UNIVERSIDADE PREBITERIANA MACKENZIE ESCOLA DE ENGENHARIA

COMPARAO DE SERVIOS EM SDH

SDH

ALYNE CSSIO FELIPE VANESSA

SO PAULO 2011

SDH QUADRO COMPARATIVODATACOM A DATACOM disponibiliza ao mercado uma linha de produtos SDH com operao em aplicaes de at STM-64 (10G). Estes produtos disponibilizam vrias opes de interfaces tributrias, como E1, E3, STM-1, STM-4, STM-16, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet. Esta soluo tem sistema de proteo robusto e muito confivel, implementando protocolos como MS-SPring e DNI, alm das ferramentas tradicionais SNCP e MSP 1+1. Atravs do DmView a soluo tem gerenciamento completo com provisionamento de circuitos. Possui ferramentas de identificao de falhas, mapas topolgicos, recepo de eventos e correlao de alarmes. Este sistema permite ao operador grande facilidade em identificar e corrigir qualquer evento novo no enlace. Algumas caractersticas importantes da soluo: Operao em STM-1, STM-4, STM-16 e STM-64; Protocolos de proteo MSP, SNC, MSSPRing, DNI; Opera como terminal, cross-connect, ADM linear ou mltiplos anis; SDH-NG com GFP, LCAS, VLAN e Switching L2; Gerenciamento completo com a plataforma DmView; CEMIG TELECOMUNICAES O principal produto da Rede SDH/NGN da CEMIGTelecom o provimento de circuitos dedicados clear channel para o acesso e o transporte de sinais de telecomunicaes entre as Operadoras de Telecomunicaes (Telefonia Fixa, Telefonia Mvel e Business Carrier), Provedores de Acesso Internet (ISPs) e seus clientes finais. As aplicaes podem ser tanto ponto a ponto quanto ponto multiponto e em taxas de transmisso de dados (velocidades) que variam desde 64kbps at STM-4 (622Mbps).

TELEFNICA INTERNACIONALO uso de capacidade estruturada sobre o protocolo SDH ou SONET garante um alto nvel de qualidade e de disponibilidade do servio. Os equipamentos e espao necessrios para conexes podem ser ajustados s necessidades do cliente. Oferece aos clientes a conectividade ponta a ponta, incluindo a capacidade do Backbone e o acesso local nas cidades at o destino final do cliente. Oferece aos clientes suporte 24x7 do servio de Capacidade nas etapas de fornecimento e operao atravs dos centros de operaes.

Circuito STM-1 (155 Mbps)

As principais caractersticas deste servio de SDH/SONET Cidade a Cidade so:Servio ao destino final dos clientes Circuitos estruturados sobre protocolos padro SDH e SONET compatveis com equipamentos multiplexers e interfaces de vrios provedores da indstria. Capacidades Disponveis:STM-1/OC-3, STM4/OC12, STM-16/OC48 e STM-64/OC192. E3/DS3 e E1/T1, prvio estudo de viabilidade. Circuitos canalizados e concatenados. Cumprimento de parmetros de qualidade conforme recomendao internacional da ITUG.826 Proteo do servio em configurao Span ou no Anel conforme o esquema de MS-Spring de acordo com o padro internacional da ITU-T G.841. Cumprimento dos padres internacionais da ITU-T G.703 e G.752, para interfaces eltricas, e da ITU-T G.707 para interfaces ticas, nos pontos de interligao com redes de terceiros e de clientes.

Oferece um circuito dedicado clear channel na velocidade de 155 Mbps que capaz de transportar 63 circuitos E1 ou 1890 chamadas telefnicas simultneas. Este servio usado para transportar voz ou dados em alta velocidade, como conexes de ISPs Internet, agregao de usurios ADSL, interligao de contact centers, composio de backbones prprios de rede.

Circuito STM-4 (622 Mbps)

Oferece um circuito dedicado clear channel na velocidade de 622 Mbps que capaz de transportar 4 circuitos STM-1 ou 252 circuitos E1. Este servio usado para transportar altos trfegos de operadoras e tambm de ISPs que j comearam a interconectar suas redes a essa velocidade.

