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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
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TECNOLOGÍA DE<br />
TELECOMUNICACIONES<br />
<strong>PDH</strong>, <strong>SDH</strong> Y DWDM<br />
A D M I N I S T R A C I Ó N D E R E D E S<br />
C A P Í T U L O 3 : I N T E G R A C I Ó N<br />
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<br />
La Jerarquía Digital Plesiócrona, conocida como <strong>PDH</strong> (Plesiochronous<br />
Digital Hierarchy), es una tecnología usada en telecomunicación para<br />
transportar grandes cantidades de información mediante equipos<br />
digitales de transmisión que funcionan sobre fibra óptica, cable coaxial<br />
o radio de microondas.
MULTIPLEXACIÓN<br />
Es la combinación de dos o más canales de información en un solo<br />
medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor(es un<br />
circuito que equivale a un conmutador). El proceso inverso se conoce<br />
como desmultiplexación.<br />
Existen varias clases de multiplexación:<br />
1. Multiplexación por División de Frecuencia (MDF, Frequency<br />
Division Multiplexing), utilizada en sistemas de transmisión<br />
analógicos. Mediante este procedimiento, el ancho de banda total del<br />
medio de transmisión es dividido en porciones, asignando cada una<br />
de estas fracciones a un canal.
MULTIPLEXACIÓN<br />
2. Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM, Wavelength<br />
Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales<br />
sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente<br />
longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED.<br />
Los primeros sistemas WDM combinaban tan sólo dos señales. Los<br />
sistemas modernos pueden soportar hasta 160 señales y expandir un<br />
sistema de fibra de 10 Gb/s hasta una capacidad teórica total de 1,6<br />
Tbit/s sobre un solo par de fibra.
IMPACTO DE LA TECNOLOGÍA<br />
En los últimos años ha sido muy común<br />
hablar de nuevos servicios de<br />
telecomunicaciones a parte de los ya<br />
tradicionales.<br />
Las necesidades de nuevos servicios,<br />
básicamente han sido creados por la<br />
creciente demanda de los usuarios que<br />
día a día van en aumento.<br />
Esto ha ocasionado que los operadores<br />
de redes de telecomunicaciones busquen<br />
modificar u optimizar sus redes. Para lo<br />
cual fue necesario el diseño y<br />
estandarización de nuevos equipos<br />
capaces de poder dar solución a estos<br />
nuevos retos.
ESTRUCTURAS DE MULTICANALIZACIÓN<br />
El desarrollo de los sistemas de transmisión digital empezó a principios de<br />
los años 70s, y fueron basados principalmente en el método de<br />
modulación PCM.<br />
A principios de los 80s los sistemas digitales se hicieron cada vez más<br />
complejos, tratando de satisfacer las demandas de tráfico de esa época.<br />
La demanda fue tal alta que en Europa se tuvieron que aumentar las<br />
jerarquías de tasas de transmisión de 140 Mbps a 565 Mbps.<br />
El problema era el alto costo del ancho de banda y de los equipos<br />
digitales. La solución era crear una técnica de modulación que permitiera<br />
la combinación gradual de tasas no síncronas (referidas como<br />
pleosiocronos), lo cual derivó al término que conocemos hoy en día como<br />
<strong>PDH</strong>
<strong>PDH</strong><br />
(JERARQUÍA DIGITAL PLESIÓCRONA)
LA INFRAESTRUCTURA <strong>PDH</strong><br />
<strong>PDH</strong> define un conjunto de sistemas de transmisión que utiliza dos<br />
pares de alambres y un método de multicanalización por división de<br />
tiempo (TDM) múltiples canales de voz y datos digital.<br />
Plesiocrono se origina del griego plesio ("cercano" o "casi") y cronos<br />
("reloj"), el cual significa que dos relojes están cercanos uno del otro<br />
en tiempo, pero no exactamente el mismo.
