80
©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 114 Capítulo 3 Redes de Transporte SDH Planeamento e Projecto de Redes

Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 114

Capítulo 3

Redes de Transporte SDH

Planeamento e Projecto de Redes

Page 2: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 115

Estrutura Estratificada das Redes de Telecomunicações

Camada de rede de serviços

Camada de rede de transporte

Camada de serviços: Consiste em redes de diferentes serviços (circuitos, IP,etc.)

Camada de transporte: Fornece à camada superior uma plataforma apropriadapara transferência de informação, que se pretende independente dos serviços.

Tecnologias usadas: PDH, SDH, OTN

PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport Network

Page 3: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 116

Rede de Transporte

• A rede de transporte é uma plataforma tecnológica que assegura uma transferência transparente e fiável da informação à distância, permitindo suportar diferentes serviços.

• A rede de transporte garante diferentes funcionalidades, como sejam, transmissão, multiplexagem, encaminhamento,protecção, supervisão e aprovisionamento de capacidade.

• A rede de transporte é constituída por diferentes elementos de rede ligados entre si segundo uma certa topologia física (anel ou malha) e interagindo directamente com o plano de gestão.

Page 4: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 117

Multiplexagem

• Multiplexagem designa a operação pela qual vários sinais analógicos ou digitais são combinados num único sinal tendo em vista a sua transmissão sobre um único canal.

• O dispositivo que realiza a operação de multiplexagem designa-se multiplexador (MUX), enquanto o dispositivo que realiza a operação inversa designa-se desmultiplexador (DEMUX).

• A multiplexagem pode ser realizada no domínio do tempo (TDM, Time-Division Multiplexing), no domínio da frequência (FDM, Frequency Division Multiplexing) ou no domínio do comprimento de onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing).

• A operação de multiplexagem inversa consiste em separar um fluxo de informação em vários fluxos, os quais são transmitidos por diferentes canais e agregados na recepção.

Page 5: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 118

FDM e WDM

• Na multiplexagem por divisão na frequência (FDM) cada sinal (analógico ou digital) vai modular uma portadora com uma frequência própria.

L1

L2

LN

λ1

λ2

λN

R1

R2

R3

λ1, λ2, .....λΝ

λ1

λ2

λΝ

Fibra Óptica

Receptor Óptico

MUX

DEMUX

Laser

MUX

f1

fN

f

f

DEMUX

f1 fN ff1

fN

f

fAplicações: Redes de TV por cabo

• Na multiplexagem por divisão no comprimento de onda (WDM) os sinais ópticos obtidos a partir da modulação de lasers são multiplexados.

Na emissão N sinais eléctrícos vão modular N lasers, cada um emitindo num comprimento de onda próprio.

Na recepção os N sinais ópticos obtidos a seguir ao DEMUX são convertidos para o domínio eléctrico e regenerados com receptores ópticos.Aplicações: Redes OTN e WDM

Page 6: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 119

Multiplexagem por Divisão no Tempo (I)

• A multiplexagem por divisão no tempo permite que uma via de transmissão seja usada simultaneamente por vários utilizadores (canais).

MUX

DEMUX

123

N

123

NVia de transmissão

multiplexador desmultiplexador

• A transmissão da informação na via é organizada em tramas.

• Cada trama contém um número fixo de time-slots.

• Cada time-slot é atribuído a um determinado canal de entrada.

• Se esse canal não transmitir informação o time-slot correspondente está vazio.

N canais de entrada N canais de

saída

Desvantagem do TDM

Bits do canal 2

Bits do canal 3

Bits do canal N

Bits de sincro

Trama

Bits do canal 1

Page 7: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 120

Multiplexagem por divisão no tempo (II)

• A multiplexagem TDM pode-se realizar usando interposição de bit ou interposição de palavra. No primeiro caso, a cada canal atribui-se um time-slotconstituído por um único bit, enquanto no segundo caso a cada canal corresponde um time-slot constituído por vários bits (palavra).

• Interposição de palavra: Exemplo da multiplexagem de 4 canais:

C2

C3

C4

Trama

C1

C4 C3 C2 C1

t44 t3 t2 t1

Palavra de 8 bit do canal C1 MultiplexagemDesmultiplexagem

Sincronismo

Time-slot

C1

C2

C3

C4

Page 8: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 121

Relógios e Sincronismo

• A geração de sinais de sincronismo é feita por relógios. Um relógio ideal gera sinais isócronos, ou seja sinais em que a frequência é constante (pelo menos em valor médio).

• A precisão de um relógio expressa em ppm (parte por milhão) traduz o afastamento da frequência real (fr) da nominal (f0) .

• Estão definidas quatro hierarquias de precisão (níveis stratum).Stratum 1 Stratum 2 Stratum 3 Stratum 4Nível

Precisão (ppm)

1×10-5 1.6×10-2 4.6 32

Relógio isócrono

Relógio real

Desfasagem positiva Desfasagem negativa

t

t

T0

0

0Precisãof

ff r−=

Os relógios de stratum 1 são relógios atómicos

(césio ou rubídio)

To

Sinais de relógio

t

t

Frequência nominal f0=1/T0

Page 9: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 122

Redes Síncronas e Plesiócronas

• Dois relógios são síncronos se operam com a mesma frequência e com uma diferença de fase constante. Os relógios não síncronos designam-me por assíncronos.

• Os relógios assíncronos dividem-se em: mesócronos, plesiócronos e heterocronous.

• Redes síncronas e plesiócronas

Relógios mesócronos: têm a mesma frequência, mas a relação de fase é aleatória.

Relógios plesiócronos: têm a mesma frequência nominal, mas a real pode ser ligeiramente diferente.

Relógios heterocronous: têm a frequência e fases diferentes.

NE 3 NE 4

NE 1 NE 2

NE 3 NE 4

NE 1 NE 2

Relógio de stratum 1

Rede plesiócrona

Relógios com a mesma frequência nominal, mas independentes

Rede síncrona

Relógios com a mesma frequência nominal, controlados por um relógio central

Page 10: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 123

• A frequência de amostragem mínima (fa) de um sinal deve ser igual ou superior ao dobro da frequência máxima do sinal (fa≥2B).

• Um canal telefónico usa uma banda entre os 300 e os 3400 Hz. Para uma frequência máxima de 4000 Hz, tem-se uma frequência de amostragem de 8 kHz, ou seja, um período de amostragem de 125 μs.Codificando cada amostra com 8 bits tem-se um débito de 64 kbit/s.

• A trama de um sinal E1 é consituída por 32 time-slots, a que correspondem 32 canais (30 de informação).

• Cada conjunto de 8 bits (time-slot) não poderá durar mais de 125μs/32=3.9 μs, o que corresponde a 488.2 ns por bit, ou seja, um débito binário de 2.048 Mbit/s.

Estrutura de uma Trama TDM (E1)

1 2 3 4 3231

125 μs

Time-slot

Trama E1.......8 bits

Page 11: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 124

Sistema de Multiplexagem Primário E1 (ITU-G704)

• A trama correspondente ao sinal E1 tem uma duração de 125 μs e está dividida em 32 intervalos de tempo. Os intervalos de tempo numerados de 1 a 15 e 17 a 32 são atribuídos a canais de informação, cada um com um débito de 64 kbit/s. Os intervalos de tempo 0 e 16 são usados, respectivamente, para fins de sincronização de trama e sinalização.

• No intervalo de tempo 0 das tramas ímpares é transmitido o padrão de enquadramento de trama (PET), enquanto nas tramas pares é transmitido um padrão de não enquadramento (NPET).

PET 1 2 3029S1 S2

0 1 2 16 30 31

NPET 1 2 3029S3 S4

PET 1 2 3029S5 S6

PET 1 2 3029S29 S30

NPET 1 2 3029PEM

Multitrama de sinalização(16x125μs=2 ms)

1

2

3

15

16

PEM: padrão de enquadramento de multitrama de sinalização

0000xxxx

Si: sinalização correspondente ao canal i. A sinalização de cada canal é actualizada de 2 em 2 ms.

Page 12: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 125

Hierarquia Plesiócrona Europeia

• Na hierarquia PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) os relógios dos diferentes elementos de rede (regeneradores e multiplexadores) não estão perfeitamente sincronizados.

