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REDES SDH ( SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY, HIERARQUIA DIGITAL SÍNCRONA ) Prof. Carlos Messani

Redes SDH (Synchronous Digital Hierarchy) · PDF fileSDH: O QUE É? •Rede SDH: é o conjunto de equipamentos e meios físicos de transmissão que compõem um sistema digital síncrono

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REDES SDH (SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY,

HIERARQUIA DIGITAL SÍNCRONA)

Prof. Carlos Messani

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SDH: O QUE É?

• Rede SDH: é o conjunto de equipamentos e meios físicos

de transmissão que compõem um sistema digital

síncrono de transporte de informações.

• Este sistema tem o objectivo fornecer uma infra-estrutura

básica para redes de dados e voz, e actualmente é

utilizado em muitas empresas que prestam serviços de

Telecomunicações, públicos e privados, em todo o

mundo.

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SDH: O QUE É?

As tecnologias SDH são utilizadas para multiplexação TDM com

altas taxas de bits.

• Meios de transmissão

• Fibra óptica (meio físico preferencial de transmissão).

• Interfaces eléctricas que permitem o uso de outros meios físicos de

transmissão (enlaces de rádios digitais e sistemas ópticos que

utilizam feixes de luz infravermelha).

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SDH-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO

• Os primeiros sistemas de transmissão baseados em fibra óptica

utilizados nas redes de telefonia pública utilizavam tecnologias

proprietárias na sua arquitetura, nos formatos de multiplexação,

no software e no hardware, e tinha procedimentos de

manutenção diferenciados. Os usuários desses equipamentos

solicitaram ao mercado fornecedor que desenvolvesse uma

padronização de tecnologias e equipamentos de forma a

possibilitar a utilização de equipamentos de diferentes

fornecedores numa mesma rede.

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SDH-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO

A tarefa de criar tais padrões começou em 1984, junto com

outras frentes de trabalho para outras tecnologias, e ficou

inicialmente a cargo da ECSA - EUA (Exchange Carriers

Standards Association). A ECSA desenvolveu o padrão SONET

(Synchronous Optical Network), que foi adotado, entre outros

países, nos EUA.

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SDH-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO

Após algum tempo o ITU-T - Europa (antigo CCITT) envolveu-se

no trabalho para que um único padrão internacional pudesse

ser desenvolvido para criar um sistema que possibilitasse que

as redes de telefonia de países distintas pudessem ser

interligadas. O resultado desse trabalho foi o conjunto de

padrões e recomendações conhecido como SDH (Synchronous

Digital Hierachy), ou Hierarquia Digital Síncrona.

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SDH/SONET-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO

O desenvolvimento do SDH levou a um ajuste no padrão

SONET para que os frames do 2 sistemas pudessem ser

compatíveis tanto em tamanho como em taxa de bits, de forma

que se pudessem interligar a redes do 2 padrões sem

problemas de interface.

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SDH/SONET-HISTÓRICO/MOTIVAÇÃO

• Um grande esforço de padronização fez com que os padrões SONET

(Americano) e SDH (Europeu) se tornassem muito próximos.

• O padrão SONET é também uma arquitectura de multiplexação síncrona.

Cada canal opera com um relógio sincronizado com os relógios dos outros

canais.

• O sinal SONET transporta diferentes tipos de sinais PDH (Hierarquia

Digital Plesiócrona), através do quadro (frame) padronizado para sinais

elétricos denominado STS-N (Syncronous Transport Signal). Esse sinal, ao

ser convertido para óptico é denominado OC-N (Optical Carrier).

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RELAÇÃO ENTRE OS SINAIS SONET E SDH

SONETTaxa de Bits

(kbit/s)SDH

STS1, OC1 51.840 STM0

STS3, OC3 155.520 STM1

STS12, OC12 622.080 STM4

STS48, OC48 2.488.320 STM16

STS192, OC192 9.953.280 STM64

As hierarquais SDH também foram definidas para o transporte de células ATM e

pacotes IP empacotados em PPP (point-to-point protocol) ou HDLC (high-level

data link control).

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UMA REDE SDH É COMPOSTA POR:

• Rede Física: é o meio de transmissão que interliga os

equipamentos SDH. Pode ser composta por: cabos de fibra óptica,

enlaces de rádio e sistemas ópticos de visada direta baseados em

feixes de luz infravermelha.

• Equipamentos: são os multiplexadores SDH de diversas

capacidades que executam o transporte de informações.

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UMA REDE SDH É COMPOSTA POR:

• Sistema de Gerência: é o sistema responsável pelo gerenciamento

da rede SDH, contendo as funcionalidades de supervisão e controle

da rede, e de configuração de equipamentos e provisionamento de

facilidades.

• Sistema de Sincronismo: é o sistema responsável pelo

fornecimento das referências de relógio para os equipamentos da

rede SDH, e que garante a propagação desse sinal por toda a rede.

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EXEMPLO DE REDE SDH

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VANTAGENS DA SDH

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: Synchronous Transport Module).

Compatibilidade entre o equipamento de diferentes fabricantes e

entre as hierarquias europeias e americanas.

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VANTAGENS DA SDH

Função de inserção/extracção simplificada. Como a tecnologia é

síncrona 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

(Telecommunications Management Network).

