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Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional RosarioCarrera: Ingeniería Eléctrica Materia Electiva

Digitalización de Señales Analógicas

¿Por qué digital? Conversión Analógica – Digital Modulación por pulsos codificados. PCM Trama y multitrama Código de línea HDB-3 Ordenes superiores Principios de SDH. Introducción Ventajas de SDH SDH- Normas Modelo de referencia Estructura de la Trama de Multiplexación Estructura de la trama STM-1 Unidades Tributarias Elementos de la Red SDH Anillos SDH- Conceptos básicos Topologías de Red

Transmisión de Datos en Sistemas Eléctricos Materia Electiva Ing. José Oscar Tarzia 1


Transmisión de Señales Digitales

Comunicación: se define como tal, al proceso donde la información es transferida desde un punto llamado fuente a otro punto llamado destinatario.

En el gráfico siguiente, podemos visualizar los diversos elementos que conforman un sistema de comunicación:

Señal de Señal Señal Señal Mensaje entrada transmitida recibida salida salida

Fuente Destinatario(Mensaje de entrada)

Todos los sistemas de comunicación, tienen la misma función básica que es la transmisión de la información. A nosotros nos interesa la transmisión de la información en forma eléctrica.

Los mensajes pueden ser digitales o analógicos:

Digitales: consisten de una secuencia de elementos discretos, tal como un mensaje escrito consiste de una secuencias de letras. Los elementos, pueden asumir un número finito de valores como ocurre con las letras extraídas del alfabeto.

Analógico: se representa con magnitudes de variación continua, pudiendo asumir un número infinito de valores como por ejemplo, el volumen de voz, de la música o la intensidad de la luz, etc.

Por lo general, el mensaje producido por la fuente no es eléctrico y se necesita un transductor de entrada, el cual convierte el mensaje a una señal que es una cantidad eléctrica variando con el tiempo tal como una corriente o tensión.

Otro transductor similar en el destinatario, convierte la señal de salida a la forma de mensaje apropiada. Un micrófono y un altoparlante, son ejemplos típicos de transductores de entrada y en el destinatario.


Transductor de entrada

Tx Canal deTx

Rx Transductor de salida


Una señal eléctrica digital puede asumir un número finito de valores como lo es el caso de un sistema de numeración binaria, formado con impulsos que pueden tomar uno de dos niveles perfectamente determinados 1 y 0.

Una señal analógica puede asumir teóricamente cualquier valor, un número infinito de valores, como por ejemplo la salida de tensión de una cámara de TV.

¿Por qué Digital?

Además, de la simplicidad del diseño y la facilidad con que se pueden aplicar técnicas de circuito integrado a circuitos digitales, tenemos la capacidad de codificar las señales digitales para minimizar los efectos del ruido e interferencia.

En el caso de transmisión de señales analógicas el ruido distorsionará las señales, pero si la misma se realiza en forma digital el vínculo o línea de transmisión puede estar provisto de repetidores a lo largo de la ruta donde se pueden regenerar los pulsos binarios con una aceptable probabilidad de error, dado que sólo necesitaríamos distinguir dos niveles de tensión.

En cambio, el ruido de las señales analógicas se irá acumulando al pasar de un repetidor a otro.

La función del transmisor en sistema de comunicación es la de acoplar el mensaje en el canal en forma de una señal transmitida y a efectos de una transmisión eficiente. Varias operaciones de procesamiento de la señal pueden ser realizadas.

La modulación más común es aquella dónde se adapta la señal transmitida a las propiedades del canal por medio del uso de una onda portadora.

El canal transmisión o medio es la conexión eléctrica entre el transmisor y el receptor. Puede ser un par de conductores, un cable coaxil, un radioenlace, una fibra óptica, etc.

El receptor extrae la señal deseada del canal y la entrega al transductor. La operación clave del receptor es la demodulación, o sea el proceso inverso de modulación, la cual restaura la señal a su forma original.



Pueden existir varios motivos por la cuál modulo: para facilidad de radiación, para reducir ruido e interferencias, para asignación de frecuencia, para vencer limitación de equipamiento, etc.

Hay dos tipos básicos de modulación:

Modulación por onda continua dónde la portadora es senoidal, (vista anteriormente) y modulación por pulsos (la portadora es un tren de pulsos).

La modulación por pulsos, es un proceso discontinuo o discreto, en el sentido que los pulsos están presentes sólo en ciertos instantes de tiempos.

La modulación por pulsos, se adapta mejor a mensajes que son discretos en naturaleza. Sin embargo, con la ayuda del muestreo, señales variando continuamente pueden ser transmitidas sobre portadoras pulsantes.

Dicha modulación, a su vez puede ser analógica o digital de acuerdo a si la señal modulada puede tomar cualquier valor o un valor discreto.

En la modulación por pulsos analógica el parámetro modulado varía en proporción directa a la señal modulante.

Señales PAM, PDM y PPM

En la figura siguiente mostramos tres tipos de modulación por pulsos analógicos:

Señal x (t)

Modulación por Amplitud de pulsos PAM t

Modulación por duración de pulso PDM t

Modulación por posición de pulso PPM t



En la modulación por pulsos digital (o codificada), ocurre una transformación digital donde el mensaje es convertido de un lenguaje simbólico a otro, tomando la señal modulada valores finitos o discretos.

Conversión Analógica – Digital

Es importante señalar que en determinados casos cierto tipo de información no está disponible en forma continua. Se tiene entonces muestras de dicha información.

A veces no es necesario estar atendiendo continuamente a una información, basta con tomar muestras de ésta para reconstruirla. Si tenemos una onda continua vamos a ver que es posible reconstruirla a partir de muestras periódicas.

Tipos de Muestreador

A continuación describimos los distintos tipos de muestreador existentes.

Muestreador SimpleMuestreador Simple

La llave del circuito se abre periódicamente a una frecuencia igual a fs que es igual a 1/Ts y permanece un tiempo t sobre la señal de entrada.


t

X(t)

Xs(t)

X(t) Xs(t)

fs


Muestreador PrácticoMuestreador Práctico

Cuando la señal de S(t) polariza directamente a los diodos, cortocircuita a la señal de salida, con los diodos sin polarizar la señal de salida es idéntica a la de entrada.


t

Ts T

t

t

X(t)

Xs(t)

X(t) Xs(t)

fs

t

s(t) X(t) Xs(t)

S (t)


Muestreador GenéricoMuestreador Genérico

A continuación presentamos el símbolo que representa al muestreador genérico.

Muestreador IdealMuestreador Ideal

Como lo que se pretende es tomar muestras de la amplitud de la señal analógica cada ts(segundos), toda extensión de la duración de t(ancho del pulso) de la muestra resulta inútil en el sentido de poder aprovechar el tiempo entre muestras para enviar información.

El muestreador ideal es una suceción de funciones y pulsos de valores unitarios.


Xs (t) = x (t) . s (t)

Ts

X(t) Xs(t)

S (t)

t

t

S (t)

X (t) . s (t)

T

En el proceso de muestreo se produce lo que se denomina una multiplicación en el tiempo y esto es una convolusión en la frecuencia, resultado que se muestra en la página siguiente


Teorema del MuestreoTeorema del Muestreo

Podemos visualizar a continuación que cantidad de muestras por segundo son necesarias para reconstruir una señal de entrada.

Considerando que tenemos un muestreador ideal y la señal de entrada tiene un espectro limitado a la frecuencia w.

Figura: Resultado de convolusionar X(f) * REP 1/Ts (f) = s (t)

(Aparece X(f) tanta veces, por cada (f) encuentre, en el proceso de convolusión)

De este modo, hemos demostrado que como mínimo la frecuencia de muestreo debe ser mayor o igual a dos veces la frecuencia de la señal de entrada.Cabe aclarar que hemos recurrido a la función matemática de convolusión de funciones para demostrar el teorema de Shannon, pero no es objetivo del curso profundizar estas aplicaciones matemáticas.