• A primeira hierarquia PDH (sistema multiplex primário) europeia corresponde à multiplexagem de 30 canais de 64 kbit/s, enquanto as hierarquias de ordem superior obtêm-se multiplexando 4 de ordem inferior.

• Os relógios da hierarquia europeia requerem as seguintes precisões:

Muxprimário

X30Mux

primárioX30 X4X4

X4X4X4X4

E12.048 Mbit/s(30 canais) E2

8.448 Mbit/s(120 canais)

E334.368 Mbit/s(480 canais)

E4139.264 Mbit/s(1920 canais)

30 canais (64 kb/s)

E1 E2 E3 E4Hierarquia

Precisão 50 ppm 30 ppm 20 ppm 15 ppm

Page 13: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 126

Hierarquia Plesiócrona Americana

• A nível mundial para além da hierarquia europeia há também as hierarquias plesiócronas americana e japonesa as quais têm a particularidade de serem incompatíveis entre si.

• As primeiras hierarquias PDH americana e japonesa usam como sistema multiplex primário um sistema com 24 canais de 64 kb/s.

• Hierarquia plesiócrona americana:

• Os sinais DS-n são transportadas usando um carrier system (inclui a componente de transmissão e as interfaces) designado por T-n. Assim, o DS1 é transportado através do T1. O DS2 através do T2, etc

Muxprimário

X24Mux

primárioX24 X4X4

X7X7X6X6

DS1 1.544 Mbit/s (24 canais)

DS26.312 Mbit/s (96 canais) DS3

44.736 Mbit/s (672 canais)

DS4 272.176 Mbit/s (4032 canais)

24 canais (64 kb/s)

DS-n: Digital Signal ol Level n

Page 14: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 127

Desvantagens da PDH (1)

• Não há normalização para débitos superiores a 140 Mbit/s.

• Incompatibilidade entre equipamento de diferentes fabricantes.

• Falta de flexibilidade. É díficil usar o equipamento PDH para funções de inserção/extracção de canais.

• Difícil a monitorização do desempenho dos canais ao longo da transmissão.

• Capacidade muito limitada para funções de gestão centralizada (não há canais nas tramas destinados a esta função).

• Não tem interfaces normalizadas a nível óptico (ex. definição dos códigos a usar, do nível de potência, da largura de linha das fontes).

Page 15: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 128

Desvantagens da PDH (2)

• Cascata de multiplexadores/desmultiplexadores usados para extrair um E1 de um E4.

• As interfaces só estão normalizadas a nível eléctrico

Terminal delinha de 140 Mb/s

Terminal delinha de 140 Mb/s

2 Mb/s

2 Mb/s

DMUX MUX

MUXTerminal de linha óptica

Interface eléctrica normalizada (G.703)

Interface óptica proprietária do fabricante

Códigos de linha, níveis de potência óptica, tipo de fibra, não normalizados .

Fibra óptica

34 Mb/s

140

3434

8

8

2

8

2

34

8

140

348 Mb/s

Page 16: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 129

A hierarquia Digital Síncrona

• A hierarquia SONET (Synchronous Optical Network) foi proposta pela Bellcore (Telecordia) em 1985, com o objectivo de transportar os sinais DS-n no domínio óptico.

• A hierarquia SDH (Synchronous Digital Hierarchy) foi definida posteriomente pelo ITU-T como uma norma internacional, compatível com a SONET e com capacidade para transportar os sinais PDH E-n.

• A informação transmitida na SDH/SONET está organizada em tramas TDM.

• O sinal básico SDH designa-se por Synchronous Transport Module(STM). O sinal básico SONET no domínio eléctrico designa-se por Synchronous Tranport Signal (STS), enquanto no domínio óptico designa-se por Optical Carrier (OC).

Page 17: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 130

Débitos SONET/SDH

• Hierarquias SONET e SDH

• As hierarquais SDH também foram definidas para o transporte de células ATM e pacotes IP empacotados em PPP (point-to-pointprotocol) ou HDLC (high-level data link control).

9953.280STM-64STS-192OC-192

39813.120STM-256STS-768OC-768

2488.320STM-16STS-48OC-48

622.080STM-4STS-12OC-12

155.520STM-1STS-3OC-3

51.840-----STS-1OC-1

Débito Binário(Mb/s)

SDHSONET(Eléctrico)

SONET(Óptico)

Page 18: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 131

Vantagens da SDH (1)

• Há normas até 10 Gbit/s: Apropriada para as rede de transporte.STM-1 ⇒ 155.52 Mbit/s, STM-4 ⇒ 622.08 Mbit/s, STM-16 ⇒2488.32 Mbit/s, STM-64 ⇒9953.28 Mbit/s, STM-256 ⇒39.81312 Gbit/s (STM: SynchronousTransport Module).

• Compatibilidade entre o equipamento de diferentes fabricantes e entre as hierarquias europeias e americanas.

• Função de inserção/extracção simplificada. Como a tecnologia ésíncrona é fácil identificar os canais de ordem inferior.

• Gestão centralizada fácil. A trama SDH dispõe de um número elevado de octetos para comunicação entre os elementos de rede e um centro de gestão centralizada, usando o sistema TMN (TelecommunicationsManagement Network).

Page 19: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 132

Vantagens da SDH (2)

• Elevada disponibilidade permitindo uma provisão rápida dos serviços requeridos pelos clientes. Tal deve-se ao facto da SDH fazer uso intensivo de software, em contrapartida com a PDH cuja funcionalidade reside no hardware.

• Elevada fiabilidade. As redes SDH usam mecanismos de protecção que permitem recuperações rápidas a falhas (da ordem dos 50 ms), quer das vias de comunicação, quer dos nós da rede.

• Normalização das interfaces ópticas (definindo os códigos a usar, os níveis de potência, as características dos lasers e das fibras, etc.).

• Possibilidade de monitorizar o desempenho dos diferentes canais.

• Plataforma apropriada para diferentes serviços.

Page 20: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 133

Desvantagens da SDH

• Técnica complexa devido à necessidade de registar a relação de fase entre os sinais dos tributários e o cabeçalho.

• A justificação por octeto usada na SDH é mais problemática relativamente ao jitter originado no processo de desmultiplexagem, do que a justificação por bit.

• A estrutura de multiplexagem não está organizada de modo muito eficiente no que diz respeito ao transporte dos tributários CEPT. Por exemplo, só é possível transportar 3x34 Mbit/s numa trama STM-1, embora a capacidade do STM-1 permitisse 4x34 Mbit/s.

• A estrutura de multiplexagem não está organizada de modo uniforme no que diz respeito ao transporte dos tributários plesiócronos. Um determinado tributário pode ser transportado usando diferentes opções de multiplexagem.

• Não suporta de modo eficiente as tramas Ethernet. SDH nova geração

Page 21: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 134

Definição dos Elementos de Rede (1)

• Regenerador: Regenera o relógio e a forma dos sinais de entrada. Possui canais de comunicação a 64 kb/s para transmitir mensagens.

• Multiplexador terminal: Agrega sinais plesiócronos ou síncronos de modo a formar sinais STM-N de débito mais elevado.

• Multiplexador de inserção/extracção: Permite extrair/inserir, quer sinais PDH, quer sinais SDH de débito mais baixo do que o da linha.

RSTM-N STM-N

PDH

SDH (STM-M)STM-N (N>M)

ADM

MT

STM-N STM-N

PDH, SDH (STM-M) M<NTributários

Oeste Este

Page 22: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 135

Definição dos Elementos de Rede (2)

• Comutador de cruzamento ou cruzador (DXC, digital cross-connect): Proporciona funções de comutação apropriadas para estabelecer ligações semi-permanentes a nível do VC-1, VC-3, VC-4, e permite o restauro das redes.

• Os comutadores de cruzamento são usados para interligar anéis SDH, ou como nós de redes em malha.

DXCADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

Fibra Óptica

A

B

C

1

2

3

4

1

2

3

4

E3 C,2

E3 B,3

STM-N STM-N

STM-N STM-N

Page 23: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 136

Topologias Físicas (1)

• Topologia em cadeia

• Topologia em anel com duas ou quatro fibras

PDH

SDHSTM-N

MT ADM

PDH SDH

ADM

PDH SDH

MT

PDH

SDHRSTM-N

ADM

ADM

ADM

ADM

AD

M

AD

MAD

M

AD

M

Duas fibras ópticasQuatro fibras ópticas

Page 24: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 137

Topologias Físicas (2)

• Anéis unidireccionais e bidireccionais

• Topologia emalhada (usada no núcleo central da rede)

DXCDXC

DXCDXC

DXCDXC

DXCDXC

DXCDXC

DXCDXC

ADM

ADM

AD

M

AD

M

Anel unidireccional

ADM

ADM

AD

M

AD

M

Anel bidireccional

A presença dos DXC permite implementar um sistema de restauro dinâmico para fazer face a falhas na rede.