ESTANDARES <strong>PDH</strong><br />
T1: El cual define el estándar <strong>PDH</strong> de<br />
Norteamérica que consiste de 24 canales de 64<br />
Kbps (canales DS-0) dando una capacidad total<br />
de 1.544 Mbps<br />
E1: El cual define el estándar <strong>PDH</strong> europeo. E1<br />
consiste de 30 canales de 64 Kbps y 2 canales<br />
reservados para la señalización y sincronía, la<br />
capacidad total nos da 2.048 Mbps<br />
J1: El cual define el estándar <strong>PDH</strong> japonés para<br />
una velocidad de transmisión de 1.544 Mbps<br />
consistente de 24 canales de 64 Kbps<br />
La longitud de la trama del estándar J1 es de 193<br />
bits (24 x 8 bit, canales de voz/datos más un bit<br />
de sincronización), el cual es transmitido a una<br />
tasa de 8000 tramas por segundo. Así, 193<br />
bits/trama x 8000 tramas/segundo =1,544,000<br />
bps o 1.544 Mbps
DEBILIDADES DE <strong>PDH</strong><br />
No existe un estándar mundial en el formato digital, existen tres<br />
estándares incompatibles entre sí, el europeo, el estadounidense y el<br />
japonés.<br />
No existe un estándar mundial para las interfaces ópticas. La<br />
interconexión es imposible a nivel óptico.<br />
La estructura asíncrona de multicanalización es muy rígida<br />
Capacidad limitada de administración
Jerarquías europea (E1), norteamericana (T1) y<br />
japonesa (J1)<br />
<strong>PDH</strong> se basa en canales de 64 kbps.<br />
En cada nivel de multiplexación se van aumentando el número de canales<br />
sobre el medio físico. Es por eso que las tramas de distintos niveles tienen<br />
estructuras y duraciones diferentes. Además de los canales de voz en cada<br />
trama viaja información de control que se añade en cada nivel de<br />
multiplexación, por lo que el número de canales transportados en niveles<br />
superiores es múltiplo del transportado en niveles inferiores, pero no ocurre lo<br />
mismo con el régimen binario.
Jerarquías europea (E1), norteamericana (T1) y<br />
japonesa (J1)<br />
Existen tres jerarquías <strong>PDH</strong>: la europea, la norteamericana y la japonesa.<br />
La europea usa la trama descrita en la norma G.732 de la UIT-T<br />
Mientras que la norteamericana y la japonesa se basan en la trama descrita en<br />
G.733.<br />
Al ser tramas diferentes habrá casos en los que para poder unir dos enlaces<br />
que usan diferente norma haya que adaptar uno al otro, en este caso siempre<br />
se convertirá la trama al usado por la jerarquía europea.<br />
En la tabla que sigue se muestran los distintos niveles de multiplexación <strong>PDH</strong><br />
utilizados en Norteamérica (Estados Unidos y Canadá), Europa y Japón.
NIVEL MULT.<br />
N1<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
4<br />
4<br />
16<br />
28<br />
84<br />
64<br />
1024<br />
MULT.<br />
B<br />
24<br />
30<br />
96<br />
120<br />
480<br />
672<br />
216<br />
2016<br />
ESTRUCTURA DE <strong>PDH</strong><br />
VELOCIDAD<br />
(MBIT/S)<br />
1.5<br />
2.0<br />
6.3<br />
8.0<br />
34.0<br />
45.0<br />
140<br />
565<br />
2400<br />
CONTINENTE<br />
ABREVIACIÓN<br />
PAÍS<br />
EEUU/Japón<br />
Europa<br />
EEUU<br />
Europa<br />
Europa<br />
EEUU/Japón<br />
EEUU/Japón<br />
Europa<br />
DS1<br />
E1<br />
DS2<br />
E2<br />
E3<br />
DS3<br />
-<br />
E4<br />
SISTEMA DE<br />
TRANSMISIÓN<br />
4 hilos de cobre trenzado<br />
Radioenlace a corta<br />
distancia<br />
Fibra multimodo o cables<br />
coaxiales<br />
Fibra monomodo o<br />
radioenlace<br />
Fibra monomodo
Los multiplexores E1 trabajan con<br />
velocidades máximas de 2Mbit/s y<br />
son capaces de multiplexar<br />
canales de velocidades múltiplos<br />
de 64Kbit/s.<br />
Multiplexores E1
Multiplexores DH<br />
Los multiplexores <strong>PDH</strong> operan con<br />
velocidades de 34Mbit/s (E3).<br />
DM16E1 - DM4E1
<strong>SDH</strong><br />
(Synchronous Digital Hierarchy /Jerarquía Digital Sincrónica)
ANTECEDENTES<br />
Estándar internacional de comunicaciones para redes de transmisión de<br />
alta capacidad desarrollado por la ITU.<br />
Fue el primer esfuerzo por estandarizar las comunicaciones de voz de<br />
forma de eliminar las desventajas en <strong>PDH</strong>.<br />
Permite el transporte de muchos tipos de tráfico tales como voz, video,<br />
multimedia y paquetes de datos como los que genera IP.<br />
Gestiona el ancho de banda eficientemente mientras porta varios tipos de<br />
tráfico, detecta fallos y recupera de ellos la transmisión de forma<br />
transparente para las capas superiores.