Modulación por pulsos codificados P.C.M (M.I.C)El sistema PCM consiste de tres pasos básicos que son:


X(f)(t)

-w w

f

------------

REP 1/Ts (f) = s (t)

Ts(t)

-2fs -fs 0 fs 2fs

f

f

-2fs -fs 0 fs 2fs

-4fs -3fs -2fs -fs 0 fs 2fs 3fs 4fs f

-w w fs+w fs-w si (fs – w) = w no hay superposición fm 2fmax de la señal Teorema de Shannon

Ej.: espectro de un canal telefónico dónde w = 3400 Hz

Señal de repetición que se utiliza para muestrear

Resultado del proceso de muestreo , dónde vemos que el mensaje se repite infinita veces, con un filtro adecuado podemos recuperar el mensaje original.

Para recuperar sin distorsión el mensaje original, no debe haber superposición de los espectros, ésta medida me ayuda a conocer cuanto será el valor de frecuencia de muestreo.


1. Muestreo

2. Cuantificación

3. Codificación

Hemos observado que bajo ciertas restricciones es posible enviar tan solo muestras de una señal y recomponerla luego totalmente. Sin embargo, éste proceso aún es analógico.

La información viaja en la amplitud de los impulsos. El proceso por el cual se transforman las muestras en una señal digital se lo denomina cuantificación y codificación.

Ambas operaciones son simultáneas y se efectúan en un circuito codificador recuperándose, a través de un circuito decodificador conocido como decodec. El diagrama en bloques del circuito será el siguiente:

Cualquiera sea el nivel de la señal se verá afectado por el mismo ruido, tanto para señales pequeñas como para grandes.

Para solucionar esto se deben hacer los intervalos cuánticos más pequeños para los niveles más bajos de la señal que para los niveles más altos.


t

PAM

PAM = Pulsos de amplitud

PAM

CODEC

CODEC

Pasa BajosDECODEC

PAN

PAMPCM

Tx

S(t)

M(t)

M1(t)

M(t)

n (hasta 30 CH )

S1(t)


Para encontrar la solución a esto, es necesario realizar lo siguiente, dónde se aprecia que para señales PAM más chicas

Cuantificación y Codificación

La recomendación del ITU- T Unión Internacional de Telecomunicaciones ex - C.C.I.T.T.(Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía), especifica curvas de compresión a utilizarse en la práctica y se definen dos leyes:La ley : utilizada en E.E.U.U. y Japón.La ley A o de 13 segmentos: utilizada en Argentina, Europa y el resto del mundo. Esta ley especifica una aproximación lineal mediante 13 segmentos y 256 de niveles de cuantificación y esto da origen al sistema PCM (30+2) que veremos luego. Se puede observar en la siguiente figura.


(S/N) q pequeña(S/N) q grande

= Muestra de la señal

conversor cuantificador

Intervalos

cuánticos

de salida

IntervalosCuánticos de entrada

PAM PAM

Muestras Analógicas

Señal PAM U sal


Comenzando de 0 observamos que los dos primero niveles tienen el mismo segmento y luego cada una va teniendo la mitad de pendiente que el anterior.El nivel MSB ( bit más significativo) indica la polaridad de la muestra, los tres bits siguientes indican a que segmento corresponde la muestra y los cuatros bits siguientes indican 16 niveles de codificación dentro de cada segmento correspondiente.

Múltiplex por división de tiempo (TDM)

En la modulación digital el tiempo libre entre muestras se aprovecha para incluir información de otros mensajes, y esto es lo que se conoce como TDM.


X1(t) X1(t)X~

X~

Filtros Limita-Banda Filtros de Reconstrucción

Señal PAM U entr

Señal de salida (normalizada)

Palabra MIC de 8 bits *

* Para la transmisión se invierten los bits N° 2; 4; 6 y 8 de cada palabra MIC de bitsa, conforme a las Recomendaciones G. 711 y G. 732 del CCITT.

Señal de salida (normalizada)


En la práctica las llaves rotativas son electrónicas y su sincronización exige la presencia de señales de sincronismo, el muestreo se realiza en tiempos distintos para cada uno de los canales de entrada.

Remarquemos que la PCM es más bien un procesamiento de la señal que de una verdadera modulación en el sentido tradicional de la palabra, la TDM se opone a la FDM que es la multiplexación por división de frecuencia. En una se asignan tiempos distintos de transmisión, a cada canal de información, en la otra se asignan frecuencias distintas.

El muestreo se realiza en tiempos distintos para cada uno de los canales de entrada, se tiene así una señal del tipo TDM-PAM, posteriormente se codifican las muestras y se logra una señal TDM-PCM. Ahora veremos la organización en el tiempo de las muestras de cada canal y de la codificación.

Trama y multitrama

Una vez, digitalizada la voz tenemos que ver cómo enviamos organizadamente los bits en el tiempo, a este proceso se lo conoce como trama y multitrama que se puede visualizar en el siguiente dibujo:


X2(t)

X3(t) X3(t)

X2(t)X~

X~

X~

X~

Medio de transmisión

Receptor Sincronismo


Cómo se organiza una trama en el tiempo?La trama denominada de 1° orden organiza 30 canales vocales y 2 canales auxiliares, uno de sincronismo y otro de señalización, cada canal se muestrea 8000 veces por segundo y cada muestra se codifica en 8 bits.Por lo tanto se tiene que un canal analógico de telefonía requiere de 64000 kbits(8000 x 8). El 1° orden digital posee 32 canales, a la salida del PCM tendrá: 32x64000 bits = 2048 kilobits/segundos 2 Mb/s

La trama con 125s (1/ 8000 muestras) de duración, se divide en 32 intervalos de tiempo(Ts).En el Ts 0 se reserva para sincronismo de trama que se va enviando en las tramas pares e información de alarma de pérdida de sincronismo en las tramas impares. En el intervalo de tiempo n° 16 se envía señalización que son todas aquellas señales que se encuentran afuera del canal telefónico (300 a 3400 Hz), por ejemplo al descolgar la horquilla, cuelgue del microteléfono, etc., como la señalización lleva una cantidad de información menor que la señal vocal requiere menos bits para representar dichos eventos.

El Ts16 se divide en dos grupos de 4 bits cada uno como mostramos en el dibujo.



Cada grupo se asigna para enviar señalización de un canal vocal diferente, como se envían dos canales de señalización por cada trama se requieren 15 tramas para enviar la señalización de los 30 canales.

A este grupo de 15 tramas le agregamos una 1° trama(la trama 0) y denominamos al conjunto multitrama, cuya duración es de 2mseg (125useg x 16).

En el Ts16 de la trama 0 se envía un código de sincronismo de multitrama indicando donde comienza ésta. En Ts16 de la Tr1 se envía señalización de los canales 1 y 17, en el Ts16 de la Tr2 se envía señalización de los canales 2 y 18 y así hasta la Ts16 de la Tr15 donde se coloca la señalización de los canales 15 y 31.

En todas las tramas en el Ts0 se coloca el sincronismo de trama 10011011 para las Tr pares, si es impar la palabra colocada es 11x11111 donde el valor de x actúa como alarma remota de sincronismo.

De forma tal que x = 0 indica que nuestro equipo terminal digital está en sincronismo, si x = 1 indica que se ha perdido el sincronismo.

Conocida la trama y multitrama de 1° orden digital, describiremos el diagrama en bloques de un sistema PCM 30+2 canales, 2Mbits/seg.

En la entrada se coloca un regenerador y ecualizador, cuya función es disminuir la posibilidad de error. La recepción se hace en código HDB-3 y se pasa a NRZ de ésta señal se extrae el clock para todo el equipo.El problema que crea un clock maestro es que las desiguales distancias hasta los terminales digitales crean distintas diferencias de fase y requieren una corrección más precisa e individual.

Un circuito serie/paralelo aporta los 8 bits de cada Ts a un detector de sincronismo de trama, multitrama y alarma; el detector de código de sincronismo de multitrama se usa para la sincronización de la multiplexación del canal Ts16 de señalización, por otro lado sirve para la creación de la alarma a transmitir.

Existe un detector de la señal de recepción que permite monitorear el estado de sincronismo del terminal distante, ésta alarma inhibe la demultiplexación de los canales de recepción.

Por último las muestras de cada canal son filtradas, adaptadas en nivel e impedancia; si bien este filtro es idéntico al del transmisor sus funciones son distintas.

Aquí actúa como reconstructor de la señal analógica a partir de las muestras PAM.


A


Código HDB - 3

La transmisión de la señal digital entre terminales digitales se realiza en lo que se denomina código de línea.