SDHAps algum tempo o ITU-T - Europa (antigo CCITT) envolveu-se no trabalho para que um nico padro internacional pudesse ser desenvolvido para criar um sistema que possibilitasse que as redes de telefonia de pases distintas pudessem ser interligadas. O resultado desse trabalho foi o conjunto de padres e recomendaes conhecido como SDH (Synchronous Digital Hierachy), ou Hierarquia Digital Sncrona. O desenvolvimento do SDH levou a um ajuste no padro SONET para que os frames do 2 sistemas pudessem ser compatveis tanto em tamanho como em taxa de bits, de forma que se pudessem interligar a redes do 2 padres sem problemas de interface. A tabela a seguir mostra a relao entre os sinais SONET e SDH.

SONET STS1, OC1 STS3, OC3 STS12, OC12 STS48, OC48 STS192, OC192

Taxa de Bits (kbit/s) 51 840 155 520 622 080 2 488 320 9 953 280

SDH STM0 STM1 STM4 STM16 STM64

REDE SDH Uma rede SDH composta por:

Rede Fsica: o meio de transmisso que interliga os equipamentos SDH. Pode ser composta por: cabos de fibra ptica, enlaces de rdio e sistemas pticos de visada direta baseados em feixes de luz infravermelha. Equipamentos: so os multiplexadores SDH de diversas capacidades que executam o transporte de informaes. Sistema de Gerncia: o sistema responsvel pelo gerenciamento da rede SDH, contendo as funcionalidades de superviso e controle da rede, e de configurao de equipamentos e provisionamento de facilidades. Sistema de Sincronismo: o sistema responsvel pelo fornecimento das referncias de relgio para os equipamentos da rede SDH, e que garante a propagao desse sinal por toda a rede.

A figura a seguir apresenta um exemplo de rede SDH.

Vantagens e Restries As redes SDH oferecem vrios benefcios, quando comparada com outras tecnologias:

O cabealho complexo existente no frame SDH permite a gerncia (administrao, operao e manuteno) centralizada da rede; A arquitetura de multiplexao sncrona e a padronizao tanto em nvel de equipamentos como de interfaces, permite o crescimento para nveis mais altos de multiplexao e taxas de bits;

A estrutura de multiplexao flexvel, permitindo o transporte de sinais PDH (e at mesmo de clulas ATM) e o acesso aos tributrios de qualquer hierarquia num nico equipamento; A forte padronizao do SDH permite maior compatibilidade entre equipamentos de fabricantes diferentes, tanto atravs de interfaces eltricas como pticas; Os equipamentos possuem mecanismos que permitem implementar procedimentos de proteo tanto nas interfaces de tributrios como na rede, facilitando a formao de redes em anel ou malha.

Entretanto, a tecnologia SDH apresenta ainda as seguintes desvantagens:

O projeto, instalao e operao da rede SDH complexo e deve ser feito com um planejamento criterioso e detalhado; Apesar da forte padronizao de equipamentos e da tecnologia SDH, a padronizao dos sistemas de gerncia de rede ainda no um fato, impedindo que equipamentos de fabricantes diferentes possam ser gerenciados por um sistema nico.

O SDH pode transportar tambm os diferentes tipos de sinais PDH, atravs do frame padronizado denominado STM-N (Syncronous Transport Module), utilizado tanto para sinais eltricos como para sinais pticos. Atualmente o padro SDH utiliza frames STM-N com as seguintes taxas de bits: 155520 Mbit/s (STM-1 eltrico ou ptico), 622080 Mbit/s (STM-4 ptico), 2488320 Mbit/s ou 2,5 Gbit/s (STM-16 ptico) e 9953280 Mbit/s ou 10 Gbit/s (STM-64 ptico). Os diversos canais multiplexados (VC's) normalmente so chamados de tributrios, e os sinais de transporte gerados (STM-N) so chamados de agregados ou sinais de linha. Os itens a seguir detalham as caractersticas mais relevantes da tecnologia SDH. Sincronismo As redes SDH formam um sistema sncrono onde todos os relgios de seus equipamentos tm, em mdia, a mesma freqncia. O relgio de cada equipamento, chamado de relgio secundrio ou escravo, pode ser rastreado at o relgio principal da rede, chamado tambm de mestre, garantindo a distribuio e qualidade do sinal de sincronismo.

