Jerarquía digital síncrona

El SOH (Section Overhead) se divide en dos partes: El R-SOH y el M-SOH. El primero de ellos(R-SOH) es utilizado para aplicaciones entre repetidores, los cuales están comprendidos por los bytes de las filas 1 a 3, en tanto que para el uso entre terminales de multiplexación (M-SOH) corresponden a los bytes de las filas 5 a 9. A continuación se detalla las funciones de cada uno de los bytes que componen el SOH.

Fig. 1 Bytes del SOH

a) Señal de alineamiento de trama A1, A2:
A1 y A2 son patrones fijos de sincronización de trama. A1 está dispuesto en 11110110 y A2 en 00101000.
b) Traza de sección de regenerador J0:
El uso de J0 está aún bajo estudio.
c) Monitoreo de errores B1, B2:'
Los errores de transmisión son monitoreados en las secciones de regenerador y multiplexor. B1 es para la sección de regenerador y B2 para la de multiplexor.
d) Canal de servicio para Ingeniería E1, E2:
El E1 es accesible en regeneradores y multiplexores, el E2 sólo en multiplexores. Cada circuito posee una capacidad de 64Kb/s.
e) Canal de usuario F1:
Este es un canal de datos de 64 Kb/s que puede utilizar cualquier operador de red para sus propósitos.
f) Canal de comunicación de datos D1-3, D4-12:
Estos bytes son asignados como canales de comunicación de datos para transmitir información hacia multiplexores y regeneradores y viceversa.
g) Señalización de conmutación de protección automática K1, K2:
El intercambio de información entre dos extremos en una sección de multiplexor se lleva a cabo a través de los bytes K1 y K2. Parte de K2 también se utiliza para enviar MS-RDI (indicación de defectos remotos en la sección de multiplexor) y MS-AIS (señal de indicación de alarmas en la sección de multiplexor).
h) Estado de sincronización S1:
El byte S1 comunica a la siguiente estación la calidad de la fuente de referencia de sincronización utilizada por el equipo.
Los bits 1 al 4 del byte S1 están reservados para la calidad usada por operadores individuales. Los bits 5 al 8 pueden tomar los siguientes valores:
0000 Calidad desconocida (red de sincronización existente)
0001 Reservados
0010 Señal generada por un equipo que está sincronizado a un reloj según la Rec. ITU-T G.811
0011 Reservados
0100 Señal generada por un equipo que está sincronizado a un reloj del tipo SSU-A
0101 Reservados
0110 Reservados
0111 Reservados
1000 Señal generada por un equipo que está sincronizado a un reloj del tipo SSU-B
1001 Reservados
1010 Reservados
1011 Señal generada por un equipo que está sincronizado a un reloj según la Rec. ITU-T G.813 Option I (SEC)
1100 Reservados
1101 Reservados
1110 Reservados
1111 No utilizar la sincronización de esta señal
i) Z1 y Z2 son bytes de reserva.
j) M1 Byte de indicación de Error en la Sección de multiplexación Remota.

El POH (Path OverHead) tiene como misión monitorizar la calidad e indicar el tipo de contenedor virtual que se tiene. Está compuesto por el VC (Contenedor Virtual) que es la entidad de carga útil que viaja sin cambios a lo largo de la red, además de algunos bytes que se agregan y se desempaquetan en los distintos puntos terminación del servicio de transporte. Los bytes que se agregan dependerán del tipo de contenedor virtual y se dividen en dos tipos Higher-order Path Layer y Lower-order Path Layer. En la siguiente tabla se muestra los bytes correspondientes al Higher-order Path Layer.

El segundo tipo de bytes que se agregan son los del tipo Lower-order Path Layer que corresponden a los VC-12. En la siguiente tabla se muestra el funcionamiento de cada uno de ellos.

Esta multiplexación parte de la unidad básica de PDH que es el E1 (2 Mbit/s) para formar un STM-1. Se pueden transportar 63 señales PDH de 2 Mbit/s. A continuación se detallan los pasos para el mapeo de un STM-1 mediante un E1.

