Algo de PDH-SDH _16-5-2015_

Resumen Terico sobre PDH, SDH y NG-SDH (INCOMPLETO)

Ivn Jos Ilchischen 1/22 Mayo 2015

Introduccin. Hoy, comunicarse con cualquier lugar del mundo resulta algo natural. Pero esta posibilidad es el resultado de una larga cadena de innovaciones tecnolgicas que surgieron por una necesidad bsica del ser humano, comunicarse. El primer mtodo de comunicacin elctrica a larga distancia fue el telgrafo. En 1832, Samuel Morse (1791-1877) logr la primera forma eficiente del telgrafo. La transmisin se efectuaba mediante conductores sobre postes y no haba demasiados problemas en lo que se refera a la reproduccin de la seal recibida en el extremo alejado. Este sistema de comunicacin digital tena una velocidad de transmisin del orden de 0.5 bits por segundo (0.5[bps]). Si bien fue el primer sistema de comunicacin a larga distancia exitoso, nunca fue un sistema de comunicacin masivo. Dcadas mas tarde, ms especficamente en el ao 1871, Antonio Meucci y luego en 1876 Alexander Graham Bell presentan patentes de sistemas de comunicacin telefnica. Este sistema fue revolucionario ya que no se necesitaban conocimientos especiales o de intermediarios para el envo e interpretacin de mensajes. En 1878 se realiz la primer comunicacin telefnica punto a punto en la ciudad de Buenos Aires. A principios de 1881 se instalaron los primeros telfonos en distintos domicilios y establecimientos en la ciudad de Buenos Aires. La central telefnica instalada tena una capacidad de 20 abonados. A finales de 1881 ya se superaban las 200 lneas telefnicas. En 1912 se realiz el primer censo telefnico, que arroj un total de 54.777 abonados. En 1914 se instal en Crdoba la primer central de conmutacin automtica del pas (Basada en un conmutador Strowger,). La cantidad de lneas telefnicas se increment enormemente lo que hizo que sea necesario no solo aumentar las capacidades de las centrales telefnicas, sino tambin aumentar la capacidad de los enlaces telefnicos entre las distintas ciudades. Para lograrlo se tuvieron que abandonar los sistemas de transmisin en banda base y recurrir a tcnicas de multiplexacin por divisin de frecuencia. Cada canal telefnico tena un ancho de banda que iba de los 300[Hz] a los 3400[Hz] y se le asignaba una portadora que era modulada en amplitud. Estos sistemas de transporte analgicos tenan grandes problemas de ruido y atenuacin. Se necesitaban muchos amplificadores regeneradores para cubrir enlaces de decenas kilmetros. La primer solucin a estos inconvenientes fue la implementacin de enlaces digitales de comunicacin. El tratamiento de seales digitales es mas sencillo que el de seales analgicas, por lo tanto es posible mantener la integridad del mensaje de voz en distancias mucho mayores. A mediados del siglo XX se comenzaron a utilizar enlaces digitales, los cuales usaban tcnicas de multiplexacin por divisin de tiempo (TDM). La digitalizacin de un canal telefnico se realiza mediante un conversor A/D de 8 bits no uniforme que utiliza la Ley-A, con una frecuencia de muestreo de 8kHz. Esto nos da un perodo de 125us. La transmisin serial de cada canal requiere un ancho de banda de 64Kb/s. Se definieron 2 estndares para la multiplexacin de mltiples canales utilizando tcnicas TDM. En los Estados Unidos, Canad y Japn se multiplexan 24 canales de 64Kb/s, formando una trama de 1544 Kb/s denominada T1. En argentina se adopto el estndar europeo, en el cual se multiplexan 32 canales telefnicos, o time slots,



formando una trama denominada E1, con una tasa de transferencia de 2048Kb/s. La codificacin utilizada para una trama E1 es HDB3, con una tensin nominal de pico de 3V. La tasa de transferencia nominal es de 2.048Mbit/s, con una variacin mxima permitida de 50ppm. A su vez, estas tramas E1 son multiplexadas en seales de nivel superior para as lograr una mayor cantidad de canales por enlace. El primer estandar de multiplexacin fue PDH (Jerarqua Digital Plesicrona), el cual multiplexaba 4 seales para formar una de orden superior. As cuatro tramas E1 forman una E2, cuatro E2 forman una E3 y cuatro E3 forman una E4, siendo esta la seal de mayor ancho de banda utilizada en PDH. Dado que la tecnologa PDH tena ciertos inconvenientes, surgi un nuevo estndar el cual revolucion las redes digitales de transporte. SDH (Jerarqua Digital Sincrnica), a diferencia de PDH, utilizaba como medio de transporte a la fibra ptica. Esto, junto al hecho de que era un estndar internacional y los mtodos de proteccin de la red estaban completamente definidos, hizo que esta tecnologa se masifique a nivel mundial, reemplazando casi por completo a los sistemas PDH en redes de backbone. Con la proliferacin de computadoras y el surgimiento de nuevos tipos de servicios hubo un cambio en las necesidades de comunicacin. Debido a la naturaleza de los datos transmitidos por estos dispositivos, fue necesario adaptar las redes de transporte, originalmente diseadas para seales TDM, de forma tal de obtener redes altamente eficiente para el transporte de datos paquetizados. Debido a que la mayora de las redes nacionales e internacionales eran SDH, se tubo busc la forma de adaptar de forma eficiente y econmica el trafico paquetizado en redes TDM. El sistema ATM fue una de las soluciones, la cual no tubo el xito esperado debido a sus altos costos y a un rendimiento inferior al esperado. La solucin definitiva fue el mapeo de tramas Ethernet sobre SDH. A las redes SDH que permiten el transporte de paquetes se las conoce como NG-SDH o SDH de nueva generacin. Actualmente las centrales telefnicas TDM estn siendo reemplazadas por sistemas VoIP y las redes SDH estn siendo reemplazadas por sistemas DWDM los cuales poseen capacidades muy superiores a las que pueden brindar las redes SDH. Estas tecnologas estn diseadas desde cero para el transporte de paquetes. Sin embargo seguirn existiendo redes SDH por varios aos debido a su confiabilidad, gran versatilidad y tambin por el hecho de que en muchos casos sus costos no se han amortizado.