A manuteno de uma boa referncia de relgio permite que os sinais STM-1 mantenham sua taxa de 155 Mbit/s estvel, e que vrios sinais STM-1 sncronos possam ser multiplexados sem a necessidade de insero de bits, sendo facilmente acessados em sinais STM-N de maior taxa de bits. Tambm os sinais sncronos de menores taxas de bits, encapsulados nos VC's, podem ser multiplexados sem a necessidade de insero de bits para compor os sinais STM-1, e podem ser facilmente acessados e recuperados. O uso de ponteiros em conjunto com buffers permite acomodar as eventuais diferenas de fase e freqncia dos canais durante o processo de multiplexao. Os ponteiros possuem campos especficos para armazenar os bits ou bytes em excesso ou para indicar a falta destes durante o processo de sincronizao (justificao). Os buffers permitem que esse processo ocorra sem a perda de informao armazenando e mantendo o sinal original. Desta forma, extremamente importante a qualidade e a manuteno do sinal de sincronismo para o sucesso da rede e dos servios prestados a partir dela.

Processo de Multiplexao

A figura a seguir apresenta o processo de multiplexao dos canais tributrios no frame SDH.

O processo de multiplexao dos canais tributrios no frame SDH tem os seguintes passos:

Mapeamento, onde os tributrios so sincronizados com o equipamento multiplex (justificao de bit), encapsulados e recebem seus ponteiros (POH) para formar os VC's; Alinhamento, onde os VC's recebem novos ponteiros para formarem as unidades TU (Tributary Unit) ou AU (Administrative Unit), para permitir que o primeiro byte do VC seja localizado; Multiplexao byte a byte, onde os VC's de baixa ordem so agrupados para compor os VC's de alta ordem ou os VC's de alta ordem so processados para formar os AUG (Administrative Unit Group); Preenchimento, onde, na falta de tributrios configurados ou para completar o espao restante de tributrios de baixa ordem, so adicionados bits sem informao para completar o frame.

Nos equipamentos do padro SDH o processo de multiplexao normalmente executado pela matriz de conexo cruzada (Cross-connect Matrix). A capacidade desta matriz para compor os frames SDH com canais de taxas de bits diversas define, de fato, a capacidade do equipamento. Normalmente os equipamentos com sinais agregados de taxas de bits at STM-4 (622 Mbit/s) possuem matrizes com capacidade para multiplexar canais com taxa de bits de 2 Mbit/s at 155 Mbit/s. Os equipamentos com sinais agregados de taxas de bits superiores a STM-4 (622 Mbit/s) possuem matrizes com capacidade para multiplexar canais com taxa mnima de 155 Mbit/s.

Equipamentos

O padro SDH definiu 3 tipos de equipamentos para compor a rede:

TM (Terminal Multiplex): possui apenas uma interface de agregado e possibilita a insero (add) ou retirada (drop) de tributrios de diversas hierarquias; ADM (Add and Drop Multiplex): possui duas interfaces de agregados e possibilita a insero (add) ou retirada (drop) de tributrios de diversas hierarquias. Estes equipamentos tambm podem ser usados como regeneradores de sinal, quando nenhuma interface de tributrio instalada.

SDXC (Synchronous Digital Cross-connect): possui interfaces de entrada e sada de diversas hierarquias e pode interliga-las com uma grande infinidade de combinaes.

A figura a seguir apresenta esses equipamentos.

Embora esses tipos de equipamentos tenham sido especificados nas recomendaes do ITU-T, com detalhes de blocos funcionais, os fabricantes de equipamentos fornecem, em sua maioria, apenas os ADM's, que podem executar a funo de ADM e de TM com diversas capacidades de taxas de bits, e os SDXC, tambm com diversas possibilidades de configurao. Para selecionar e utilizar esses equipamentos em redes SDH devem ser considerados os seguintes aspectos:

Tributrios: tipos (eltricos, pticos), taxas de bits, nmero de interfaces por placas e nmero mximo de placas no equipamento; Agregados: tipos (eltricos, pticos), taxas de bits e nmero mximo de placas no equipamento; Matriz de Conexo Cruzada (Cross-connect Matrix): capacidade total da matriz e taxas de bits do canais a serem multiplexados.

Topologias de Rede As redes SDH podem ter as seguintes topologias:

Ponto-a-ponto: 2 equipamentos terminais interligados por um nico meio fsico; Barramento: 3 ou mais equipamentos interligados por um nico meio fsico, sendo 2 equipamentos terminais e os demais equipamentos ADM;

Anel: 3 ou mais equipamentos ADM interligados atravs de um nico meio fsico;.

