SONET/SDH.

Juan Camilo Cifuentes Mejia.

Sebastian Lugo Ramirez.


SONET/SDH.
Introducción.
A partir de la introducción de la tecnología PCM hacia 1960, las redes de comunicaciones fueron pasando gradualmente a la tecnología digital en los años siguientes. Para poder soportar la demanda de mayores velocidades binarias surgió la jerarquía PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Pero como las velocidades de transmisión de esta jerarquía no son las mismas para EEUU y Japón que para Europa, las pasarelas entre redes de ambos tipos es compleja y costosa. Además si se tiene en cuenta que para poder llegar a un canal de 64Kb/s (canal de voz), habría que poner una cadena de multiplexores y demultiplexores, con el incremento de costo que esto significa. El objetivo de la jerarquía SDH, nacida en los años 80’s, era subsanar estas desventajas inherentes a los sistemas PDH, así como también normalizar las velocidades superiores a 140Mb/s que hasta el momento eran propietarias de cada compañía.. Los patrones de tráfico en los años 90’s cambiaron drásticamente, ahora los datos superaban al tráfico de voz.
Las redes de alta velocidad de hoy en día son ópticas y están basadas principalmente en dos estándares conocidos como SDH y SONET, los cuales consisten de anillos de fibra óptica en los cuales la información es intercambiada electrónicamente en los nodos. Tanto SDH como SONET son las tecnologías de transporte dominantes en las redes metropolitanas de los proveedores de servicios de telecomunicaciones en la actualidad.
Definiciones importantes.
Modos de sincronización
Se distinguen cuatro modos de sincronización, a saber:
  • síncrono;
  • seudosíncrono;
  • plesiócrono;
  • asíncrono.
En el modo síncrono, todos los relojes de la red se ajustan al PRC de la red. Los ajustes de puntero solamente se producirán al azar. Éste es el modo normal de funcionamiento en el dominio de un mismo operador.
En el modo seudosíncrono, no todos los relojes de la red estarán sincronizados con referencia al mismo PRC. Sin embargo, cada PRC deberá cumplir lo establecido en la Recomendación UIT-T G.811, por lo que se producirán ajustes de puntero en el elemento de red de frontera de sincronización. Éste es el modo normal de funcionamiento en la red internacional y entre operadores.
En el modo plesiócrono se inhabilitan el camino de sincronización y las alternativas de repliegue para uno o más relojes de la red. El reloj pasa al modo retención o de funcionamiento libre. Si se pierde la sincronización con respecto a un elemento de red SDH que efectúa la correspondencia asíncrona, el desplazamiento de frecuencia y la deriva del reloj harán que los ajustes de puntero persistan durante todo el periodo de conexión de la red SDH. Si se pierde la sincronización con respecto al último elemento de red de la conexión de red SDH (o al penúltimo elemento de red en el caso en que el último sea subordinado, es decir consista en un multiplexor con bucle temporizado) habrá que proceder también a ajustes de puntero a la salida de la red SDH. Sin embargo, si el fallo de la sincronización se produce en un elemento de red intermedio, ello no provocará un movimiento de puntero neto en el elemento de red de salida final, siempre que el elemento de red de entrada se mantenga sincronizado con el PRC. El movimiento del puntero en el elemento red intermedio será corregido por el elemento de red siguiente de la conexión, que se mantiene aún sincronizado.
El modo asíncrono se corresponde con la situación en la que se producen amplios desplazamientos de frecuencia. No es preciso que la red SDH mantenga tráfico con una precisión de reloj inferior a la especificada en la Recomendación UIT-T G.813. Para el envío de las AIS se requiere una precisión de reloj de 20 ppm (aplicable a los regeneradores y a cualquier otro equipo SDH en los que la pérdida de todas las señales de sincronización entrantes implique la pérdida de la totalidad del tráfico).
DWDM es el acrónimo, en inglés, de Dense wavelength Division Multiplexing, que significa Multiplexación por división en longitudes de onda densas. DWDM es una técnica de transmisión de señales a través de fibra óptica usando la banda C (1550 nm).

Qué es SONET/SDH.
SONET y SDH son un conjunto de estándares para la transmisión o transporte de datos síncronos a través de redes de fibra óptica. SONET significa por sus siglas en inglés, Synchronous Optical NETwork; SDH viene de Synchronous Digital Hierarchy. Aunque ambas tecnologías sirven para lo mismo, tienen pequeñas diferencias técnicas, de manera semejante con el T1 y el E1. SONET, por su parte, es utilizada en Estados Unidos, Canadá, Corea, Taiwán y Hong Kong; mientras que SDH es utilizada en el resto del mundo. Los estándares de SONET están definidos por la ANSI (American Nacional Standards Institute) y los SDH por la ITU-T (International Telecommunicatios Union). En la tabla 2 se muestra la equivalencia entre SDH y SONET en cuestión de velocidades o tasas de bits.
La tasa de bits se refiere a la velocidad de información que es transportada a través de la fibra óptica. Una porción de estos bits sobre la línea son designados como overhead. El overhead transporta información que provee capacidades de tales como ensamblado de tramas, multicanalización, estatus de la red, rastreo, monitoreo de desempeño y funciones conocidas como OAM&P (Operations, Administration, Maintenance and Provisioning). Los bits restantes es la carga útil, es decir el ancho de banda disponible para transportar los datos de los usuarios tales como paquetes o celdas ATM (Asynchronous Transfer Mode) o cualquier otro tipo de información.
Tanto SONET como SDH convergen en el nivel base de SDH de 155 Mbps, definido como STM-1. El nivel base para SONET es STS-1 (OC-1) y es equivalente a 51.84 Mbps. Así, STM-1 de SDH es equivalente a STS-3 de SONET (3 x 51.84 Mbps = 155.52 Mbps) y así sucesivamente.
Velocidades SONET/SDH.
Las señales de niveles más altos están formadas por la multiplexación de diversas señales de nivel 1 (STM-1), creando una familia de señales STM-N, donde la N indica el número de señales de nivel 1 que la componen. En la Tabla 1 se indican las denominaciones de las señales eléctricas y portadoras ópticas, así como sus velocidades y los puntos de coincidencia con los de SONET.
Tabla de Señales y velocidades binarias JDS y SONET.
Señal eléctrica
Portadora óptica
Velocidad binaria

