capítulo 1 tecnologías de la red de transporte sdh y dwdm

1-1

Capítulo 1 Tecnologías de la red de transporte: SDH y DWDM Panorama general

Introducción

La introducción de la tecnología SDH (Synchronous Digital Hierarchy) en las redes de transporte permite la transmisión segura de información a altas velocidades sobre fibra óptica, desde 155 Mbit/s hasta 10 Gbit/s, y hasta 80 Gbit/s (160 Gbit/s en un futuro) con tecnología DWDM. Flexibilidad para construir nuevas Topologías de red con mecanismos de recuperación automática, facultando la construcción de arquitecturas de red con muy alta confiabilidad y Disponibilidad de servicio.

Objetivo

Al término del capítulo, el participante describirá las principales características de los sistemas SDH y WDM que se utilizan en la red de transporte.

En este capítulo

En este capítulo se abordarán los siguientes temas: Tema

Tecnología SDH Características y ventajas de la tecnología SDH Velocidades de la SDH Estructura básica de la multiplexación Multiplexación de los altos ordenes Señal SDH Encabezado de sección Formación de un STM-1 a partir de 2 Mb/s Formación de un STM-1 a partir de 34 Mb/s Formación de un STM-1 a partir de 140 Mb/s Tecnología WDM Redes DWDM Parámetros críticos en los sistemas DWDM

Coordinación de desarrollo en ingeniería

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Arquitectura de la red de transporte

1-2

Tecnología SDH

Introducción

La demanda de nuevos servicios, los requerimientos de mayor calidad de las comunicaciones y el incremento de la transmisión de voz, datos e imágenes, nos llevan a tener nuevas demandas de sistemas de transmisión con mayores ventajas que satisfagan o que permitan implementar sistemas que cubran estas necesidades de comunicación. Como respuesta a esto, se definió un nuevo sistema conocido como Jerarquía Digital Síncrona, SDH. Esto ha permitido el optimizar los costos e incrementar la calidad de las telecomunicaciones porque se utilizan sistemas que requieren menos mantenimiento, son más confiables y tienen más capacidad para transportar canales. Pero además de estas ventajas, tiene la característica de contar con más facilidades de administración de red lo cual nos lleva hacia la tendencia a formar una red de redes. La SDH será la infraestructura que permita el transporte de grandes volúmenes de datos a altas velocidades, constituyendo lo que algunas revistas han dado por llamar la supercarretera de la información.


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1-3

Características y ventajas de la tecnología SDH

Descripción

Las siguientes son las principales características y al mismo tiempo ventajas de los sistemas SDH que los ha hecho ser los más utilizados actualmente en los proyectos de la red de transporte de TELMEX:

Es compatible con PDH

La SDH puede ser introducida conectándose con las redes ya existentes, como son los sistemas PDH que tenemos actualmente y que se pueden conectar a los sistemas SDH y ser transportados a través de los sistemas SDH en forma transparente. Los sistemas SDH permiten el mezclar los sistemas PDH con norma europea European Telecommunications Standarization Institute (ETSI) o con norma americana American National Standards Institute (ANSI). De esta forma, en un mismo sistema podemos llevar ambas señales de sistemas PDH como lo es la señal con norma americana de 1.544 Mbit/s y la señal con norma europea de 2.048 Mbit/s.

Tiene compatibilidad horizontal

Está preparado para futuras aplicaciones

La SDH tiene una normalización en la línea, es decir, hacia el medio de transmisión, que permite el mezclar equipos de diferentes proveedores en el mismo sistema de transmisión. Los sistemas SDH están preparados para transportar las ya existentes señales de sistemas PDH y las futuras señales de modo de transferencia asíncrono ATM, pero la tecnología está abierta para incluir otras aplicaciones tales como las de la televisión de alta definición (HDTV) y las de redes de área metropolitana (MAN). ATM es una técnica de multiplexación y conmutación de paquetes, de bajo retardo y gran ancho de banda. Su capacidad está segmentada en celdas de tamaño fijo que tienen un campo para encabezado y un campo para información. Se destina para servicios bajo demanda. Continúa en la siguiente página…


