Universidad Yacambú
Especialización en Gerencia, Mención: Sistemas
de Información
Redes y Telecomunicaciones
Trabajo 2: Jerarquía Digital Síncrona
Autores:
Roberto López
Fabiola Vera
Rusmary Durán
Desde
hace varias décadas existe la posibilidad de
transmitir información a través de redes de computadoras, evolucionando
su tecnología de acuerdo a las necesidades que se presentan en la actualidad,
entre las cuales tenemos la Jerarquía Digital Síncrona, de la cual se abordarán
los puntos mas relevantes para su funcionamiento
1.- Jerarquía digital síncrona (SDH) (Synchronous Digital
Hierarchy)
Se
considera como la revolución de los sistemas de transmisión, como consecuencia
de la utilización de la fibra óptica como medio de transmisión, así como de la
necesidad de sistemas más flexibles y que soporten anchos de banda elevados. Es
la tecnología dominante en la capa física de transporte de
las actuales redes de fibra óptica de banda ancha. Su misión es transportar y
gestionar gran cantidad de tipos de tráfico diferentes sobre la infraestructura
física.
Fuente: RAD Data Communications, Ltd.(en línea,
2007) Gráfico Nº 1
Fuente: Sánchez E. y otros (en
línea, s.f.) Gráfico Nº 2
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 fibra óptica, 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
fibra. 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.
3.-Ventajas
y desventajas de SDH
La SDH presenta
una serie de ventajas respecto a la jerarquía digital plesiocrona
(PDH).
Ventajas
- 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 plesiócronas,
tráfico ATM (Asinchronous Transfer
Mode) 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.
Desventajas :
- Algunas redes PDH actuales presentan
ya cierta flexibilidad y no son compatibles con SDH.
- Necesidad de sincronismo entre los
nodos de la red SDH, se requiere que todos los servicios trabajen bajo una
misma referencia de temporización.
- El principio de compatibilidad ha
estado por encima de la optimización de ancho de banda. El número de Bytes destinados a la cabecera de sección es demasiado
grande, lo que nos lleva a perder eficiencia.
Mailxmail.com (en línea S.F.) expertos en SDH muestran en sus cursos las siguientes características
-Multiplexión digital: Permite que las señales
de comunicaciones analógicas sean portadas en formato digital sobre la red.
-Fibra óptica:
Tiene mucho mayor capacidad de portar
tráfico que los coaxiales o los pares de cobre lo que conduce a una disminución
de los costes asociados al transporte de tráfico.
-Esquemas de
protección: Éstos han sido estandarizados para asegurar la disponibilidad
del tráfico. Si ocurriera una falla o una rotura de fibra, el tráfico podría
ser conmutado a una ruta alternativa, de modo que el usuario final no sufriera
disrupción alguna en el servicio.
-Topologías
en anillo: Son utilizadas porque, si
un enlace se perdiera, hay un camino de tráfico alternativo por el otro lado
del anillo.
Fuente: TNC-Telecommunications.
(en línea, 2003) Gráfico Nº 3
Fuente: RAD
Data Communications, Ltd.(en
línea, 2007)
Gráfico Nº 4
-Gestión de
red: Se ha desarrollado software que permite gestionar todos los nodos y
caminos de tráfico desde un único computador.
-Sincronización: Operadores de red
deben proporcionar temporización sincronizada a todos
los elementos de la red para asegurarse que la información que pasa de un nodo
a otro no se pierda.
5.- Elementos de un sistema de transmisión síncrona
Existen
tres funciones básicas en los equipos de transmisión SDH: Terminación de línea,
multiplexión y cross-conexión. En el pasado, estas
funciones eran proporcionadas por piezas diferentes e independientes del
equipo, pero con la introducción de SDH
es posible combinar estas funciones en un simple elemento de red.
Funcionalidad
de un Elemento de Red:
Multiplexión: 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 Multiplexión
por División en el Tiempo (TDM).
Gráfico N º 5
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.
En sistemas PDH las tareas de
terminación, multiplexión 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.