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VANTAGENS DA SDH

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.

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VANTAGENS DA SDH

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.

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DESVANTAGENS DA SDH

Técnica complexa devido à necessidade de registar a relação de

fase entre os sinais dos tributários e o cabeçalho.

justificação por octeto usada na SDH é mais problemática

relativamente ao jitter originado no processo de

desmultiplexagem, do que a justificação por bit.

Não suporta de modo eficiente as tramas Ethernet => SDH nova

geração

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DESVANTAGENS DA SDH

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.

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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).

Tecnologias de rede

para o transporte: SDH

(Synchronous Digital

Hierarchy) , WDM,

(Wavelength Division

Multiplexing), OTN

(Optical Transport

Network)

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REDE DE TRANSPORTE EM APLICAÇÕES TELEFÓNICAS

Elementos de rede SDH

DXC: Cruzador digital

(digital crossconnect)

ADM: Multiplexador de

inserção/extracção (add/drop

multiplexer)

Elementos de rede telefónica

CL: Central telefónica local

CT: Central telefónica de

trânsito.

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REDE DE TRANSPORTE EM APLICAÇÕES DE DADOS

Elementos de rede SDH

DXC: Cruzador digital (digital

crossconnect) ADM:

Multiplexador de

inserção/extracção (add/drop

multiplexer)

Elementos de rede de pacotes

ER: Edge router

CT: Core router

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.

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ESTABELECIMENTO DE CAMINHOS

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.

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DEFINIÇÃO DOS ELEMENTOS DE REDE

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.

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DEFINIÇÃO DOS ELEMENTOS DE REDE

Multiplexador de inserção/extracção: Permite extrair/inserir, quer sinais PDH,

quer sinais SDH de débito mais baixo do que o da linha.

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.

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DEFINIÇÃO DOS ELEMENTOS DE REDE

Os comutadores de cruzamento são usados para interligar anéis SDH, ou

como nós de redes em malha.

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TOPOLOGIAS FÍSICAS

Topologia em cadeia

Topologia em anel com duas ou quatro fibras

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TOPOLOGIAS FÍSICAS

Anéis unidireccionais e bidireccionais

Topologia emalhada (usada no núcleo central da rede)

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.

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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.

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ESTRUTURA DA TRAMA BÁSICA

• A duração da trama é igual a 125 μs, o que corresponde a 8000

tramas/s.

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.

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FORMAÇÃO DA TRAMA STM-N

• Sinais SDH multiplex de ordem superior são obtidos

através de uma multiplexagem por interposição de

palavra (octeto) de vários STM-1

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

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FORMAÇÃO DA TRAMA STM-N

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REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS

A tecnologia SDH tem sido beneficiada pelos grandes

avanços dos processadores, das interfaces ópticas e das

metodologias de desenvolvimento de software

empregados nos equipamentos de rede e nos sistemas

de gerência.

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REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os diversos fornecedores desses equipamentos têm oferecido novas

facilidades que permitem otimizar as redes SDH. Dentre essa facilidade,

as mais relevantes são:

Maior integração nas interfaces de tributários, permitindo um maior números de

interfaces ópticas e eléctricas por placa, diminuindo o espaço físico ocupado pelos

equipamentos;

Integração de interfaces típicas de redes de dados, tais como LAN (Ethernet), ATM, FR

e IP, diretamente nos equipamentos SDH, com facilidades de configuração

implementadas em um mesmo sistema de gerência;

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REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS (CONT1.)

Equipamentos de usuário de tamanho reduzido (de mesa), com multiplicidade de

interfaces e capacidade para fazer parte de segmentos de rede STM-1 ou STM-4,

sem troca do equipamento;

Equipamentos de grande porte (STM-16 ou STM-64) com matriz que permite

conexões de canais de baixa e alta ordem configuráveis pelo sistema de gerência;

Equipamentos que podem fazer parte de mais de um segmento de rede

permitindo realizar conexões entre esses segmentos diretamente na matriz

através de configuração pelo sistema de gerência.

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REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS (CONT2.)

Entre os requisitos necessários para implementação e operação de

uma rede SDH, os mais relevantes são:

Implantação de rede física com plena diversidade de rotas para permitir o uso de

topologia de rede em anel;

Uso dos mecanismos automáticos de proteção de rota, de interfaces e da matriz

de conexão cruzada em toda a rede;

Implementação de um projeto de rede de sincronismo que permita evitar a perda,

a degradação ou eventuais loops do sinal de relógio mesmo em caso de falha

dessa rede;

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REDES SDH: CONSIDERAÇÕES FINAIS (CONT3.)

Entre os requisitos necessários para implementação e operação de

uma rede SDH, os mais relevantes são:

Implementação de uma rede de dados confiável para o sistema de gerência (DCN

- Data Control Network) que seja inclusive a prova de falhas simples;

Implementação de um sistema de gerência compatível com o porte da rede, seja

pela capacidade de processamento e segurança de seus servidores e estações de

trabalho, como também pela capacidade de armazenamento de informações de

configuração dos equipamentos e serviços ativos;

Disponibilidade de pessoal treinado e capacitado para implantação, operação e

manutenção de rede SDH.