• Se considera el mapeo de una señal de 2 Mbit/s en la trama SDH, la señal original PDH será 2048 kbit/s, con una variación de 50 ppm. Esto es insertado en un contenedor (C-12), donde la justificación se lleva a cabo utilizando técnicas tradicionales de stuffing (relleno de bits). Esto se hace para compensar las variaciones de frecuencia permitidas en tasas de bits para PDH y SDH.
• El contenedor se coloca en un contenedor virtual (VC-12) donde el path overhead se añade. Este overhead es llevado con la señal a lo largo de la red, incluso cuando se conectan en forma cruzada en diferentes tramas SDH. Esto permite el mantenimiento y la supervisión de la señal a través de la red. Incluye la detección de errores, indicaciones de alarma, y una etiqueta de señal.
• Un puntero se agrega al contenedor virtual para formar una unidad tributaria (TU-12). Esto permite que el sistema SDH compense las diferencias de fase a través de la red o entre las redes.
• Tres TU-12 son multiplexados en un grupo de unidad tributaria (TUG-2).
• Siete TUG-2 están multiplexados en un TUG-3. Esta es la unidad del mismo tamaño que sería usada para el mapeo, por ejemplo, una señal E3 en una trama SDH.
• Tres TUG-3 son multiplexados a través de una unidad administrativa (AU-4) y en un grupo de unidad administrativa (AUG) para formar una trama STM-1.

Para realizar esta multiplexación se ejecutan los pasos anteriores de forma similar. Se pueden transmitir hasta 3 señales de 34Mbit/s.

• Se adapta la frecuencia mediante byte interleaving (C-3).
• Se añaden 9 bytes overhead (VC-3).
• Se agrega el puntero (TUG-3).
• Tres (TUG-3) son multiplexados a través de (AU-4) y (AUG) para formar una trama STM-1.

Para multiplexar señales PDH es necesario primero adaptarlas a la velocidad SDH. Los pasos para realizar dicha multiplexación se dan en forma similar a los desarrollados en los puntos anteriores.

• Se debe incrementar la frecuencia de 140 Mbit/s a 149.76 Mbit/s mediante justificación de bits (C- 4).
• Añadir una columna de 9 overhead bytes (VC-4).
• Agregar el puntero (AU-4).

Una justificación positiva del puntero se da cuando la frecuencia de entrada es menor que la de salida, por lo tanto se insertan bytes de relleno que no afectan a los datos. Los bytes de justificación siempre se insertan en la misma ubicación dentro de la trama.

Una justificación negativa del puntero se da cuando la frecuencia de entrada es mayor que la de salida, los bytes H# pueden llevar información real del VC4 sin afectar a los datos de la carga útil. Demasiado ajuste de punteros puede llegar a ocasionar jitter.

Las celdas ATM se asignan a los contenedores en diferentes velocidades de bits. Estas celdas ATM son mapeadas mediante la alineación de cada celda con la estructura de los contenedores virtuales o concatenados. Dado que la capacidad no pueda ser un múltiple integrador del largo de las celdas ATM (53 bytes), una celda se le permite cruzar el límite del contenedor de la trama. El campo de información de la celda ATM (48 bytes) está codificada antes de ser mapeada, para garantizar la delineación. Un flujo de celdas ATM con una velocidad de datos que puede ser mapeado es igual a la capacidad del payload del VC. Desafortunadamente ATM no fue aceptado por el mercado como la solución para llevar a datos sobre los protocolos de SDH / SONET. Su inherente ineficiencia de ancho de banda, altos costos y la complejidad empujó a ATM a nichos de mercado específicos, tales como el transporte Frame Relay, acceso xDSL y a algunas aplicaciones militares y científicas.

Señales en tramas HDLC son mapeadas mediante la alineación de la estructura de los bytes de cada trama con la estructura byte del VC. El rango va desde 1,5 Mbit/s hasta varios Gbit/s utilizando las técnicas de concatenación. Las banderas (flags) 7EX HDLC se utilizan entre tramas para llenar el buffer, debido a la llegada discontinua de las señales de tramas HDLC. Las tramas HDLC son de longitud variable, una trama puede cruzar el límite del contenedor.