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 ¿add-drop?
Otros
términos empleados en las funcionalidades de los elementos de red SDH son la
consolidación y la agregación.
La
consolidación se produce cuando tráfico en rutas parcialmente ocupadas puede ser
reorganizado en un simple camino con mayor carga de densidad de tráfico.
El
grooming se produce cuando el tráfico incidente, el
cual es dirigido hacia diversos destinos es reorganizado. El tráfico para
destinos específicos es reordenado en caminos junto con otro tráfico para ese
destino. Por ejemplo, el tráfico de un tipo específico como el ATM o tráfico de
datos con diferentes destinos puede ser separado del tráfico PSTN (Public Switching Telephone Network o red
telefónica conmutada) y ser transportado por una ruta diferente.
En un sistema SDH podemos establecer diferentes tipos de conexiones entre elementos, como son las siguientes:
- Unidireccional es una conexión de una
vía a través de los elementos de red SDH, por ejemplo enviar tráfico
únicamente.
- Bidireccional
es una conexión de dos vías a través de los elementos de red, teniendo
funciones de envío y de recepción de información.
- Extrae y continúa (Drop & Continue) es una conexión donde la señal es
bajada a un tributario del elemento de red pero ésta también continúa por la
señal de agregado hacia otro elemento de red. Este tipo de conexiones puede ser
usado para difusiones y mecanismos de protección.
- Difusión (Broadcast)
es una conexión donde un contenedor virtual entrante es llevado a más de un
contenedor virtual de salida. En esencia, una señal entrante al elemento de red
puede ser transmitida a varios lugares desde el contenedor virtual. Este tipo
de conexión puede ser empleado para difusiones de vídeo por ejemplo.
Tipos de
Elementos de Red: La recomendación de la
ITU-T G.782 identifica ejemplos de equipos SDH a través de combinaciones de funciones SDH. Están clasificados en
multiplexores (de los cuales hay siete variantes) y cross-conectores (donde hay
tres variantes). Para simplificar, solamente se considerarán tres tipos de
elementos de red SDH: Sistemas de línea, multiplexores add-drop (ADM) y cross-conectores digitales.
Terminales de Línea: Es el tipo de elemento de red SDH más simple. Éste
implementará únicamente la terminación de línea y la función de multiplexión, de modo que su utilización es típica en
configuraciones punto a punto. Algunos flujos tributarios serán combinados en
el terminal de línea para generar un flujo agregado de mayor velocidad y esto será
transmitido a un enlace óptico. Elementos de red son requeridos en los dos
puntos finales de este enlace y una conexión fija de circuitos de cliente
es establecida entre estos dos puntos terminales.
Multiplexores
Add-Drop (ADM): Estos equipos ofrecen la función de
cross-conexiones junto con la de terminal de línea y multiplexión.
En SDH es posible
extraer (Drop)
un contenedor virtual e insertar en sentido contrario (Add) otro contenedor virtual a
la señal STM
directamente sin necesidad de despeinarla según vimos anteriormente. Esta
ventaja fundamental de los sistemas síncronos
significa que es posible conectar flexiblemente señales entre interfaces de
elementos de red (agregados o tributarios). Esta capacidad de enrutamiento
permite que la función de cross-conexión sea distribuida por la red, resultando
mejor que concentrarla en un enorme cross-conector dedicado.
Tipos de
Multiplexores: Los
multiplexores pueden ser clasificados de diferentes maneras, por ejemplo, por
el tipo y flexibilidad de conexiones que pueden ser hechas. Los Multiplexores
son comúnmente clasificados por la tasa de bits de la señal agregada soportada.
Por ejemplo, un "Multiplexor STM-4" aceptará tributarios de una
variedad de tasas PDH y
SDH (2 Mbps, 34 Mbps, 140 Mbps, y STM-1) y multiplexa estos
en una señal agregada STM-4.
Los
multiplexores pueden ser también clasificados como parciales y completos
sistemas de acceso. Un ADM
de acceso completo puede acceder a cualquier tráfico contenido en su carga
dentro del agregado STM-N.