Com esta técnica o sistema de gestão da rede reencaminha o tráfego por percursos alternativos àqueles onde ocorreram falhas.

Page 25: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 138

Arquitectura de uma Rede de Transporte

ADM

ADMADM

ADMADMDXC

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

TM

Rede de Acesso(STM-1)

DXCDXC

DXC DXC

DXC

DXC

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

Rede Dorsal ( STM-64)

Rede Metropolitana(STM-4 ou STM-16)

Nó concentrador (Hub)

Page 26: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 139

Exemplificação do Papel do Transporte

• A rede de transporte neste exemplo é representada pelo plano inferior e é constituída por multiplexadores ADM interligados por fibras ópticas.

• A camada de rede de serviços é representada por centrais de comutação telefónica (CC).

ADM

CC

Camada de rede de Transporte

Camada de rede de serviço

CC

CC

CC

ADM

ADM

ADMADM

A

BC

DE

a b

c

d

Tecnologias de rede para o transporte: SDH (Synchronous Digital

Hierarchy) , WDM, (Wavelength Division

Multiplexing), OTN (Optical Transport

Network)

Page 27: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 140

Rede de Transporte em Aplicações de Dados

ADM

ADMADM

ADMADMDXC

ADM

ADM2.5 Gbit/s 155-622 Mbit/s

ER

Rede de Serviços

Rede de Transporte(SDH)

(pacotes)

CR

CR

CR

ER

ER

Usada para interligar diferentes routers de uma rede IP ou diferentes comutadores de uma rede Ethernet

Numa rede IP (Internet Protocol) os routers são usados para encaminhar os pacotes Os edge routers são aqueles que estão mais próximos do utilizador, enquanto os core routers fazem parte da dorsal da rede.

Elementos de rede SDH

DXC: Cruzador digital (digital crossconnect)ADM: Multiplexador de inserção/extracção(add/drop multiplexer)

Elementos de rede de pacotes

ER: Edge routerCT: Core router

Page 28: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 141

Estabelecimento de Caminhos

ADM

ADMADM

ADMADMDXC

ADM

ADM2.5 Gbit/s 155-622 Mbit/s

CT3

CT1 CT2 CL1

CL3

CL2Rede de Serviços

Rede de Transporte(SDH)

(circuitos)

1: CL3 CT1

A informação de gestão é enviada através do DCC (Data

Communication Channel)

Interligações representadas:

2: CL2 CT3

Fases do estabelecimento:

1) O sistema de gestão configura os diferentes elementos de rede envolvidos no circuito;

2) Os elementos de rede de serviço iniciam a sua actividade.

Sistema de Gestão de Rede

Page 29: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 142

Modelo de Camadas da SDH (1)

Rede de

transporte

SDH

Camada de

caminho

Camada de

transmissão

Camada física

Camada de

secção

Sub-camada de secção de

multiplexagem

Sub-camadade secção de regeneração

Ordem superior

Ordem inferior

Page 30: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 143

Modelo de Camadas da SDH (2)• Algumas das funcionalidades das camadas:

Caminho:Identificação da integridade da ligação, especificação do tipo de tráfego transportado no caminho e monitorização de erros.

Secção de multiplexagem:Sincronização, comutação de protecção, monitorização de erros, comunicação com o sistema de gestão.

Secção de regeneração:Enquadramento de trama, monitorização de erros, comunicação com o sistema de gestão.

Física:Forma dos pulsos ópticos, nível de potência, comprimento de onda, sensibilidade dos receptores, etc.

Page 31: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 144

Modelo de Camadas da SDH (3)

• Cada camada (com excepção da física) tem um conjunto de octetos que são usados como cabeçalho da camada. Estes octetos são adicionados sempre que a camada é introduzida e removidos sempre que esta é terminada.

• Inserção de cabeçalhosServiços

Camadas:

Caminho

Secção de Multiplexagem

Secção RegeneraçãoFísica

Multiplexadorterminal

Regenerador MultiplexadorADM

Multiplexadorterminal

S. Regeneração S. Regeneração S. Regeneração

Secção de Multiplexagem S. de Multiplexagem

Caminho

Regenerador

MT MT

Multiplexador terminal

Cabeçalho de caminho

Cabeçalho de secção de multiplexagem

Cabeçalho de secção de regeneração

ADMR

Multiplexador de inserção/extracção

Page 32: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 145

Modelo de Camadas SDH (4)

ADM

ADMADM

ADMADM

ADM

ADM

TM

2.5 Gbit/s 155-622 Mbit/s

CT3

CT1 CT2 CL1

CL3

CL2

DXC: crossconnect

TM: multiplexer terminalCT: central de trânsito

CL: central local

Rede de Serviços

Rede de Transporte

ADM: multiplexer de inserção/extracção

(circuitos)

CL3 CT1

Caminho

S. multiplexagem

Page 33: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 146

Estrutura da Trama Básica

• Uma trama SDH básica (STM-1) contém três blocos:- Cabeçalho de secção (SOH, section overhead)- Ponteiro (PT): permite localizar a informação transportada no VC- Contentor virtual (VC): capacidade transportada + cabeçalho de caminho.

• A duração da trama é igual a 125 μs, o que corresponde a 8000 tramas/s.270

SOH5Cabeçalho da secção

de multiplexagem

125 μs

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Contentor

Virtual

261 Representação bidimensional de uma trama STM-1: matriz com 9 linhas e 270 colunas, a que correspondem 2430 octetos.

Os diferentes octetos são transmitidos linha a linha, começando pela 1ª linha e 1ª coluna.

SOH

9

3Cabeçalho da secção de regeneração

PT1Ponteiro

Uma trama STM-1 suporta 63 E1, ou 3 E3, ou 1 E4

Contentores virtuais usados: VC-12 para o E1, VC-3 para o

E3 e VC-4 para o E4

Page 34: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 147

Cabeçalho de Secção da Trama STM-1 (1)

• Estrutura do cabeçalho de secção

• Cabeçalho de secção de regeneraçãoA1, A2 : Padrão de enquadramento de trama (A1=11110110, A2=00101000).Jo: Traço de secção de regeneração. Verifica a integridade da ligação a nível de secção.B1: Monitorização de erros a nível da secção de regeneração.D1- D3: Canal de comunicação de dados. Transporta informação de gestão de rede.E1: Canal de comunicação de voz (64 kb/s) entre regeneradores.F1: Canal de utilizador. Diferentes aplicações. Ex: transmissão de dados, alarmes, etc.

Cabeçalho de secção de multiplexagem

Cabeçalho de secção de regeneração

Ponteiro

X: usados para uso nacional

Δ: informação dependente do meio de transmissão (fibra óptica, feixe hertziano, etc).

XXE2M1S1

D12D11D10

D9D8D7

D6D5D4

K2K1B2B2B2

H3H3H3h2h2H2h1h1H1

D3ΔD2ΔΔD1

XXF1ΔE1ΔΔB1

XXJ0A2A2A2A1A1A1

Ex: Comandos de aprovisionamento remoto de capacidade; reportagem de alarmes; reportagem de parâmetros de desempenho, etc.

Page 35: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 148

Cabeçalho de Secção da Trama STM-1 (2)

• Cabeçalho de secção de multiplexagemB2: Monitorização de erros a nível da secção de multiplexagem.K1- K2: Comutação de protecção automática (Transporta o protocolo APS).D4- D12: Canal de comunicação de dados a 576 kbit/s. Transporta informação de gestão de rede entre os elementos que terminam a secção de multiplexagem e entre estes e o sistema de gestão de rede. S1: Indicador da qualidade do relógio. Transporta mensagens referentes ao tipo de relógio usado no processo de sincronização.M1: É usado para transportar uma indicação de erro remoto ou REI (remote errorindication) a nível de secção de multiplexagem. O alarme REI é enviado para o ponto onde a secção de multiplexagem é originada e indica o número de blocos detectados errados a partir da informação dada pelo B2.E2: Canal de comunicação de voz (64 kb/s) para comunicações vocais entre as extremidades da camada de multiplexagem.