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1-4

Características y ventajas de la tecnología SDH, continuación

Realiza una multiplexación más práctica

Una señal SDH está compuesta de señales de más bajo nivel, es decir, señales de más bajas velocidades enclavadas como en los actuales sistemas PDH. Sin embargo, los sistemas SDH de más bajo nivel pueden ser fácilmente identificados de los sistemas de más alto nivel. Esto hace posible el segregar y el agregar ( Add and Drop) a partir de los canales de tráfico incrustados en los sistemas SDH en forma mucho más simple que en los sistemas PDH, lo cual también hace más versátiles y económicos estos sistemas.

Tiene canales para la administración de red

En la señal misma del SDH están incrustados canales de datos para la operación y el mantenimiento de la red SDH y por tanto, están disponibles en los elementos de la red SDH. La SDH permite el control centralizado de la red. Esto se logra a través de los canales de administración de la red dentro de la señal de la SDH y por medio de sus recomendaciones, el ajuste de los elementos de la red SDH.


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1-5

Velocidades de la SDH

Velocidades de SDH

Comparación de las velocidades de SONET y SDH

El siguiente cuadro muestra las velocidades de la Jerarquía Digital Síncrona SDH Cabe mencionar que el nivel STM-64 aun cuando la mayoría de los fabricantes ya lo desarrolló a nivel experimental, todavía no se aplica a nivel comercial. Nivel SDH

Designación de la señal

Velocidad Mbit/s

001 004 016 064

STM-1 STM-4 STM-16 STM-64

155.520 622.080 2488.320 9953.280

SONET es la Jerarquía Estandarizada de Transmisión Óptica. Su nombre proviene del Inglés Synchronous Optical Network y fue propuesto por BellCore y estandarizado por ANSI, por lo que se considera la norma americana de SDH. La siguiente tabla muestra las velocidades de SONET: Nivel Sonet

Velocidad Mbits/s

STS 1 STS 3 STS 9 STS 12 STS 18 STS 24 STS 36 STS 48

51.840 155.520 466.560 622.080 933.120 1244.160 1866.240 2488.320


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Compatibilidad

con STM-1 con STM-4

con STM-16


1-6

Estructura básica de la multiplexación La estructura de multiplexación del SDH le permite transportar distintos tipos de señales. En la siguiente figura se muestra cómo se acomodan las cargas o señales de información que transportan los sistemas SDH:

Estructura básica de multiplexión

INTERCONEXION DE SISTEMAS PDH AL SDH ESTRUCTURA BASICA DE MULTIPLEXION Vel. binaria 155520 kbs

X1 STM-1

X1 AUG

AU-4

Xn

139264 kbs

44736 kbs 34368 kbs

C-4

C-3

VC 3

X1 TUG 3

TU 3

AUG

STM-n

X3 SDH

C-2

VC 2

TU 2

Puntero

TUG 2

C-12

VC 12

TU 12

1544 kbs

C-11

VC 11

TU 11

Tasa Mbs 155.520 622.080 2448.320

Multiplexaje

X3

2048 kbs

STM 1 STM 4 STM 16

X7

X1

6312 kbs

AU 4

VC 4

X4

C VC TU TUG AU AUG STM

Alineamiento Mapeo = Contenedor = Contenedor Vitual = Unidad Tributaria = Grupo de Unidad Tributaria = Unidad Administrativa = Grupo de Unidad Administrativa = Módulo de Transporte Síncrono

Fig. 1.1 Estructura de multiplexación SDH Continúa en la siguiente página…


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1-7

Estructura básica de la multiplexación, continuación

Descripción general

El método para multiplexar las señales de bajo orden a la señal requerida de orden SDH se ilustra en las siguientes figuras. A continuación describiremos sus principales elementos.