(Mbps)
Equivalencia SDH
STS-1
OC-1
51,84
STM-0
STS-3
OC-3
155,52
STM-1
STS-9
OC-9
466,56
-
STS-12
OC-12
622,08
STM-4
STS-18
OC-18
933,12
-
STS-24
OC-24
1.244,16
-
STS-36
OC-36
1.866,24
-
STS-48
OC-48
2.488,32
STM-16
STS-96
OC-96
4.976,64
-
STS-192
OC-192
9.953,28
STM-64
STS-256
OC-256
13.271,04
-
STS-384
OC-384
19.906,56
-
STS-768
OC-768
39.813,12
STM-256
STS-1536
OC-1536
79.626,24
-
STS-3072
OC-3072
159.252,48
-
|||||||||| ||
SONET Optical Carrier Level
SONET Formato de trama
SDH Nivel y formato de trama
Ancho de banda de carga (kbps)
Velocidad de línea (kbps)
OC-1
STS-1
STM-0
50.112
51.840
OC-3
STS-3
STM-1
150.336
155.520
OC-12
STS-12
STM-4
601.344
622.080
OC-24
STS-24
1.202.688
1.244.160
OC-48
STS-48
STM-16
2.405.376
2.488.320
OC-192
STS-192
STM-64
9.621.504
9.953.280
OC-768
STS-768
STM-256
38.486.016
39.813.120
OC-3072
STS-3072
STM-1024
153.944.064
159.252.480

En la tabla anterior, el ancho de banda de carga es la velocidad de línea menos el ancho de banda de las línea y de sección.
Hay que resaltar que la progresión de velocidad de datos comienza en 155 Mbit/s y aumenta en múltiplos de 4. La única excepción es OC-24, que está normalizado en ANSI T1.105, pero no es una velocidad SDH estándar de la ITU-T G.707. A veces se describen otras tasas como OC-9, OC-18, OC-36 y OC-96 y OC-1536, pero probablemente nunca han sido desplegados. Sin duda no son comunes y no son compatibles con las normas.
La siguiente velocidad de 160 GB/s OC-3072/STM-1024 no se ha normalizado todavía, debido al coste de transceptores de alta velocidad, al ser más baratos los multiplex de longitudes de onda a 10 y 40 Gbit/s.
Por otro lado, este incremento en las necesidades de ancho de banda, ha supuesto un rápido desarrollo de WDM (Wavelength Division Multiplexing); tecnología que ofrece en la actualidad la posibilidad de transportar hasta 160 canales de 10 Gbps sobre una única fibra óptica. En efecto, la red de transporte está en estos momentos pasando por un período de transición, evolucionando desde las tradicionales redes ATM y SONET/SDH basadas en la multiplexación en el tiempo con WDM utilizado estrictamente para incrementar la capacidad de la fibra óptica, hacia una red fotónica basada en la multiplexación en frecuencia óptica; realizando no sólo el transporte, sino también la multiplexación, encaminamiento, supervisión y protección en la capa óptica. Las ventajas de una red totalmente óptica son, entre otras, una menor complejidad, una mayor transparencia respecto a las señales transportadas, un mayor ancho de banda y mayores distancias de transmisión.
El modo de transferencia asíncrono o ATM (Asyncronous Transfer Mode) estandarizado por el ITU-T es una tecnología de nivel de enlace de conmutación rápida de pequeñas celdas o paquetes de longitud fija de 53 bytes, diseñada para transportar cualquier tipo de tráfico (voz, datos, imágenes o multimedia) basándose en la calidad de servicio o QoS (Quality of Service) demandada por los usuarios finales. ATM proporciona un ancho de banda escalable que va desde los 2 Mbps a los 10 Gbps; y debido a su naturaleza asíncrona, es más eficiente que las tecnologías síncronas, tales como la multiplexación por división en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing) en la que se basa SONET/SDH.
La red óptica síncrona o SONET (Syncronous Optical NETwork) estandarizada por el ANSI para Norte América y la jerarquía digital síncrona o SDH (Synchronous Digital Hierarchy) estandarizada por el ITU-T para todo el mundo y compatible en parte con SONET, son tecnologías de transmisión por fibra óptica diseñadas principalmente para la transmisión de voz