A figura a seguir apresenta esses tipos de topologias e suas variaes.

As topologias de rede podem ainda ser classificadas como:

Fsica: viso da rede a partir da sua topologia fsica, ou seja, considerando o meio fsico utilizado e os seus equipamentos; Lgica: viso da rede a partir da interligao dos equipamentos sem considerar a topologia da rede fsica.

Na maioria dos casos, as vises de rede fsica e lgica so as mesmas. Entretanto, em algumas situaes as restries impostas para a construo da rede fsica podem levar os projetistas a elaborar um projeto onde, embora a rede tenha uma configurao ponto-a-ponto ou barramento, a rede lgica possa ter a configurao em anel. Os exemplos apresentados a seguir ilustram este caso.

Exemplos de Topologias A figura a seguir apresenta exemplos de segmentos de rede, destacando as diferenas entre topologia fsica e lgica.

As redes que so implantadas com configurao fsica ponto-a-ponto ou barramento e configurao lgica em anel so comummente chamadas de anel "amassado" ou, em ingls, "flat ring". Rede Fsica Dentre as topologias de rede apresentadas, a configurao em anel a mais usada para fornecer a proteo da rede fsica. Os projetos dessas redes devem considerar sempre a implantao de redes pticas ou de enlaces de rdios que utilizem caminhos fsicos distintos para evitar que uma nica falha simples possa interromper o servio oferecido pela rede SDH. Esse procedimento deve aplicar-se tanto rede a ser implantada externamente aos sites, sejam eles da rede de servios ou dos seus Clientes, como nos acessos a esses sites. A figura a seguir ilustra estes procedimentos.

Equipamentos O padro SDH possui mecanismos de proteo j definidos para as interfaces de tributrios, principalmente aquelas com taxas de bits a partir de 155 Mbit/s (STM-1). Nesses casos so instaladas 2 placas de tributrios nos equipamentos (principal e reserva) e so usados bytes do prprio frame SDH para decidir como redirecionar o sinal do tributrio (principal -> reserva) em caso de falha. Para o caso das interfaces eltricas com taxas de 2 Mbit/s at 155 Mbit/s, os equipamentos possuem mecanismos de proteo onde podem ser adicionadas placas na proporo 1 reserva para n ativas, onde em caso de falha de uma das n placas ativas, a placa reserva ativada automaticamente, sem interrupo dos servios fornecidos. Adicionalmente, muitos equipamentos j fornecem proteo do tipo 1+1 para as placas de Matriz de Conexo Cruzada para os equipamentos de rede.

Proteo Lgica A proteo lgica da Rede SDH atende a recomendao ITU-T G.841 - Types and Characteristics Of SDH Network Protection Architectures. Esta recomendao trata principalmente de 2 tipos de arquiteturas de proteo (redundncia):

SNCP (Subnetwork Connection Protection), que usa segmentos de rede entre os equipamentos com 2 fibras pticas; MS SP Ring (Multiplex Section - Shared Protection Ring), que usa segmentos de rede entre os equipamentos que podem ter 2 ou 4 fibras pticas.

A proteo SNCP utiliza o conceito de subrede (subnetwork connection) para efetuar o chaveamento do trfego a ser protegido, conforme ilustra a figura. Configura-se entre 2 equipamentos distintos, NE 1 e NE 4, um caminho principal (main subnetwork connection) e um caminho de proteo (protection subnetwork connection), sendo que esses caminhos podem ser compostos por mltiplos ns de rede (NEs 2 e 3 no caminho principal e NEs 5 e 6 no caminho de proteo). No NE 1 todo o trfego enviado tanto pelo caminho principal como pelo caminho reserva. No NE 4 o trfego do caminho principal preferencialmente recebido. Em caso de falha ou degradao do trfego no caminho principal, decorrente da rede ptica ou de algum equipamento, a preferncia no recebimento do trfego passa a ser do caminho reserva. Essa comutao ocorre de forma automtica em tempo menor que 50 ms por iniciativa do NE 4, envolvido no recebimento do trfego, sem qualquer interveno do sistema de Gerncia de Rede.