• PonteiroH1, H2: Octetos de ponteiro. Indicam o início do contentor virtual na trama.H3: Octetos de acção do ponteiro. Usados para justificação negativa.h1, h2: Octetos com um valor invariável.

Page 36: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 149

Formação da Trama STM-N

• Sinais SDH multiplex de ordem superior são obtidos através de umamultiplexagem por interposição de palavra (octeto) de vários STM-1

• O débito binário do sinal STM-N é N×155.52 Mbit/s

SOH

SOH

PT VCSOH

SOH

PT VCSOH

SOH

PT VC

STM-1 #1 STM-1 #2 STM-1 #N

N

9×N

PT

261×N

125 μs 125 μs 125 μs

125 μs

SOH

SOH

Contentor

virtual

Page 37: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 150

Subestruturas Modulares do STM-1

• Contentor (C)Unidade básica usada para transportar informação dos tributários (ex PDH). Inclui ainda octetos de justificação fixa (sem informação) para adaptar os débitos dos tributários aos débitos dos contentores e bits usados para justificação dos tributários PDH.

• Contentor Virtual (VC)O contentor virtual consiste num contentor mais o cabeçalho de caminho. O VC é uma entidade que não sobre modificações desde o ponto onde o caminho é originado até ao ponto onde é terminado. Os VCs transmitidos directamente no STM-1 designam-se contentores virtuais de ordem superior,e os restantes de ordem inferior.

• Unidade Administrativa (AU)Consiste num contentor virtual de ordem superior mais um ponteiro de unidade administrativa. O ponteiro regista a relação de fase existente entre o contentor virtual e a trama e específica o início do contentor virtual.

Page 38: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 151

Subestruturas modulares do STM-1 (2)

• Grupo de unidade administrativa (AUG)Resulta da combinação por interposição de octeto de várias unidades administrativas. Adicionando o cabeçalho de secção à AUG obtem-se a trama STM-1.

• Unidade tributária (TU)A unidade tributária consiste num contentor virtual de ordem inferior mais um ponteiro da unidade tributária. Como o VC de ordem inferior pode flutuar dentro do VC de ordem superior, o início do primeiro dentro do segundo é indicado pelo ponteiro da unidade tributária.

• Grupo de unidade tributária (TUA)Resulta da combinação de várias unidades tributárias por interposição de octeto. Em alguns casos é necessário proceder a justificação fixa, para adaptar débitos binários.

Page 39: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 152

Transporte das Hierarquias E3 e E4 no STM-1

• Transporte do E3 e E4

E4

VC-4

Octetos sem informação

Ponteiro da AU-4

AU-4

Cabeçalho de secção

STM-1

Unidade administrativa

E3

VC-3

Octetos sem informação

Ponteiro da AU-3

AU-3

Cabeçalho de secção

STM-1

Unidade administrativa

AUG

Multiplexagem de 3 AU-3

C-4

Cabeçalho de caminho de ordem superior

C-3

Cabeçalho de caminho de ordem superior

AUG

Mapeamento do E3

Multiplexagem por interposição de octeto

Alinhamento

Page 40: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 153

Estrutura de Multiplexagem

• Estrutura de multiplexagem do SDH

Em existe processamento de ponteiros

VC-12C-12

TU-2

VC-3

VC-2

C-4

C-11

C-3

C-2

AU-4VC-4TUG-3TUG-2TU-12

DS3: 44.736 Mb/s

TU-11VC-11

TU-3

E3: 34.368 Mb/s

DS2: 6.312 Mb/s

E1: 2.048 Mb/s

DS1: 1.544 Mb/s

E4: 139.264 Mb/s

VC-3 AU-3

AUG STM-N×1

STM-N=N×155.52 Mb/s

C - ContentorVC - Contentor VirtualTU - Unidade TributáriaTUG - Grupo de Unidade TributáriaAU - Unidade AdministrativaAUG - Grupo de Unidade Administrativa

MapeamentoMultiplexagem

×1

×3

×N

×1

×7

×3×4

×3

Alinhamento

×7

ATM

ATM

A informação entre os routers IP pode ser enviada usando o esquema “Packet overSonet/SDH” . Os pacotes IP são encapsulados no protocolo PPP (Point-to-Point Protocol) e o signal resultante é depois transmitido num STM-N.

Page 41: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 154

Contentores Virtuais de Ordem Superior

• Os contentores virtuais VC-3 e VC-4 obtêm-se adicionando, respectivamente, aos contentores C-3 e C-4 um cabeçalho de caminho de ordem superior.

• O cabeçalho de caminho de ordem superior é constituído por 9 octetos iniciando-se com octeto J1, que é também o primeiro octeto do VC.

• O contentor VC-4 é constituído por 261×9=2349 octetos, o que dá um débito de 150.336 Mbit/s. Ao VC-3 corresponde um débito de 49.96 Mb/s.

J1B3C2G1F2H4F3K3N1

C4

Cabeçalho de caminho de ordem superior

1 2 3 4 261

VC-4

J1B3C2

F2H4F3K3N1

C3G1VC-3

1 2 3 85

Duração=125 μs

Page 42: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 155

Concatenação

• Concatenação é o processo de agregação de X contentores de mesmo tipo de modo a formar um contentor de maior capacidade. A concatenação poder ser contínua ou virtual.

• Concatenação contínua (CC): Cria contentores de grande capacidade, que não podem ser segmentados, para transmissão.

Todos os elementos de rede têm de suportar a funcionalidade concatenação contínua.

• Concatenação virtual (VC): Corresponde a uma operação de multiplexagem inversa. Os contentores de grande capacidade podem ser segmentados nos VCs usuais para fins de transmissão.

Só os elementos de rede fonte e terminação do caminho é que necessitam de suportar a funcionalidade concatenação virtual.

Page 43: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 156

Concatenação Contínua

• Permite transportar tráfego com um débito binário superior ao permitido pelo C-4. A concatenação é identificada pelo sufixo c e o número de concatenações por X. Por exemplo, um VC-4 concatenado é representado por VC-4-Xc (genérico VC-n-Xc) e uma AU-4 por AU-4-Xc (genérico AU-n-Xc).

• No caso do AU-4-Xc a concatenação dos ponteiro é feita usando multiplexagem por interposição de octeto. O primeiro ponteiro tem as funções usuais dos ponteiros da AU-4, enquanto os restantes X-1 ponteirostransportam o indicador CI.

C-4-4c

N1

J1

B3C2G1F2H4F3K3

4×261 octetos

VC-4-4C

O cabeçalho de caminho do primeiro VC-4 transporta os octetos normais. Os cabeçalhos de caminho dos outros VC-4 transportam octetos de enchimento (sem informação).

Capacidade do C-4-4c

599.04 Mb/s

Page 44: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 157

SDH de Nova Geração

Page 45: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 158

Ineficiências da SDH Convencional

• A utilização da estrutura de contentores da SDH convencional (incluindo a concatenação contínua ) é muito pouco eficiente para o transporte de dados.

• A fragmentação dos contentores virtuais vai também contribuir para aumentar a ineficiência.

VC-3 /80%10 Mbit/sEthernet

VC-4-4C/67%200 Mbit/sESCON

VC-4-16C/58%1 Gbit/sGigabit Ethernet

VC-4/33%100 Mbit/sFast Ethernet

Estrutura/ IneficiênciaDébito da aplicaçãoAplicação

Enterprise SystemsConnection

SDH NE-A

SDH NE-B

STM-16A

B

C F

E

D

STM-1 #1 STM-1 #2 STM-1 #3 STM-1 #5 STM-1 #6 STM-1 #7 STM-1 #8 STM-1 #9 STM-1#10 STM-1#11 STM-1#12

Etapa 1: Os primeiros 8 STM-1 são atribuídos à ligação entre A e D, enquanto os últimos 8 STM-1 são usados entre B e E.

Etapa 2: Os utilizadores A-B libertam 2 STM-1 e os utilizadores B-E libertam outros 2. Os utilizadores C-F requerem uma capacidade VC-4-4c. Embora fisicamente haja capacidade disponível, como os STM-1 livres não são contínuos, não é possível satisfazer o pedido de C-F.