Estado de la Tcnica A continuacin se detallarn las distintas tecnologas involucradas en el proyecto.

Multiplexacin PDH: La jerarqua digital plesicrona (Plesiochronous Digital Hierarchy) es una tecnologa que permite aumentar aun ms la densidad de canales telefnicos en un nico medio, multiplexando varias tramas E1 usando tcnicas TDM. El trmino plesicrono se refiere al hecho de que en las redes PDH, la velocidad de cada una de las diferentes partes de la red no estn a la misma frecuencia, sino que hay una leve diferencia entre las frecuencias de cada una de las seales. Segn el sistema europeo, las tramas E1 se multiplexan de a cuatro. A continuacin se muestran las distintas jerarquas estndar (Tabla 1) y el proceso de multiplexasin y demultiplexasin (Ilustracin 1).

Jerarqua Velocidad Canales E1 2048 Kbit/s 30 E2 8448 Kbit/s 120 E3 34368 Kbit/s 480 E4 139264 Kbit/s 1920 E5 564992 Kbit/s 7680

Tabla 1 - Niveles de multiplexasin PDH

Ilustracin 1 - Esquema de multiplexacin PDH

La jerarqua E5 no llego a implementarse, ya que para esa poca se empezaron a implementar sistemas SDH. A su vez la trama E2 cayo en desuso, quedando solamente las tramas E1, E3 y E4 como estndares PDH actuales. Como se puede ver en la Tabla 1, las velocidades no son exactamente un mltiplo de la anterior. Por ejemplo, La velocidad de una trama E2 es de aproximadamente 8Mb/s, mientras que la de una E3 es de 34Mb/s. Estos bits extra, o de relleno, se le aaden a cada seal tributaria para realizar una justificacin y control, de forma tal que el otro extremo del enlace pueda determinar si los bits que recibe son datos o relleno. La justificacin es necesaria debido a que las seales tributarias no poseen exactamente la misma frecuencia, es decir, no estn sincronizadas. Para resolver este problema, se aadirn mas bits de relleno a los tributarios lentos, y menos a los tributarios rpidos. Las caractersticas elctricas para los sistemas PDH son similares para todas las jerarquas. Se definieron 2 impedancias caractersticas para las conexiones: 75Ohm para coaxiales y 120Ohm para par trenzado.



La codificacin utilizada es HDB3 para las tramas E1, E2 y E3, y CMI para las tramas E4. Ambos tipos de codificaciones buscan tener un mnimo de componente continua y un cambio alternado de la seal, aun ante presencia de largas secuencias de ceros o de unos. Esto permite que se pueda extraer la velocidad de reloj de una trama ante cualquier seal. Alarmas: Perdida de trama (LOS - Lost Of Signal): Esta alarma se disparar cuando el sistema detecte un BER (Bit Error Rate) inferior a 1x10-3. Esto puede ocurrir al cortarse o daarse un cable, degradarse el conector o ante un dao en el transmisor. Algunos criterios para la deteccin y desaparicin de la seal de LOS segn la norma G.775 son:

Se detecta una seal de LOS en una interfaz de 64 kbps cuando se tiene una ausencia de seal por un periodo de 31 us a 30 ms.

Se detecta una seal de LOS en una interfaz de E1 cuando se tiene una ausencia de seal por un periodo de 5 us a 1 ms.

Se detecta una seal de LOS en una interfaz de E2 cuando se tiene una ausencia de seal por un periodo de 1.2us a 1 ms.

Se detecta una seal de LOS en una interfaz de E3 cuando se tiene una ausencia de seal por un periodo de 0.3us a 1 ms.

Se detecta una seal de LOS en una interfaz de E4 cuando se tiene una ausencia de seal por un periodo de 36ns a 1 ms.

Seal de AIS (Alarm Indication Signal): Esta seal se genera al momento de establecer la alineacin entre 2 equipos, o cuando se interrumpi la conexin entre ambos. Es una secuencia de unos, por lo tanto en una codificacin HDB3, la seal elctrica resultante es una seal bipolar con una frecuencia de 2048 Khz. para una trama E1. Esta seal ser generada en un equipo, cuando este no reciba ninguna seal. Por lo tanto, Si un equipo muestra una alarma de LOS, implica que se esta generando una seal de AIS. Alarma de AIS: Esta alarma indica que lo que se est recibiendo es una seal de AIS.