Esto es, todo el tráfico agregado puede ser conectado internamente y pasado a
puertos tributarios. En contraste, un multiplexor de acceso parcial únicamente
puede acceder y conectar a sus puertos tributarios una porción de su trafico
agregado, siendo el resto de tráfico conectado directamente a través del
multiplexor a la señal agregada.
Regeneradores
y Repetidores: Los elementos de
red también pueden ser configurados para extender la longitud de los tramos
entre nodos, y por tanto realicen funciones de intercambio de tráfico. Las
señales que viajan a lo largo de un enlace de transmisión acumulan degradación
y ruido. Los multiplexores configurados como regeneradores convierten la señal
óptica en eléctrica, la cual es regenerada ("limpiada"). La señal
regenerada es convertida de nuevo a señal óptica agregada y transmitida.
Los
amplificadores ópticos son otra opción para extender el alcance de las señales
ópticas. Estos trabajan como repetidores, reimpulsando la señal. La señal no
sufre ninguna transformación a eléctrica.
De este modo, el tramo se amplía por
potencia inyectada en la señal que no está limpia de degradaciones ni ruido,
así que dependiendo de la longitud del enlace, y tipo de fibra, puede que sea
requerido un regenerador también
7.- El módulo de transporte síncrono
Cómo
la información es empaquetada en un módulo de transporte síncrono de modo que
este pueda ser transportado y gestionado a través de
la red.
Un
Contenedor es el elemento básico de una señal SDH. Éste está formado por los bits de información de
una señal PDH la cual
será empaquetada dentro del contenedor. Existen diferentes tipos de
contenedores, cada uno de los cuales corresponde con una señal PDH de diferente tasa de transmisión.
La
Cabecera de Ruta (Path Overhead):
Cada contenedor tiene algún tipo de control sobre la información asociada a él.
Esta información es generada en el nodo originario de la ruta y es terminada en
el nodo final del camino. Esta información permite al operador etiquetar el
tráfico así como trazar la señal a través de la red (envío de trazas) e
identificarla para propósitos de protecciones y monitorización de cuentas de
errores.
El
Contenedor Virtual se refiere al conjunto de un contenedor y a su cabecera de
ruta asociada. Volviendo a la analogía con una tubería, el contenedor virtual
puede ser visto como el paquete de tráfico PDH el cual es portado a través de
la tubería SDH.
El módulo de transporte síncrono: Una señal es introducida en un contenedor virtual,
pero ¿cómo es transportada en un enlace óptico? El contenedor virtual es
portado sobre la red junto a algunos otros contenedores ubicados en un módulo
de transporte síncrono o STM
(Synchronous Transport
Module).
El
contenedor virtual está ubicado en el área de carga útil del STM (Payload
Area). Volviendo atrás en la analogía inicial, los STM´s pueden ser vistos como tuberías con las cuales se
confecciona la red y el contenedor virtual como los paquetes que son portados a
través de las tuberías.
La
Cabecera de Sección (Section Overhead):
Los bytes de información son añadidos a la estructura
STM provisionando
un canal de comunicación entre nodos adyacentes habilitando el control de la
transmisión sobre el enlace. Esto permite a los dos nodos "hablar"
con el otro cuando aparece un evento de fallo en la sección, como por ejemplo,
cuando ocurre una conmutación de protección.
Un
camino o ruta es el término usado para referirnos a un circuito punto a
punto para el tráfico, es decir, ésta es la trayectoria seguida por un
contenedor virtual a través de la red. Una sección es definida como el
enlace de transporte entre dos nodos adyacentes. Un camino está compuesto por
un número concreto de secciones.
El
tráfico de los usuarios finales será transportado en contenedores
virtuales por un determinado camino, sobre varias secciones. (Esto es una
definición simplista e introductoria. De hecho, caminos y secciones son
diferentes capas de la red de transporte como más adelante describiremos).