STM-1 #4 STM-1#13 STM-1#14 STM-1#15 STM-1#16

STM-1 #1 STM-1 #2 STM-1 #3 STM-1 #5 STM-1 #6 STM-1 #7 STM-1 #8 STM-1 #9 STM-1#10 STM-1#11 STM-1#12STM-1 #4 STM-1#13 STM-1#14 STM-1#15 STM-1#16

STM-1 livre

Page 46: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 159

Tecnologias Chave da SDH-NG

• GFP (Generic Framing Procedure)É uma técnica ( ITU-T Rec. G7041) apropriada para mapear o tráfego de pacotes (Ethernet, Escon, etc) em canais SDH ou OTN de débito fixo. O mapeamento pode ser feito de modo transparente (GFP-T), ou usando as tramas dos clientes completas (GFP-F).

• Concatenação virtual ou VCAT (Virtual Concatenation)É um mecanismo (ITU-T G707) que permite combinar um número variável de contentores virtuais de diferentes ordens de modo a criar canais de capacidade muito elevada. É mais eficiente do que a concatenação contínua para o tráfego de pacotes e contrariamente aquela não requer que todos os elementos de rede suportem essa funcionalidade.

• LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)Permite modificar dinamicamente a capacidade alocada pelo VCAT através da adição/remoção de membros do caminho estabelecido (ITU-T Rec. G7042).

Page 47: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 160

Protocolo GFP

• O protocolo GFP foi definido por ITU-T G.7041 e proporciona um mecanismo para encapsular diferentes sinais de dados em redes SDH ou OTN (ver cap. 5).

• O serviço GFP apresenta dois modos de funcionamento: Modo Transparenteou GFP-T (Transparent) e modo enquadrado ou GFP-F (Framed).

• A solução GFP-T corresponde a um encapsulamento de nível 1 e vai gerar tramas de comprimento constante. Está optimizado para tráfego que usa o código de blocos 8B10B (Gigabit Ethernet, Fibre Channel, etc.)

• A solução GFP-F corresponde a um encapsulamento de nível 2 e e vai gerar tramas de comprimento variável. Optimizado para tráfego Ethernet, IP/PPP, DVD, etc.

Na solução GFP-F deve ser extraído o pacote completo do cliente antes da trama GFP ser gerada. Isto envolve, por exemplo, a memorização de uma trama completa no caso da Ethernet, o que vai aumentar a latência (atraso) do processo. Na solução GFP-T não se verifica esse atraso porque o processamento é feito a nível de blocos de 10 bits.

Page 48: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 161

Transporte de Pacotes IP sobre SDH/WDM

• Existem diferentes soluções para o transporte de pacotes, originados quer com o protocolo IP, quer com os protocolos SAN, sobre uma rede SDH/WDM.

IP (Internet Protocol)

WDM, OTN, Fibra óptica

HDLC

FibreChannel

VLANMPLS

AAL5 PPP

PPP: Point-to-point protocol

HDLC: High-level Data Link control

VLAN: Virtual LAN

MPLS: Multiprotocol Labelswitching

Concatenação contínua Concatenação virtualLCAS

ATM

10/100/1000 Mbps Ethernet

GFP

ESCON FICON

SAN

DVB

VídeoOs protocolos SAN, tais como Fibre Channel, Enterprise Systems CONnectivity (ESCON) e Fibre CONnectivity (FICON) eram transportados tradicionalmente sobre soluções proprietárias

SAN: Storage Area Networks

DVB: Digital Video Broadcasting

SDH

Page 49: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 162

Storage Area Networks

De: U. Troppens et al., Storage NetworksExplained, Wiley, 2004

Page 50: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 163

Concatenação Virtual

• O ponto de partida para implementar a concatenação virtual consiste em segmentar um fluxo de informação (ex: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, etc.) em diferentes contentores de ordem superior ou inferior, ligados entre si a nível lógico através da integração no mesmo grupo de concatenação virtual ou VCG (virtual concatenation group).

• Os elementos do grupo são transportados individualmente através da rede SDH e recombinados na terminação do VCG de modo a originar o fluxo original. A concatenação virtual é representada por v e o número de contentores que pertencem ao grupo por X.

• Os diferentes elementos do grupo podem ser encaminhado seguindo todos o mesmo percurso, ou diferentes percursos (multi-percurso).

X × 1.600 (X=1,..,64)Ordem inferiorVC-11-Xv

X × 149.76 (X=1,..,256)Ordem superiorVC-4-Xv

X × 48.384 (X=1,..,256)Ordem superiorVC-3-Xv

X × 2.176 (X=1,..,64)Ordem inferiorVC-12-Xv

Capacidade disponível (Mb/s)TipoContentoresCapacidades dos diferentes contentores em concatenação virtual

VC-n-XvNúmero de VCs

Tipo de VCs

Concatenação virtual

Page 51: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 164

Concatenação Virtual vs. Contínua

• Uma das vantagens da concatenação virtual consiste no aumento significativo das eficiências de mapeamento.

VC-4-64v/100%VC-4-64c/100%10 Gbit/s10 Gb EthernetVC-3-6v (93%)VC-4-4c/37%270 Mb/sDVB

VC-4-6v /94%VC-4-16c /35%850 Mb/sFiCONVC-3-4v/83%VC-4-4c/26%160 Mbit/sESCON

VC-4-16c/42%

VC-4-16c/42%VC-4/67%VC-3 /20%

Eficiência Conc. Contínua

VC-11-7v /89%10 Mbit/sEthernet

VC-4-12v/90%1700 Mb/sFibre Channel

VC-4-7v/95%1 Gbit/sGigabit EthernetVC-3-2v/99%100 Mbit/sFast Ethernet

Eficiência Conc. Virtual

Débito da aplicação

Aplicação

Page 52: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 165

Implementação da Concatenação Virtual

• Caso do encaminhamento multi-percurso:

VC-3-3v

Etapa 1

VC-3H4SQ=0Etapa 2

Etapa 3

Etapa 4

Etapa 5

Etapa1: O elemento de rede fonte aloca o tráfego em memória de modo a formar um sinal SDH contínuo.

Etapa2: São constituídos os diferentes contentores virtuais que pertencem ao mesmo VCG os quais são identificados pelo indicador de sequência ou SQ (sequence indicator).Etapa3: Os diferentes contentores virtuais são transportados individualmente através da rede SDH podendo seguir caminhos diferentes, o que conduz a tempos de propagação diferentes- atraso diferencial.Etapa4: Os diferentes contentores são armazenados em memória no nó receptor, para compensar o atraso diferencial.Etapa5: Os contentores são realinhados, colocados em ordem e recombinados de modo a originar o fluxo inicial.

VC-3H4SQ=1VC-3H4SQ=2

VC-3

#2H4 VC-3

#2H4

VC-3

#1H4

VC-3

#0H4

VC-3

#0H4

VC-3-3v

H4SQ=1VC-3H4SQ=0

H4SQ=2

Nó fonte

Nó terminção

H4

VC-3

#1

O atraso diferencial não pode ultrapassar

os 250 ms

Page 53: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 166

LCAS

• No SDH convencional para alterar a capacidade de um caminho era necessário interromper a ligação e consequentemente o fluxo de tráfego, alterar a capacidade e voltar a estabelecer a ligação e o tráfego.

• O LCAS foi concebido para gerir a capacidade alocada a qualquer caminho, de modo dinâmico em resposta a mudanças nos padrões de tráfego, adicionando ou removendo membros de um VCG, sem haver necessidade de interromper a ligação.

• O LCAS é um protocolo de sinalização, que permite sincronizar asalterações de capacidade entre o nó fonte e o nó terminal através do envio de mensagens apropriadas entre esses dois nós. Essas mensagens são enviadas usando um octeto apropriado (H4) do cabeçalho de caminho.

• O LCAS também pode ser usado para remover temporariamente VCsque falham. Consequentemente, a capacidade vai ser reduzida, enquanto a falha não for reparada. Funciona, como um técnica de sobrevivência em presença de falhas nas ligações.

Page 54: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 167

Elementos de Rede SDH-NG (I)

• Multiservice Provisioning Platform (MSPP)

Um MSPP resulta da evolução dos ADMs convencionais com interfaces PDH e ópticas para um nó de acesso que inclui:

• Interfaces PDH convencionais

• Interfaces de dados como Ethernet, GigE, Fiber Channel, ou DVB

• Funcionalidades GFP (Generic Framing Procedure), VCAT(Virtual Concatenation) e LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)

• Interfaces ópticas desde STM-1 até STM-16

Digital Video BroadcastingStorage Area Networks(Fiber Channel, ESCON, etc.)