Limitaciones de PDH: Esta tecnologa posee las siguientes desventajas:

Proceso de multiplexacin/demultiplexacin: El hecho de que no se tenga un sincronismo entre los tributarios, hace necesario el uso de bits de justificacin, por lo tanto la nica forma de extraer una seal de jerarqua inferior de una de jerarqua superior es demultiplexando la trama completa, ya analizando una trama de jerarqua superior es imposible distinguir las tramas de jerarqua inferior. Por lo tanto para extraer una trama E1 de una E4 se deben colocar 3 MUX de forma tal de extraer de la E4 las 4 tramas E3 que la conforman, luego demultiplexar nuevamente la E3 correspondiente para extraer las 4 E2, luego se debe demultiplexar la E2 correspondiente y extraer la E1 buscada. Finalmente se debe colocar otro grupo de 3 MUX para rearmar la trama E4. En la Ilustracin 2 se ejemplifica este proceso para mayor claridad. Este proceso resulta complicado, caro y posee grandes probabilidades de fallas. Esta rigidez estructural hace que en el caso de que se dae un puerto de un MUX, este quede inutilizado y deba ser reemplazado.

Velocidades no estndares: Existen 3 estndares PDH, el Europeo, el Norteamiercano y el Japons. La incompatibilidad entre las jerarquas hace muy complicada la interconexin entre pases.

Ausencia de un estndar ptico: El estndar PDH no contempla enlaces pticos. Si bien existen comercialmente sistemas PDH pticos (como el que se dispone en el laboratorio), estos sistemas generalmente no son compatibles entre los distintos fabricantes, lo que complica an ms el interfuncionamiento.

Ausencia de estndares de proteccin: Los sistemas PDH no poseen mecanismos estndar de proteccin ante el fallo de un enlace o de un equipo. Los mecanismos existentes son propietarios.

Ilustracin 2 - Add/Drop en PDH



Tecnologa SDH La jerarqua digital sncrona SDH (Synchronous Digital Hierarchy) es un conjunto de protocolos y estndares para la transmisin de seales digitales por fibra ptica. Naci para resolver los problemas vistos en PDH, pero manteniendo compatibilidad con este. La trama bsica de SDH es el STM-1, con una velocidad de 155Mb/s. Cada seal tributaria se encapsula en una estructura denominada contenedor virtual, al cual se le agregan cabeceras de control y de identificacin que permiten un proceso de multiplexacin y demultiplexacin mucho mas eficiente. Las tramas STM-1 se multiplexan de a cuatro y a nivel byte, sin ningn tipo de relleno, ya que todas las tramas STM-1 se encuentran sincronizadas. Los niveles superiores se denominan STM-4, STM-16, STM-64 y STM-256, con velocidades de 622Mb/s, 2.5Gb/s, 10Gb/s y 40Gb/s respectivamente.

Trama STM-1 Las tramas contienen informacin de cada uno de los componentes de la red: trayecto, lnea y seccin, adems de la informacin de usuario. Los datos son encapsulados en contenedores especficos para cada tipo de seal tributaria. A estos contenedores se les aade una informacin adicional denominada "tara de trayecto" (Path overhead), que consiste en una serie de bytes utilizados con fines de mantenimiento de red, y que dan lugar a la formacin de los denominados contenedores virtuales (VC). El resultado de la multiplexacin es una trama formada por 9 filas de 270 octetos cada una (270 columnas de 9 octetos). La transmisin se realiza bit a bit en el sentido de izquierda a derecha y de arriba abajo. La trama se transmite a razn de 8000 veces por segundo (cada trama se transmite en 125us). De esta forma se respeta el requerimiento de velocidad de transmisin para un canal telefnico. De las 270 columnas que forman la trama STM-1, las 9 primeras forman la denominada "tara o cabecera" (overhead), independiente de la tara de trayecto de los contenedores virtuales antes mencionados, mientras que las 261 restantes constituyen la carga til (Payload).



Ilustracin 3 - Organizacin de una trama STM-1 (Courtesy of Cisco Systems)

Section Overhead (SOH) Es un bloque de 9 x 9 bytes, formado por 3 partes: La tara de seccin de regeneracin (RSOH), La tara de seccin de multiplexacin (MSOH) y el puntero de Unidad Administrativa (UA). El RSOH contiene los bytes necesarios para la alineacin de trama, Monitoreo de errores entre regeneradores, Canales de servicio entre regeneradores y multiplexores y canales de propsito general. Los equipos regeneradores solamente analizan la informacin contenida en este sector del SOH. El MSOH posee canales similares al RSOH y adems agrega sealizaciones de conmutacin de proteccin automtica, estado de sincronismo, informe de errores en multiplexores remotos, canales de servicio y datos entre multiplexores.



Ilustracin 4 - Section Overhead and Path Overhead (Courtesy of Cisco Systems)

Path Overhead (POH) Monitorea la calidad e indica el tipo de contenedor virtual. Los bytes que se agregan dependern del tipo de contenedor virtual y se dividen en dos tipos:

Higher-order Path Layer

Byte Funcin 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 informacin 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 multitrama K3 Sealizacin APS de proteccin N1 Para propsitos especficos de administracin

Tabla 2 - Higher-order Path Layer



Lower-order Path Layer

Byte Funcin

V5 Correccin de errores, etiquetado de seal 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 propsitos especficos de managment K4 Reservado para un uso futuro

Tabla 3 - Lower-order Path Layer

Mapeo de seales PDH en SDH La Ilustracin 5 muestra el esquema de multiplexacin estndar para los sistemas PDH europeo y Norteamericano y los diferentes procesos.