Las principales características que se encuentran en<br />
el sistema de red de transporte <strong>SDH</strong> son:<br />
Multiplexación Digital: Permite que las<br />
señales analógicas sean portadas en formato<br />
digital sobre la red. Permite monitorizar<br />
errores.<br />
Fibra óptica: Es el medio físico utilizado,<br />
tiene mucha mayor capacidad de portar<br />
tráfico.<br />
Esquemas de protección: Aseguran la<br />
disponibilidad del tráfico, el tráfico podría<br />
ser conmutado a otra ruta alternativa si<br />
existiera falla.
Las principales características que se encuentran en<br />
el sistema de red de transporte <strong>SDH</strong> son:<br />
Sincronización: Se debe proporcionar<br />
temporización sincronizada a todos los<br />
elementos de la red para asegurarse que la<br />
información que pasa entre nodos no se<br />
pierda.<br />
Gestión de red: Un operador puede<br />
gestionar una gran variedad de funciones<br />
tales como la demanda de clientes y la<br />
monitorización de la calidad de una red.<br />
Topologías en anillo: Si un enlace se<br />
pierde hay un camino alternativo por el otro<br />
lado del anillo.
Modelo ITU<br />
A Red de transporte B<br />
A Circuito<br />
B<br />
Trayecto<br />
Transmisión<br />
Modelo de capas <strong>SDH</strong><br />
Servicio de<br />
telefonía básica<br />
Red de fibra<br />
óptica<br />
Capas <strong>SDH</strong><br />
Servicio de<br />
acceso a Internet<br />
Trayecto <strong>SDH</strong> VC-1n<br />
Trayecto <strong>SDH</strong> VC-3<br />
Servicio<br />
ATM<br />
Red de transmisión<br />
vía radio
Capas de<br />
transporte<br />
<strong>SDH</strong><br />
Capa de circuitos<br />
Capa de<br />
trayecto<br />
Capa de<br />
medios de<br />
transmisión<br />
Modelo de capas <strong>SDH</strong><br />
Trayecto de<br />
orden inferior<br />
LOP<br />
Trayecto de<br />
orden superior<br />
HOP<br />
Capa de<br />
sección<br />
Capa de medios<br />
físicos<br />
<strong>Redes</strong> de la capa de circuitos<br />
VC-11 VC-12 VC-2 VC-3<br />
VC-3 VC-4<br />
Capa de la sección de multiplexación<br />
Capa de la sección de regeneración<br />
Capa de medios físicos
Mbps<br />
SMT-1 155.52<br />
SMT-4 622.08<br />
SMT-16 2488.32<br />
SMT-64 9953.28<br />
SMT-256 39, 814.32<br />
Trama <strong>SDH</strong> (STM-N)
MULTIPLEXACION Y ENCAPSULACION<br />
El encapsulamiento de circuitos se lleva a cabo en las señales y servicios<br />
que se desean transportar de extremo a extremo, los cuales pueden ser<br />
de distintas velocidades.<br />
Se etiqueta añadiendo información a la que se denomina POH,<br />
formando así el Contenedor Virtual (VC).<br />
Se añade un puntero al VC que indica su posición dentro de la señal<br />
global. Formando:<br />
Unidad Tributaria (TU) – LOP<br />
Unidad Administrativa (AU) – HOP<br />
Carga VC<br />
POH<br />
AUOH<br />
AU
La estructura de multiplexación<br />
define como la información es<br />
estructurada para construir un<br />
STM-1.<br />
