PDH SDH - Lab. Redes y Seguridad

TECNOLOGÍA DE
TELECOMUNICACIONES
PDH, SDH Y DWDM
A D M I N I S T R A C I Ó N D E R E D E S
C A P Í T U L O 3 : I N T E G R A C I Ó N
E L A B O R Ó : I N G . M A . E U G E N I A M A C Í A S R Í O S

DEFINICIÓN
La Jerarquía Digital Plesiócrona, conocida como PDH (Plesiochronous
Digital Hierarchy), es una tecnología usada en telecomunicación para
transportar grandes cantidades de información mediante equipos
digitales de transmisión que funcionan sobre fibra óptica, cable coaxial
o radio de microondas.

MULTIPLEXACIÓN
Es la combinación de dos o más canales de información en un solo
medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor(es un
circuito que equivale a un conmutador). El proceso inverso se conoce
como desmultiplexación.
Existen varias clases de multiplexación:
1. Multiplexación por División de Frecuencia (MDF, Frequency
Division Multiplexing), utilizada en sistemas de transmisión
analógicos. Mediante este procedimiento, el ancho de banda total del
medio de transmisión es dividido en porciones, asignando cada una
de estas fracciones a un canal.

MULTIPLEXACIÓN
2. Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM, Wavelength
Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales
sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente
longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED.
Los primeros sistemas WDM combinaban tan sólo dos señales. Los
sistemas modernos pueden soportar hasta 160 señales y expandir un
sistema de fibra de 10 Gb/s hasta una capacidad teórica total de 1,6
Tbit/s sobre un solo par de fibra.

IMPACTO DE LA TECNOLOGÍA
En los últimos años ha sido muy común
hablar de nuevos servicios de
telecomunicaciones a parte de los ya
tradicionales.
Las necesidades de nuevos servicios,
básicamente han sido creados por la
creciente demanda de los usuarios que
día a día van en aumento.
Esto ha ocasionado que los operadores
de redes de telecomunicaciones busquen
modificar u optimizar sus redes. Para lo
cual fue necesario el diseño y
estandarización de nuevos equipos
capaces de poder dar solución a estos
nuevos retos.

ESTRUCTURAS DE MULTICANALIZACIÓN
El desarrollo de los sistemas de transmisión digital empezó a principios de
los años 70s, y fueron basados principalmente en el método de
modulación PCM.
A principios de los 80s los sistemas digitales se hicieron cada vez más
complejos, tratando de satisfacer las demandas de tráfico de esa época.
La demanda fue tal alta que en Europa se tuvieron que aumentar las
jerarquías de tasas de transmisión de 140 Mbps a 565 Mbps.
El problema era el alto costo del ancho de banda y de los equipos
digitales. La solución era crear una técnica de modulación que permitiera
la combinación gradual de tasas no síncronas (referidas como
pleosiocronos), lo cual derivó al término que conocemos hoy en día como
PDH

PDH
(JERARQUÍA DIGITAL PLESIÓCRONA)

LA INFRAESTRUCTURA PDH
PDH define un conjunto de sistemas de transmisión que utiliza dos
pares de alambres y un método de multicanalización por división de
tiempo (TDM) múltiples canales de voz y datos digital.
Plesiocrono se origina del griego plesio ("cercano" o "casi") y cronos
("reloj"), el cual significa que dos relojes están cercanos uno del otro
en tiempo, pero no exactamente el mismo.

ESTANDARES PDH
T1: El cual define el estándar PDH de
Norteamérica que consiste de 24 canales de 64
Kbps (canales DS-0) dando una capacidad total
de 1.544 Mbps
E1: El cual define el estándar PDH europeo. E1
consiste de 30 canales de 64 Kbps y 2 canales
reservados para la señalización y sincronía, la
capacidad total nos da 2.048 Mbps
J1: El cual define el estándar PDH japonés para
una velocidad de transmisión de 1.544 Mbps
consistente de 24 canales de 64 Kbps
La longitud de la trama del estándar J1 es de 193
bits (24 x 8 bit, canales de voz/datos más un bit
de sincronización), el cual es transmitido a una
tasa de 8000 tramas por segundo. Así, 193
bits/trama x 8000 tramas/segundo =1,544,000
bps o 1.544 Mbps