La red de sincronización es la red que es responsable de distribuir la información de sincronización a elementos de red que tiene que funcionar síncronamente para satisfacer los requisitos de característica de deslizamiento de octetos de la Recomendación UIT-T G.822.
El funcionamiento síncrono de los tipos de elementos de red, suele estar ordenado en una determinada zona geográfica, en la cual todos estos elementos están sincronizados con un "reloj maestro". La zona en la cual todos los elementos de red pertinentes (en funcionamiento normal) están sincronizados con un reloj maestro se denomina una "zona de sincronización”.
El reloj maestro de una zona de sincronización debe cumplir los requisitos descritos en la Recomendación UIT-T G.811.

En la Recomendación UIT-T G.810 se identifican dos métodos fundamentales de sincronización de relojes nodales, a saber: sincronización principal-subordinado y sincronización mutua. La sincronización principal-subordinado: Es un método adecuado para la sincronización de redes SDH; donde se utiliza una jerarquía de relojes en la que cada nivel jerárquico está sincronizado con referencia a un nivel superior. El nivel más alto de la jerarquía es el PRC. Las señales de referencia de reloj se distribuyen entre los niveles de la jerarquía por medio de una red de distribución que puede utilizar la infraestructura de la red de transporte. Los niveles jerárquicos son los siguientes:

Fig. 3 Estructura de la jerarquía de relojes en la sincronización directa

• PRC G.811
• Reloj subordinado (nodo de tránsito) Rec. G.812.
• Reloj subordinado (nodo local) Rec. G.812.
• Reloj de elemento de red SDH Rec. G.813.

La viabilidad de la sincronización mutua queda en estudio.
La distribución de la temporización entre relojes de nodo jerárquico debe efectuarse empleando un método que evite el procesamiento de puntero intermedio.
Todos los elementos en la red SDH se operan bajo un mismo reloj de frecuencia, suministrado por una fuente de señal llamada reloj de referencia primario (PRC). En la recomendación ITU-T G.811, se encuentran las especificaciones de rendimiento del PRC, cuya estabilidad y exactitud en frecuencia se hallan en el orden de ±10-11, posible gracias a un oscilador de cesio.

En la norma ITU-T G.803, se hace hincapié en la necesidad de que los relojes de SDH se ajusten al reloj de referencia primario (PRC, primary reference clock) y posean una buena característica de estabilidad a corto plazo, a fin de ajustarse a los objetivos de tasa genérica de deslizamientos de la Recomendación UIT-T G.822.
Se señala además que, siempre que el reloj de SDH cumpla la plantilla de estabilidad a corto plazo, no existen limitaciones prácticas al número de elementos de tratamiento de punteros que pueden conectarse en cascada en una red SDH, para cumplir los requisitos de fluctuación de fase de salida de la cabida útil en una frontera SDH/PDH.
“Los relojes de referencia primarios necesitan una fiabilidad muy alta y es probable que incluyan equipo repetido, a fin de asegurar la continuidad de salida. Sin embargo, toda discontinuidad de fase debida a operaciones internas en el reloj, no deberá producir más que un alargamiento o acortamiento de la anchura del intervalo de la señal de temporización y no provocar, en la salida del reloj, una discontinuidad de fase superior a 1/8 de UI a la salida del reloj”. ello se señala en ITU-T G.811.
La calidad de funcionamiento del PRC no se especifica, por tanto, en puntos de referencia internos sino más bien en la interfaz externa del equipo. Las interfaces de salida especificadas para el equipo en el que puede estar contenido el PRC son:

• Interfaces a 2048 kHz de acuerdo con la cláusula 10/G.703 con los requisitos adicionales de fluctuación de fase y fluctuación lenta de fase.
• Interfaces a 1544 kbit/s de acuerdo con la cláusula 2/G.703 con los requisitos adicionales de fluctuación de fase y fluctuación lenta de fase.
• Interfaces a 2048 kbit/s de acuerdo con la cláusula 6/G.703 con los requisitos adicionales de fluctuación de fase y fluctuación lenta de fase.
• Otras interfaces (tales como las de 8 kHz a 5 MHz de ondas sinusoidales)quedan en estudio.