Un
STM está dedicado a una
única sección, de ahí que la cabecera de sección sea procesada en cada nodo y
un nuevo STM con nuevas
cabeceras es construido para la siguiente sección. El contenedor virtual, por
el contrario, sigue un camino sobre diversas secciones, de modo que la cabecera
de camino permanece con el contenedor de extremo a extremo del camino.
8.- Esquemas de protección
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.
-
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 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.
-Causas
de Fallo: Las fuentes físicas
de fallo en redes de transmisiones SDH pueden ser clasificadas en las
siguientes categorías:
- Fibras y cables: La principal causa de fallo de
fibras y cables es el daño causado por agentes externos como los trabajos de
ingeniería civil y los efectos del entorno como rayos o terremotos.
- Equipamiento
puede fallar debido a efectos del envejecimiento, forzado de componentes o la
aparición de humedad. Rigurosos test son, de todos
modos, realizados normalmente para eliminar fallos en la juventud de los
equipamientos.
- Fallos de
alimentación apagan el nodo cuando aparecen y que están fuera del control del
operador. Los sistemas principales son provistos de reservas mediante sistemas
de alimentación secundarios, pero los efectos transitorios en la señal pueden
ocurrir mientras se conmuta al sistema de back-up.
- Mantenimientos:
Mantenimientos no programados y errores realizados durante el mantenimiento
pueden afectar a la disponibilidad del servicio.
- Desastres
causados por la acción del entorno o humana, generalmente de gran alcance y con
severos efectos, tales como la destrucción de componentes principales de la
red.
-Protección
de Red: Los procedimientos de
protección de red son empleados para auto-recuperarse de fallos de red del
estilo de un fallo de enlace o elemento de red. Lo que efectivamente ocurre es
que un elemento de red detectará un fallo o una pérdida de tráfico e iniciará
acciones correctivas sin involucrar al sistema de gestión de red.
Hay muchos
mecanismos de protección definidos por los organismos de estandarización. Estos
esquemas pueden ser subdivididos en aquellos que protegen la capa de sección y
en aquellos que protegen la capa de camino o subred:
- La protección
de la capa de sección involucra la conmutación de todo el tráfico de una
sección a otra sección de fibra alternativa.
- La protección
de la capa de camino involucra la protección de un contenedor virtual de un
extremo a otro del camino en la subred. Ante un evento de fallo, únicamente el
contenedor virtual en cuestión es conmutado a un camino alternativo.
El
tipo de esquema de protección empleado viene usualmente dictado por la
arquitectura de red.
Protección
Camino / Ruta VC Dedicada:
Este
tipo de protección implica duplicar el tráfico en forma de contenedores
virtuales los cuales son introducidos en la red y transmitiendo esta señal
simultáneamente en dos direcciones a través de la red.
Un
camino de protección dedicado porta el tráfico en una dirección y el camino
operativo porta la señal a través de otra ruta diferente. El elemento de red
que recibe las señales compara la calidad de los dos caminos y la señal de
mayor calidad es seleccionada. Ésta será nombrada como la ruta activa. Ante un
evento de fallo en la ruta activa el extremo receptor conmutará al otro camino,
a la ruta de protección.
Esto
protegerá a los mismos enlaces por sí mismos, pero también protegerá
contra fallos de un nodo intermedio. Un ejemplo especial de este tipo de
mecanismo es el anillo de camino de protección. Según el tráfico entra al
anillo es transmitido simultáneamente en ambas direcciones en torno al anillo.
La selección es hecha por el nodo de salida de la mejor de las dos conexiones.
El mecanismo puede ser aplicado a anillos
y también circuitos punto a punto a través de redes malladas o mixtas mediante
muchos elementos de red y subredes intermedias
9.- Principio de interconexión de una red
SDH
Luque A.
(en línea, S.F.) muestra en su investigación que una red SDH consta de una
malla interconectada de nodos procesadores de señales SDH. La interconexión de
dos nodos cualesquiera en esta red se logra mediante sistemas de transporte SDH
individuales.
Fuente:
Luque, A. (en línea S.F.) Gráfico N º 6
El VC se
ensambla en el punto de entrada a la red SDH, se transmite intacto y se
desensambla a la salida de la red.