Ilustracin 5 - Esquema de multiplexacin SDH segn ITU

La Ilustracin 6 muestra el esquema de multiplexacin europeo, similar al utilizado por los equipos de los laboratorios de nuestra facultad. (Alcatel 1641SM, Huawei Optix Metro 500 y Optix Metro 1000).

Ilustracin 6 - Esquema de multiplexacin utilizado por los equipos Huawei

Como puede verse en la Ilustracin 6, el proceso de mapeo de una trama E1 es el siguiente: Se inserta a la trama E1 en un contenedor del tipo C-12.



Este contenedor se introduce en un Contenedor Virtual del tipo VC-12, el cual contiene el Path Overhead que monitorear al contenedor C-12 a lo largo de toda la red. Se agrega un puntero al VC-12, y se forma una unidad tributaria del tipo TU-12. Tres TU-12 se multiplexan en una unidad tributaria del tipo TUG-2. Siete TUG-2 se multiplexan en una TUG-3. Para completar el STM-1, se multiplexan 3 TUG-3, formando una unidad administrativa del tipo AU-4. Por lo tanto, como puede verse, una trama STM-1 puede contener hasta 63 tramas E1. El proceso para la multiplexacin de tramas E3 y E4 es similar. Un STM-1 puede estar formado por 3 tramas E3 o 1 trama E1. Tambin es posible combinar tramas E1 y E3 en un STM-1. Pudindose tener 42 tramas E1 y una trama E3, o 21 tramas E1 y 2 tramas E3.

Punteros: En teora una red SDH debera ser perfectamente sncrona, pero esto es imposible de realizar en la prctica. Para resolver estos problemas se usan punteros, los cuales indican el inicio de un contenedor virtual. El puntero AU-n proporciona un mtodo para permitir la alineacin flexible y dinmica del VC-n dentro de la trama AU-n. El puntero TU-3 proporciona un mtodo para permitir la alineacin flexible y dinmica de VC-3 dentro de la trama TU-3, independientemente del contenido real del VC-3, mientras que los punteros TU-11, TU 12- y TU-2 proporcionan un mtodo para permitir la alineacin flexible y dinmica de VC-11, VC-12 y VC-2 dentro de las multitramas TU-11, TU-12 y TU-2, independientemente del contenido actual de VC-11, VC-12 y VC-2. Justificacin positiva del puntero: Una justificacin positiva del puntero se da cuando la frecuencia de entrada es menor que la de salida, por lo tanto se insertan bytes de relleno que no afectan a los datos. Los bytes de justificacin siempre se insertan en la misma ubicacin dentro de la trama. Justificacin negativa del puntero: Una justificacin negativa del puntero se da cuando la frecuencia de entrada es mayor que la de salida, los bytes H# pueden llevar informacin real del VC4 sin afectar a los datos de la carga til. Demasiado ajuste de punteros puede llegar a ocasionar jitter.

Sincronismo: La red de sincronismo es de vital importancia para el correcto funcionamiento de una red SDH. Existen distintas normas que definen los mecanismos de sincronismo en una red. Bsicamente, una red de sincronismo cuenta con un nodo principal, el cual posee una fuente de referencia de reloj de muy alta estabilidad. Esta fuente denominada SSU (Synchronization Supply Unit) esta referenciada a un reloj atmico de cesio, y genera dos seales de 2,048Mb/s, una principal y otra de respaldo. Tambin existe la posibilidad de tomar la seal de 1Hz proveniente de los satlites de GPS como fuente de sincronismo (Esto es posible con los equipos Huawei disponibles en el laboratorio COMLab de nuestra facultad). Los nodos esclavos tomaran la seal de sincronismo de los agregados STM-N, y el Byte S1 del MSOH indicar la calidad de la seal de



sincronismo recibida.

Fuentes de sincronismo: Entrada externa: En este puerto normalmente se conecta o una seal de reloj externa proveniente de un reloj de referencia primario (G.811), o BITS (G.812 trnsito o local), o el reloj de un sistema de conmutacin. Seal de lnea STM-N: El componente de la seal de reloj extrada de una seal de lnea puede ser utilizado como fuente de referencia, estando ste conectado hacia el este, hacia el oeste o hacia una direccin tributaria. Entonces, el byte S1 del SOH muestra el nivel de calidad del componente de reloj. Este, en cambio, muestra la seal de reloj que originalmente gener la seal de lnea STM- N, siempre y cuando la seal STM-N pueda ser encontrada desde G.811 o G.812 T, L, u otro. Seal PDH de 2 Mb/s en el tributario: Dos de las seales tributarias de 2 Mbit/s pueden ser seleccionadas como fuentes de referencia. Este sera el caso si, por ejemplo, el sistema SDH fuese instalado en un rea aislada con el reloj sncrono comunicado a travs de una seal de 2 Mbit/s generada por un PRC, o cuando el sistema SDH es sincronizado a un reloj ESS (sistema de conmutacin) en vez de PRC. Aparte de ser utilizado en modo de operacin esclavo, el circuito de reloj del NE tambin puede funcionar como una fuente de reloj independiente, para la cual existen dos modos de operacin: Modo de retencin: Mientras el circuito de reloj opera en modo esclavo, todos los parmetros como frecuencia, fase, etc. son memorizados. Cuando el circuito pierde contacto con la fuente de referencia, por alguna falla en la lnea por ejemplo, esta informacin almacenada facilita el flujo de operacin continua ininterrumpidamente. De este modo, se pueden evitar perturbaciones de transmisin causadas por cambios abruptos de frecuencia y de fase. Modo de operacin libre: El circuito de reloj que es bsicamente un VCXO (oscilador controlado por voltaje), opera libremente sin fuente de referencia. Este es una excelente opcin para un rea donde no haya una fuente de referencia de reloj disponible, y donde el sistema SDH se utilice de manera semejante al PDH.