SONET/SDH apuesta por arquitecturas en anillo, constituidas por multiplexores de extracción e inserción de señales o ADMs (Add and Drop Multiplexers). Los anillos permiten conseguir redes muy flexibles, pudiendo extraer señales tributarias del tráfico agregado en cualquiera de los ADMs, además de ofrecer potentes mecanismos de protección y restauración.
DWDM puede ayudar a la exhausta fibra, su valor se extiende más allá de esta simple ventaja, en SONET/SDH el aumento de la capacidad es la base de tirar más cable o ampliarlo, pero DWDM hace más que esto, porque lo que le da valor añadido en las redes metropolitanas, es su rápido y flexible aprovisionamiento de protocolos del DWDM, transparente en cuanto a la velocidad, centralización de datos, servicios protegidos, junto a la posibilidad de ofrecer nuevas y más altas velocidades a menor costo
Las Redes DWDM deben ser capaces de soportar la amplia gama de servicios que se implementan sobre TDM (SONET o SDH) y ATM además debe soportar conexiones de redes punto a punto, anillo, permitir la conectividad entre anillos, mallas y topología de estrella mientras provee la combinación de redes de banda ancha y transporte óptico.
Arquitectura de la Red.
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32
La capa WDM proporciona la flexibilidad para mapear el tráfico generado en las longitudes de onda múltiple y la topología básica es un anillo de Fibra óptica que interconecta varios puntos de acceso que usan los canales ópticos.
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Anillo de fibra con diferentes conexiones.
En esta topología, un solo par de fibra conecta muchos elementos y les permite que transporten el tráfico entre si y hacia cada uno de ellos, la configuración en anillo es la de máxima conectividad con mínimo de ramas, permitiendo la constitución de redes gestionables flexibles además es tolerante a fallos, una estructura en anillo permite protección eficiente al establecer los canales de servicio y de protección por caminos diferentes. Cada punto de acceso ofrece un Multiplexor Add/Drop óptico que agrega y extrae canales ópticos hacia y desde el anillo, además cada punto de acceso debe procesar el tráfico según la capa y el protocolo con el tráfico asociado, como SONET, ATM, TDM, IP, etc., los canales de WDM son utilizados para conectar a los nodos en el anillo y soportar la conectividad punto a punto entre ellos y los sistemas de protección deben aplicarse para que el canal óptico se transmita en ambas direcciones en el anillo y el receptor selecciona la señal con más calidad, además si una de las trayectorias se interrumpe se conmuta la otra.
Conexión entre anillos.
La Red Óptica debe soportar la interconexión de muchos anillos para formar una red de área metropolitana multi-anillo, las opciones de topologías adicionales como son la malla y estrella también deben ser asimiladas.
Una red de anillo dual se muestra en la figura, donde pueden ser implementados canales adicionales ajenos al DWDM fuera de los anillos y pueden usarse para protección o para aumentar el ancho de banda que puede cruzar entre los anillos.
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Anillo de Fibra Dual.
Estándares SDH/SONET.
Los estándares son una parte bien importante es las telecomunicaciones. Como se menciono anteriormente. ANSI coordina y aprueba los estándares de SONET mientras que los estándares de SDH son desarrollados por la ITU-T. Estándares ANSI de SONET

Los estándares de SONET son actualmente desarrollados por el comité T1 el cual es patrocinado por la ANSI y por la ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions).
ANSI
ITU
Señal
Tasa de bits
Canales
Señal
Tasa de bits
Canales
DS0
64 Kbps
1 DS0
E0
64 Kbps
64 Kbps
DS1
1.544 Mbps
24 DS0
E1
2.048 Mbps
32 E0
DS2
6.312 Mbps
96 DS0
E2
8.448 Mbps
128 E0
DS3
44.736 Mbps
28 DS1
E3
34.368 Mbps
16 E1