En la multiplexación y generación<br />
de las tramas <strong>SDH</strong> se prevén dos<br />
estados de multiplexación en<br />
cascada, el primero a nivel de<br />
Unidad Tributaria, TU, y otro a nivel<br />
de Unidad Administrativa, AU,<br />
donde es posible realizar un proceso<br />
de sincronización de los flujos<br />
numéricos destinados a construir la<br />
trama <strong>SDH</strong>, ambos forman grupos<br />
denominados TUG o AUG.<br />
Señales<br />
<strong>PDH</strong><br />
<strong>SDH</strong><br />
STM-1<br />
STM-4<br />
Acceso OH<br />
STM-N<br />
Sincronización<br />
etc.
ELEMENTOS<br />
Dentro de la estructura de una red <strong>SDH</strong> existen diferentes<br />
procesos que son efectuados por dispositivos.<br />
LTM (Linea Terminal Multiplexer): Es un elemento que se<br />
utiliza en un enlace punto a punto. Implementara únicamente la<br />
terminación de línea y la función de multiplexar o desmutiplexar<br />
varios tributarios en una línea STM-N.<br />
ADM (Add-Drop Multiplexer): Sirven para insertar o extraer un<br />
tributario al flujo de la línea STM-N, se utilizan en nodos intermedios<br />
de las cadenas de transmisión <strong>SDH</strong>.
Regeneradores: Las señales que viajan a lo largo de un enlace de<br />
transmisión acumulan degradación y ruido. Los regeneradores<br />
convierten la señal óptica en eléctrica y la "limpian" o regeneran. La<br />
señal regenerada es convertida de nuevo a señal óptica para ser<br />
transmitida.<br />
DXC (Digital Cross-Connect): Su función es interconectar flujos,<br />
incorporan funciones de multiplexión y terminación de línea. La<br />
función principal de los DXC se denomina grooming y se trata del<br />
agrupamiento conjunto del tráfico de características similares en<br />
cuanto destino, tipo de tráfico.
Unidireccional<br />
Bidireccional<br />
ADM ADM<br />
Reserva<br />
Topología anillo<br />
ADM<br />
Doble anillo a prueba de fallos
DWDM<br />
(Dense Wavelength Division Multiplexing -<br />
Multiplexación por división en longitud de onda densa)
WDM (Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología de<br />
telecomunicaciones que transporta varias señales sobre una única fibra<br />
óptica, empleando para cada señal una longitud de onda (portadora)<br />
diferente.
¿ A qué se debe el desarrollo de esta tecnología?<br />
Las telecomunicaciones hacen un uso extensivo de las técnicas y medios<br />
ópticos.<br />
Debido a la necesidad de poder transferir volúmenes grandes de<br />
información.<br />
El desarrollo de la comunicación vía fibra óptica sigue creciendo a pasos<br />
agigantados.<br />
La modulación de onda permite la transmisión de señales análogas o<br />
digitales de hasta unos pocos GigaHertz o Gigabits por segundo en una<br />
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<br />
aumentar la capacidad de transmisión a un costo bajo, sino que también para<br />
la conmutación y encaminamiento de las señales en el medio óptico.