La distribución de la señal de reloj se manifiesta a través de líneas de transmisión ordinarias como, en este caso, un sistema de transmisión SDH. Los elementos de red “intermedios”, tales como regeneradores, multiplexores de inserción y extracción, etc., son operados por medio de un “modo esclavo”, el cual utiliza un componente de señal de reloj extraído de la señal STM-N recibida.
El deterioro en la señal de reloj, como la fluctuación acumulada durante la transmisión a través de una cadena de elementos de red y línea de transporte, se reduce con un equipo de reloj esclavo de alto rendimiento según específica la recomendación G.812 para nodo de tránsito y para nodo local.
Un elemento de red SDH tiene la capacidad de enviar una señal de reloj externa dirigida hacia el BITS (fuente integrada de temporización de construcción) para reducir el deterioro en la señal de reloj. El elemento de red intermedio utiliza directamente la señal de reloj extraída por sí mismo.
Las señales de reloj necesarias para la operación del NE (Elemento de red) son producidas por un circuito de reloj que corre principalmente bajo el modo esclavo. Las fuentes de referencia disponibles son:
- Entrada externa
En este puerto normalmente se conecta o una señal de reloj externa proveniente de un reloj de referencia primario (G.811), o BITS (G.812 tránsito o local), o el reloj de un sistema de conmutación.
- Señal de línea STM-N
El componente de la señal de reloj extraída de una señal de línea puede ser utilizado como fuente de referencia, estando éste conectado hacia el este, hacia el oeste o hacia una dirección tributaria. Entonces, el byte S1 del SOH muestra el nivel de calidad del componente de reloj. Este, en cambio, muestra la señal de reloj que originalmente generó la señal de línea STM- N, siempre y cuando la señal STM-N pueda ser encontrada desde G.811 o G.812 T, L, u otro.
- Señal PDH de 2 Mb/s en el tributario
Dos de las señales tributarias de 2 Mbit/s pueden ser seleccionadas como fuentes de referencia. Este sería el caso si, por ejemplo, el sistema SDH fuese instalado en un área aislada con el reloj síncrono comunicado a través de una señal de 2 Mbit/s generada por un PRC, o cuando el sistema SDH es sincronizado a un reloj ESS (sistema de conmutación) en vez de PRC.

Aparte de ser utilizado en modo de operación esclavo, el circuito de reloj del NE también puede funcionar como una fuente de reloj independiente, para la cual existen dos modos de operación:

- Modo de retención
Mientras el circuito de reloj opera en modo esclavo, todos los parámetros como frecuencia, fase, etc. son memorizados. Cuando el circuito pierde contacto con la fuente de referencia, por alguna falla en la línea por ejemplo, esta información almacenada facilita el flujo de operación continua ininterrumpidamente. De este modo, se pueden evitar perturbaciones de transmisión causadas por cambios abruptos de frecuencia y de fase.

- Modo de operación libre
El circuito de reloj que es básicamente un VCXO (oscilador controlado por voltaje), opera libremente sin fuente de referencia. Este es una excelente opción para un área donde no haya una fuente de referencia de reloj disponible, y donde el sistema SDH se utilice de manera semejante al PDH.

Mediante la adecuada combinación de transmisores y receptores pueden obtenerse balances de potencia para los sistemas de línea de fibra óptica optimizados, en términos de atenuación/dispersión y costes con respecto a las diversas aplicaciones. Sin embargo, para simplificar el desarrollo de los sistemas con compatibilidad transversal, conviene limitar el número de categorías de aplicaciones y los correspondientes conjuntos de especificaciones de interfaces ópticas para la normalización. Se contemplan tres amplias categorías de aplicación:

Fig. 4 Clasificación de las interfaces ópticas

Intracentrales: Correspondiente a distancias de interconexiones inferiores a 2 km aproximadamente.
Intercentrales: A corta distancia, correspondiente a distancias de interconexión de 15 km aproximadamente.
Intercentrales: A larga distancia, correspondiente a distancias de interconexión de 40 km aproximadamente en la ventana de 1310 nm y de 80 km aproximadamente en la ventana de 1550 nm.