No definido

E4
139.264 Mbps
64 E1
Aplicaciones de SONET/SDH.
Como toda evolución, debe realizarse gradualmente. Los equipos de telefonía y de datos antiguos deben cambiarse poco a poco. La clave del SONET/SDH es que permite interfaces con fuentes asíncronas por lo que los equipos existentes puedes ser sustituidos o soportados por la red SDH. De esta forma las transiciones se pueden realizar gradualmente.
De este modo, teniendo en cuenta que IP se convertirá en la base de todos los servicios de telecomunicaciones y WDM en la tecnología de transporte más utilizada, ha habido un interés creciente en la integración de IP sobre las redes fotónica
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Ejemplo de IP sobre ATM sobre encapsulación SDH para el transporte sobre una red WDM.
La tecnología SONET/SDH estaba inicialmente optimizada para el transporte de tráfico de voz, pero la aparición del estándar PoS (Packet Over SONET), estandarizado en la RFC 2615 del IETF, la ha convertido también en una alternativa muy eficiente para el tráfico de datos. El esquema de una red de este tipo puede ser el de gigarouters IP que simplemente utilizan el formato de trama SONET/SDH para entramar los paquetes IP encapsulados para su transmisión directa sobre WDM, o también es posible transportar el paquete IP entramado mediante SONET/SDH sobre una red de ADMs SONET/SDH junto a otro tipo de tráfico, que utilizará luego enlaces WDM.
En efecto, PoS proporciona un método para optimizar el transporte de paquetes de datos en tramas SONET/SDH. Para ello, primero es necesario que los paquetes IP sean encapsulados en el nivel de enlace mediante PPP (Point-to-Point Protocol) según la RFC 1662, siguiendo un entramado tipo HDLC (High-level Data Link Control) según la RFC 1661. Finalmente, las tramas HDLC son transportadas sobre la carga útil de un VC-4 o varios VC-4s concatenados según la RFC 2615.
Como SDH y SONET tienen características diferentes, ahora vamos a mencionar a cada uno de estos estándares por separado.
SDH es un estándar para redes de telecomunicaciones de "alta velocidad, y alta capacidad". Más específicamente es una jerarquía digital sincrónica. Este es un sistema de transporte digital realizado para proveer una infraestructura de redes de telecomunicaciones más simple, económica y flexible.
Estándares SDH de la ITU-T.
El sector de telecomunicaciones de la ITU (ITU-T) es el encargado de coordinar y desarrollar los estándares de SDH para el mundo. A continuación en la tabla 4 se listan los estándares más importantes de SDH, la lista completa se puede obtener en el sitio de la ITU.
Tabla 4. Estándares SDH de la ITU-T
Estándar
Descripción
ITU-T G.707
Interface del nodo de red para SDH
ITU-T G.781
Estructura de recomendaciones para SDH
ITU-T G.782
Características y tipos de equipos para SDH
ITU-T G.783
Características de bloques funcionales de SDH
ITU-T G.803
Arquitectura de redes de transporte basadas en SDH
Otros estándares importantes son el ITU-T I.432 donde se específica la capa física Interface de red-usuario de B-ISDN (ISDN de banda ancha) o mejor conocido como ATM sobre SONET. El IETF (Internet Engineering Task Force) también ha liberado algunos RFCs (Request for Comments) que describen el protocolo punto a punto para transferir tráfico nativo IP sobre SONET o SDH, tales como:
· IETF RFC2615: PPP sobre SONET/SDH· IETF RFC1661: PPP (Point to Point Protocol)· IETF RFC1662: PP en tramas HDLC (High Level Data Link Control)
Componentes de una red síncrona.
Las redes SDH actuales están formadas básicamente por cuatro tipos de elementos. La topología (estructura de malla o de anillo) depende del proveedor de la red.
· Regeneradores: Se encargan de regenerar el reloj y la amplitud de las señales de datos entrantes que han sido atenuadas y distorsionadas por la dispersión y otros factores. Obtienen sus señales de reloj del propio flujo de datos entrante. Los mensajes se reciben extrayendo varios canales de 64 kbit/s de la cabecera RSOH.
· Multiplexores: Se emplean para combinar las señales de entrada plesiócronas y terminales: síncronas en señales STM-N de mayor velocidad.
· Multiplexores add/drop (ADM): Permiten insertar (o extraer) señales plesiócronas y síncronas de menor velocidad binaria en el flujo de datos SDH de alta velocidad. Gracias a esta característica es posible configurar estructuras en anillo, que ofrecen la posibilidad de conmutar automáticamente a un trayecto de reserva en caso de fallo de alguno de los elementos del trayecto.
· Transconectores digitales (DXC): Este elemento de la red es el que más funciones tiene. Permite mapear las señales tributarias PDH en contenedores virtuales, así como conmutar múltiples contenedores, hasta VC-4 inclusive.

Gestión de los elementos de la red.

Todos los elementos SDH mencionados hasta ahora se controlan por software, lo que significa que pueden monitorizarse y controlarse desde un lugar remoto, una de las ventajas más importantes de los sistemas SDH.
La fibra óptica es el medio físico más habitual en las redes SDH. La ventaja de las fibras ópticas es que no son susceptibles a las interferencias y que pueden transportar las señales a velocidades muy elevadas (citadas anteriormente cuando hablamos del multiplexado DWDM). La desventaja es el costo relativamente alto de la fibra y su instalación. Las fibras monomodo son la opción preferida para la segunda y tercera ventana óptica (1310 y 1550 nm). Otro método posible para transmitir las señales SDH es un radio enlace o un enlace por satélite, ambos particularmente adecuados para configurar rápidamente circuitos de transmisión, o para formar parte de redes de comunicaciones móviles o en terrenos difíciles. Las desventajas en este caso son el ancho de banda limitado (actualmente hasta STM-4) y la complejidad que plantea integrar esos trayectos en el sistema de gestión de la red.
Estructura de la trama STM-1
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Las tramas contienen información de cada uno de los componentes de la red: trayecto, línea y sección, además de la información de usuario. Los datos son encapsulados en contenedores específicos para cada tipo de señal tributaria.
A estos contenedores se les añade una información adicional denominada "tara de trayecto" (Path overhead), que consiste en una serie de bytes utilizados con fines de mantenimiento de red, y que dan lugar a la formación de los denominados contenedores virtuales (VC). El resultado de la multiplexación es una trama formada por 9 filas de 270 octetos cada una (270 columnas de 9 octetos). La transmisión se realiza bit a bit en el sentido de izquierda a derecha y de arriba abajo. La trama se transmite a razón de 8000 veces por segundo (cada trama se transmite en 125 μs). Por lo tanto, el régimen binario (Rb) para cada uno de los niveles es:
STM-1 = 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 155 Mbps
STM-4 = 4 * 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 622 Mbps
STM-16 = 16 * 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 2.5 Gbps
STM-64 = 64 * 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 10 Gbps
STM-256 = 256 * 8000 * (270 octetos * 9 filas * 8 bits)= 40 Gbps
De las 270 columnas que forman la trama STM-1, las 9 primeras forman la denominada "tara" (overhead), independiente de la tara de trayecto de los contenedores virtuales antes mencionados, mientras que las 261 restantes constituyen la carga útil (Payload).
En la tara están contenidos bytes para alineamiento de trama, control de errores, canales de operación y mantenimiento de la red y los punteros, que indican el comienzo del primer octeto de cada contenedor virtual.