Virtual Private Networks

Funcionalidades SDH-NG

Page 55: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 168

Elementos de Rede SDH-NG (II)

• Multiservice Switching Platform (MSSP)

• O MSSP é o elemento de rede SDH-NG equivalente ao cruzador da SDH, realizando agregação de tráfego e cruzamento não só ao nível STM-N, como também ao nível VC.

• A nível de dados (Ethernet) o MSSP para além das funções de mapeamento de tráfego, suporta também funções de switching.

Page 56: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 169

Exemplo: CISCO 15454 SDH MSPP

Plataforma apropriada para aplicações multiserviço, em redes metro.

Fonte: www.ciscosystems.com.ro/en/US/products/hw/optical/ps2006/ps2008/index.html

Cartas de temporização, comunicação e controlo

Interfaces E1 (75 Ohm)

Cartas de cruzamento

Cartas com interfaces ópticas de débitos elevados (STM-64 e STM-16)

Suporta as interface usais, E1, E3, E4, DS3, as soluções 10/100/1000 Mb/s Ethernet e o transporte óptico desde 155 Mb/s (STM-1) até 320 Gb/s (32-STM-64 comprimentos de onda).

Permite diferentes topologias físicas: anel, linear, estrela, etc.

Suporta diferentes esquemas de protecção: MS-SPRing (2 e 4 fibras), SNCP, caminho em malha, etc.

Page 57: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 170

Cartas do CISCO 15454 SDH MSPP (I)

• Carta Ethernet Multidébito de 10 portos

Porto Ethernet multidébito: 10/100/1000 Mbps

• Suporta 10/100/1000 Mbps Base T; 100 Mbps Fx, Lx, Bx; 1000 Mbps SX, LX, Zx.

• Suporta VCAT e LCAS

• Suporta encapsulamento GFP- F e Cisco HDLC

• Suporta esquemas de protecção/restauro SDH com tempos de resposta inferiores a 50 ms

• Concatenação virtual e contínua 1000 Mbps: VC4-7v, VC4-8c, VC4-16c, VC3-21v 100 Mpps: VC4; VC3-2v; VC3-3v, VC12-50v

Page 58: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 171

Cartas do CISCO 15454 SDH MSPP (II)

• Carta STM-64 com interface óptica XFP

• Carta STM-1 com 8 portos

Interface óptica

• Permite a transmissão de um débito até 10 Gbps, com um BER máximo de 10-12 a uma distância máxima de 80 km (atenuação máxima =22 dB, tolerância à dispersão máxima de 1600 ps/nm).

• Suporta VC-4-nc ( com N=2, 3, 4, 4,16, 32), assim como VC-11, VC-12, VC-3 e VC-4.

• Suporta esquemas de protecção tais como : SNCP, MS-SPRingde 2 e 4 fibras e protecção de caminho em redes em malha.

Interface óptica STM-1

• Proporcional 8 interface emissoras/ receptoras, cada uma operando a um débito de 155 Mbps (STM-1) e usando óptica de 1310 nm.

• Suporta protecção SNCP, e MSP.

• Suporta sinais concatenados (VC3-3c) e não concatenados (VC-11/12, VC-3 e VC-4)

Page 59: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 172

Cartas do CISCO 15454 SDH MSPP (III)

• Carta de temporização, controlo e comunicação (TCC)

• Carta responsável pelo cruzamento dos VCs (XC-VXC Cross-connect)

Suporta cruzamentos a nível de VC-11/12, VC-3, VC-4 e VC-4-Xc (com X=2, 3, 4, 16 e 64).

Disponibiliza uma capacidade de comutação de 60 Gb/s para VC de ordem superior (1152x1152 VC-3, ou 384x384 VC-4) e de 5 Gb/s para os VCsde ordem inferior (2016x2016 VC-12).

Interface RJ45

Os sinais de controlo requeridos nas operações de cruzamento são proporcionados pela carta TCC.

Permite inicializar o sistema, reporta alarmes, gera sinais de controlo para provisionamento de capacidade, detecta falhas no sistema e outras funções OAM e termina os canais DCC da camada de regeneração e de multiplexagem

Incorpora um relógio de stratum 3 o qual é controlado por um sinal de sincronismo exterior. Processa as mensagens SSM, de modo a seleccionar o melhor relógio externo.

Possuí uma interface RJ45 (10 Base T) para interligação com o sistema de gestão de rede.

Page 60: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 173

Aplicação da NG-SDH em redes empresariais

MSPP

Fonte: Cisco

Page 61: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 174

Aplicação da NG-SDH na rede metro

Fonte: “Defining the Multiservice Switching Platform”, White Paper, Cisco

MSSP (MultiService SwitchingPlatform) = MSPP+ Switching Ethernet

LH/ELH = Long Haul/Extended Long Haul

Page 62: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 175

Sobrevivência de Rede

Page 63: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 176

Sobrevivência de Rede

• A sobrevivência de rede traduz a capacidade de uma rede continuar a oferecer serviços na presença de falhas internas.

• As falhas podem ocorrer a nível dos nós da rede (equipamento) ou a nível das vias de transmissão, sendo as últimas as mais frequentes.

• A causa mais comum está associada à danificação dos cabos de fibras ópticas devido a causas de origem natural (tremores de terra, etc. ) ou humana (escavadoras, incêndios, etc.).

AT&T fiber optic cable cut in CaliforniaApril 9, 2009 — 2:07pm ET An AT&T-owned fiber optic cable was severed in Silicon Valley Thursday, causing Internet, voice, and wireless outages, as well as compromised 911 access for thousands of customers. AT&T confirmed the outage to CNET, and said it is working to fix the issue.Fonte: www.fiercetelecom.com/story/t-fiber-optic-cable-cut-california/2009-04-09

In December 2006, 4 major fiber optic lines were severely damaged following a major earthquake in Taiwan. … The cuts basically erased all eastward data routes from Southeast Asia. It took 49 days for crews on 11 giant cable-laying ships to fix all of the 21 damage points…. Fonte: www.wired.com/threatlevel/2008/01/fiber-optic-cab/

Corte de cabos de fibra óptica em Lisboa deixa... (1/11/2007)Um corte nos cabos de fibra óptica na zona de São Sebastião, junto ao Corte Inglés, em Lisboa, privou cerca de 12 mil clientes da TV Cabo dos serviços da Portugal Telecom na quarta-feira, disse à Lusa fonte oficial da operadora. «Também alguns clientes móveis foram afectados», adiantou a mesma fonte. O corte deveu-se às obras do metropolitano em São Sebastião, onde umas estacas bateram num cabo de fibra óptica e deitaram-no abaixo, indicou à Lusa fonte do Metropolitano de Lisboa. Fonte:metrolisboa.blogspot.com/2007/11/corte-de-cabos-de-fibra-ptica-em-lisboa.html

Page 64: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 177

“Fiber Optic Cable Cuts Isolate Millions From Internet,FutureCuts Likely” (January 31, 2008)

O cabo submarino FLAG foi um dos cabos afectados

Large swaths of the Middle East and Southeast Asiafell into internet darkness after two major underseasfiber optic links were damaged off Egypt’s coast on Wednesday.

Early reports blamed an errant anchor for severing the cables, but THREAT LEVEL has not yet been able to confirm that’s the cause.

Telecoms in Egypt, India, Pakistan and Kuwait (among others) are scrambling to find other arrangements to carry their internet and long distance phone traffic.

Some telecoms had complete outages since their contingency plans if one cable broke was to use the other. Seventy percent of the networks in Pakistan experienced an out, with Egypt, Malidives, Kuwait, Lebanon and Algeria also suffering severe outages, according to traffic analysis by Renesys.

FLAG runs about 17,000 miles, stretching from London, through the Suez canal, around India, along China’s coast to Japan……. SEA-ME-WE-4 follows roughly the same geographic path.Fonte:www.wired.com/threatlevel/2008/01/fiber-optic-cab/

The cuts hit two fiber optic links: FLAG Europe Asia and SEA-ME-WE-4. The two cables are competitors that carry traffic from Europe through the Middle East along to Japan (and vice versa).