El
encabezado de sección (SOH) se crea en el extremo de transmisión de cada nodo
de red, y avanza hasta el nodo receptor. Así, el SOH pertenece únicamente a un
sistema de transporte concreto y no se transfiere con el VC entre sistemas de
transporte.
Nota: se llama nodo de red a un elemento
de red (NE) que tiene capacidad de multiplexar,
derivar, insertar o crossconectar (o una combinación
de ellas).
La SDH genera una nueva serie de productos, desde
los multiplexadores necesarios para las nuevas
transiciones de nivel, equipos de línea para fibra óptica para 155.52 Mb/s y 622.08 Mb/s, sistemas de
radio, "cross-connect" (con conexión
cruzada) programables, "drop insert"
(derivación y agregado) también programables en cualquier nivel, y todas las
combinaciones posibles integradas, como por ejemplo multiplexores con drop insert ADM (Add Drop Multiplexer),
etc. Pueden desarrollarse equipos de línea con tributarios ópticos, gracias a
que las señales son sincrónicas.
Los "drop-insert" (DI) permiten derivar señales e insertar
nuevas de menor capacidad en una líneaM principal,
facilitado también por el sincronismo.
Pero el equipo con mayor futuro, en las redes de
telecomunicaciones es el "cross-connect"
(CC) que permite reordenar, derivar e insertar señales, sobre todo si las
mismas son de niveles bajos, por ejemplo 2 Mb/s en
620 Mb/s, ya que en la SDH no es necesaria la demultiplexación como en la asincrónica. Los equipos de
"cross-connect" se definen por su nivel de
acceso y por su nivel de conmutación.
La aplicación de estos equipos redunda en una mayor
flexibilidad de las redes. Si se analiza el ejemplo de la figura siguiente,
desde una estación central de administración de la red A, puede controlarse la
capacidad de transmisión entre cada una de las estaciones B, C, D y E,
comandando por ejemplo los CC o los DI en esos nodos. En algún caso puede
quedar interrumpido el enlace B-C, pudiendo reorientarse el tráfico a través de
B-D-C, eligiendo directamente los canales a transferir de ruta. En otro caso
puede ocurrir que en D se produzca una demanda transitoria importante con
motivo de algún evento especial, debiéndose incrementar la ruta B-D.
En un tercer caso puede requerirse un alquiler de
troncales punto a punto exclusivos entre D y E.
Todos estos casos y muchos otros se resuelven de
una manera mucho más sencilla con la estructura SDH, dando lugar al concepto de
manejo integral de redes de telecomunicaciones (TMN, Telecommunicationes
Management Network).
Fuente:
Luque, A. (en línea S.F.)
Gráfico
N º 7
.- Página Wikipedia (S.F.)
Jerarquía Digital Síncrona. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Jerarqu%C3%ADa_Digital_S%C3%ADncrona
[Consultado el 15 de Octubre de 2007]
.- Maixmail (2007). Curso Practico de Jerarquía
Digital síncrona. Disponible en: http://www.mailxmail.com/curso/informatica/sdh
[consultado el 15 de Octubre del 2007].
.- Luque Adrián
(s.f.). Jerarquía Digital
Sincronía (SDH). Disponible en: http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~comunica/.
[consultado el 17 de Octubre del 2007]
.- RAD
Data Communications, Ltd. (2007) Tecnología
SDH. Disponible en: http://www.radfiber.com/RADCnt/MediaServer/8635_sdh.gif : [consultado el 17 de Octubre
del 2007]
.- Evaristo Sánchez Villanueva y otros. (S.F.) SDH. Disponible
en: http://mx.geocities.com/AdmonRedes/images/Img1Sonet.jpg : [consultado el 17 de Octubre del 2007]
.- TNC-Telecommunications. 2003. SDH, Consultado
en: http://members.ozemail.com.au/~pgamble/Pics/SDH1.gif . [consultado el 17 de Octubre
del 2007]