1-NRZ: (no retorna a cero) que hace uso del nivel 0 y +1 o 0 y –1

Ejemplo: 01001011

2-RZ: (retorno a cero) se reduce el ciclo de actividad al 50%.

Ejemplo: 01001011.

Una ventaja del RZ es que se transmite a la mitad de potencia que el NZR y produce una menor interferencia intersímbolo denominado ISI.

3-AMI: (inversión de marcos alternados).

Ejemplo:

4-HDB-3: (alta densidad binaria, con un máximo de 3 ceros seguidos) las reglas para formar el código son las siguientes.

4.1- Los unos se reducen a la mitad del tiempo de duración y se invierten la polaridad entre sí.


1 1 1 10 0 0

0 0

1

0

1 1 10 0 0

11

1 10 0 0

0


Ejemplo:

4.2- Cuando se encuentran 4 ceros seguidos se reemplaza por:

000V ----------> V = violación 0000 R00V --------- > R = relleno

4.3- Los pulsos de violación son alternados entre sí y sin relleno, llevan la misma polaridad que la violación.

Ejemplo:

4.4- Se coloca relleno cuando el nro de pulsos de información desde la violación anterior es par.

Ejemplo: (0 se considera par)


V

V

V

VR

RI

IV

V


4.5- Después de la violación, el pulso siguiente es de polaridad opuesta.

Ejemplo:

Ejemplo:

Suponer la 1ra violación negativa.

Esto quedaría:

Órdenes superioresÓrdenes superiores

La multiplexación por división del tiempo se puede continuar, tomando sistemas de 1° orden y realizando el entrelazado de BITS y así se obtiene sistemas de 2°, 3°, 4° y 5° orden.


I

V


ORDEN I II III IV V

Tasa de Bits

(Kbits/S)

2048 8448 34368 139264 564992

Tolerancia 50 ppm 30 ppm 20 ppm 15 ppm 15 ppm

Longitud de Trama

125 s 100 s 44.69 s 21.02 s 4.76 s

Código HDB-3 HDB-3 HDB-3 CMI CMI

Canales 30 120 480 1920 7680

Sistema de segundo ordenSistema de segundo orden



Trama de 2° Orden

Formación de la trama de segundo ordenFormación de la trama de segundo orden

Los 10 primeros bits son de sincronismo:

el bit P = Bits de reserva y

x = Bits de alarma.

N° de tributarios 4SET 1Señal de alimentación de trama 1 A 10Indicación de alarma al equipo 11Multiplex distanteBit reservado para uso nacional 12Bit procedente de los tributarios 13 A 212


2048 kb/s 50 ppm

8448 kb/s 50 ppm

50 50 ppm = x 2Mb/S = 100 b/s 10xE6


SET 2 Bits Cj de control de 1 a 4 Justificación Bits de información tributarios 5 a 212 SET 3 Bits Cj 1 a 4Bits de información tributarios 5 a 212SET 4 Bits Cj 1 a 4Bits j 5 a 8Bits de información tributarios 9 a 212Longitud de la trama 848 bitsBits por tributarios 206 bitsVelocidad máxima de los 10 Kb/S

Se divide en 4 sets de 212 bits cada uno. En el 1er set tenemos lo que se denominan tributarios correspondientes a los 4 sistemas de 2 Mb/seg., que son multiplexados en este sistema. Después del bit de alarma se coloca el 1er bit del 1er tributario, luego el 1er bit del 2° tributario, luego el 1er bit del 3er tributario y por último el 1er bit del 4to tributario continuando con el 2do del 3ro, luego el 2do del 4to y así sucesivamente.El (ExCCITT) ITU-T da una tolerancia en cuanto a la velocidad de 50 partes por millón, esto significa 100 bits/seg.

¿Qué sucede con un sistema cuando es más rápido que otro?

Para ello se coloca a la entrada del multiplexor de 2° orden una memoria elástica de escritura secuencial aleatoria porque se va escribiendo a medida que van llegando los bits y de lectura secuencial porque el multiplexor debe leer de manera sincrónica para formar la trama.

Si un sistema es más rápido que el otro esa memoria elástica se va a empezar a chorrear de bits, esos bits se los coloca en los bits J. Por ejemplo: si el tributario 1 es el más rápido en los bits Cj aparecerá 1000.

Al receptor se le debe comunicar en J hay o no información y eso se logra a través de los bits Cj que están triplicados: 1000 1000 1000, significa que en el tributario J n° 1 va un bit de información.

¿Por qué hay 3 bits CJ?

Porque es muy importante saber si en J va o no información. Un error en un bit CJ, si no estuviese triplicado tiene como consecuencia grave



decirle el receptor que en J hay información cuando en realidad no la hay o viceversa.

Ello traería aparejado la pérdida del sincronismo del sistema, pues al volver a construir la trama de 1° orden habría un bits de más o de menos según el caso, por ello el receptor discrimina esta situación por simple mayoría.

¿Qué pasa si hay un error en el bit J ?

El sistema no se entera, teniendo en cuenta que una sola muestra PAM es de 8 bits, resulta insignificante, lo que no debe perderse es el tiempo de bit ya que ocasionaría desfasajes o desplazamientos entre la información de los tributarios.

Se puede visualizar en la figura que presentamos a continuación:


2 Mb/s

2Mb/s

2Mb/s

2Mb/s

Regene-rador

HDB-3 NRZ

Memoria

MUX

2DO

Orden

Cj j x

8Mb/s NRZ / HDB-3

Control

Regene-rador

HDB-3 NRZ

MemoriaElástica DE

MUX

2DO

Orden

HDB-3 NRZ

2Mb/s

Detector sincrónico

Detector Cj

2Mb/s

2Mb/s

2Mb/s

Lado Transmisión ( Tx )

Lado Recepción ( Rx )

Lado Transmisión

Lado Recepción


Principios de SDH

SDH: es una norma internacional para redes sincrónicas de telecomunicación óptica de alta velocidad. Su nombre corresponde a las siglas inglesas de Synchronous Digital Hierarchy (Jerarquía Digital Sincrónica).

Los trabajos del Grupo de Estudio XVII del ITU-T sobre las normas SDH se iniciaron en junio de 1986. El objetivo consistía en producir una norma mundial para sistemas de transmisión sincrónica que aportase una red flexible y económica para los operadores de comunicaciones.

Introducción

En noviembre de 1988 se aprobaron las primeras normas SDH (G.707, G.708 y G.709), que definían las velocidades de transmisión, el formato de las señales, las estructuras de multiplexación y el encuadre de señales tributarias para la interfase de Nodos de la Red (NNI), que es la interfase internacional normalizada para la Jerarquía Digital Sincrónica (SDH).

Además, de definir normas que abarcaban el NNI, el ITU-T se embarcó en el desarrollo de unas normas que regulasen el funcionamiento de los multiplexores sincrónicos (G.781, G.782 y G.783) y la gestión de la red SDH (G.784).

La normalización de estos aspectos de los equipos SDH es lo que aportará la flexibilidad que necesitan los operadores de comunicaciones para gestionar de forma económica el crecimiento de ancho de banda y la prestación de nuevos servicios a los clientes previstos para la próxima década.

El concepto de un sistema de transporte sincrónico, basado en normas SDH trasciende las necesidades básicas de un sistema de transmisión punto a punto, e incluye los requisitos de las redes de telecomunicaciones: conmutación, transmisión y control de la red.


NECESIDADES DEL USUARIO

MAÑANA


Estas posibilidades permiten utilizar SDH en las tres áreas tradicionales de aplicación:

red local red intercentrales y red de largo alcance

Por consiguiente, SDH aporta una infraestructura unificada para redes de telecomunicaciones.

Nuevos requisitos de las redes

Las actuales redes de gran capacidad se desarrollaron cuando la transmisión punto a punto era la necesidad predominante.

Para satisfacer esta necesidad, el enfoque habitual respecto a la gestión y al mantenimiento de redes consistía en la distribución manual de tramas para acceder a señales individuales.

Este sistema ha quedado desfasado y además, se ha descubierto que las redes existentes actualmente limitan seriamente la capacidad de los operadores de comunicaciones para responder a las demandas de un mercado de telecomunicaciones en continua expansión.

El principal requisito de los actuales operadores de redes es la capacidad para responder con rapidez a la prestación de nuevos circuitos y servicios a los clientes.