Medidas en las redes SDH:

En términos generales, los equipos de medida SDH deben ofrecer las funciones siguientes: · Análisis de mapeado · Alineamiento de interfaces de puertos · Medidas con señales de prueba estructuradas · Medidas en multiplexores add/drop · Medidas de retardo · Prueba de los dispositivos de conmutación automática de protección (APS) · Simulación de la actividad de los punteros · Medidas SDH durante, el servicio · Análisis de alarmas · Monitorización de identificadores de tramo · Análisis de punteros · Comprobación de los sensores integrados en el sistema inserción y extracción de canales · Comprobación de la sincronización de la red · Medidas en la interfaz TMN M.21 00 · Control de calidad según G.821, G.826 y · Análisis de jitter y wander

Medida del tiempo de respuesta APS.

Cuando se produce un fallo en las redes SDH se activa un mecanismo especial de protección. El enlace defectuoso se reencamina automáticamente a través de un circuito de reserva. Esta función por ejemplo, se controla mediante los bytes Kl y K2 de la cabecera. La conmutación a la línea de protección debe efectuarse en menos de 50 ms. Para comprobar que la conmutación se efectúa correctamente y no tarda más de lo debido hay que emplear equipos de medida externos. Estos equipos miden el tiempo de respuesta (el estándar sdhs decir, la pérdida de un patrón de test especifico o el disparo de una alarma preestablecida) cuando se interrumpe intencionadamente la conexión. La medida es muy importante, ya que un excesivo retardo en la respuesta puede ocasionar una considerable degradación de las prestaciones de la red e incluso el fallo total de ésta con grandes perjuicios económicos para el proveedor de la red.
Características principales de SDH.
· Velocidad básica 155Mb/s (STM-1) · Velocidades de transmisión Los modernos sistemas SDH logran velocidades de 10 Gbit/s.· Alta disponibilidad y grandes posibilidades de ampliación, La tecnología SDH permite a los proveedores de redes reaccionar rápida y fácilmente frente a las demandas de sus clientes.· Función simplificada de inserción/extracción, ahora es mucho más fácil extraer o insertar canales de menor velocidad en las señales compuestas SDH de alta velocidad. Ya no hace falta demultiplexar y volver a multiplexar la estructura plesiócrona, procedimiento que en el mejor de los casos era complejo y costoso. Esto se debe a que en la jerarquía SDH todos los canales están perfectamente identificados por medio de una especie de "etiquetas" que hacen posible conocer exactamente la posición de los canales individuales. · Fiabilidad, Las modernas redes SDH incluyen varios mecanismos automáticos de protección y recuperación ante posibles fallos del sistema.· Plataforma a prueba de futuro, Hoy día, SDH es la plataforma ideal para multitud de servicios, desde la telefonía tradicional, las redes RDSI o la telefonía móvil hasta las comunicaciones de datos (LAN, WAN, etc.) y es igualmente adecuada para los servicios más recientes, como el video bajo demanda (VOD) o la transmisión de video digital vía ATM. · Interconexión, Las interfaces SDH están normalizadas, lo que simplifica las combinaciones de elementos de redes de diferentes fabricantes· Técnica de multiplexado a través de punteros · Estructura modular: A partir de la velocidad básica se obtienen velocidades superiores multiplexando byte por byte varias señales STM-1. Las velocidades multiplexadas, a diferencia de PDH, son múltiplos enteros de la velocidad básica. · A través del puntero, se puede acceder a cualquier canal de 2Mb/s. · Posee gran cantidad de canales de overhead que son utilizados para supervisión, gestión, y control de la red.
Desventajas de SDH.
· El tráfico esta cambiando, como hacer uso eficiente del ancho de banda para voz y datos.· Falta de granularidad fina para acomodar todos los flujos (Streams) de todos los clientes potenciales.· Necesidad de una gestión fácil en la Oficina Central. (CO)· Siguen surgiendo problemas sobre todo cuando se combinan elementos de redes de distintos fabricantes.· Los problemas de transmisión en las pasarelas que conectan redes de operadores· Necesidad de sincronismo entre los nodos de la red SDH, se requiere que todos los servicios trabajen bajo una misma referencia de temporización.
Si se desea ampliar información acerca de los estandares SDH visite los siguientes links:
http://www.itu.int/rec/T-REC-G.803-200003-I/es, Arquitectura de las Redes SDH.
http://www.itu.int/rec/T-REC-G.811-199709-I/es, Temporización de relojes primarios.
http://www.itu.int/rec/T-REC-G.783-200603-I/es, Características de los bloques funcionales del equipo de la jerarquía digital síncrona

SONET es un estándar para el transporte de telecomunicaciones ópticas formulado por la Exchange Carriers Standards Association (ECSA) para la American Nacional Standars Institute (ANSI) para las industrias que manejan los estándares de telecomunicaciones y es básicamente una implementación de multiplexado al medio tan "ancho" como es la fibra óptica, y forma un estándar norteamericano. SONET/SDH, esperan proporcionar la infraestructura mundial en materia de telecomunicaciones por lo menos para las próximas dos o tres décadas. El incremento de la configuración flexible y su disponibilidad del ancho de banda de SONET, proporciona múltiples ventajas sobre los antiguos sistemas de telecomunicaciones.