Interfaces pticas: En la siguiente tabla se resumen las interfaces pticas estndar:

Intercentrales Aplicacin Intracentrales Corta Distancia Larga Distancia

Long de onda [um] 1310 1310 1550 1310 1550 Tipo de Fibra G.652 G.652 G.652 G.652 G.652/G.654 G.653 Distancia [km] < 2 15 40 80 STM-1 I-1 S-1.1 S-1.2 L-1.1 L-1.2 L-1.3 STM-4 I-4 S-4.1 S-4.2 L-4.1 L-4.2 L-4.3 STM-16 I-16 S-16.1 S-16.2 L-16.1 L-16.2 L-16.3

Tabla 4 - Tipos de Interfaces SDH



La potencia inyectada media en el punto de referencia S es la potencia media de una secuencia de datos seudo aleatorios acoplada a la fibra mediante el transmisor. Se expresa como una gama para permitir una cierta optimizacin de los costes y tener en cuenta los mrgenes de explotacin en condiciones de funcionamiento normalizadas, las degradaciones del conector del transmisor, las tolerancias en las mediciones y los efectos de envejecimiento. Estos valores permiten determinar los valores de sensibilidad y el punto de sobrecarga para el receptor en el punto de referencia R. El convenio adoptado para el nivel lgico ptico es el siguiente: La emisin de luz se representa por un "1" lgico. La ausencia de emisin se representa por un "0" lgico. Todos los equipos SDH pticos poseen una funcin denominada ALS (Autimatic Laser Shutdown). Este es un mecanismo de proteccin para los operadores del equipo, y para los tcnicos que reparan fibras en campo, el cual apaga los lseres en caso de que se produzca un corte de fibra, o una desconexin de la fibra. El objetivo es evitar daos a en la visin de los operarios.



Alarmas: En la Tabla 5 se resumen las distintas alarmas definidas para SDH segn distintas recomendaciones de ITU.

Anomalias/Defectos Criterios de deteccin

LOS Loss of Signal Drop of incomming optical power level causes high bit error rate OOF Out of Frame A1, A2 incorrect for 625 [s] LOF Loss of Frame If OOF persist for 3[ms] (to be defined)

RS BIP Reg. Section BIP Error (B1) Missmatch of the recovered and computed BIP-8 covers the whole STM-N frame

RS-TIM Reg. Section Trace Identifier Missmatch Missmatch of the accepted and expected trace identifier byte J0

MS BIP Multiplex Section BIP Error (B2) Missmatch of the recovered and computed NxBIP-24 covers the whole STM-N frame MS AIS Multiplex section AIS K2 (bits 6, 7, 8) = 111 for 3 frames

MS-REI Multiplex Section Remote Error Ind. Number of detected B2 errors in the sink side encoded in byte M1 of the source side MS-RDI Multiplex Section Remote Defect Ind. K2 (bits 6, 7, 8) = 110 for z frames (z = 3-5) AU-AIS Administrative Unit AIS All "1" in the AU pointer bytes H1, H2 AU-LOP Administratice unit Loss of Pointer 8 - 10 NDF enable, 8 - 10 Invalid pointers

HP-BIP Higher Order Path BIP Error (B3) Missmatch of the recovered and computed BIP-8 covers the entire VC-n

HP-UNEQ Higher Order Path Unequipped C2 = "0" for 5 frames

HP-TIM Higher Order Path Trace Identifier Missmatch Missmatch of the accepted and expected trace identifier J1

HP-REI Higher Order Path Remote Error Ind. Number of detected B3 errors in the sink side encoded in byte G1 (bits 1, 2, 3, 4) of the source side HP-RDI Higher Order Path Remote Defect Ind. G1 (bit 5) = "1" for z frames (z = 3, 5 or 10)

HP-PLM Higher Order Path Payload Label Missmatch Missmatch of the expected and accepted Payload Label yn the G2 byte TU-LOM Loss of Multiframe H4 (bits 7, 8) multiframe not recovered for X m, X = 1 - 5 [ms] TU-AIS Tributary Unit AIS All "1" in the TU pointer bytes V1, V2 TU-LOP Tributary Unit Loss of Pointer 8 - 10 NDF enable, 8 - 10 Invalid pointers LP BIP Lower Order Path BIP Error Missmatch of the LP-UNEQ Lower Order Path Unequipped

VC-3 C2 = "0" for 5 frames, VC-m (m = 2, 11, 12): V5 (bits 5, 6, 7) = "000"for 5 multiframes

LP-TIM Lower Order Path Trace Identifier Missmatch Missmatch of the accepted and expected Trace Identidier in Byte J1 (VC-3) or J2

LP-REI Lower Order Path Remote Error Ind.