Contenedor (C-n)

Es la estructura que forma la carga útil de información. Es la "caja o recipiente" en el cual se colocan las señales de información de entrada. Para diferentes contenedores, se dan reglas para el mapeo o adaptación de las distintas velocidades de los flujos de entrada hacia la estructura SDH. En particular los contenedores dan una justificación para las señales PDH (similar a lo que se ha implementado en PDH). La justificación compensa las desviaciones en frecuencia entre la señal PDH entrante y el sistema SDH. El dígito n define el nivel del contenedor y se refiere al nivel de la velocidad de PDH que se acomoda en el contenedor. El nivel más bajo se subdivide en dos, el C-11 para el primer orden americano de 1544 Kbits/s y el C-12 para el primer orden europeo de 2048 Kbits/s.

Contenedor virtual (VC-n)

Estructura de información usada para establecer conexiones entre los distintos niveles del trayecto. En el Contenedor Virtual (VC) se agregan las facilidades para la supervisión y el mantenimiento (encabezado) de las trayectorias de punta a punta del contenedor o grupos de unidades tributarias. Los contenedores virtuales llevan información de extremo a extremo entre dos puntos de acceso de trayectoria a través del sistema SDH.

Unidad tributaria (TU-n)

Grupo de unidad tributaria (TUG-n)

En las unidades tributarias se agregan apuntadores a los contenedores virtuales. Un apuntador permite al sistema SDH el compensar las diferencias de fase o frecuencia dentro de la red SDH y también localizar el inicio del contenedor virtual. El dígito n se refiere al nivel del contenedor virtual que corresponde directamente con la unidad tributaria. Un grupo de unidades tributarias agrupa a varias unidades tributarias (TU-n) que se multiplexan juntas. El dígito n se refiere al nivel de Unidad Tributaria que corresponde directamente con el grupo de Unidad(es) Tributaria(s), como en el caso donde no se requiere multiplexación (TU-3 y TUG-3) Continúa en la siguiente página…


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1-8

Estructura básica de la multiplexación, continuación

Unidad administrativa (AU-n)

Su función es el agregar apuntadores a los contenedores virtuales, en forma similar que con las unidades tributarias. Estructura de información que adapta información entre la trayectoria de alto orden y la sección multiplexora.

Grupo de unidad administrativa

Un grupo de unidades administrativas agrupa a varias unidades administrativas que van juntas para formar un sistema SDH de primer orden. En la multiplexación, de acuerdo con la estructura de la ETSI, el AUG es idéntico a la única Unidad Administrativa que se define.

Módulo de transporte síncrono (STM-n)

En el módulo de transporte síncrono se agregan las facilidades para la supervisión y el mantenimiento (sección de encabezado SOH) de las secciones de multiplexor y de regeneradores a un número de grupos de unidades administrativas. El dígito n define el orden del módulo de transporte síncrono. En la estructura de multiplexación, n también es el número de AUGs o STM1s que son transportados en el módulo.

Ejercicio

Si equipamos a un SDH con entradas para sistemas de 2Mb/s, diga a la salida del VC-4 ¿cuántos sistemas de 2 Mb/s tiene? -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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1-9

Multiplexación de los altos ordenes

Entrelazado de bytes

Existen dos métodos de multiplexar para formar un STM-N. Uno es el de multiplexar STM-1’s, es decir, tener varios STM-1 y multiplexar byte a byte para formar el STM-N. Otro es multiplexar AU-4’s y luego agregar un SOH especial para formar el STM-N. El primer método es el más utilizado. La forma de hacerlo se llama “entrelazado de bytes”. Esto se ilustra en la siguiente figura:

STM-1 # 1

AAAA

STM-1 # 2

BBBB

STM-1 # 3

CCCC

STM-1 # 4

DDDD

ABCD STM-4

Entrelazado de bytes de 4 señales STM-1 para formar una señal STM-4

STM-1 # 1

AAAA

STM-1 # 2

BBBB

STM-1 # 3

CCCC

STM-1 # 4

DDDD

STM-1 # 5

EEEE

STM-1 # 6

FFFF

STM-1 # 7

GGGG

STM-1 # 8

HHHH

STM-1 # 9

IIII

STM-1 # 10

JJJJ

STM-1 # 11

KKKK

STM-1 # 12

LLLL

STM-1 # 13

MMMM

STM-1 # 14

NNNN

STM-1 # 15

OOOO

STM-1 # 16

ABCDEFGHIJKLMNOP STM-16

PPPP

Entrelazado de 16 señales STM-1 para formar un STM-16

Fig. 1.2 Entrelazado de bytes usado en multiplexación SDH


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1-10

Señal SDH

Descripción general

La estructura de la señal de un sistema de transporte SDH se divide en dos grande partes: • El encabezado de sección (SOH), que si hacemos una analogía lo podíamos imaginar como la cabina o la máquina de un tren y • La carga útil (payload) que se podría imaginar como el trailer o los trenes de carga A continuación tenemos la estructura de una señal SDH de nivel uno: ENCABEZADO DE SECCION SOH 1

9 1

3

CARGA UTIL 260 270

RSOH (RSOH)

9 filas (bytes)

1

5

Unidad Administrativa

(Apuntador AU)

MSOH

P O H

(MSOH)

(C-4) 2430

270 columnas (bytes) 125 µ seg Fig. 1.3 STM-1: Módulo de transporte síncrono de nivel 1 Continúa en la siguiente página…


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1-11

Señal SDH, continuación

Estructura de trama STM-1

•

• • • •

Velocidad de un STM-1

Los primeros 9 bytes en cada fila llevan información que el sistema utiliza para sí mismo. La sección de encabezados es: SOH = RSOH + MSOH. Encabezado de Sección para Regeneradores (RSOH) que tiene tres filas por nueve bytes. Encabezado de la Sección Múltiplex (MSOH) que tiene cinco filas por nueve bytes. Un apuntador, que ocupa 9 bytes de una fila. Los restantes 261 bytes por fila se utilizan para la capacidad de transporte o carga útil del sistema SDH. Sin embargo, parte de esa capacidad el sistema SDH la utiliza para encabezados adicionales.

La trama del STM-1 se transmite a 8000 veces por segundo, la cual también es la velocidad de muestreo de un sistema PCM, por lo tanto, el periodo de la trama es de 125 µs. La velocidad de transmisión del STM-1 se obtiene de la siguiente forma: Velocidad = (8000 tramas/seg)*(9 filas/trama)*(270 bytes/fila)*(8 bits/byte) Velocidad = 155,520 Kbits/s.

Forma de transmisión

Como en muchas otras redes de telecomunicaciones, lo que se transmite es simplemente un tren de bits. El tren de bits de la señal SDH es una cadena de bytes (cada byte tiene ocho bits). También sabemos que las señales PDH y SDH se pueden subdividir en varios canales para diferentes aplicaciones. De acuerdo con la figura anterior, la señal STM-1 se puede ver como una trama formada por 9 filas y 270 columnas . La secuencia de transmisión es una fila a la vez, comenzando desde arriba. Cada fila se transmite de izquierda a derecha y cada byte se transmite primero comenzando por el bit más significativo (MSB o Most Significative Bit).