DEBILIDADES DE PDH
No existe un estándar mundial en el formato digital, existen tres
estándares incompatibles entre sí, el europeo, el estadounidense y el
japonés.
No existe un estándar mundial para las interfaces ópticas. La
interconexión es imposible a nivel óptico.
La estructura asíncrona de multicanalización es muy rígida
Capacidad limitada de administración

Jerarquías europea (E1), norteamericana (T1) y
japonesa (J1)
PDH se basa en canales de 64 kbps.
En cada nivel de multiplexación se van aumentando el número de canales
sobre el medio físico. Es por eso que las tramas de distintos niveles tienen
estructuras y duraciones diferentes. Además de los canales de voz en cada
trama viaja información de control que se añade en cada nivel de
multiplexación, por lo que el número de canales transportados en niveles
superiores es múltiplo del transportado en niveles inferiores, pero no ocurre lo
mismo con el régimen binario.

Jerarquías europea (E1), norteamericana (T1) y
japonesa (J1)
Existen tres jerarquías PDH: la europea, la norteamericana y la japonesa.
La europea usa la trama descrita en la norma G.732 de la UIT-T
Mientras que la norteamericana y la japonesa se basan en la trama descrita en
G.733.
Al ser tramas diferentes habrá casos en los que para poder unir dos enlaces
que usan diferente norma haya que adaptar uno al otro, en este caso siempre
se convertirá la trama al usado por la jerarquía europea.
En la tabla que sigue se muestran los distintos niveles de multiplexación PDH
utilizados en Norteamérica (Estados Unidos y Canadá), Europa y Japón.

NIVEL MULT.
N1
1
2
3
4
4
4
16
28
84
64
1024
MULT.
B
24
30
96
120
480
672
216
2016
ESTRUCTURA DE PDH
VELOCIDAD
(MBIT/S)
1.5
2.0
6.3
8.0
34.0
45.0
140
565
2400
CONTINENTE
ABREVIACIÓN
PAÍS
EEUU/Japón
Europa
EEUU
Europa
Europa
EEUU/Japón
EEUU/Japón
Europa
DS1
E1
DS2
E2
E3
DS3
-
E4
SISTEMA DE
TRANSMISIÓN
4 hilos de cobre trenzado
Radioenlace a corta
distancia
Fibra multimodo o cables
coaxiales
Fibra monomodo o
radioenlace
Fibra monomodo

Los multiplexores E1 trabajan con
velocidades máximas de 2Mbit/s y
son capaces de multiplexar
canales de velocidades múltiplos
de 64Kbit/s.
Multiplexores E1

Multiplexores DH
Los multiplexores PDH operan con
velocidades de 34Mbit/s (E3).
DM16E1 - DM4E1

SDH
(Synchronous Digital Hierarchy /Jerarquía Digital Sincrónica)

ANTECEDENTES
Estándar internacional de comunicaciones para redes de transmisión de
alta capacidad desarrollado por la ITU.
Fue el primer esfuerzo por estandarizar las comunicaciones de voz de
forma de eliminar las desventajas en PDH.
Permite el transporte de muchos tipos de tráfico tales como voz, video,
multimedia y paquetes de datos como los que genera IP.
Gestiona el ancho de banda eficientemente mientras porta varios tipos de
tráfico, detecta fallos y recupera de ellos la transmisión de forma
transparente para las capas superiores.

Las principales características que se encuentran en
el sistema de red de transporte SDH son:
Multiplexación Digital: Permite que las
señales analógicas sean portadas en formato
digital sobre la red. Permite monitorizar
errores.
Fibra óptica: Es el medio físico utilizado,
tiene mucha mayor capacidad de portar
tráfico.
Esquemas de protección: Aseguran la
disponibilidad del tráfico, el tráfico podría
ser conmutado a otra ruta alternativa si
existiera falla.

Las principales características que se encuentran en
el sistema de red de transporte SDH son:
Sincronización: Se debe proporcionar
temporización sincronizada a todos los
elementos de la red para asegurarse que la
información que pasa entre nodos no se
pierda.
Gestión de red: Un operador puede
gestionar una gran variedad de funciones
tales como la demanda de clientes y la
monitorización de la calidad de una red.
Topologías en anillo: Si un enlace se
pierde hay un camino alternativo por el otro
lado del anillo.