Page 65: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 178

Disponibilidade

• A disponibilidade (availability) de um sistema traduz a probabilidade desse sistema estar perfeitamente operacional num certo instante de tempo.

• A disponibilidade é normalmente expressa em termos da percentagem de tempo durante um ano em que o sistema está totalmente operacional.

• Assumindo que as disponibilidades de um nó (elemento de rede) e de uma ligação (via de transmissão) são independentes, a disponibilidade de um caminho obtém-se multiplicando as disponibilidades.

31.5 s5.26 m52.6 m8.76 h3.65 diasTempo em baixa/ano

99.9999% (6 noves)

99.999% (5 noves)

99.99% (4 noves)

99.9% (3 noves)

99% (2 noves)

Disponibilidade (%)

DXCDXC

DXCDXC

DXCDXC

DXCDXC

DXCDXC

0.99999

0.99999

0.99999

0.99999

0.99999

0.9998 0.9995

0.9997

0.9997

0.9998

0.99950.9995

A disponibilidade do caminho representado seria dada por:

0.99999x0.9995x0.99999x0.9998x0.99999≈0.99927

Para aumentar e disponibilidade do caminho seria necessário ter por exemplo um caminho redundante (caminho de protecção) para o caso de falha do primeiro.

Protecção

Page 66: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 179

Técnicas de Sobrevivência

• As técnicas usadas para garantir que uma rede SDH continue a proporcionar serviços mesmo em presença de falhas na rede são as seguintes:

– Protecção de equipamento;– Protecção linear;– Protecção de anel; – Restauro.

• A protecção de equipamento é garantida duplicando as cartas e as ligações entre estas.

• A protecção linear é aplicada em ligações ponto-a-ponto. Essa protecção pode ser realizada a nível de caminho (protecção de caminho), ou a nível de secção de multiplexagem (protecção de secção).

• A protecção de anel aplica-se a topologias físicas em anel e também pode ser realizada a nível de caminho ou a nível de secção.

• O restauro aplica-se a redes com uma topologia física em malha e consiste em encontrar caminhos alternativos aos caminhos com falhas, sendo a operação, normalmente, coordenada pelo plano de gestão de rede.

Page 67: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 180

Anomalias, Defeitos e Falhas

• O sistema de protecção ou de restauro numa rede SDH é activado na presença de falhas graves. Essas falhas desencadeiam um processo de geração de alarmes, que por sua vez são responsáveis por activar o sistema referido.

• Um comportamento errático em certas funcionalidades da rede pode ser classificado como anomalia, defeito ou falha.

• Uma anomalia corresponde a uma degradação do desempenho do sistema. Um defeito conduz a uma incapacidade para executar um serviço devido ao mau funcionamento do hardware ou do software do sistema, ou a uma degradação do desempenho muito acentuada, traduzida por uma razão de erros binários igual ou superior a 10-3. Uma falha é um defeito persistente.

• A detecção de um defeito a nível de caminho ou secção é realizada monitorizando o sinal recebido. Exemplos de defeitos: perda de sinal ou LOS (loss of signal), perda de trama ou LOF (loss of frame), incoerência do traço de sinal ou TIM (trace identification mismatch), perda de ponteiro ou LOP (loss of pointer), etc.

• As anomalias são originadas por eventos tais como perda de enquadramento de trama ou OOF (out of frame alignment), sinal degradado ou SD (signal degrade) e os erros de detectados usando B1, B2, B3 e BIP-2 desde que a razão de erros fique abaixo de 10-3.

Page 68: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 181

Protecção Linear

• A protecção linear de caminho protege os caminhos (VCs) individualmente (extremo-a-extremo), enquanto a protecção de secção protege todo o sinal STM-N (em cada arco). Qualquer uma dessas protecções ainda pode ser dedicada (1+1) ou partilhada (1:1).

• Protecção de secção dedicada (1+1)O sinal STM-N é duplicado e enviado simultaneamente pela via de serviço e pela via de protecção (fibras de serviço e protecção). Na recepção é seleccionado o sinal da via de serviço. Quando esse sinal se degrada o receptor comuta para a via de protecção.

comutador

Fibra de protecção (ou λ)

Fibra de serviço (ou λ)

Funcionamento em estado normal

Funcionamento depois de uma falha

comutador

Fibra de protecção (ou λ)

Esta forma de protecção é muito rápida e não requer nenhum protocolo de sinalização

Perda de sinal ou LOS (Loss of Signal) Perda de trama ou LOF (Loss of Frame) Sinal degradado ou DS (Degraded Signal) (Valor de BER elevado≥10-3

Alarmes que desencadeiam a comutação

O sistema pode funcionar em modo de protecção reversível (volta à situação normal depois da falha ser reparada) ou modo irreversível no caso oposto.

NE 1 NE 2

NE 1 NE 2

Corte na fibra de serviço (ou λ)STM-N

Page 69: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 182

Protecção Linear (secção 1:1)

• A protecção de secção 1+1 requer a duplicação dos sinais STM-N, sendo por isso uma solução dispendiosa.

– Tem a vantagem de não requerer sinalização entre os nós da rede, sendo portanto muito rápida. A protecção 1:1 requer o uso de sinalização (mais lenta), mas pode usar o sistema de protecção para tráfego não prioritário.

• Protecção de secção partilhada (1:1)O sinal STM-N é enviado num certo instante é enviado através de uma única via. Em presença de uma falha na fibra o sinal é comutado para a outra fibra. Requer também o uso de um comutador no emissor e um protocolo APS (Automatic Protection Switching).

Fibra de protecção (ou λ)

Fibra de serviço (ou λ)

Funcionamento em estado normal

Funcionamento depois de uma falha

comutador

Fibra de protecção (ou λ)

Fibra de serviço (ou λ)

Perda de sinal ou LOS (Loss of Signal) Perda de trama ou LOF (Loss of Frame) ) Sinal degradado ou DS (Degraded Signal)

Alarmes que desencadeiam a comutação

O NE que detecta a falha (NE 2) deve comunicar com o NE que inicia a secção (NE 1) usando o protocolo APS, para este comutar o tráfego para a via de protecção. O APS é transmitido nos octetos K1 e K2do cabeçalho de sec. de multiplexagem.

NE 1 NE 2

NE 1 NE 2

comutadorcomutador

STM-N

Page 70: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 183

Protecção Linear de Caminho

• A protecção linear de secção só protege os arcos ou ligações entre os elementos de rede.

– Como as diferentes fibras ou comprimentos de onda são transportados no mesmo cabo, esse mecanismo não resolve os problemas dos cortes nos cabos, mas unicamente as falhas nas cartas dos NEs.

• A protecção linear de caminho ( aplicada a sinais VC-n) pode ser dedicada (1+1) ou partilhada (1:1). No último caso o protocolo APS é transmitido no octeto K3 para o caso do VC-3 e VC-4.

• O esquema de protecção SNCP (Subnetwork Connection Protection) é um exemplo de protecção linear de caminho 1+1.

MSSP

MSSP

MSSP

MSSP

MSSP

MSSP MSSP

MSSP

MSSP

MSSP

MSSP

MSSPVc-n

Serviço

ProtecçãoProtege contra falhas simples nos nós e nas ligações.

SNCP:

Page 71: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 184

Protecção de Anel: Tipos e Estrutura de Anéis

• Os anéis podem ser unidireccionais ou bidireccionais. No caso dos anéis unidireccionais um caminho (bidireccional) entre dois nós ocupa todo o anel, enquanto nos anéis bidireccionais só ocupa parte do anel.

• Um anel é composto de diferentes arcos, sendo cada um responsável por ligar dois nós. Os anéis podem ainda usar duas ou quatro fibras.

ADM A

ADM C

ADM BADM D

Fibra de serviço

Fibra de protecção

C→A A→C

A→CC→A

ADM A

ADM C

ADM BADM D

Fibra de serviço

C→A A→C

A→CC→A

Fibra de protecção

Anel Unidireccional Anel Bidireccional com 2 fibras

Arco

Page 72: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 185

Anel Unidireccional com Protecção de Caminho

• O anel unidirecional com protecção de caminho, designado na terminologia SONET por UPSR (Unidirectional Path-Switched Rings) usa um esquema de protecção dedicado 1+1. O tráfego originado num determinado nó é enviado simultaneamente pela fibra de serviço no sentido dos ponteiros do relógio e pela fibra de protecção no sentido contrário.