Su objetivo final es prestar a sus clientes un control en línea de servicios y del ancho de bandas de circuitos.

Para satisfacer estos requisitos, los operadores de redes deben mejorar su capacidad para gestionar el ancho de bandas disponible en sus redes, y deben poder hacerlo de forma económica.

Por consiguiente, el requisito predominante en la actualidad es el de redes de telecomunicaciones sustentadas por un enfoque más avanzado con respecto a la gestión y el mantenimiento, basado en sistemas informáticos.

HOY


Transmisión punto a punto.Soportado por:Aproximación manual al control y mantenimiento de la red.

Redes de Telecomunicación.

Soportado por:Control y

mantenimiento integrado a la red

basados en computadora.


La base de la actual red La base de la actual red

Las actuales redes de transmisión de gran capacidad se basan en una jerarquía de señales digitales multiplexadas. Las señales tributarias de menor velocidad, como por ejemplo las de 2,048 Mb/s, se multiplexan en etapas asincrónicas fijas para obtener una señal de mayor velocidad (que seguidamente se transmite).

El acceso a las señales tributarias individuales en cada nivel de jerarquía, para fines de encaminamiento y comprobación de señales, se logra mediante puntos de interconexión de señales en el nivel apropiado de estructura de multiplexación.

Debe observarse que, debido a la naturaleza asincrónica de la multiplexación, con el fin de acceder a una señal de 2,048 Mb/s para fines de reencaminamiento o prueba, toda la estructura de la señal de línea debe multiplexarse –etapa por etapa- hasta el nivel de 2,048 Mb/s.

En cada etapa de multiplexación, la velocidad de las distintas señales tributarias se controla dentro de límites especificados, y no se sincroniza con el equipo de multiplexación.

Puesto que las velocidades de las distintas señales tributarias se controlan dentro de límites especificados, este tipo de multiplexación se denomina a menudo “plesiócrona”, es decir, casi sincrónica.

Las señales tributarias se sincronizan con el equipo en cada etapa de multiplexación mediante el proceso de justificación positiva de relleno de bits.


Señales Tributarias de Nivel Terciario

Señales Tributarias de Nivel Terciario

Sistema de linea Línea

Prestación más rápida de circuitos y servicios.


Límites de las actuales redes

En las redes de Telecomunicaciones, la flexibilidad se evalúa en términos de la facilidad de acceso a una señal tributaria concreta, transportada por un determinado sistema de línea, con el fin de que pueda re-encaminarse.

Los actuales sistemas de líneas de gran capacidad no gozan de una buena reputación en este sentido, puesto que el acceso a cualquier señal tributaria no puede obtenerse sin antes demultiplexar toda la señal de línea –etapa a etapa- hasta el nivel apropiado.

No flexibles y costosas para redes de telecomunicacionesNo flexibles y costosas para redes de telecomunicaciones

Desde el punto de vista del costo, el acceso a la señal tributaria para su re-encaminamiento representa únicamente la mitad de los costos de equipos.

La otra mitad aparece tras el re-encaminamiento, ya que la señal tributaria también debe volver a recorrer todo el escalafón de multiplexación hasta incorporarse a la señal de línea para su transmisión.

Es por ello que, la multiplexación plesiócrona es una solución costosa para las redes de telecomunicaciones.

Posibilidades limitadas de gestión y mantenimiento de la redPosibilidades limitadas de gestión y mantenimiento de la red

Cuando se diseñaron originalmente, los procedimientos de gestión y mantenimiento utilizados en las actuales redes de gran capacidad se


Señales Tributarias de Nivel Secundario

Señales Tributarias de Nivel Primario

Interconexión Interconexión

Interconexión

Interconexión

Interconexión

Señales Tributarias de Nivel Secundario

Interconexión

Señales Tributarias de Nivel Primario


basaban en la interconexión manual de señales en técnicas de comprobación fuera de servicio.

Por lo tanto, no era necesario añadir una capacidad adicional a las estructuras de tramas de las señales multiplexadas para realizar las funciones de gestión y mantenimiento de la red.

Sin embargo, actualmente la falta de una capacidad sobrante de las señales en estas estructuras de tramas de señales limita seriamente las mejoras que puedan incorporarse a las posibilidades de gestión y mantenimiento para dar soporte a una futura red.

Los sistemas de alta velocidad son propietariosLos sistemas de alta velocidad son propietarios

Otra de las limitaciones de los actuales sistemas de línea de gran capacidad, es la inexistencia de normas comunes. Los distintos fabricantes de equipos de red disponen de sus propios diseños patentados.

Es importante señalar, que deben adquirirse al mismo fabricante ambos extremos del sistema de línea. No es posible combinar equipos suministrados por distintos fabricantes.

Ventajas de SDH

La multiplexación directa sincrónica mantiene la capacidad de acceso a las distintas señales tributarias dentro de la estructura de la señal multiplexada.

Por lo tanto, las señales tributarias individuales pueden re-encaminarse mediante la funcionalidad de conmutación digital incorporada al equipo de multiplexación de la red.

La base de una verdadera flexibilidad en las redes de telecomunicaciones proviene de la capacidad para integrar la funcionalidad de multiplexación sincrónica y de la conmutación digital en un único elemento de la red.



Multiplexación directa sincrónicaMultiplexación directa sincrónica

Pueden lograrse otros ahorros en equipos mediante la integración de la interfase de línea con la multiplexación y/o la conmutación de señales tributarias. Ello, facilitará la interconexión directa entre los equipos SDH.

Un nuevo tipo de elemento de red (NE), el multiplexor de inserción/extracción (ADM), ha demostrado su viabilidad mediante la integración de la multiplexación sincrónica y la conmutación digital.

Existe un gran interés por los ADMs, debido a la libertad que aportan al diseño de nuevas redes. Especial importancia tiene la arquitectura de anillo que puede implantarse mediante ADM a distintos niveles de capacidad en la red SDH para aportar una mayor flexibilidad a la hora de gestionar el ancho de banda de la red.

SEñALES SEñALESTRIBUTARIAS TRIBUTARIAS

SEñALESSEñALES TRIBUTARIASTRIBUTA-RIAS SEñAL DE SEñAL DE LINEA DE SDH LINEA DE SDH

Gestión y mantenimiento integrados de la redGestión y mantenimiento integrados de la red

La mayor flexibilidad que SDH ofrece a las redes de telecomunicaciones sólo puede gestionarse eficazmente si se dispone de posibilidades igualmente flexibles de gestión y mantenimiento de la red. Es fundamentalmente el control de la red asistido por ordenador, pero gran parte de la funcionalidad de gestión y mantenimiento debe delegarse e incorporarse a los distintos elementos de la red. El todo


MULTIPLEXORDE INSERCIONEXTRACCION

MULTIPLEXOR DE INSERCIONEXTRACCION

MULTIPLEXORTERMINALDE SDH

MULTIPLEXORTERMINAL

DE SDH

SISTEMA DEINTERCONEXION DIGITAL DE SDH


se convierte así en un sistema integrado de gestión y mantenimiento de la red.

La estructura global de la señal SDH aporta capacidad para señales de gestión y mantenimiento de la red y otras funciones. Estas señales adicionales se denominan canales de control intercalados (ECCs).

Los canales de comunicaciones de datos (DCCs) especiales, que aportan rutas de comunicaciones de datos entre los equipos de la red SDH, se utilizan como ECCs basados en mensajes.

Los elementos de mayor tamaño de la red SDH, tales como los sistemas digitales de interconexión (DCS) de banda ancha, se usan como gateway hacia el ordenador de gestión de la red.

Así, por ejemplo, las posibilidades de monitoreo del rendimiento incorporadas a la señal SDH ofrecen a los operadores de redes una sólida base para asegurar el mantenimiento de la calidad del servicio prestado a los clientes.

Además, en el supuesto de que por cualquier razón empiece a deteriorarse la calidad el servicio, la información pertinente podrá retransmitirse al ordenador de gestión de la red a través de los canales de comunicación de datos incorporados asi mismo a la señal SDH.

De ser necesario, pueden adoptarse medidas correctoras que se comunicarían rápidamente a los equipos de la red SDH desde el ordenador de la red, a través de los mismos canales de comunicaciones. La gestión en línea del ancho de banda de la red SDH deja, por tanto, de ser una utopía.