VC-3: Number od detected B3 errors in the sink side encoded in G1 (bits 1, 2, 3, 4) of the sourde side, VC-m (m = 2, 11, 12): If one or mode BIP-2 errors detected in the sink side, Byte V5 (bit 3) = "1" on the source side

LP-RDI Lower Order Path Remote Defect Ind. VC-3: G1 (bit 5) = "1" for z frames, VC-m (m = 2, 11, 12): V5 (bit 8) = "1" for z frames (z = 3, 5 or 10)

LP-PLM Lower Order Path Payload Label Missmatch Missmatch of the accepted and expected Payload Label in Byte C2 or V5 (bits 5, 6, 7) Tabla 5 - Alarmas en SDH (Cisco Systems)



Mecanismos de proteccin de circuitos: Una de las principales ventajas de SDH frente a PDH es que se tienen definidos diversos mecanismos de proteccin. La robustez de estas protecciones hace que an se prefieran redes SDH en lugar de redes Ethernet. A continuacin se describen los mtodos de proteccin;

1+1 Linear MSP: Los servicios se transmiten en el camino de trabajo y de proteccin simultneamente. La interfase de recepcin se encarga de seleccionar normalmente el camino de trabajo. En caso de perdida de seal o exceso de errores seleccionar el camino de proteccin. Por lo tanto los caminos de proteccin y trfico siempre estarn con trfico.

Ilustracin 7 - 1+1 Linear MSP

Para su configuracin se debern setear los siguientes parmetros:

Protection Type: 1+1 Switching Mode: Single Ended (Proteje solo el Tx o Rx del canal de trabajo)

Dual Ended (proteje Tx y Rx simultaneamente) Revertive Mode: Indica la accin a tomar luego de que la lnea defectuosa se

reactiv. En modo Non-Revertive el enlace se mantiene en el camino de proteccin. En modo Revertive el enlace vuelve al camino de trabajo luego de un tiempo preestablecido.

WTR Time: Una vez reactivado el canal de trabajo, el sistema esperar el tiempo indicado para reconectarlo. El tiempo ser de 600[s] por defecto y como mnimo 300[s]

SD Enable: Enable o Disable Select Mapping Direction: West Working Unit o West Protection Unit



1:1 y 1:N Linear MSP: El servicio se transmite por el camino de trabajo. En caso de fallas se conmuta al de proteccin. Es posible tener M caminos de falla y N caminos de proteccin. Los equipos Huawei Metro 1000 admiten solo protecciones 1:1 o 1:N con una configuracin de placas distinta a la disponible en el laboratorio.

Ilustracin 8 - 1:1 Linear MSP

Para su configuracin se debern setear los siguientes parmetros: Protection Type: 1:1 Switching Mode: Solo trabaja en modo Dual Ended Revertive Mode: Revertive / Non-Revertive WTR Time: 600[s] por defecto y como mnimo 300[s] SD Enable: Enable o Disable Select Mapping Direction: West Working Unit o West Protection Unit



Anillo unidireccional: En un anillo unidireccional el trfico de trabajo se rutea en un sentido, y el trfico de proteccin en sentido contrario. Este tipo de anillo est limitado a un mximo de 16 nodos. En la Ilustracin 9 se puede ver un esquema de anillo unidireccional con proteccin. En condiciones normales el trfico se realizar de la siguiente manera:

Add NE1 -> Pass Through NE2 -> Drop NE3 Add NE3 -> Pass Through NE4 -> Drop NE1

Si se produce un corte de fibra entre las NE 3 y 4, estas realizarn un loop interno en las interfaces N 3 y N 1 respectivamente y el trfico se realizar de la siguiente manera:

Add NE1 -> Pass Through NE2 -> Drop NE3 Add NE3 -> Pass Through NE2 -> Pass Through NE1 ->NE4 -> Drop NE1

Ilustracin 9 - Anillo Unidireccional

Hay que tener en cuenta lo siguiente, si, por ejemplo, tengo un servicio entre la NE1 y la NE3 y apago alguna de estas, el sistema de proteccin me generar un loop. En el caso de apagar la NE3 (o de que fallen ambos enlaces de la NE3) obtendr el siguiente esquema de trfico.

Add NE1 -> Loop puerto #1 NE2 -> Pass Through NE1 -> Loop puerto #1 NE4 -> Drop NE1

Esto se repetir para cualquier nodo, por lo tanto se puede concluir de que este mtodo no tolera el fallo de un nodo o de dos links adyacentes.



Anillo Bidireccional: El anillo bidireccional puede ser de 2 o 4 fibras. Para el caso de 2 fibras, el esquema de conexin es similar al del anillo unidireccional, con la diferencia de que para su implementacin se requiere de placas STM-4 como mnimo, tal como se muestra en la Ilustracin 10. Esto se debe a que en un anillo bidireccional se divide el ancho de banda en 2, reservndose una mitad para trabajo y la otra para proteccin.

Ilustracin 10 - Anillo Bidireccional

Si bien el ancho de banda disponible entre nodos con esta configuracin es la mitad del que proveen las placas, el throughput de la red es mucho mayor, ya que, a diferencia del anillo unidireccional, no tengo el anillo completamente ocupado.

2 vs 4 fibras: Para implementar un anillo bidireccional de dos fibras se requieren placas STM-4, STM-16 o STM-64. Sin embargo es posible implementar un anillo bidireccional con 2 placas STM-1. En ambos casos se reservar una mitad del ancho de banda para trabajo y la otra mitad para proteccin. No se suelen implementar anillos de 4 fibras debido al costo que implica desplegar fibra. Es mucho mas conveniente utilizar placas STM-4 e implementar un anillo de dos fibras.