Tabla 3. Estándares ANSI de SONET
Estándar
Descripción
ANSI T1.105: SONET
Descripción básica incluyendo estructura de multicanalización, tasas y formatos
ANSI T1.105.01:SONET
Protección automática de Conmutación
ANSI T1.105.02:SONET
Mapeos de la carga útil
ANSI T1.105.03:SONET
En las interfaces de red
ANSI T1.105.04:SONET
Protocolos y arquitecturas del canal de comunicaciones de datos
ANSI T1.105.05:SONET
Mantenimiento de conexión en cascada
ANSI T1.105.06:SONET
Especificaciones de la capa física
ANSI T1.105.07:SONET
Especificación de formatos e tasas de interfaz sub-STS
ANSI T1.105.09:SONET
Elementos de sincronización de la red
ANSI T1.119:SONET
Comunicaciones - OAM&P

Sincronización de las señales digitales

Para entender los conceptos y detalles del SONET correctamente, es importante tener claro todo lo referente a sincronía, asincronía y plesiocronía. En lo que se refiere a señales síncronas, la transición digital de estas señales ocurre exactamente al mismo tiempo. Sin embargo, esto permite tener una fase diferente entre la transición de dos señales y esto quedaría dentro de los límites especificados. Esta diferencia de fase puede ser debido a los retrasos de propagación en el tiempo o a temblores "jitter" que se introducen en la transmisión de la red. En una red sincrónica todos los relojes están identificados con una primera referencia de reloj (PRC). Si dos señales digitales son Pleosíncronas, sus transiciones ocurren casi a la misma tasa con una variación contenida dentro de los límites. Por ejemplo, si dos redes están interconectadas, sus relojes pueden estar derivados de dos diferentes PRCs. Aunque estos relojes son extremadamente exactos, está es la diferencia entre un reloj y otro. En el caso de señales asíncronas, la transición de señales no necesariamente ocurren a la misma tasa. Asincronía en este caso significa que la diferencia entre dos relojes es mucho mayor que una diferencia plesiocrónica. Por ejemplo, si dos relojes se derivan de dos osciladores diferentes, estos pueden ser descritos como asíncronos.

Sincronización Jerárquica.

Los interruptores cruzados y los sistemas digitales de conexión cruzada son comúnmente empleados en las redes digitales de sincronización jerárquica. La red está organizada con una relación maestro - esclavo entre los nodos de los relojes de más alto nivel y los nodos de reloj de menor nivel. Todos los nodos pueden ser montados a la fuente de referencia primaria, un estrato 1 reloj atómico con una muy alta estabilidad y exactitud. Los relojes menos estables son adecuados para soportar nodos más bajos.

SONET Sincronizado.

El reloj interno de una terminal SONET puede derivarse de una señal de tiempo para construir un suministro d tiempo integrado (BITS) usado para sistemas de interruptores y otros equipos. Así, estas terminales como un maestro para otros nodos SONET proporcionando tiempos sobre las salidas de señales OC-N. Otros nodos SONET operarán como el modo de esclavos llamados "loop timing" con sus propios relojes internos para las entradas de las señales OC-N. Estándares especifican que las redes SONET deben ser capaces de derivar este tiempo para un estrato 3 o un reloj más alto.

Elementos de la Red SONET.