SEñALES TRIBUTARIAS

MULTIPLEXORTERMINAL

CONTROLDE LA RED

SISTEMA DEINTERCONEXIONDIGITAL

CONTROL DE LA RED

MULTIPLEXORTERMINAL

CONTROLDE LA RED

SEñAL DELINEA SDH

SEñAL DELINEA SDH

SEñALES TRIBUTARIAS

ENCABEZADOINTEGRADO

ENCABEZADOINTEGRADO

INTERFASE DE COMUNICACIÓN DE DATOS

COMPUTADORA DE CONTROL DE LA RED


Posibilidades de transportePosibilidades de transporte

Todas las señales tributarias que aparecen en las actuales redes plesiócronas pueden transportarse a través de SDH. La lista incluye señales tributarias CEPT de 2 ; 34 y 140 Mb/s, así como las señales norteamericanas DS1, DS2 y DS3.

Esto significa que SDH es plenamente compatible en sentido descendente con las redes existentes. Por lo tanto, SDH puede implantarse como una red superpuesta que sustente la red existente con una mayor flexibilidad, mientras tiene lugar la plena conversión a SDH.Asimismo, las posibilidades de transporte de SDH disponen de la posibilidad necesaria para dar cabida a las más avanzadas señales de los servicios para clientes que se espera surjan en el futuro.



SDH - Normas

Figura: Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH)

El funcionamiento de este sistema de multiplexión es conceptualmente simple: en el nivel más bajo de la jerarquía (E1) se nultiplexan las señales a nivel de octeto, es decir, el multiplexor lee un octeto de la primera línea de entrada y los transmite por la salida, a continuación lee un octeto de la segunda línea de entrad y lo transmite por la salida, y así sucesivamente hasta completar los treinta (más dos de contrlo) canales de entrada; una vez se transmite el octeto del último enlace. En los niveles superiores de la jerarquía la operación es similar salvo que la multiplexión no se realiza a nivel de octeto sino de bit. La lectura por parte del multiplexor de todos los canales de entrada debe hacerse con la suficiente velocidad para que al leer de nuevo la primera entrada no se haya perdido ningún bit (es decir, si hay N canales de K kb/s el multiplexor tendrá que realizar su trabajo con una velocidad N x K kb/s).

Los problemas aparecen cuando no todas las líneas que llegan al multiplexor están transmitiendo exactamente a la misma velocidad sino que hay ligera variaciones (por imprecisiones de los relojes de los transmisores) en cada uno de ellos. En este caos unas señales irán

Transmisión de Datos en Sistemas Eléctricos Materia Electiva Ing. José Oscar Tarzia

Japón USA Europa

X4 x4

X3 x6 x4

X5 x7 x4

X4 x4 x4

X24 x24 x30

J5397 200

E5564 922

J497 728

Básico64 Kb/s

T11 544

E12 048

J11 544

E28 448

T4274 176

E4139 264

J332 064

T344 736

E334 368

J26 312

T26 312

1


más rápido que otras y el multiplexor, que lee cíclicamente las líneas, puede encontrase con problemas:

- Si el régimen binario de una línea es mayor del debido el multiplexor no tendrá tiempo de llegar a leer todos los bits en cada una de sus vueltas.

- Si el régimen binario de una línea es menor del debido el multiplexor puede que lea el mismo bit en dos pasadas sucesivas.

Para solventar este problema se recurre a un mecanismo algo complejo que consiste en introducir en las líneas bits de relleno para acomodar las velocidades de los canales a la del multiplexor. Estos bits de relleno, que no contienen ningún tipo de información, se llaman bits de justificación. Cuando la velocidad de una línea de entrada es muy elevada el multiplexor no transmite por la salida todos los bits de relleno de manera que el número de bits transmitido por segundo disminuye y la velocidad se reduce; cuando la velocidad de la línea de entrada es muy pequeña el multiplexor transmite por la salida más bits de relleno de manera que la velocidad aumente. En la siguiente figura aparece representada esta última situación: la velocidad de la segunda entrada es menor de la debida y el multiplexor añade un bit de justificación.

Este modo de operación ha dado lugar al término plesiócrono, derivado del griego ‘casi síncrono’.

Esta operación de inserción y extracción de bis de relleno se realiza al multiplexar en cada uno de los niveles de la jerarquía. Por este motivo localizar una señal de 624 Kb/s dentro de una trama de nivel 4 (140 Mb/s) supone demultiplexar todos los niveles de uno a uno, identificando los bits de relleno, hasta el nivel inferior.La operación de insertar una señal nueva supondría también demultiplexar toda la trama nivel a nivel, añadir el nuevo canal y multiplexar de nuevo todo el sistema añadiendo o quitando los bits de justificación correspondientes. Como se puede observar la operación resultante es realmente compleja y requiere el uso de un número elevado de equipos.


j

j

2


Este mecanismo es eficiente cuando se transportan señales telefónicas. Sin embargo actualmente el mercado de mayor crecimiento es el del sector negocios, que demanda de forma dinámica capacidades de transmisión mayores. Para poder ofrecer un canal de 2 Mb/s a un cliente el operador de la red debería demultiplexar toda una trama, montando un complejo equipo de demultiplexores en cascada como el de la figura anterior.La rigidez de esta estructura choca frontalmente con la flexibilidad que se demanda hoy en día.

Para dar una respuesta rápida a las necesidades del cliente es necesario que la gestión de los equipos que componen la red sea flexible, de manera que se pueda modificar fácilmente la estructura de las tramas de multiplexión. La capacidad que la actual jerarquía plesiócrona reserva para estas tareas es muy limitada (resultado de su orientación hacia el mercado telefónico) y su adaptación a las características actuales del mercado (con nuevos servicios utilizando la red) resulta claramente insuficiente.

Transmisión Síncrona

La jerarquía de transmisión síncrona se puede considera como un paso más en la evolución de los sistemas de transmisión, al igual que lo fue la implantación del PCM.El estándar de la nueva jerarquía se empezó a desarrollar en Estados Unidos bajo el nombre de SONET (Synchronous Optical NETwork) y posteriormente, en 1989, el CCITT (actualmente ITU-T) publicó una serie de recomendaciones donde quedaba definida la nueva jerarquía con el nombre de SDH (Synchronous Digital Network).



Figura: Jerarquía Digital Síncrona (SDH)

La jerarquía síncrona tiene en cuenta la mejora conseguida en los sistemas de transmisión mediante el uso de componentes ópticos (fibra y láser) por lo que considera que su implantación se realizará utilizando este tipo de equipos. No obstante, y por motivos de compatibilidad con los sistemas anteriores, define también las características de las interfaces eléctricas de transmisión.

Bajo el estándar de SONET el primer flujo de la jerarquía es 51.84 Mb/s, y se denomina STS-1(Synchronous Transport Signal Level) u OC-1 (Optical Carrier Level 1). La primera hace referencia a la señal eléctrica y la segunda a la señal óptica.La numeración bajo este esquema es muy sencilla: el nivel STS/OC-12 (622.08 Mb/s) equivale a 12 circuitos STS-1 multiplexados, a 4 circuitos STS-3 o a un único flujo de 622.08 Mb/s. En este último caso, cuando todo el circuito esta siendo utilizado por una única señal , se dice que es un línea concatenada y se identifica añadiendo una c detrás del identificador (por ejemplo OC-3c).

Bajo el estándar del ITU-T el primer flujo es el de 155.52 Mb/s (tres veces mayor que el de SONET), y recibe el nombre de STM-1 (Sychronous Transport Module level l). Al igual que en SONET, la


622 080 Kb/s

OC-12

466 560 Kb/sOC-9

155 520 Kb/sOC-3

51 840 Kb/sOC-1

2’5 Gb/sSTM-16

622 080 Kb/s

STM-4

155 520 Kb/s

STM-1

Básico64 Kb/s

USA Europa

4


multiplexación de varios canales de un nivel en una única señal da como resultado otra de un nivel jerárquico superior, así la tasa de bits de STM-4 es cuatro veces mayor que la de STM-1.

En la siguiente figura se puede ver cómo las distintas señales de entrada a la red SONET (señales tributarias) se van multiplexando y transportando en distintos niveles de la jerarquía.