Este sistema de proteo tem ainda as seguintes caractersticas: Todo trfego protegido entre 2 equipamentos distintos utiliza banda nas 2 subredes (caminhos principal e reserva); As subredes (caminhos principal e reserva) podem ser compostas por segmentos de fibra ptica ou rdio; Este tipo de proteo pode ser configurado em anis compostos por segmentos formados por equipamentos de fabricantes diversos, situao que pode ocorrer quando o anel configurado com segmentos de rede de prestadores de servios distintos;

Este tipo de proteo pode ser configurado em anis compostos por segmentos de diferentes capacidades (STM-1, STM-4, STM16), situao que pode ocorrer quando um anel de capacidade menor formado contendo um segmento ancorado noutro segmento de um anel de capacidade maior.

A proteo MS SP ring utiliza o conceito de proteo de linha ou segmento, entre 2 equipamentos consecutivos, para efetuar o chaveamento do trfego a ser protegido, conforme ilustra a figura. A capacidade de trfego no anel configurada de forma que 50% da banda disponvel seja reservada para operao normal (linha de principal) e 50% seja reservada para proteo (linha de proteo). Configura-se entre 2 equipamentos distintos, NE 1 e NE 4, o caminho atravs da linha principal (passando pelos NEs 2 e 3) usando a banda para operao normal. Todo o chaveamento do trfego feito atravs de informaes existentes no overhead do frame SDH. Quando um equipamento (NE 2, por exemplo) detecta uma falha em qualquer uma de suas interfaces de linha voltada para outro NE (agregado voltado para o NE 3, por exemplo) decorrente de falha de rede ptica ou de equipamento, esta informao enviada aos outros equipamentos. O trfego entre os NEs 2 e 3, que foi interrompido, ento chaveado para a linha de proteo no NE 2, que detectou a falha, e conduzido para o NE 3 usando a banda de proteo. No NE 3 o trfego que chega pela linha de proteo ento chaveado para a linha principal novamente, restabelecendo o trfego para o NE de destino (NE 4).

Este sistema de proteo tem ainda as seguintes caractersticas:

Todo trfego entre 2 NEs distintos a ser protegido utiliza banda da linha principal apenas, em operao normal, e banda da linha de proteo apenas em caso de falha; O anel, como um todo, s pode ser composto por segmentos de fibra ptica; Este tipo de proteo no pode ser configurado em anis compostos por segmentos formados por equipamentos de fabricantes diversos, situao que pode ocorrer quando o anel configurado com segmentos de rede de prestadores de servios distintos; Este tipo de proteo no pode ser configurado em anis compostos por segmentos de diferentes capacidades (STM-1, STM-4, STM-16), situao que pode ocorrer quando um anel de capacidade menor formado contendo um segmento ancorado noutro segmento de um anel de capacidade maior.

Os 2 tipos de proteo aplicam-se principalmente a topologia de rede em anel. Como j foi mencionado anteriormente, eventualmente podem ser aplicados a segmentos de rede onde, embora a topologia da rede fsica apresente restries para ser implantada em anel, de forma temporria ou permanente, tenha sido usada a estratgia de implementar esses tipos de proteo para prevenir eventuais falhas de equipamentos.

Topologias Tpicas De forma geral as redes dos prestadores de servios so implantadas usando todos os tipos de mecanismos de proteo apresentados acima. A implantao dessas redes sempre parte da escolha de uma filosofia geral de proteo que aplica-se a rede fsica, a rede lgica e aos servios fornecidos. Em geral, at os procedimentos de proteo para os tributrios adotam prticas distintas dependentes do porte dos Clientes. A figura a seguir apresenta uma rede tpica de um prestador de servios de telecomunicaes.

Esta configurao com um anel principal, chamando de ncleo ou backbone, e diversos anis secundrios, ou regionais, aplica-se tanto as grandes metrpoles, onde tanto o trfego interno como o trfego para outras localidades muito intenso, como tambm para redes de longa distncia, onde o backbone liga duas localidades de maior porte, e os anis secundrios atendem regies ou localidades de menor porte.

Referncias Teleco Padres de canalizao em sistemas de transmisso digital (TDM); Sincronismo nas Redes SDH; Referncia Rpida: Canalizao PDH/SDH. Internacional ITU The International Telecommunication Union, rgo europeu responsvel pelo desenvolvimento de padronizao para telecomunicaes.