveles inferiores, pero no ocurre lo mismo con el régimen binario.

13 Jerarquías europea (E1), norteamericana (T1) y japonesa (J1) Existen tres jerarquías PDH: la europea, la norteamericana y la japonesa. La europea usa la trama descrita en la norma G.732 de la UIT-T Mientras que la norteamericana y la japonesa se basan en la trama descrita en G.733. Al ser tramas diferentes habrá casos en los que para poder unir dos enlaces que usan diferente norma haya que adaptar uno al otro, en este caso siempre se convertirá la trama al usado por la jerarquía europea. En la tabla que sigue se muestran los distintos niveles de multiplexación PDH utilizados en Norteamérica (Estados Unidos y Canadá), Europa y Japón.

14 ESTRUCTURA DE PDH NIVEL MULT. N MULT. B VELOCIDAD (MBIT/S) CONTINENTE ABREVIACIÓN PAÍS EEUU/Japón Europa EEUU Europa Europa EEUU/Japón EEUU/Japón Europa DS1 E1 DS2 E2 E3 DS3 - E4 SISTEMA DE TRANSMISIÓN 4 hilos de cobre trenzado Radioenlace a corta distancia Fibra multimodo o cables coaxiales Fibra monomodo o radioenlace Fibra monomodo

15 Los multiplexores E1 trabajan con velocidades máximas de 2Mbit/s y son capaces de multiplexar canales de velocidades múltiplos de 64Kbit/s. Multiplexores E1

16 Multiplexores DH Los multiplexores PDH operan con velocidades de 34Mbit/s (E3). DM16E1 - DM4E1

17 SDH (Synchronous Digital Hierarchy /Jerarquía Digital Sincrónica)

18 ANTECEDENTES Estándar internacional de comunicaciones para redes de transmisión de alta capacidad desarrollado por la ITU. Fue el primer esfuerzo por estandarizar las comunicaciones de voz de forma de eliminar las desventajas en PDH. Permite el transporte de muchos tipos de tráfico tales como voz, video, multimedia y paquetes de datos como los que genera IP. Gestiona el ancho de banda eficientemente mientras porta varios tipos de tráfico, detecta fallos y recupera de ellos la transmisión de forma transparente para las capas superiores.

19 Las principales características que se encuentran en el sistema de red de transporte SDH son: Multiplexación Digital: Permite que las señales analógicas sean portadas en formato digital sobre la red. Permite monitorizar errores. Fibra óptica: Es el medio físico utilizado, tiene mucha mayor capacidad de portar tráfico. Esquemas de protección: Aseguran la disponibilidad del tráfico, el tráfico podría ser conmutado a otra ruta alternativa si existiera falla.

20 Las principales características que se encuentran en el sistema de red de transporte SDH son: Sincronización: Se debe proporcionar temporización sincronizada a todos los elementos de la red para asegurarse que la información que pasa entre nodos no se pierda. Gestión de red: Un operador puede gestionar una gran variedad de funciones tales como la demanda de clientes y la monitorización de la calidad de una red. Topologías en anillo: Si un enlace se pierde hay un camino alternativo por el otro lado del anillo.

21 Modelo de capas SDH Modelo ITU A Red de transporte B Capas SDH A Circuito B Servicio de telefonía básica Servicio de acceso a Internet Servicio ATM Trayecto Trayecto SDH VC-1n Trayecto SDH VC-3 Transmisión Red de fibra óptica Red de transmisión vía radio

22 Modelo de capas SDH Capa de circuitos Redes de la capa de circuitos Capas de transporte SDH Capa de trayecto Capa de medios de transmisión Trayecto de orden inferior LOP Trayecto de orden superior HOP Capa de sección Capa de medios físicos VC-11 VC-12 VC-2 VC-3 VC-3 VC-4 Capa de la sección de multiplexación Capa de la sección de regeneración Capa de medios físicos

23 Mbps SMT SMT SMT SMT SMT , Trama SDH (STM-N)

24 MULTIPLEXACION Y ENCAPSULACION El encapsulamiento de circuitos se lleva a cabo en las señales y servicios que se desean transportar de extremo a extremo, los cuales pueden ser de distintas velocidades. Se etiqueta añadiendo información a la que se denomina POH, formando así el Contenedor Virtual (VC). Se añade un puntero al VC que indica su posición dentro de la señal global. Formando: Unidad Tributaria (TU) LOP Unidad Administrativa (AU) HOP Carga VC AU POH AUOH

25 La estructura de multiplexación define como la información es estructurada para construir un STM-1. En la multiplexación y generación de las tramas SDH se prevén dos estados de multiplexación en cascada, el primero a nivel de Unidad Tributaria, TU, y otro a nivel de Unidad Administrativa, AU, donde es posible realizar un proceso de sincronización de los flujos numéricos destinados a construir la trama SDH, ambos forman grupos denominados TUG o AUG. Señales PDH SDH STM-1 STM-4 STM-N Acceso OH Sincronización etc.

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27 ELEMENTOS Dentro de la estructura de una red SDH existen diferentes procesos que son efectuados por dispositivos. LTM (Linea Terminal Multiplexer): Es un elemento que se utiliza en un enlace punto a punto. Implementara únicamente la terminación de línea y la función de multiplexar o desmutiplexar varios tributarios en una línea STM-N. ADM (Add-Drop Multiplexer): Sirven para insertar o extraer un tributario al flujo de la línea STM-N, se utilizan en nodos intermedios de las cadenas de transmisión SDH.