Uno de los objetivos que debía cumplir la nueva normativa era ser compatible con los equipos plesiócronos existentes ya que una concepción realista preveía un escenario de integración progresiva del nuevo estándar, donde ambos tuvieran que coexistir. Si esta coexistencia no se garantizaba la jerarquía no tendría éxito. Esta es la razón por la que el ITU-T normalizó el proceso de transportar de las tramas de la antigua jerarquía plesiócrona sobre la nueva. Cada trama va encapsulada en un tipo especial de estructura denominado ‘contenedor’.

Señal tributaria Contenedor1,5 Mb/s VC-112 Mb/s VC-126 Mb/s VC-2

34 Y 45 Mb/s VC-3140 Mb/s VC-4

Vc = Contenedor virtual (definiremos más adelante)Una vez se ha encapsulado la trama plesiócrona se añaden cabeceras de control que identifican el contenido de la estructura y el conjunto se integra dentro de la estructura STM-1. Cuando hacen falta mayores capacidades de transmisión se multiplexan a nivel de byte varias estructuras STM-1, dando lugar a los niveles STM-4 y STM-16.

La gran ventaja del nuevo sistema de transmisión reside en que se han especificado mecanismos para mantener un sincronismo único en toda la red, de manera que todas las señales de un mismo nivel mantengan idéntico régimen binario. Este sincronismo se consigue bien mediante el uso de un reloj maestro en la red o bien mediante protocolos de sincronización entre los elementos de red. La consecuencia más interesante de esta propiedad es que ya no es



necesario el uso de bits de justificación para ajustar las velocidades de las

señales y por tanto es posible identificar exactamente la posición de un tributario dentro de una trama sin necesidad de demultiplexarla. Esto permite la extracción de cualquier canal sin tener que utilizar las complejas estructuras de equipos demultiplexores que eran necesarias antes: un solo equipo multiplexor síncrono puede realizar la misma función que antes desarrollaban varios equipos plesiócronos.

Modelo de Referencia

El modelo de referencia de la arquitectura SDH tiene cuatro capas:

FISICA: define características físicas de la red: señales eléctricas de entrada, tipo de fibra, ventana de trabajo del Láser, etc.

SECCION: parte de red comprendida entre dos regeneradores de señal ópticos o eléctricos.

LINEA o Multiplexora: parte de red comprendida entre dos equipos multiplexores.

TRAYECTO o RUTA: parte de red comprendida entre lo dos extremos de la transmisión.

La norma SDH ha reservado espacio en la estructura de trama para que cada uno de estos niveles (sección, línea y trayecto) añada información de control. De esta manera cada equipo regenerador de línea podrá enviar información al siguiente equipo utilizando la cabecera de control correspondiente; lo mismo sucede a nivel de multiplexión y de trayecto.

La siguiente figura refleja la situación de cada uno de los interfaces a los que dan lugar las capas anteriores dentro de la red.


SDHSTM-1

155 Mb/s

64 Kb/s

155 Mb/s

6


Definición de “RUTA EN LA RED SDH”

La “RUTA” de una red SDH es la conexión lógica entre el punto en el que una señal tributaria se ensambla en su contenedor virtual y el punto en el que se desensambla.

Ventajas de la Red Síncrona


Sección multiplexor

a

Sección multiplexora o

línea

MULTIPLEXOR TERMINAL DE

SDH

REGENERADOR DE SDH

RUTAO

Trayecto

SEÑALES TRIBUTARIAS

SECCION REGENERADORA

SISTEMA DE INTERCONEXION DIGITAL DE SDHENSAMBLE

DEL VC



O sección


SDH


DESENSAMBLE DEL VC

REGENERADOR DE SDH


SDH

REGENERADOR

RUTA


SISTEMA DE INTERCONEXION DIGITAL DE SDHENSAMBLE

DEL VC


SDH


DESENSAMBLE DEL VC

REGENERADOR

7


La jerarquía síncrona hace uso de los avances en sistemas de transmisión y gestión que se han producido desde que se definió el anterior sistema plesiócrono. Esto ha facilitado que la red resultante tenga como características una gran flexibilidad y alta fiabilidad. Sus principales ventajas son:

Estandarización: el desarrollo de un estándar ha hecho posible que los fabricantes desarrollaran sus equipos ajustándose a unas normas que permitieran luego su funcionamiento conjunto en la red. Esto favorece la aparición de economías de escala que conducen a una reducción en los precios. Además el estándar desarrollado por ANSI en Norteamérica, SONET, simplifica la interconexión de esta red con las basadas en SDH.

Simplificación de la red: la existencia de un sincronismo único en toda la red facilita la operación de inserción y extracción de tributarios en las tramas multiplexadas, resultando como se ha visto en una reducción de equipos en la red y la consiguiente disminución de costes de mantenimiento y operación.

Asignación de ancho de banda: la sencillez para acceder a los canales que componen las tramas de alta velocidad de SDH y la facilidad para reasignar los circuitos hacen muy rápida la tarea de asignar una capacidad específica a los clientes que la demanden. Esta flexibilidad redunda en beneficio de la capacidad del operador para adaptarse a la nueva situación del mercado donde la telefonía no es el sector de mayor crecimiento y el mercado del sector negocios tiene necesidades dinámica.

Capacidad de Gestión: la especificación de la estructura de las tramas se hizo teniendo presente la gran importancia que tiene hoy en día los sistemas de gestión para mantener la calidad del servicio. Las cabeceras de control de cada uno de los tres niveles (trayecto, multiplexión y sección) reserva una gran capacidad para transporte de información de gestión y control entre cada uno de los niveles de la arquitectura de red.

Estructura de la trama de multiplexiónSDH transmite la información encapsulada en unidades básicas llamadas tramas. Estas tramas contienen información de control de cada uno de los niveles de la red (trayecto, línea y sección) además del espacio reservado para el transporte de la información de usuario.Los datos de usuario viajan encapsulados en contenedores específicos de cada tipo de señal tributaria. En la siguiente figura se representa la estructura bidimensional de una de estas tramas.



F 2430 Octetos/ Trama F

270 octetos

Cabecera de sección

( 3 filas)Cabecer

a de trayect

oo ruta

Punteros (1)

Cabecera de línea(5 filas)

9 octetos 1 octeto 260 octetos

La transmisión se realiza bit a bit en el sentido de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo; la trama se envía cada 125 microsegundos, con lo que se obtiene la velocidad de 155 Mb/s = (270 x 9x 8 bits/125 s). La multiplexión de esta trama para dar lugar a los niveles superiores de la jerarquía se realiza a nivel de octeto; el período de transmisión de la unidad correspondiente en cada nivel es siempre el mismo, 125 s, por lo que es fácil deducir las velocidades de transmisión.

NivelOctetos/unidad Velocidad

STM-1 9X270 155 Mb/sSTM-4 4X9X270 622 Mb/s

STM-16 16X9X270 2,5 Gb/s

ESTRUCTURA DE TRAMA STM – 1


9 octetos

Flujo de la señal en serie de 155.Mb/s

Contenedor C

9


La Trama STM-1 de SDH se ha descrito como el nivel básico de las posibilidades de transporte de SDH. Consta de dos elementos, un encabezado de sección y un contenedor virtual VC-4. Las distintas señales tributarias se ensamblan en el VC-4 con el fin de transportarse intactas a través de la red SDH.Para profundizar en las posibilidades de transporte de SDH es preciso examinar detalladamente la señal del contenedor virtual.

F F F F

Contenedor virtual de STM-1 (VC-4)

El VC-4 de la señal STM-1 aporta el nivel básico de capacidad de señal que debe ensamblarse en SDH para su transporte entre los nodos de la red. Consta de una capacidad de carga de tráfico, denominada “contenedor”, y de una capacidad de señal del encabezado de ruta.


CONTENEDOR VIRTUAL

DISEÑADO PARA TRANSPORTAR SEÑALES TRIBUTARIAS INTACTAS A

TRAVÉS DE UNA RED SDH

ENCABEZA-DO DE SECCION

9 COLUMNAS 261 COLUMNAS

9 FILAS

FLUJO DE SEÑAL SERIAL155.52 Mb/s

FLUJO DE SEÑAL SERIAL155.52 Mb/s

10


F F F F

Contenedor

El área de contenedor de cada VC-4 tiene por finalidad permitir el transporte de señales tributarias concretas. El contenedor VC-4 (denominado C-4) consta de 2340 bytes, estructurados en 260 columnas de 9 bytes cada una. Estos bytes aporta una capacidad de transporte de 149,76 Mb/s, con una tasa de repetición de trama de 8000 Hz. Esta capacidad se ha diseñado específicamente para permitir el transporte de una señal tributaria de 140 Mb/s.