Para la configuracin de anillos unidireccionales o bidireccionales se deber indicar: Tipo de proteccin: Unidireccional o Bidireccional ID del nodo local y de los nodos adyacentes WTR Time SD Enable Tipo de protocolo: Nuevo o viejo Mapeo de puertos: Se indicar que puertos corresponden a las lineas Este y

Oeste.

Anillo SCNP: Un anillo SCNP es bsicamente una proteccin del tipo 1+1, la cual tolera fallos de equipos y cortes de fibra. Se utilizan 2 fibras con un camino de trabajo en un sentido y uno de proteccin en sentido contrario, similar al anillo unidireccional. SCNP provee una proteccin del camino total del servicio, es una proteccin end-to-end. El servicio se transmite en forma de broadcast en ambas direcciones y el nodo receptor decide que seal tomar. Hay que aclarar que este anillo trabaja siempre en modo NON-REVERTIVE. Otra caracterstica de este tipo de proteccin es que no tiene un lmite den la cantidad de nodos.

Ilustracin 11 - Anillo SCNP

Para la configuracin de un anillo SCNP se le deber indicar al sistema, al momento de crear un servicio, que el mismo es un servicio SCNP.



Elementos Bsicos de una red SDH Regeneradores: Regeneran las seales de reloj y amplifican la seal de entrada que posee atenuaciones y deformaciones introducidas por las fibras pticas. Multiplexores Terminales: Son elementos terminales en una conexin punto a punto. Poseen un nico grupo de agregados, y se encargan de multiplexar seales PDH en STM-N. ADM (Add Drop Multiplexers): Tienen la capacidad de extraer un tributario de una trama STM-N. Poseen 2 pares de placas pticas (agregados East y West). Se extrae un tributario de la trama que ingresa por el este u oeste y se puede, o no, subir un nuevo tributario en el contenedor que quedo desocupado. El resto de los contenedores no se tocan y cruzan de este a oeste, o viceversa, sin sufrir modificacin (Modo Full Pass Through).

Comparacin entre SDH y PDH Como conclusin, se puede ver que las redes SDH nacieron para resolver las limitaciones de los sistemas SDH. La minima velocidad SDH es superior a una PDH, lo que permite el paso progresivo de una tecnologa a otra. La red de transporte pasa a ser sincronizada, lo que permite una multiplexacin y escalabilidad en velocidades de transicin mucho mas eficiente. El uso de ADM permite realizar extracciones e inserciones de tributarios sin la necesidad de demultiplexar y multiplexar toda la trama STM-N. Estas tecnologas surgieron para el transporte de canales telefnicos. En la actualidad el mayor volumen de datos, en una red de transporte, son datos de diversos servicios, los cuales tienen requerimientos de ancho de banda totalmente distintos a los canales telefnicos. Existen protocolos para realizar mapeos de tramas ATM y Ethernet en SDH, lo que le brinda a esta tecnologa una mayor versatilidad. Sin embargo, desde un punto de vista tcnico, tanto las tecnologas SDH como PDH son obsoletas. En la actualidad se trabaja con enlaces WDM (Wavelength Division Multiplexing) que transportan informacin en paquetes. Estos sistemas son mucho mas eficientes para el tipo de requerimientos actual. Sin embargo, a nivel mundial, existen muchas redes PDH y SDH funcionando, y estarn funcionando por muchos aos mas, debido a que en muchos casos no se justifica el costo de inversin que representa la actualizacin de una red completa. Por lo tanto conocer este tipo de tecnologas es de vital importancia para un Ingeniero Electrnico ya que muchas empresas y organismos de la zona poseen redes que emplean tecnologas PDH y SDH.



Introduccin a las redes SDH de nueva generacin Como se mencion anteriormente, las redes SDH se disearon para el transporte de seales TDM, y por lo tanto no estn adaptadas para el transporte de rfagas de datos.

Servicios de datos Servicios TDM Asincrnico Sincrnico

Ancho de banda Dinmico Ancho de banda Constante No orientado a la conexin Orientado a la Conexin

Tabla 6 - Comparacin entre servicios TDM y servicios de Datos

En las ltimas dcadas el aumento de servicios Ethernet (y ATM en un principio) hizo necesario rever al estndar SDH ya que por su naturaleza no pueden transmitir rfagas de paquetes de longitud fija o variable en forma eficiente. Si se desea montar de forma directa servicios Ethernet sobre SDH se obtendr un bajo rendimiento. Sin embargo, mediante un set de protocolos es posible enviar tramas Ethernet sobre redes SDH con una gran eficiencia.

Concatenacin Virtual: La concatenacin virtual es un mtodo estandarizado de capa 1 de multiplexacin onversa, que puede ser aplicado a redes OTN, SDH/SONET y PDH. El mtodo tradicional de concatenacin contigua consiste en combinar cierto nmero de contenedores virtuales, formando un nico contenedor que sera transportado por la red SDH. Si bien este mtodo es simple, tiene grandes problemas de ineficiencia debido a la poca granularidad y adems tiene un serio problema de compatibilidad, ya que todos los nodos de la red deben ser capaces de procesar el contenedor. Esto impide que equipos de generacin anterior puedan formar parte de esta red. La concatenacin virtual mapea contenedores estandar individuales en forma virtual, por lo tanto solo los nodos origen y destino deben ser capaces de reconocer la concatenacin. Esto permite mezclar equipos de nueva y vieja generacin en una misma red.