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1-12

Encabezado de sección

SOH de un STM-1

Las señales SDH, cualquiera que sea su nivel jerárquico, es decir, ya sean STM-1, STM-4, STM-16 o STM-64, llevan un encabezado de sección SOH (Section Overhead), en donde se lleva información adicional y se divide en dos partes: El encabezado de sección de regeneradores (RSOH) El encabezado de sección múltiplex (MSOH)

1

2

3

4

5

6

1

A1

A1

A1

A2

A2

A2 J0

RSOH 2

B1

E1

F1

3

D1

D2

D3

7

8

9

APUNTADOR AU

4

K1

K2

D4

D5

D6

D7

D8

D9

8

D10

D11

D12

9

S1

5

B2

6

MSOH 7

B2

Z1

B2

Z1

Z2 M1 E2

Z2

A1, A2 Palabra de Alineación de trama F6 D1-D3 192 kbit/s canal de datos para la

H, 28 H

administración de regeneradores

D4 - D12 576 kbits/s canal de datos para la administración de equipo multiplexor

J0 (C1) Identificación de STM-1 E1, E2 Canal de servicio F1 Canal de usuario S1 Informe de calidad de sincronización

M1 B1 B2 K1, K2 Z1, Z2

MS-REI antes MS-FEBE sección de MUX Chequeo de paridad BIP-8 Chequeo de paridad BIP-24 Señalización de protección para la sección múltiplex Libres Reservados para uso nacional No usados

Fig. 1.4 Encabezado de sección del STM-1 Continúa en la siguiente página…


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1-13

Encabezado de sección, continuación

SOH de un STM-n

Multicolumna 1 (b)

La señal SDH de primer orden STM-1 tiene una estructura de trama. También existe una estructura parecida para las señales STM-N, de un tamaño de STM-1 X N, por haber sido multiplexada N veces. La diferencia es de que no todos los bytes de la sección SOH que se mencionaron para la trama STM-1 se repiten N veces. Esto se muestra en las siguientes figuras para el STM-4 y el STM-16. Dese cuenta que, algunos bytes, por ejemplo, los del byte B1 solamente aparecen una sola vez. En este caso, solamente se utiliza el byte del primer STM-1, o sea, los bytes similares de los otros STM1s no se utilizan. En otros casos, como en los bytes de trama A1 y A2 todos los bytes se utilizan. 2

3

4

5

6

7

8

(c) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 J0 Z0 Z0 Z0 2 B1 E1 F1 D2 D3 3 D1 Fila (a)

4 5 6 7 8

B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 K1

K2

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

D12

2

9 3

4

1

2

3

4

9 S1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z2 Z2 M1 Z2 Z2 Z2 Z2 Z2 Z2 Z2 Z2 Z2 E2 36 Bytes

Z0 bytes reservados para futuro uso internacional Fig. 1.5 Encabezado de sección SOH de un STM-4. Continúa en la siguiente página…


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1-14

Encabezado de sección, continuación La estructura de trama del STM-16 es:

SOH de un STM-16

144 COLUMNAS 16 A1

16 A1

A1

16 A1

A1

A1

16 A2

16

A2

A2

A2

16

16 A2

A2

32

C1

C1

X

X

B1

E1

F1

X

X

X

D1

D2

D3

X

X

APUNTADORES DE AU-4 X 16 B2

K1

K2

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

S1

B2

Z1

B2

Z1

B2

Z1

B2

Z1

B2

Z1

Z2

D12 M1

Z2

Z2

Z2

Z2

E2

X 47

Fig. 1.6 Encabezado de sección SOH de un STM-16.


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1-15

Formación de un STM-1 a partir de 2 Mb/s En la siguiente figura se presenta el proceso completo de la formación del STM-1 a partir de 2 Mb/s.

Transporte de una señal de 2 Mb/s 2048 Kb/s

Justificación C 12 Encabezado VC 12 Puntero TU 12 1

3x

TU 12 # 1

MUX

#2

TUG 2 12 col x 9 fil = 108 Bytes 108 x 8 = 864 Bits 864 x 8000 = 6.912 Mb/s

1

2

3

Multiplexación de 3 TU 12 en un TUG 2

4

1

1

1

1

2

2

1

2

3

TUG 2 # 1

2

3

3

3

#2

. . . .