28 Regeneradores: Las señales que viajan a lo largo de un enlace de transmisión acumulan degradación y ruido. Los regeneradores convierten la señal óptica en eléctrica y la "limpian" o regeneran. La señal regenerada es convertida de nuevo a señal óptica para ser transmitida. DXC (Digital Cross-Connect): Su función es interconectar flujos, incorporan funciones de multiplexión y terminación de línea. La función principal de los DXC se denomina grooming y se trata del agrupamiento conjunto del tráfico de características similares en cuanto destino, tipo de tráfico.

29 ADM Topología anillo Reserva ADM Unidireccional Bidireccional Doble anillo a prueba de fallos

30 DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing - Multiplexación por división en longitud de onda densa)

31 WDM (Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología de telecomunicaciones que transporta varias señales sobre una única fibra óptica, empleando para cada señal una longitud de onda (portadora) diferente.

32 A qué se debe el desarrollo de esta tecnología? Las telecomunicaciones hacen un uso extensivo de las técnicas y medios ópticos. Debido a la necesidad de poder transferir volúmenes grandes de información. El desarrollo de la comunicación vía fibra óptica sigue creciendo a pasos agigantados. La modulación de onda permite la transmisión de señales análogas o digitales de hasta unos pocos GigaHertz o Gigabits por segundo en una portadora de una frecuencia muy alta, típicamente de 186 a 196 RHz.

33 Por todo lo anterior, DWDM se vuelve la solución inevitable, no solo para aumentar la capacidad de transmisión a un costo bajo, sino que también para la conmutación y encaminamiento de las señales en el medio óptico.

34 Cómo funciona DWDM? DWDM esta basado en la multiplexión por división de frecuencia (FDM), o multiplexación por división de longitud de onda (WDM). Este concepto de WDM se conoce desde por lo menos el año de La tecnología WDM, se puede considerar densa o DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing, a partir de 16 portadoras (canales). DWDM esta reservado para ondas muy cercanas en cuanto a longitud de onda (tipicamente menor que 100 GHz corresponden a 0.8 nm a una longitud de onda de 1.5 um).

35 Cómo funciona DWDM? Con WDM, es posible mantener la emisión de varias fuentes (señales) de diferentes longitudes de onda l1, l2, l3,, ln sobre la misma fibra óptica. Después de la transmisión sobre la fibra, las señales l1, l2, l3,, ln pueden ser separadas a través de diferentes detectores en el extremo de la fibra. Los componentes a la entrada deben inyectar las señales provenientes de las diferentes fuentes en la fibra con la menor perdida posible: Este es el multiplexor. El componente que separa las longitudes de onda es el demultiplexor.

36 Cómo funciona? La idea de transmitir varias señales de distinta longitud de onda se ve sencilla, pero los problemas técnicos a ser resueltos fueron difíciles, y les llevo una significante cantidad de tiempo a los expertos para poder resolverlos. Cerca de 20 anos después, los primeros componentes prácticos para la multiplexación fueron propuestos primeramente en los Estados Unidos, Japón, y Europa. En 1977, el primer componente pasivo fue desarrollado por Tomlinson y Aumiller.

37 Cómo funciona? La tecnologia DWDM utiliza la banda de 1550 nm ya que es sobre la que trabajan los actuales Amplificadores Opticos: banda C, entre 1530 y 1560 nm banda L, entre 1565 y 1630 nm

38 Componentes de un sistema DWDM

39 Componentes de un sistema DWDM Demultiplexor Los multiplexores por división densa de longitud de onda, típicamente de 32 canales espaciadas a 100 GHz, son ampliamente usados en las redes ópticas de telecomunicaciones.

40 Componentes de un sistema DWDM Equipo terminal WDM: Transmisión Transponedor de transmisión: Convierte la longitud de onda de cada señal óptica de entrada a la longitud de onda especifica que es función del canal asignado. Multiplexor óptico: Multiplexa las N señales de diferentes longitudes de onda de en una única señal óptica WDM. Amplificador óptico de potencia, booster: Amplifica la señal óptica multiplexada, antes de su transmisión por la fibra óptica.

41 Componentes de un sistema DWDM Equipo terminal WDM: Recepción Preamplificador óptico: Amplifica la señal óptica recibida de la fibra óptica, antes de su demultiplexacion. Demultiplexor óptico: Separa la señal óptica recibida en N señales de diferentes longitudes de onda, filtrando la señal de cada portadora. Transponedor de recepción: Para cada portadora, convierte la longitud de onda especifica en una señal óptica de salida de longitud de onda.

42 Componentes de un sistema DWDM Transponedor de recepción Regenerador

43 Componentes de un sistema DWDM Amplificador óptico

44 Ventajas de la tecnología Resolver el problema de la capacidad de transmisión en redes ópticas. DWDM permite que las empresas comiencen a utilizar aplicaciones que por limitantes de ancho de banda no podrían ser implantadas. El costo de su implementación es bajo. Con DWDM es sumamente sencillo expandir las redes existentes y aumentar la capacidad de transporte, lo cual se traduce en poder brindar mas servicios, poder llegar a mas clientes y ser mas competitivos.

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