Servicio Sin Concatenacin Virtual Con Concatenacin Virtual Ethernet VC-3 20% VC-12-5v 92% Fast Ethernet VC-4 67% VC-12-46v 100% Gigabit Ethernet VC-4-16c 42% VC-4-7V 85%

Tabla 7 - Concatenacin virtual vs Concatenacin contigua

Al grupo de contenedores concatenados virtualmente se los llama VCG (Virtual concatenated Group) o tambin VCTRUNK. Un VCTRUNK est formado por un cierto nmero de contenedores virtuales estandar. Esto se indica de la siguiente manera: VC-M-Nv, donde M es el contenedor (VC-12, VC-3 o VC-4) y N el nmero de elementos del grupo. Con la letra v se indica que la concatenacin es virtual y con la letra c se indica que la concatenacin es contigua.



La informacin requerida para la concatenacin virtual se transporta en el Path Overhead de cada contenedor mediante:

HO-POH: Byte H4 LO-POH: Byte K4

Los parmetros requeridos son el MFI (Contador de tramas) y el SQ (nmero de secuencia). Los miembros de un VCTRUNK pueden viajar por diferentes caminos, por lo tanto es necesario un nmero de secuencia para garantizar el orden de los contenedores. El MFI puede detectar el delay entre VCTRUNK. Retadro Diferencial: Efectivamente, VCAT contribuye con la posibilidad de proveer servicios a ms bajo costo y mayor rapidez en comparacin a concatenacin contigua, sin embargo, est intrnsecamente asociado al problema de retardo diferencial, donde cada ruta creada tiene un retardo de propagacin a travs de la red diferente. La diferencia entre estos retardos es conocida como Retardo diferencial (D). El principal problema asociado al retardo diferencial es que se requieren bfers de alta velocidad en el nodo receptor para almacenar la informacin entrante mientras todas las rutas convergen. La capacidad del bfer (B) es igual al producto entre ancho de banda y retardo tal que B = n * D. As, para cada conexin VCAT se requerirn B bits de espacio en bfer. Esta necesidad de espacio de bfer incrementa el costo de la red, siendo muy importante seleccionar rutas que minimicen el retardo diferencial, el cual es directamente proporcional al espacio de bfer requerido. Existen varios algoritmos heursticos que intentan minimizar el problema para ofrecer una solucin. Esto no es un problema sencillo de resolver, y en matemticas se conoce como problema NP-completo, para el cual no existe un algoritmo conocido que encuentre la solucin ptima y termina en una restriccin polinmica de tiempo.

Generic Framing Procedure (GFP): GFP es una tcnica que permite adaptar un servicio asincrnico de tipo rfaga con longitud de paquete variable para que pueda ser transportado sobre una red SDH/SONET. Este mtodo generar un secuencia de bytes a partir de una trama Ethernet (siendo esta una unidad bsica de transporte en Ethernet). La trama GFP est compuesta por:

Core Header: Define el largo de la trama GFP y detecta CRC Payload Header: Define el tipo de informacin transportada Client Payload: GFP-T o GFP-F FCS Opcional

Existen dos modos se seal cliente definidos en GFP: GFP-T o GFP Transparente: Un bloque de datos se mapea en una trama GFP

peridica. GFP-F o GFP Framed: Una trama completa de entrada es mapeada en una nica

trama GFP.



GFP-T permite un mapeo mas rpido pero con mas overhead, mientras que GFP-F permite lograr el mximo aprovechamiento del ancho de banda a costa de un mayor delay.

Modo Descripcin Aplicacin

GFP-F Mapeo trama por trama Mnimo overhead Trama GFP de longitud variable

Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, IP, etc.

GFP-T

Servicio mapeado byte a byte en cada trama GFP

Trama GFP de longitud constante Delay de transferencia optimizado

Fiber Channel, FICON, ESCON, Ethernet, DVB, etc.

Tabla 8 - Comparacin entre GFP-F y GFP-T

Existen otros mtodos de adaptacin similares a GFP, como por ejemplo LAPS y HDLC. De los 3, GFP es el ms flexible y permite ser utilizado en OTN (Optical Transport Network) con buena estabilidad.

Link Capacity Adjustment Scheme LCAS: Es un protocolo que corre entre las NE's origen y destino mediante los bytes H4 y K4. Estos transportan informacin relacionada a la concatenacin virtual y parmetros del protocolo LCAS. LCAS permite que el equipo origen ajuste de forma dinmica en nmero de contenedores virtuales de un VCTRUNK para responder ante cambios en el ancho de banda requerido.

MFI SQ CTRL GID RS-Ack MST CRC Concatenacin Virtual LCAS

Tabla 9 - Frame LCAS

CTRL: Comando de control. Sincroniza a la fuente y al destino sobre el estado de un miembro individual de un VCTRUNK.

GID: Identificador de Servicio, indica al receptor a que VCTRUNK pertenece un determinado miembro.

RS-Ack: Resecuence Acknowledgement, Notifica a la fuente que el receptor recibi cambios iniciados.

MST: Member Status.

Algo de PDH-SDH _16-5-2015_

Documents

Transcript of Algo de PDH-SDH _16-5-2015_