#7

9 1

7x

#3

9

1

MUX

2

TUG 3 # 1

3

TUG 3 86 col x 9 fil = 774 Bytes 774 x 8 = 6192 Bits 6192 x 8000 = 49.536 Mb/s

4 5 6 7 8 9

2

N P I R R R R R R 1

3

4

R R 1 R R R R R R R

5

6

7

8

9

10

11

12

Multiplexación de 7 TUG 2 en un TUG 3

1 2

2 3

3 4

#2 5

6

6

7

7

2 3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

84

85

86

POH

J1 2 B3 3 C2 4 G1 5 F2 6 H4 7 Z3 8 Z4 9 Z5 1

3x

POH VC 4

VC 4

261 col x 9 fil = 2349 Bytes 2349 x 8 = 18792 Bits 18792 x 8000 = 150.336 Mb/s

R 1 R R R R R R R R

R R R R R R R R R

1

2

3

1

1 2

5

6

7

2

3

8

3

9

Multiplexación de 3 TUG 3 en un VC 4

1 2

2 3

4

#3

5

10

11

12

3

259 260 261

PTR AU4

Puntero

AU 4

4

H1 Y Y H2 1* 1*H3 H3 H3

AU 4 (261 col x 9 fil) + 9 = 2358 Bytes 2358 x 8 = 18864 Bits 18864 x 8000 = 150.912 Mb/s AUG

STM - 1 270 col x 9 fil = 2430 Bytes 2430 x 8 = 19440 Bits 19440 x 8000 = 155.520 Mb/s

2

3

4

5

6

7

8

9

A1 A 1 A1 A 2 A2 A2 C1 X B1 E1 F1 X D2 D3 3 D1 PTR AU 4 H1 Y Y H2 1* 1* H3 H3 K2 5 B2 B2 B2 K1 D5 D6 MSOH 6 D4 7 D7 D8 D9 D11 D12 8 D10 STM-N 9 S1 Z1 Z1 Z2 Z2 M1 E2 X RSOH

SOH

1 1 2

1

2

3

4

5

6

7

8

10

11

270

X X H3

X 9

10

11

270

Fig. 1.7 Formación de una señal STM-1 a partir de 2048 Kb/s


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1-16

Formación de un STM-1 a partir de 34 Mb/s

Transporte de señales de 34 Mb/s

34368 Kb/s

En la siguiente figura se presenta el proceso completo de la formación del STM-1 a partir de 34 Mb/s.

Justificación 1

C3 84 col x 9 fil = 756 Bytes 756 x 8 = 6048 Bits 6048 x 8000 = 48.348 Mb/s

2 3 4

C3

5 6 7 8 9

Encabezado de Bajo Orden VC 3

3

4

5

6

7

82

83

84

2

3

4

5

6

7

8

83

84

85

J1 B3 3 C2 4 G1 5 F2 6 H4 7 Z3 8 Z4 9 Z5 2

Puntero

1 1

TU 3 (TUG 3)

MUX

2

1

85 col x 9 fil = 765 Bytes VC 3 765 x 8 = 6120 Bits 6120 x 8000 = 48.960 Mb/s

3x

1

H1 H2 H3 R R R R R R

2 3


4 5 6 7

TUG 3 # 1

Encabezado de Alto Orden

8 9

1

#2

2

3

4

5

6

7

8

84

85

86

#3

Multiplexación de 3 TUG 3 en un VC 4

POH

VC-4

J1 B3 C2 4 G1 5 F2 6 H4 7 Z3 8 Z4 9 Z5 1

261 col x 9 fil = 2349 Bytes 2349 x 8 = 18792 Bits VC 4 18792 x 8000 = 150.336 Mb/s Puntero