Modelo ITU
A Red de transporte B
A Circuito
B
Trayecto
Transmisión
Modelo de capas SDH
Servicio de
telefonía básica
Red de fibra
óptica
Capas SDH
Servicio de
acceso a Internet
Trayecto SDH VC-1n
Trayecto SDH VC-3
Servicio
ATM
Red de transmisión
vía radio

Capas de
transporte
SDH
Capa de circuitos
Capa de
trayecto
Capa de
medios de
transmisión
Modelo de capas SDH
Trayecto de
orden inferior
LOP
Trayecto de
orden superior
HOP
Capa de
sección
Capa de medios
físicos
Redes de la capa de circuitos
VC-11 VC-12 VC-2 VC-3
VC-3 VC-4
Capa de la sección de multiplexación
Capa de la sección de regeneración
Capa de medios físicos

Mbps
SMT-1 155.52
SMT-4 622.08
SMT-16 2488.32
SMT-64 9953.28
SMT-256 39, 814.32
Trama SDH (STM-N)

MULTIPLEXACION Y ENCAPSULACION
El encapsulamiento de circuitos se lleva a cabo en las señales y servicios
que se desean transportar de extremo a extremo, los cuales pueden ser
de distintas velocidades.
Se etiqueta añadiendo información a la que se denomina POH,
formando así el Contenedor Virtual (VC).
Se añade un puntero al VC que indica su posición dentro de la señal
global. Formando:
Unidad Tributaria (TU) – LOP
Unidad Administrativa (AU) – HOP
Carga VC
POH
AUOH
AU

La estructura de multiplexación
define como la información es
estructurada para construir un
STM-1.
En la multiplexación y generación
de las tramas SDH se prevén dos
estados de multiplexación en
cascada, el primero a nivel de
Unidad Tributaria, TU, y otro a nivel
de Unidad Administrativa, AU,
donde es posible realizar un proceso
de sincronización de los flujos
numéricos destinados a construir la
trama SDH, ambos forman grupos
denominados TUG o AUG.
Señales
PDH
SDH
STM-1
STM-4
Acceso OH
STM-N
Sincronización
etc.

ELEMENTOS
Dentro de la estructura de una red SDH existen diferentes
procesos que son efectuados por dispositivos.
LTM (Linea Terminal Multiplexer): Es un elemento que se
utiliza en un enlace punto a punto. Implementara únicamente la
terminación de línea y la función de multiplexar o desmutiplexar
varios tributarios en una línea STM-N.
ADM (Add-Drop Multiplexer): Sirven para insertar o extraer un
tributario al flujo de la línea STM-N, se utilizan en nodos intermedios
de las cadenas de transmisión SDH.

Regeneradores: Las señales que viajan a lo largo de un enlace de
transmisión acumulan degradación y ruido. Los regeneradores
convierten la señal óptica en eléctrica y la "limpian" o regeneran. La
señal regenerada es convertida de nuevo a señal óptica para ser
transmitida.
DXC (Digital Cross-Connect): Su función es interconectar flujos,
incorporan funciones de multiplexión y terminación de línea. La
función principal de los DXC se denomina grooming y se trata del
agrupamiento conjunto del tráfico de características similares en
cuanto destino, tipo de tráfico.

Unidireccional
Bidireccional
ADM ADM
Reserva
Topología anillo
ADM
Doble anillo a prueba de fallos

DWDM
(Dense Wavelength Division Multiplexing -
Multiplexación por división en longitud de onda densa)

WDM (Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología de
telecomunicaciones que transporta varias señales sobre una única fibra
óptica, empleando para cada señal una longitud de onda (portadora)
diferente.

¿ A qué se debe el desarrollo de esta tecnología?
Las telecomunicaciones hacen un uso extensivo de las técnicas y medios
ópticos.
Debido a la necesidad de poder transferir volúmenes grandes de
información.
El desarrollo de la comunicación vía fibra óptica sigue creciendo a pasos
agigantados.
La modulación de onda permite la transmisión de señales análogas o
digitales de hasta unos pocos GigaHertz o Gigabits por segundo en una
portadora de una frecuencia muy alta, típicamente de 186 a 196 RHz.

