Introducción SDH

SDH es un conjunto de protocolos de transmisión de datos. Se puede considerar como la revolución de los sistemas de transmisión, como consecuencia de la utilización de la fibra óptica como medio de transmisión, así como de la necesidad de sistemas más flexibles y que soporten anchos de banda elevados. La jerarquía SDH se desarrolló en EE. UU. bajo el nombre de SONET o ANSI T1X1 y posteriormente el CCITT (Hoy UIT-T) en 1989 publicó una serie de recomendaciones donde quedaba definida con el nombre de SDH.

Uno de los objetivos de esta jerarquía estaba en el proceso de adaptación del sistema PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), ya que el nuevo sistema jerárquico se implantaría paulatinamente y debía convivir con la jerarquía plesiócrona instalada. Ésta es la razón por la que la ITU-T normalizó el proceso de transportar las antiguas tramas en la nueva. La trama básica de SDH es el STM-1 (Synchronous Transport Module level 1), con una velocidad de 155 Mbit/s.

Cada trama va encapsulada en un tipo especial de estructura denominado contenedor. Una vez encapsulados se añaden cabeceras de control que identifican el contenido de la estructura (el contenedor) y el conjunto, después de un proceso de multiplexación, se integra dentro de la estructura STM-1. Los niveles superiores se forman a partir de multiplexar a nivel de byte varias estructuras STM-1, dando lugar a los niveles STM-4,STM-16, STM-64 y STM-256.

Concepto de SDH

El estándar SDH parte de una señal de 155,520 Mbps denominada módulo de transporte síncrono de primer nivel o STM-1. La compatibilidad con PDH es garantizada mediante distintos contenedores: C-11 para señales de 1,5 Mbps, C-12 para 2 Mbps, C-2 para 6,3 y 8 Mbps, etc; como se muestra en la Figura 1. Los restantes STM-N se obtienen mediante el entrelazado de bytes de varias señales STM-1. En la actualidad se encuentran normalizados los valores de: STM-4 (622,08 Mbps), STM-16 (2.488,32 Mbps) y STM-64 (9.953,28 Mbps). En SONET, que puede considerarse un subconjunto de SDH, se parte de una velocidad de transmisión de 51,840 Mbps.

Frente a las estructuras malladas de las redes PDH, SDH apuesta por arquitecturas en anillo, constituidas por multiplexores de extracción e inserción de señales o ADMs (Add and Drop Multiplexers), unidos por 2 o 4 fibras ópticas. Los anillos permiten conseguir redes muy flexibles, pudiendo extraer señales tributarias del tráfico agregado en cualquiera de los nodos que conforman el anillo.

Dadas las altas velocidades transmitidas, la seguridad es un requisito a tener muy en cuenta en las redes de transporte. Se ha comprobado que se produce un corte anualmente por cada 300 Km de fibra instalados. La solución de protección 1+1 da lugar a los denominados anillos híbridos autoregenerables, en los cuales el tráfico se encamina simultáneamente por dos caminos, siendo recogido en el nodo destinatario. En caso de la caída de algún equipo intermedio o el corte de una fibra, el nodo destinatario conmutará al otro camino, lo cual es conseguido en menos de 50 ms.

Puesto que las tramas SDH incorporan información de gestión de los equipos, es posible tanto la gestión local como la centralizada de sus redes. Esta gestión se realiza a través de las interfaces Q definidas por el ITU. La gestión local atiende a un control descentrado de los distintos nodos, mediante sistemas de operación local. La centralizada, adecuada para entornos SDH puros sin PDH, se basa en el control de todos los nodos mediante un único sistema de operaciones central.

La flexibilidad en el transporte de señales digitales de todo tipo permite la provisión de todo tipo de servicios sobre una única red SDH: servicio de telefonía, provisión de redes alquiladas a usuarios privados, creación de redes MAN y WAN, servicio de videoconferencia, distribución de televisión por cable, etc.