R 1 2 R R R R R R R R

R R R R R R R R R

2 3

1

2

3

4

1

1

6

7

2

3

3

5

1 2

2

8

3

9

10

11

12

3

259 260 261

AU 4 (261 col x 9 fil) + 9 = 2358 Bytes H1 Y Y 2358 x 8 = 18864 Bits 18864 x 8000 = 150.912 Mb/s AU 4 AUG

1

STM-1

2

PTR AU4

H2 1* 1*H3 H3 H3

3

4

5

6

7

8

9

A1 A 1 A1 A 2 A2 A 2 C1 X B1 E1 F1 X D2 D3 3 D1 PTR AU 4 H1 Y Y H2 1* 1* H3 H3 K2 5 B2 B2 B2 K1 MSOH 6 D4 D5 D6 7 D7 D8 D9 D11 D12 8 D10 9 S1 Z1 Z1 Z2 Z2 M1 E2 X 1

SOH STM - 1 270 col x 9 fil = 2430 Bytes 2430 x 8 = 19440 Bits 19440 x 8000 = 155.520 Mb/s

RSOH

2

1

2

3

4

5

6

7

8

10

11

270

X X H3

X 9

10

11

270

Fig. 1.8 Formación de una señal STM-1 a partir de 34,368 Kb/s


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1-17

Formación de un STM-1 a partir de 140 Mb/s

Transporte de una señal de 140 Mb/s

En la siguiente figura se presenta el proceso completo de la formación del STM-1 a partir de 140 Mb/s. 139264 Kb/s

Justificación

C4 260 col x 9 fil = 2340 Bytes 2340 x 8 = 18720 Bits 18720 x 8000 = 149.760 Mb/s

1 2 3 4

C4

5 6

Encabezado

7 8

VC 4

9


2 3 5 6

Puntero

7 8 9

AU 4

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

258 259 260

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

259 260 261

POH 1

4

VC 4

1

J1 B3 C2 G1 F2 H4 Z3 Z4 Z5 1

(261 col x 9 fil) + 9 = 2358 Bytes 2358 x 8 = 18864 Bits 18864 x 8000 = 150.912 Mb/s

PTR AU4

H1 Y Y H2 1* 1*H3 H3 H3

AU 4

AUG

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

270

A1 A 1 A1 A 2 A2 A 2C1 X X B1 E1 F1 X X D1 D2 D3 PTR AU 4 H1 Y Y H2 1* 1* H3 H3 H3 K2 5 B2 B2 B2 K1 D5 D6 MSOH 6 D4 D8 D9 7 D7 D11 D12 8 D10 9 S1 Z1 Z1 Z2 Z2 M1 E2 X X 1

RSOH

2

3

SOH STM - 1 270 col x 9 fil = 2430 Bytes 2430 x 8 = 19440 Bits 19440 x 8000 = 155.520 Mb/s

STM-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

270

Fig. 1.9 Formación de una señal STM-1 a partir de 139,264 Kb/s


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1-18

Tecnología WDM

Introducción

Los cambios en las redes de telecomunicaciones, la convergencia de tecnologías de Telecomunicación y de Informática, la globalización y múltiples factores, han modificado entre otros muchos aspectos las redes de Acceso y transporte de Telecomunicaciones que dan servicio a diversos nichos de mercados y clientes así como a múltiples aplicaciones ya sea celulares, de fibra óptica, de cobre, de voz, vídeo, datos, etc. Los servicios demandados en la actualidad son muy diferentes a los que existían cuando muchas redes de fibra óptica fueron construidas, ello ha motivado la necesidad de mas capacidad y ancho de banda sobre las fibras, esto para optimizar al máximo cada fibra instalada en las redes actuales. WDM ( Wa velenght Division M ultiplexing) es la tecnología que se ha

desarrollado como una respuesta natural a las redes de alto tráfico a nivel mundial. El principio básico de WDM es abrir el espectro de luz que viaja sobre la fibra en diferentes colores o lamdas, cada una con capacidades de STM16. Actualmente se desarrollan aplicaciones para ampliar cada vez mas el numero de capas, colores o lamdas que vayan por una fibra. WDM es igualmente una aplicación que seguramente permitirá que diferentes protocolos, modos y aplicaciones convivan juntos, y que es un medio de transporte transparente y con el podremos ver transporte de ATM, IP, SDH etc.