• A comutação de protecção é realizada a nível da camada de caminho para cada ligação. A qualidade do sinal é continuamente monitorizada. Quando tem lugar um corte na fibra de serviço o nó que detecta a falha comuta para a fibra de protecção.

ADM A

ADM C

ADM BADM D

Fibra de serviço

Fibra de protecção

C→A A→C

A→CC→A

Estado Normal

Corte nas duas fibras

ADM A

ADM C

ADM BADM D

Fibra de protecção

C→A A→C

A→CC→A

Estado Normal

Comuta para a protecção

Este tipo de protecção representa uma caso particular da SNCP

As entidades comutadas são contentores virtuais

Page 73: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 186

Protecção de Anel: Protecção a Nível de Secção

• A protecção de anel a nível de secção de multiplexagem pode ser partilhada ou dedicada.

• Os anéis MS-SPRING compreendem duas categorias: anéis de 2 fibras e anéisde 4 fibras.

– Estes anéis são bidireccionais: os sinais de tráfego normal (canais de serviço) são transmitidos sobre os mesmos arcos mas em sentido oposto. Os canais de serviço são protegidos pelos canais de protecção, que podem ser usados para tráfego não prioritário.

– Na terminologia SONET, esses anéis designam-se por BLSR (Bidirectional Line-Switched Rings).

• Os anéis MS-DPRING consistem em dois anéis unidireccionais com propagação em sentido inverso. Um transporta tráfego normal (anel de serviço) e o outro é reservado para proteger este tráfego (anel de protecção).

Protecção de secção

(ITU-T G.841)

Anel com protecção partilhada de secção de multiplexagem ou MS-SPRING (Multiplex SectionShared Protection Ring)

Anel com protecção dedicada de secção de multiplexagem ou MS-DPRING (Multiplex SectionDedicated Protection Ring)

Page 74: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 187

Aplicação do Protocolo APS

• As etapas associadas à aplicação do protocolo APS em presença de um corte da fibra entre o nó B e o nó C são as seguintes:

ADM A

ADM C

ADM BADM D

Detecta a falha do sinal

Envia octetos K nos dois sentidos

1

2

Percurso mais curto

Percurso mais longo

D⇒A

A⇐D

Recebe os octectos K1 e K23Estabelece uma derivação4

Deixa passar K1 e K25

Recebe os octectos K1 e K26

• O nó B a partir da detecção de uma perda de sinal detecta a falha da fibra entre C e B.• O nó B envia pelos octectos K1 e K2 pelo percuso mais curto e pelo mais longo um pedido de derivação para C.• C depois de receber os octectos K1 e K2 e de reconhecer o seu endereço estabelece uma derivação para a via de

protecção. A e D ao verificarem que os comandos recebidos não lhe são destinados reenviam-os.• O nó C recebe de novo os octectos K1 e K2 pelo percuso mais longo e responde com o seu estado (comutado).

Todos os nós são informados do novo estado. Quando B recebe essa informação passa também a comutado.

Estabelece uma derivação8

Informa os nós do seu estado7

Page 75: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 188

Anel MS-DPRING

• No anel com protecção dedicada de secção de multiplexagem, os diferentes nós estão ligados por duas fibras ópticas, uma para a função de serviço e outra para protecção. O anel é unidireccional e no estado de funcionamento normal só a fibra de serviço transporta tráfego. O anel de protecção é usado quando a terminação de secção de multiplexagem detecta uma falha ou uma degradação do sinal na fibra de serviço.

• Depois de detectada a falha inicia-se o processo de recuperação usando o protocolo APS, o qual permite estabelecer derivações da fibra de serviço para a fibra de protecção nos nós que envolvem a falha e transportar a secção afectada pela fibra de protecção.

ADM A

ADM C

ADM BADM D

Fibra de serviço

Fibra de protecção

C→A A→C

A→CC→A

Estado Normal

ADM A

ADM C

ADM BADM D

C→A A→C

A→CC→A

Estado de Protecção

Derivação

Derivação

Corte nas duas fibras

Page 76: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 189

Anel MS-SPRING com Duas Fibras

• No anel MS-SPRING com duas fibras, a capacidade de trabalho entre quaisquer dois nós só usa metade da capacidade bidireccional total, sendo a outra metade destinada a protecção. Assim, por exemplo, num anel com capacidade STM-N, os sinais STM-N transmitidos nos dois sentidos reservam os AU-4 numerados de 1 a N/2 para o transporte de tráfego de serviço e os AU-4 numerados de N/2+1 a N para protecção.

ADM A

ADM C

ADM BADM D

C→A A→C

A→CC→A

ADM A

ADM C

ADM BADM D

C→A A→C

A→CC→A

Estado de Protecção

Derivação

Derivação

Corte nas duas fibras

STM-N

Protecção

Estado Normal

A falha é indicada a nível de secção e a recuperação da falha usa o APS

Fibras ópticas

Page 77: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 190

Considerações sobre Aplicação do MSPRING

• Tempo de comutação : Num anel sem tráfego extra, com todos os nós a funcionar em modo normal e com menos de 1200 km de fibra óptica o tempo de comutação do tráfego para a capacidade de protecção (em arco ou anel) na presença de falhas deve ser inferior a 50 ms (ITU-T: G.841).

• MSPRING em aplicações submarinas : A aplicação directa do protocolo MSPRING poderia levar a situações com trajectos de protecção que atravessassem três vezes o oceano. Como as distâncias entre nós podem atingir vários milhares de km há que alterar o protocolo para estes casos: Na presença de falhas todos os AU-4 afectados pelas falhas são comutados para as vias de protecção pelos próprios nós fonte. Deve-se garantir um tempo de comutação inferior a 300 ms (ITU-T: G.841).

• Tráfego não protegido : Os MSPRING têm possibiliade de transportar alguns canais com tráfego não protegido, desactivando o protocolo APS para determinados AU-4s.

ADM

ADM

ADM

ADMMSPRING (STM-16)ATM ATM

STM-1 não protegido

STM-1 não protegido

A B

O tráfego entre A e B é protegido pela camada ATM

ATM

ATM

Comutador ATM

Page 78: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 191

Interligação de Anéis

• A interligação de anéis pode ser feita usando DXC ou ADMs. No último caso a interligação é feita ligando as saídas inserção/extraçção de dois ADMs de diferentes anéis.

• A interligação pode ser feita usando arquitecturas com um nó de interligação simples ou dual. A primeira tem um ponto de falha no ponto onde os anéis se interligam e por isso oferece um nível de fiabilidade baixo.

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

Interligação com nó simples

Interligação com nó dual

Permite proteger o tráfego que transita entre os dois anéis. Uma falha num ADM de interligação não causa problemas ao tráfego entre anéis.

Ponto de falha simples

Page 79: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 192

Facilidade Extrair & Continuar

• No caso da interligação com nó dual em vez de se estabelecer duas ligações entre o nó original e os dois nós de interligação num determinado anel, pode-se usar uma facilidade presente nos ADMs designada por extrair & continuar(drop-and-continue) (ITU-T G-842).

• O sinal unidireccional transmitido pelo nó C ao chegar ao nó 1 é extraído pelo ADM desse nó e ao mesmo tempo é enviada uma réplica para o nó 2 (função continuar). O selector do nó 1 do anel 2 selecciona o sinal de melhor qualidade e envia-o para o anel. A interligação pode ser STM-1 ou STM-N.

ADM A

ADM B

ADM C

ADM D

ADM F

ADM E

SS

Para D

De D

Para CDe C

MSPRING 1 MSPRING 2

Nó 1

Nó 2

Nó 1

Nó 2

Selector

Interligação: Eléctrica⇒STM-1 Óptica ⇒ STM-N

Page 80: Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de ... · PDF filePDH, SDH, OTN PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 193

Interligação com Anel Virtual

• Como no caso da protecção SNCP (protecção de caminho) o tráfegoé replicado na origem e enviado por dois caminhos distintos.

• O encaminhamento de informação deve ser feita de modo que o caminho associado ao tráfego de serviço usa nós de interligação entre os anéis diferentes do caminho de protecção

ADM A

ADM B

ADM C

ADM D

ADM F

ADM EPara D

De D

Para CDe C

SNCP ring 1 SNCP ring 2

Nó 1

Nó 2

Nó 1

Nó 2

Tráfego de Serviço

Tráfego de Protecção