Unidades Tributarias (TU)

Hasta ahora únicamente se ha abordado el supuesto de una señal tributaria de 140 Mb/s. Esto plantea la siguiente pregunta: ¿Cómo aborda SDH las señales tributarias de menor velocidad, como las de 2 Mb/s?”. La respuesta es “en una unidad tributaria”.

La capacidad de canal proporcionada por un VC-4 de una señal STM-1 es de 149,76 Mb/s. Se ha diseñado específicamente con el fin de aportar un transporte para una señal tributaria de 140 Mb/s.

El transporte de señales tributarias de menor velocidad, como por ejemplo de 2 Mb/s, lo aporta un estructura de trama de “unidad tributaria” (TU).

Las TUs tienen por finalidad permitir el transporte y la conmutación de una capacidad de carga de tráfico inferior a la aportada por el VC-4. Gracias a su diseño, la estructura de trama de la TU encaja perfectamente en el VC-4, simplificando por tanto la multiplexación de la TU.


CAPACIDAD DE CARGA = 149,76 Mb/s

DISEÑO PARA TRANSPORTAR 140 Mb/s


1 COLUMNA 260 COLUMNAS

9 FILAS

ENCABEZADO DE RUTA 9 Bytes

11


En la zona de contenedor C-4 de un VC-4 puede ensamblarse un número fijo de TUs completas.

F F F F

Figura: Distintos tamaños de tramas de unidades tributarias

SDH aporta una serie de tamaños de TU distintos:

TU 11: Cada trama TU 11 consta de 27 bytes, estructurados como 3 columnas de 9 bytes. A una velocidad de trama de 8000 Hz, estos bytes aportan una capacidad de transporte de 1,728 Mb/s, y permitirán el encuadre de una señal norteamericana DS1 (1,544 Mb/s). En el VC-4 de la STM-1 pueden multiplexarse 84 TU 11s.

TU 12:Cada trama TU 12 consta de 36 bytes, estructurados como 4 columnas de 9 bytes. A una velocidad de trama de 8000 Hz, estos bytes aportan una capacidad de transporte de 2,304 Mb/s, y permitirán el encuadre de una señal CEPT de 2,084 Mb/s. En el VC-4 de la STM-1 pueden multiplexarse 63 TU 12s.TU 2: Cada trama TU 2 consta de 108 bytes, estructurados como 12 columnas de 9 bytes. A una velocidad de trama de 8000 Hz, estos bytes aportan una capacidad de transporte de 6,912 Mb/s, y permitirán el encuadre de una señal norteamericana DS2. En el VC-4 de la STM-1 pueden multiplexarse 21 TU2s.


FLUJO DE SEÑAL SERIAL

155.52 Mb/s

TRAMA DE UNIDAD TRIBUTARIA


260 COLUMNAS

9 FILAS

CAPACIDAD DEL CONTENEDOR

STM-1

12


TU 3: Cada trama TU 3 consta de 774 bytes, estructurados como 86 columnas de 9 bytes. A una velocidad de trama de 8000 Hz, estos bytes aportan una capacidad de transporte de 49,54 Mb/s, y permitirán el encuadre de una señal CEPT de 34 Mb/s o de una señal norteamericana DS3. En el VC-4 de la STM-1 pueden multiplexarse 3 TU3s.

Figura: TU 12 Empaquetados en VC-4

La TU12 es un tamaño especialmente importante de señal tributaria, ya que está diseñada para dar cabida a una señal tributaria de 2 Mb/s, la señal tributaria más utilizada en las redes CEPT existentes.

La estructura de 4 columnas por 9 filas de la TU 12 encaja perfectamente en la estructura de 9 filas del VC-4. Pueden empaquetarse 63 TU12s en las 260 columnas de capacidad de carga de tráfico (es decir, en el contenedor VC-4). Esto deja 8 columnas sobrantes en el contenedor C-4. Las columnas sobrantes son el resultado de las etapas intermedias en el proceso de multiplexción “TU12 a VC-4”, y se llenan con bytes fijos de relleno.

F F F F


FLUJO DE SEÑAL SERIAL

155.52 Mb/s

13


Figura: Estructura de una trama de unidades tributarias

En esencia , la trama de unidad tributaria representa una miniestructura de trama de transporte. Posee los atributos de una trama de transporte SDH, pero se transporta dentro de la estructura estándar de trama STM-1 de SDH.

Una trama TU se crea encuadrando una señal tributaria de baja velocidad en el “contenedor” de la TU; incorporando un “encabezado de ruta de orden inferior” para crear el contenedor virtual de la TU (VC-11, VC-12, VC-2 o VC-3, dependiendo del tipo de TU); y enlazando este VC con la trama de la VC mediante un puntero, que es el único elemento del encabezado de sección de la TU.

A continuación, la trama de la TU se multiplexa en un punto fijo dentro del VC-4.En realidad, la estructura de trama de la TU se distribuye a través de cuatro tramas VC-4 consecutivas.

Por consiguiente, es más exacto referirse a la estructura como una multitrama de TU. La etapa de la multitrama viene indicada por uno de los nueve bytes del encabezado de ruta del VC-4 (byte H4).

F F F F


1

TU 12TRANSPOR-

TEPARA

2Mb/S


260 COLUMNAS

9 FILAS

ENCABEZADO DE RUTA VC-4

63

TU 12

TRANSPORTEPARA 2Mb/S

2 A 62

VC-4

155,52 Mb/s

14


Modos de funcionamiento de TUExisten dos modos de funcionamiento para la estructura de la TU.Modo flotante:Se ha diseñado para reducir el retardo en la red y permitir una eficaz interconexión de las señales de transporte a nivel de TU. Esto se consigue permitiendo a cada VC de la TU fluctuar con respecto al VC-4. Por tanto, cada

VC de la TU precisa su propio puntero, que se encarga de las tramas de sincronización de la temporización asociados a cada TU, mientras evita el uso de buffers de deslizamiento no deseados en cada punto de interconexión. Por consiguiente, el modo flotante aporta una capacidad de red SDH a nivel de TU.

Modo enclavado:Se ha diseñado para reducir la complejidad de la interfase y permitir el transporte de grandes volúmenes de señales de 2 Mb/s en aplicaciones punto a punto (por ejemplo, entre conmutadores digitales).Esto se logra “enclavando” VCs de TUs en posiciones fijas dentro del VC-4. No se precisan punteros de TU en este modo, por lo que no se facilitan. La ausencia de punteros, y por consiguiente la incapacidad de hace frente a temas de sincronización, significa que las TU s en modo enclavado no resultan indicadas para aplicaciones de red (a saber, aplicaciones punto a punto que requieren un interconexión a nivel de TU).

Elementos de red


PUNTERO DE TU

ENCABEZADO DERUTA DE VC SEÑAL TRIBUTARIA DE BAJA VELOCIDAD


260 COLUMNAS

9 FILAS

ENCABEZADO DE RUTA

TRAMA DE UNIDADES

TRIBUTARIAS

CONTENEDOR VIRTUAL

CONTENEDOR

15


La red de transporte se configura a partir de la interconexión de elementos de red que soportan la Jerarquía Digital Síncrona como modo de transferencia de información. La funcionalidad de estos equipos queda determinada por la característica de sincronismo que se mantiene en la red lo que les permite ser mucho más flexibles en su modo de operación.

Multiplexores

La funcionalidad de los equipos multiplexores es agregar un conjunto de señales de entrada para poderlas transmitir por una salida de mayor velocidad. En los sistemas plesiócronos esto se realiza siguiendo la estructura marcada por la jerarquía, es decir, cuatro tramas de 2 Mb/s se agregan para dar otra de 8 Mb/s, cuatro de 8 Mb/s se agregan para dar otra de 34 Mb/s y así sucesivamente. Para agregar un conjunto de tramas de 2 Mb/s en otra de 140 Mb/s es necesario pasar por los niveles intermedios de la jerarquía, insertando o extrayendo los bits de justificación correspondientes.