Por todo lo anterior, DWDM se vuelve la solución inevitable, no solo para
aumentar la capacidad de transmisión a un costo bajo, sino que también para
la conmutación y encaminamiento de las señales en el medio óptico.

¿Cómo funciona DWDM?
DWDM esta basado en la multiplexión por división de frecuencia
(FDM), o multiplexación por división de longitud de onda (WDM).
Este concepto de WDM se conoce desde por lo menos el año de 1958.
La tecnología WDM, se puede considerar densa o DWDM, Dense
Wavelength Division Multiplexing, a partir de 16 portadoras
(canales).
DWDM esta reservado para ondas muy cercanas en cuanto a longitud
de onda (tipicamente menor que 100 GHz corresponden a 0.8 nm a una
longitud de onda de 1.5 um).

¿Cómo funciona DWDM?
Con WDM, es posible mantener la emisión de varias fuentes (señales) de
diferentes longitudes de onda l1, l2, l3, …, ln sobre la misma fibra óptica.
Después de la transmisión sobre la fibra, las señales l1, l2, l3, …, ln pueden
ser separadas a través de diferentes detectores en el extremo de la fibra. Los
componentes a la entrada deben inyectar las señales provenientes de las
diferentes fuentes en la fibra con la menor perdida posible: Este es el
multiplexor. El componente que separa las longitudes de onda es el
demultiplexor.

¿Cómo funciona?
La idea de transmitir varias señales de distinta longitud de onda se ve
sencilla, pero los problemas técnicos a ser resueltos fueron difíciles, y les
llevo una significante cantidad de tiempo a los expertos para poder
resolverlos.
Cerca de 20 anos después, los primeros componentes prácticos para la
multiplexación fueron propuestos primeramente en los Estados
Unidos, Japón, y Europa.
En 1977, el primer componente pasivo fue desarrollado por Tomlinson y
Aumiller.

¿Cómo funciona?
La tecnologia DWDM utiliza la banda de 1550 nm ya que es sobre la que
trabajan los actuales Amplificadores Opticos:
banda C, entre 1530 y 1560 nm
banda L, entre 1565 y 1630 nm

Componentes de un sistema DWDM

Componentes de un sistema DWDM
Demultiplexor
Los multiplexores por división densa de longitud de onda, típicamente de 32
canales espaciadas a 100 GHz, son ampliamente usados en las redes ópticas
de telecomunicaciones.

Componentes de un sistema DWDM
Equipo terminal WDM: Transmisión
Transponedor de transmisión: Convierte la longitud de onda de cada señal
óptica de entrada a la longitud de onda especifica que es función del canal
asignado.
Multiplexor óptico: Multiplexa las N señales de diferentes longitudes de onda
de en una única señal óptica WDM.
Amplificador óptico de potencia, booster: Amplifica la señal óptica
multiplexada, antes de su transmisión por la fibra óptica.

Componentes de un sistema DWDM
Equipo terminal WDM: Recepción
Preamplificador óptico: Amplifica la señal óptica recibida de la fibra óptica,
antes de su demultiplexacion.
Demultiplexor óptico: Separa la señal óptica recibida en N señales de diferentes
longitudes de onda, filtrando la señal de cada portadora.
Transponedor de recepción: Para cada portadora, convierte la longitud de onda
especifica en una señal óptica de salida de longitud de onda.

Transponedor de recepción
Regenerador
Componentes de un sistema DWDM

Componentes de un sistema DWDM
Amplificador óptico

Ventajas de la tecnología
Resolver el problema de la capacidad de transmisión en redes ópticas.
DWDM permite que las empresas comiencen a utilizar aplicaciones que por
limitantes de ancho de banda no podrían ser implantadas.
El costo de su implementación es bajo.
Con DWDM es sumamente sencillo expandir las redes existentes y aumentar
la capacidad de transporte, lo cual se traduce en poder brindar mas servicios,
poder llegar a mas clientes y ser mas competitivos.