¿Cómo funciona DWDM?<br />
DWDM esta basado en la multiplexión por división de frecuencia<br />
(FDM), o multiplexación por división de longitud de onda (WDM).<br />
Este concepto de WDM se conoce desde por lo menos el año de 1958.<br />
La tecnología WDM, se puede considerar densa o DWDM, Dense<br />
Wavelength Division Multiplexing, a partir de 16 portadoras<br />
(canales).<br />
DWDM esta reservado para ondas muy cercanas en cuanto a longitud<br />
de onda (tipicamente menor que 100 GHz corresponden a 0.8 nm a una<br />
longitud de onda de 1.5 um).
¿Cómo funciona DWDM?<br />
Con WDM, es posible mantener la emisión de varias fuentes (señales) de<br />
diferentes longitudes de onda l1, l2, l3, …, ln sobre la misma fibra óptica.<br />
Después de la transmisión sobre la fibra, las señales l1, l2, l3, …, ln pueden<br />
ser separadas a través de diferentes detectores en el extremo de la fibra. Los<br />
componentes a la entrada deben inyectar las señales provenientes de las<br />
diferentes fuentes en la fibra con la menor perdida posible: Este es el<br />
multiplexor. El componente que separa las longitudes de onda es el<br />
demultiplexor.
¿Cómo funciona?<br />
La idea de transmitir varias señales de distinta longitud de onda se ve<br />
sencilla, pero los problemas técnicos a ser resueltos fueron difíciles, y les<br />
llevo una significante cantidad de tiempo a los expertos para poder<br />
resolverlos.<br />
Cerca de 20 anos después, los primeros componentes prácticos para la<br />
multiplexación fueron propuestos primeramente en los Estados<br />
Unidos, Japón, y Europa.<br />
En 1977, el primer componente pasivo fue desarrollado por Tomlinson y<br />
Aumiller.
¿Cómo funciona?<br />
La tecnologia DWDM utiliza la banda de 1550 nm ya que es sobre la que<br />
trabajan los actuales Amplificadores Opticos:<br />
banda C, entre 1530 y 1560 nm<br />
banda L, entre 1565 y 1630 nm
Componentes de un sistema DWDM
Componentes de un sistema DWDM<br />
Demultiplexor<br />
Los multiplexores por división densa de longitud de onda, típicamente de 32<br />
canales espaciadas a 100 GHz, son ampliamente usados en las redes ópticas<br />
de telecomunicaciones.
Componentes de un sistema DWDM<br />
Equipo terminal WDM: Transmisión<br />
Transponedor de transmisión: Convierte la longitud de onda de cada señal<br />
óptica de entrada a la longitud de onda especifica que es función del canal<br />
asignado.<br />
Multiplexor óptico: Multiplexa las N señales de diferentes longitudes de onda<br />
de en una única señal óptica WDM.<br />
Amplificador óptico de potencia, booster: Amplifica la señal óptica<br />
multiplexada, antes de su transmisión por la fibra óptica.
Componentes de un sistema DWDM<br />
Equipo terminal WDM: Recepción<br />
Preamplificador óptico: Amplifica la señal óptica recibida de la fibra óptica,<br />
antes de su demultiplexacion.<br />
Demultiplexor óptico: Separa la señal óptica recibida en N señales de diferentes<br />
longitudes de onda, filtrando la señal de cada portadora.<br />
Transponedor de recepción: Para cada portadora, convierte la longitud de onda<br />
especifica en una señal óptica de salida de longitud de onda.
Transponedor de recepción<br />
Regenerador<br />
Componentes de un sistema DWDM
Componentes de un sistema DWDM<br />
Amplificador óptico
Ventajas de la tecnología<br />
Resolver el problema de la capacidad de transmisión en redes ópticas.<br />
DWDM permite que las empresas comiencen a utilizar aplicaciones que por<br />
limitantes de ancho de banda no podrían ser implantadas.<br />
El costo de su implementación es bajo.<br />
Con DWDM es sumamente sencillo expandir las redes existentes y aumentar<br />
la capacidad de transporte, lo cual se traduce en poder brindar mas servicios,<br />
poder llegar a mas clientes y ser mas competitivos.