• Para los LED y los láseres MLM, la anchura espectral viene especificada por el valor cuadrático medio (RMS, root-mean-square) máximo de la anchura en condiciones de funcionamiento normalizado.
• Para láseres SLM, la anchura espectral máxima viene especificada por la anchura total máxima de la cresta de la longitud de onda central, medida 20 dB por debajo de la amplitud máxima de la longitud de onda central en condiciones de funcionamiento normalizado. En el caso de redes de SDH que utilizan amplificadores ópticos, es necesario disponer de un transmisor con características espectrales apropiadas para alcanzar distancias objetivas que superen las definidas para aplicaciones de larga distancia.

La potencia inyectada media en el punto de referencia S es la potencia media de una secuencia de datos seudoaleatorios acoplada a la fibra mediante el transmisor. Se expresa como una gama para permitir una cierta optimización de los costes y tener en cuenta los márgenes de explotación en condiciones de funcionamiento normalizadas, las degradaciones del conector del transmisor, las tolerancias en las mediciones y los efectos de envejecimiento. Estos valores permiten determinar los valores de sensibilidad y el punto de sobrecarga para el receptor en el punto de referencia R.
El convenio adoptado para el nivel lógico óptico es el siguiente:

• La emisión de luz se representa por un "1" lógico.
• La ausencia de emisión se representa por un "0" lógico.

Los eventos de fallos se detectan mediante la función de terminación de sección múltiplex (MST, Multiplex Section Termination) y la reconfiguración utiliza las funciones de conmutación de protección que se encuentran en la subcapa de protección de sección múltiplex. La reconfiguración resultante puede contemplar la conmutación de protección en elementos múltiples de la red SDH. La coordinación de esta conmutación en elementos múltiples de la red SDH se realiza mediante un protocolo de conmutación automática de protección (APS, Automatic Protection Switching).

Fig. 5.1 Funcionamiento MS-SP Ring

Fig. 5.2 Funcionamiento MS-DP Ring

MS-SP Ring (Multiplex Section-Shared Protection Ring):
Se emplea solo la mitad de la capacidad en cada sección de multiplexación para cursar tráfico. Máximo 16 nodos. Distancia máxima total de la estructura de 1200 km. Tiempos de conmutación inferiores a 50ms.
Ante un fallo:
– Los Nodos adyacentes detectan el fallo realizan una operación de Bridge&Switch.
– El resto de nodos realizan una operación de Full Pass-Through.
– En situación de conmutación el tráfico circula siempre pasando por todos los nodos del anillo MS-SPRING.

MS-DP Ring (Multiplex Section-Dedicated Protection Ring) :
Cada sentido de una conexión bidireccional emplea un camino distinto siguiendo un sentido del anillo. El sentido contrario sería el backup. Un inconveniente es que cada conexión bidireccional consume BW en todo el anillo. Máximo 16 nodos (por limitaciones en señalización).

Ring (Subnetwork Connection Protection Ring) :
Empleada en un anillo. Cada conexión unidireccional emplea ambos caminos en el anillo (es un 1+1). No tiene la limitación de 16 nodos. Soporta el fallo de un nodo.

Como su propio nombre indica regeneran la señal de reloj y la relación de amplitud de las señales digitales a su entrada, que han sido atenuadas y distorsionadas por la dispersión de la fibra óptica por la que viajan. Los regeneradores obtienen la señal de reloj a partir de la ristra de bits entrante.

Es un elemento que se utiliza en un enlace punto a punto. Implementara únicamente la terminación de línea y la función de multiplexar o desmutiplexar varios tributarios en una línea STM-N. En el elemento genérico de la Figura 8, el TM STM-4 dispondría de una única interfaz agregada óptica STM-4 (con transmisión y recepción) y, dependiendo de la configuración, de varias interfaces tributarias eléctricas (1,5 Mbit/s, 2 Mbit/s, 34 Mbit/s, 45 Mbit/s, 140 Mbit/s, STM-1) u ópticas (STM-1).

Se encargan de extraer o insertar señales tributarias plesiócronas o síncronas de cualquiera de las dos señales agregadas STM-N que recibe (una en cada sentido de transmisión), así como dejar paso a aquellas que se desee. Aporta la flexibilidad a la red SDH

Permiten la interconexión sin bloqueo de señales a un nivel igual o inferior, entre cualquiera de sus puertos de entrada y de salida. Los DXCs admiten señales de acceso, tanto plesiócronas como sícronas, en diversos niveles.