  • Multiplexor terminal: Es el elemento que actúa como un concentrador de las señales DS-1 (1,544 Mbps) tributarias así como de otras señales derivadas de ésta y realiza la transformación de la señal eléctrica en óptica y viceversa.
    Dos multiplexores terminales unidos por una fibra con o sin un regenerador intermedio conforman el más simple de los enlaces de SONET.
  • Regenerador: Necesitamos un regenerador cuando la distancia que separa a dos multiplexores terminales es muy grande y la señal óptica que se recibe es muy baja. El reloj del regenerador se apaga cuando se recibe la señal y a su vez el regenerador reemplaza parte de la cabecera de la trama de la señal antes de volver a retransmitirla. La información de tráfico que se encuentra en la trama no se ve alterada.
  • Multiplexor Add/Drop (ADM): El multiplexor de extracción-inserción (ADM) permite extraer en un punto intermedio de una ruta parte del tráfico cursado y a su vez inyectar nuevo tráfico desde ese punto. En los puntos donde tengamos un ADM, solo aquellas señales que necesitemos serán descargadas o insertadas al flujo principal de datos. El resto de señales a las que no tenemos que acceder seguirá a través de la red.
    Aunque los elementos de red son compatibles con el nivel OC-N, puede haber diferencias en el futuro entre distintos vendedores de distintos elementos. SONET no restringe la fabricación de los elementos de red. Por ejemplo, un vendedor puede ofrecer un ADM con acceso únicamente a señales DS-1, mientras que otro puede ofrecer acceso simultáneo a señales DS-1 (1,544 Mbps) y DS-3 (44,736 Mbps).
La señal básica de SONET.
SONET define una tecnología para transportar muchas señales de diferentes capacidades a través de una jerarquía óptica síncrona y flexible. Esto se logra por medio de un esquema de multiplexado por interpolación de bytes. La interpolación de bytes simplifica la multiplexación y ofrece una administración de la red extremo a extremo.
El primer paso en el proceso de la multiplexación de SONET implica la generación de las señales del nivel inferior de la estructura de multiplexación. En SONET la señal básica la conocemos como señal de nivel 1 o también STS-1 (Synchronous Transport Signal level 1). Está formada por un conjunto de 810 bytes distribuidos en 9 filas de 90 bytes. Este conjunto es transmitido cada 125 microsegundos, correspondientes a la velocidad del canal telefónico básico de 64 Kbps, por lo que la velocidad binaria de la señal STS-1 es 51,84 Mbps.
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Estructura de trama de la señal STS-1
Hay 27 bytes reservados para sobrecarga del transporte. 9 para la sección y 18 para las líneas. La carga útil de la trama es de 87 columnas y 9 filas, donde la columna primera contiene 9 bytes reservados para información del servicio de trayecto (POH Path overhead), para mandar información de funciones entre el punto de origen y el de destino. Los 774 bytes restantes quedan libres para datos.
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Esquema de la capacidad útil.
La carga útil puede empezar en cualquier parte de la capacidad de la trama. Típicamente comienza en una trama y termina en la siguiente aunque podría contenerse en una sola. El puntero de carga indica donde empieza. Esto se hace para lograr una buena sincronización.

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Las señales de niveles más altos están formadas por la multiplexación de diversas señales de nivel 1 (STS-1), creando una familia de señales STS-N, donde la N indica el número de señales de nivel 1 que la componen. En la Tabla 1 se indican las denominaciones de las señales eléctricas y portadoras ópticas, así como sus velocidades y los puntos de coincidencia con los de la Jerarquía Digital Síncrona.

Sincronización.

Cada señal SONET (análogo SDH) STS-1 lleva un puntero de carga útil en su sobrecarga de línea. Éste es una innovación clave de los sistemas SDH/SONET y se usa para sincronizar la multiplexación en un entorno pleosíncrono y en la alineación de señales STS-N. Muchos sistemas usan un mapeado fijo de los datos de menor velocidad en el seno de un flujo de mayor velocidad. Eso permite un acceso más sencillo a las cargas útiles transportadas, ya que no es necesario desempaquetar o analizar datos. Lo que se hace es repetir o eliminar tramas de información para corregir las diferencias de temporización. Para ello se utilizan buffers temporales de 125 ms de capacidad. Son indeseables por culpa del retardo introducido y de los posibles errores producidos al perder datos. El puntero de carga útil (payload pointer) es un número que indica en cada línea STS-1 el byte de inicio de los datos de la trama. Consecuentemente el puntero no esta vinculado a la estructura de trama sino que "flota" respecto a la trama Las pequeñas variaciones de temporización de acomodan incrementando o reduciendo en valor del puntero.
Configuración de la red SONET.
· Punto a punto: La configuración de red punto a punto está formada por dos multiplexores terminales, unidos por medio de una fibra óptica, en los extremos de la conexión y con la posibilidad de un regenerador en medio del enlace si éste hiciese falta. En un futuro las conexiones punto a punto atravesarán la red en su totalidad y siempre se originarán y terminarán en un multiplexor.
· Punto a multipunto: Una arquitectura punto a multipunto incluye elementos de red ADM a lo largo de su recorrido. El ADM es el único elemento de red especialmente diseñado para esta tarea. Con esto se evitan las incomodas arquitecturas de red de demultiplexado, conectores en cruz (cross-connect), y luego volver a multiplexar. Se coloca el ADM a lo largo del enlace para facilitar el acceso a los canales en los puntos intermedios de la red.
· Red Hub: La arquitectura de red hub está preparada para los crecimientos inesperados y los cambios producidos en la red de una forma más sencilla que las redes punto a punto. Un hub concentra el tráfico en un punto central y distribuye las señales a varios circuitos.
· Arquitectura en anillo: El elemento principal en una arquitectura de anillo (Figura 2) es el ADM. Se pueden colocar varios ADM en una configuración en anillo para tráfico bidireccional o unidireccional. La principal ventaja de la topología de anillo es su seguridad; si un cable de fibra se rompe o se corta, los multiplexores tienen la inteligencia necesaria para desviar el tráfico a través de otros nodos del anillo sin ninguna interrupción.