Los equipos síncronos son capaces de agregar directamente tributarios de bajo nivel en tramas de alto nivel simplificando así el equipamiento. Además tiene la ventaja de poder agregar tributarios de distinta velocidad con lo que pueden dar respuesta a flexible a las demandas del usuario.

Los multiplexores síncronos se pueden utilizar fundamentalmente en dos configuraciones distintas:

Configuración punto a punto

Agregan tráfico remoto y facilitan su transporte hacia el punto de interconexión. Su capacidad para aceptar tributarios de distintos niveles lo hacen muy flexible, y capaz para ofrecer soluciones a distintas necesidades.



Configuración de inserción-extracción (ADM, Add & Drop Multiplexer)

En esta configuración los multiplexores proporcionan conectividad entre nodos a lo largo de una ruta, típicamente configurada como un anillo. Cada multiplexor recibe la señal, extrae o agrega tributarios y deja pasar la trama actualizada hacia el siguiente multiplexor. Estos equipos se utilizan en configuraciones donde es necesario dar un nivel alto de fiabilidad al servicio. La estructura en anillo, como se verá más adelante, proporciona capacidad para reorganizar automáticamente el tráfico ante caídas en enlaces o nodos.

Elementos de conexión cruzada (Cross-connect)

La funcionalidad de estos equipos es establecer conexiones semi permanentes entre sus enlaces de entrada y salida. El control sobre la configuración de estas conexiones la tiene el operador de red. Como en el caso de los multiplexores los equipos síncronos tienen grandes ventajas sobre los plesiócronos:

1. No es necesario que los canales (de entrada o salida) tengan la misma velocidad de trama.

2. No hay que demultiplexar las tramas para realizar la interconexión de tributarios.


DXC DXC

DXCDXC

DXC Digital Cross-Connect

Enlace físico

Conexión lógica

17


En los sistemas síncronos es posible tener esta función de cross-connect distribuida entre distintos elementos de la red sin que haga falta tener un dispositivo concreto para ello.En topologías de anillo es típico que esta función la realicen los multiplexores de inserción y extracción (Add-Drop Multiplexers o ADMs): el ADM reconoce qué canales de la trama que le llega por un sentido tiene por destino un tributario suyo y los extrae, dejando pasar el resto del tráfico por la otra fibra.

Anillos SDH – Conceptos básicos

Los anillos SDH se forman a partir de la unión de multiplexores configurados como equipos de inserción y extracción (ADMs). Estos equipos reciben la señal desde un sentido (p.e. Este), extraen o agregan tráfico en los circuitos que tienen asignados y reenvían la trama completa por el otro sentido (p.e. Oeste). La realización física del anillo podría hacerse mediante una única fibra que uniera uno a uno todos los multiplexores. Con esa arquitectura, sin embargo, la red sería muy sensible frente a fallos en alguno de los equipos: bastaría que un transmisor óptico dejara de funcionar para que todo el tráfico cuyo destino estuviera a continuación se perdiera.

Anillo de una fibra: operación normal Anillo de una fibra: fallo de un nodo


ADMADM

Tributarios

STM-1 STM-1

18


Para hacer más robusto el sistema normalmente se utilizan configuraciones de anillos basados en dos o cuatro fibras. Estos sistemas se utilizan para que la red se pueda recuperar ante fallos y el tráfico afectado (llamado tráfico de protección) no se pierda. En función del mecanismo adoptado para transportar el tráfico de protección los anillos se clasifican en unidirecconales y bidireccionales. En los anillos unidireccionales todo el tráfico normal viaja por una fibra en un sentido del anillo (p.e. en el de las agujas del reloj) y todo el tráfico de protección se transmite por otra fibra distinta en sentido contrario. En los anillos bidireccionales el tráfico normal y el de protección viajan en ambos sentidos.

Anillo unidireccional de dos fibras Anillo bidireccional de dos fibras

Anillo unidireccional de cuatro fibras Anillo bidireccional de cuatro fibras

Anillo unidireccional de dos fibras: una fibra transporta el tráfico normal en un sentido y la otra transporta el de protección en el contrario. En un anillo de nivel STM-N la capacidad total de transporte será N veces la capacidad de un sistema STM-1.

Anillo unidireccional de cuatro fibras: dos fibras transportan el tráfico normal en un sentido y la otras transportan el de protección en el contrario. En un anillo STM-N la capacidad de transporte será 2xNveces la capacidad de un sistema STM-1.



Anillo bidireccional de cuatro fibras: dos fibras transportan tráfico normal y de protección en un sentido y las otras 2 en el contrario. Cada fibra sólo lleva tráfico normal o de protección. La capacidad total de un anillo STM-N será 2xN veces la de un sistema STM-1.

Topología de Red

El sistema de transmisión SDH permite planificar la topología de la red de una manera flexible aprovechando sus características de sincronismo y la elevada capacidad reservada para gestión. Al igual que en la red plesiócrona es posible desarrollar topologías en malla o en estrella aunque con un grado de fiabilidad muy superior. Sin embargo quizá la topología más ‘popular’ de estas nuevas redes ha sido la basada en el tendido de anillos.

Este sistema utiliza las capacidades de cross-connect distribuido de los multiplexores configurados como ADMs para asignar la capacidad de transmisión allí donde es más necesario y conservar al mismo tiempo una gran facilidad para reconfigurar su estructura cuando sea necesario. Además, el desarrollo de la red en anillos permite desarrollar mecanismos de recuperación automática ante cortes en la red o fallos en los equipos.

Estas características hacen que las topologías en anillos sean especialmente recomendables en la red de acceso, motivo por el cual el estudio que se presenta a continuación se centra en ellas.

Ejemplo:Un operador proyecta desarrollar su red sobre una zona de reciente construcción en la ciudad. Tras encargar un estudio sobre la distribución del mercado en esa zona averigua que se pueden distinguir claramente tres áreas: la primera de ellas se caracteriza por concentrar casi toda la actividad comercial y empresarial mientras que las otras dos son predominantemente residenciales. En la siguiente tabla se representa las demandas previstas en cada una de las áreas:

Zona Líneas telefónicas

Circuitos 2 Mb/s Total ctos. 64 Kb/s

A 1000 4 1128B 500 0 500C 600 1 632

2260Basándose en esas previsiones realiza el diseño de su red utilizando equipos SDH con una topología en anillo.



Con un anillo de nivel STM-4 la red estaría dimensionada con capacidad suficiente para dar respuesta a toda la demanda. La distribución de los equipos en la red podría ser la siguiente4 :

Un ADM junto a la central local que establecerá la conexión entre el centro de conmutación y el anillo. Este ADM extrae todos los canales del anillo y los lleva hacia la central para realizar la conmutación.

Un ADM en cada una de las zonas A, B y C.

Desde el multiplexor que gestiona el tráfico de cada zona se tienden los enlaces necesarios hacia los abonados residenciales y comerciales. Estos enlaces transportan los circuitos de voz de 64 Kb/s y los de datos de 2 Mb/s.La red así diseñada resulta ser muy flexible por dos razones principales:

1. Si en alguna de las áreas aumentara la demanda (por ejemplo porque en C se creara un nuevo centro empresarial) el operador puede reconfigurar fácilmente el ADM correspondiente para que utilice más canales del anillo. Esta reconfiguración se puede hacer


1x2 Mb/s500x64Kb/s

400x64kb/s

4x2Mb/s1000x64kb/s

Central de Conmutación

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de forma rápida desde el centro de operación utilizando las capacidades de gestión de SDH. En la topología tradicional basada en estrella sería necesario aumentar el número de circuitos que de forma dedicada van desde la central hasta el multiplexor, con el consiguiente coste del material, instalación, obra civil, etc.

2. Si en algún momento la capacidad total del sistema se viera desbordada por la demanda y se hiciera necesario utilizar un nivel superior de la jerarquía la única inversión necesaria sería en la compra de nuevos equipos, sin tener que modificar la obra civil porque la fibra que forma el anillo sigue siendo útil. Con redes basadas en pares de cobre cada par se dedica a un único abonado por lo que al aumentar la demanda además de nuevos equipos haría faltar aumentar el cableado.

NOTA:En los ejemplos anteriores se representan casos simples, los cuales se comprenderán en una mayor dimensión con la resolución de un caso real a final del capítulo 4.


apunte 2 nuevo

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