En estos momentos los operadores de telecomunicaciones, tras varias pruebas piloto durante los primeros años de los noventa, están introduciendo masivamente sistemas SDH en sus redes.

Multiplexacion SDH

Multiplexación SDH - 2Mbps (E1)

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

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

Multiplexación SDH - 34Mbps (E3)

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

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

Multiplexación SDH - 140Mbps (E4)

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

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

Ventajas y desventajas SDH

Algunas de estas ventajas son:

•  El proceso de multiplexación es mucho más directo. La utilización de punteros permite una localización sencilla y rápida de las señales tributarias de la información. 
• El procesamiento de la señal se lleva a cabo a nivel de STM-1. Las señales de velocidades superiores son síncronas entre sí y están en fase por ser generadas localmente por cada nodo de la red. 
• Las tramas tributarias de las señales de línea pueden ser subdivididas para acomodar cargas plesiócrona, tráfico ATM o unidades de menor orden. Esto supone mezclar tráfico de distinto tipo dando lugar a redes flexibles. 
• Compatibilidad eléctrica y óptica entre los equipos de los distintos proveedores gracias a los estándares internacionales sobre interfaces eléctricos y ópticos. 
• Una reducción en la cantidad de equipamiento y un incremento en la eficiencia de la red. 
• La provisión de bytes de overhead y payload – los bytes de overhead permiten la administración de los bytes de payload sobre una base individual y facilitan la seccionalizacion de fallos centralizada. 
• La definición de un formato de multiplexión sincrónico para trabajar con señales digitales de bajo nivel (como 2, 34 y 140Mbps) que simplifica en gran medida la interface a los switches digitales, cross-connects digitales y multiplexores add-drops. 
• La disponibilidad de un conjunto de estándares, que permiten inter-operatividad multivendedor.  
• La definición de una arquitectura flexible capaz de adaptarse a futuras aplicaciones, con una variedad de tasas de transmisión.

En cuanto a las desventajas tenemos que:

• Algunas redes PDH actuales presentan ya cierta flexibilidad y no son compatibles con SDH.
• Necesidad de sincronismo entre los nodos de la red SDH, se requiere que todos los servicios trabajen bajo una misma referencia de temporización.
• El principio de compatibilidad ha estado por encima de la optimización de ancho de banda. El número de Bytes destinados a la cabecera de sección es demasiado grande, lo que lleva a perder eficiencia.

Futuro de SDH

Prácticamente todos los nuevos sistemas de transmisión por fibra óptica que están siendo instalados actualmente en las redes troncales, utilizan SDH ó SONET. Se espera que esta tecnología domine la transmisión durante décadas, del mismo modo que su predecesor PDH ha dominado la transmisión durante más de 20 años y aún lo hace, en términos de número total de sistemas instalados. Las tasas binarias en sistemas a larga distancia se espera que se eleven de los 10 Gbps a los 40 Gbps, apareciendo los primeros productos comerciales a partir del año 2002; y al mismo tiempo, que los sistemas de 155 Mbps e inferiores penetren más en las redes de acceso.

Como hemos visto, son muchos los beneficios que ofrece la tecnología SDH a los operadores de telecomunicaciones y grandes empresas, los cuales podemos resumir en los siguientes puntos:

• Reducción de coste de los equipos de transmisión. Las razones principales son la posibilidad de integrar las funciones de transmisión, multiplexación e interconexión en un solo equipo; y la alta competencia entre proveedores de equipos debida a la alta estandarización de SDH.
• El acceso directo a las señales de cualquier nivel sin necesidad de demultiplexar en todos los niveles.
• La sencilla explotación debida a la incorporación de información de gestión adicional en las tramas de información de datos lo cual permite el mantenimiento centralizado, rápida y exacta localización de averías, el reencaminamiento automático, la monitorización permanente de la calidad del circuito, etc.
• La amplia gama de anchos de banda de transmisión y la posibilidad de acceder directamente a las señales de cualquier nivel sin necesidad de demultiplexar en todos los niveles inferiores, permiten la creación de una infraestructura de red muy flexible y uniforme.
• La compatibilidad multifabricante a nivel de interfaces de transporte y de explotación, lo cual garantizará la integración de las redes de los distintos operadores.
• La convergencia con ATM e IP, y la capacidad de interfuncionamiento simultáneo con PDH. No obstante, el diseño de SDH fue previo a la explosión de servicios de datos, con un crecimiento anual del tráfico del 50-100% según Probe Research, y se optimizó para transmitir señales de voz a 64 Kbps. Las soluciones de datos de SDH son relativamente ineficientes, no son fáciles de escalar, y son poco compatibles entre distintos suministradores.

El principal problema de SDH actualmente es el cuello de botella alcanzado con los 10 Gbps, pues aunque los sistemas a 40 Gbps estarán disponibles pronto, las limitaciones tecnológicas imposibilitarán, al menos durante varios años, alcanzar velocidades superiores. Esto es debido a que por debajo de los 10 Gbps las características de la fibra óptica monomodo convencional (o ITU-T G.652) tienen un impacto relativamente bajo sobre la calidad de la transmisión; pero por encima de los 10 Gbps, sus efectos deben ser tenidos muy en cuenta. Por otro lado, SDH sólo utiliza la fibra óptica como mero medio de transmisión y toda su funcionalidad (amplificación, reencaminamiento, etc.) las implementa en el dominio eléctrico; es decir, mediante SDH no será posible conseguir redes totalmente ópticas.

Esto abrirá paso a la DWDM, una novedosa tecnología de transmisión totalmente óptica, aún inmadura, cara y poco estandarizada, que permitirá aprovechar al máximo el caro y escaso tendido de fibra existente. El número máximo de longitudes de onda que se pueden multiplexar en la actualidad es de 160, pudiendo alcanzar de este modo capacidades de hasta 1,6 Tbps acoplando canales SDH STM-64. Por otro lado, las distancias de transmisión alcanzadas mediante equipos SDH al menos doblan (depende del número de canales multiplexados) las alcanzadas mediante equipos SDH, lo cual reduce aún más las necesidades de equipos y los costes en su mantenimiento.

El fin de los servicios basados en SDH y TDM

Operadores de voz de todo el sector anuncian el fin de los servicios basados en tecnologías SDH y TDM.

Durante décadas, la infraestructura de voz TDM ha demostrado ser una opción robusta y fiable para ofrecer a las empresas los servicios de voz que necesitan. Sin embargo, en los últimos años esta tecnología se ha visto desafiada por VoIP.

Las estadísticas de TeleGeography nos dicen que el número de llamadas internacionales ha bajado en la última década, lo que indica que las comunicaciones de voz se están realizando sobre medios alternativos, con una caída de los minutos de voz TDM a costa de un aumento del tráfico IP.

Además, a medida que se agotan las existencias de equipos TDM, sus precios aumentan, mientras las funcionalidades de la alternativa VoIP crecen. Está claro que VoIP pronto se convertirá en el nuevo estándar de servicios de voz, aunque suele haber barreras para que los directores de TI implanten esta tecnología.

No existe ningún problema intrínseco con TDM: cumple su función; y aunque el sector no ha abandonado esta familia de tecnologías con rotundidad, seguramente quede descartada en varios años. La migración a una nueva tecnología como VoIP se suele ver como un riesgo, ya que exige un compromiso interno y la capacidad financiera para invertir en infraestructura IP. Es un gran salto y algunos directivos suelen ser reacios a ello.

Pero hay un punto medio.

Mientras que la tendencia tradicional del sector de las telecomunicaciones sería apremiar a los clientes para que adopten VoIP, aunque realmente no lo demanden, en Colt queremos cambiar este modelo de negocio y ofrecemos una experiencia de cliente gradual.

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