La demanda de servicios de seguridad, diversidad de rutas en las instalaciones de fibra, flexibilidad para cambiar servicios para alternar los nodos, así como la restauración automática en pocos segundos, han hecho de la arquitectura de anillo una topología muy popular en SONET.
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Arquitectura en anillo
Beneficios de la Red SONET
La clave de SONET es que permite interfaces con fuentes asíncronas por lo que los equipos existentes pueden ser sustituidos o soportados por la red SONET. De esta forma las transiciones se pueden realizar gradualmente.
Ventajas de SONET.
· La creciente flexibilidad de configuración y la disponibilidad de ancho de banda de SONET proporciona significativas ventajas frente a otros sistemas de telecomunicación más antiguos.
· Reducción de los equipos necesarios para la multiplexación y la extracción-inserción de tráfico en puntos intermedios de las grandes rutas.
· Aumento de la fiabilidad de la red, como consecuencia del menor número de equipos implicados en las conexiones.
· Proporciona bytes de cabecera que facilitan la administración de los bytes de información y el mantenimiento de los propios equipos.
· Definición de un formato síncrono de multiplexación para el transporte de señales digitales de la Jerarquía Digital Plesiócrona o PDH, en sus diversos niveles (como DS-1, DS-3) y una estructura síncrona que simplifica enormemente la interfaz de los conmutadores digitales, así como los conectores y los multiplexores.
· La existencia de una gran gama de estándares genéricos que permitan la interconexión de productos de diferentes fabricantes.
· La definición de una arquitectura flexible capaz de incorporar futuras aplicaciones, con una gran variedad de velocidades de transmisión.

Futuro de las redes de transporte.

Se tiende hacia velocidades mayores, tal como en el sistema STM-64 (multiplexado por división en el tiempo, TDM de10 Gbps), pero los costos de los elementos de ese tipo son aún muy elevados, lo que está retrasando el proceso. La alternativa es una técnica llamada DWDM (multiplexación densa por división de longitud de onda) que mejora el aprovechamiento de las fibras ópticas monomodo, utilizando varias longitudes de onda como portadoras de las señales digitales y transmitiéndolas simultáneamente por la fibra. Los sistemas actuales permiten transmitir 16 longitudes de onda, entre 1520 nm y 1580 nm, a través de una sola fibra. Se transmite un canal STM-16 por cada longitud de onda, lo que da una capacidad de unos 40 Gbit/s por fibra. Ya se ha anunciado la ampliación a 32, 64 e incluso 128 longitudes de onda. Conectada al empleo del multiplexado DWDM se observa una tendencia hacia las redes en las que todos los elementos son ópticos. Ya existen en el mercado multiplexores add/drop (inserción / extracción) ópticos y se están realizando pruebas de dispositivos ópticos de transconexión (cross-connects). En términos del modelo de capas ISO-OS, este desarrollo significa básicamente la aparición de una capa DWDN, adicional debajo de la capa SDH. Probablemente pronto veremos velocidades binarias aún más elevadas gracias a la tecnología DWDM.

Mercado de SONET y SDH

En estos momentos, los operadores de telecomunicaciones, tras varias pruebas piloto durante los primeros años de 1990s, están introduciendo ampliamente sistemas SONET/SDH en sus redes. El mercado de sistemas SDH/SONET se estima que pasará de los 11.890 millones de dólares del año 1999 a los 31.260 millones de dólares en el 2004, de acuerdo con el grupo Cahners In-Stat. De los 11.890 millones de dólares en 1999, el mercado europeo totalizó alrededor de 4.600 millones de dólares.
Entre los principales fabricantes y suministradores de sistemas SDH están: Alcatel, Fujitsu, Lucent, Marconi, Nortel, Ericsson, Siemens y Tellabs. La cuota de mercado mundial de sistemas SONET/SDH de cada uno de ellos durante el año 1999, según datos de Probe Research, se muestra en la Figura 1. Los principales suministradores actuales de sistemas SDH en España, son: Alcatel, Ericsson y Lucent. Estos tres fabricantes son los únicos proveedores de la red SDH más importante de nuestro país, la construida por Telefónica de España, con más de 15.000 sistemas de hasta 2,5 Gbps en servicio. Telefónica fue, además, una de las primeras operadoras del mundo en introducir sistemas SDH de 2,5 Gbps; pues sus pruebas en campo con esta tecnología empezaron durante 1990, con el fin de prepararse ante la demanda de ancho de banda que los medios de comunicación iban a requerir durante los Juegos Olímpicos de Barcelona en 1992. Durante el año 2001, Telefónica ha empezado a introducir en sus redes SDH los sistemas trabajando a 10 Gbps. Por otro lado, Alcatel también suministra principalmente a Ono y a Uni2, Ericsson a R y a Canarias Telecom , y Lucent a Madritel y a Supercable.

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Conclusiones.
  • El uso de sistema de transmisión de fibra óptica ha crecido rápidamente en los últimos años. En lo que se refiere a aplicaciones de corta y larga distancia, lo cual depende de la implementación de la red.
  • La red crece en tamaño y en la capacidad que transporta, no resultado claramente obvio que el acercarse a la integración de redes en lo referente a diseño y operación es esencial para lograr entregar a los consumidores los servicios que necesitan.
  • El reciente establecimiento de la CCTTT y el Instituto Nacional americano en estándar no certificado que la jerarquía sincrónica digital (SDH) y la red óptica sincrónica (SONET) son un gran desarrollo en tecnología de redes.
  • El SDH/SONET estándar está diseñado para futuras expansiones de manera de enfrentar los cambios del futuro.
Bibliografía.

MAPA MENTAL

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