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1-19

Tecnología WDM, continuación

WDM

WDM es la técnica de enviar varios canales de longitudes de onda diferentes (haz de luces de diferentes colores)sobre la misma fibra. WDM permite incrementar la capacidad de una fibra óptica transportando simultáneamente más de una longitud de onda, con lo cual se explota más eficientemente el ancho de banda de la fibra. (la multiplexión consiste en transmitir varias señales ópticas en una sola fibra a diferente longitud de onda por ejemplo dos señales a 1530 nm y una señal a 1550 nm, cada una portando independientemente 155 Mb/s sobre la misma fibra y en la misma dirección). En el extremo distante las señales son separadas por longitudes de onda. En la siguiente figura se muestra el principio de operación de un sistema WDM. Módulo Recepción

Módulo Transmisión STM-16

s / b G 5 . 2 s o t a D


o c i t p O r o x e l p i t l u M

Fibra

Amplificador óptico

D e m u l t i p l e x o r O p t i c o


s / b G 5 . 2 s o t a D

STM-16

Fig. 1.10 Esquema básico de un sistema WDM


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Redes DWDM

Incremento de la capacidad de transporte con DWDM

La Multiplexación Densa por longitud de Onda o DWDM, una tecnología relativa a las fibras ópticas, nos da una alternativa para enfrentar varios de los problemas que tienen los operadores de redes de telecomunicaciones, principalmente si hablamos de la saturación de las actuales capacidades de la red de transporte. DWDM es una solución propuesta para aumentar la capacidad de la red de transporte actual sin la necesidad de un costoso proceso de volver a cablear y puede reducir el costo significativamente de las actualizaciones de la red. Puede también, ofrecer nuevas opciones para todo el diseño de la red óptica si se explotaran sus capacidades para subir y bajar canales (Add and Drop). Sin embargo, las ventajas que DWDM ofrece inevitablemente tienen un precio. Las propiedades de los componentes ópticos y las características de los cables que una vez cumplieron fácilmente para los sistemas de transmisión que usan las tecnologías actuales ya no satisfacen tan fácilmente los requerimientos de DWDM. La nueva dimensión espectral traída por este sistema requiere de nuevos criterios para el diseño de la red y la selección de los componentes. Esto nos lleva a especificaciones más exigentes que aquellas especificaciones usadas para los sistemas actuales de SDH STM-16. VISIÓN GENERAL DE UN SISTEMA DWDM RECEPTORES

TRANSMISORES

λ1

λ1

λ2

MUX

AMPLIFICADORES DE FIBRA DOPADOS CON ERBIO

DEMUX

λ2

λ3

λ3

λ4

λ4

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Redes DWDM, continuación

Arquitectura de los sistemas DWDM

En forma simplificada, un sistema DWDM puede ser visto como un conjunto paralelo de canales ópticos, teniendo cada uno de ellos una longitud de onda de luz ligeramente diferente, pero todos ellos están compartiendo un solo medio de transmisión. Se deben cumplir con los nuevos criterios de selección que sirvan a las necesidades de este sistema. En particular, los canales se deben tratar igual cuando van por el trayecto óptico. Éste requerimiento nos lleva a tener que hacer una cuidadosa selección espectral de las fuentes ópticas, multiplexores, demultiplexores, amplificadores ópticos e incluso la misma fibra, para poder obtener el desempeño esperado en la red entera. Los efectos de la interacción de los canales se deben también considerar para minimizar el riesgo de interacciones adversas entre los componentes de la red. Para la utilización en un sistema DWDM, las características ópticas de estos componentes (la pérdida por inserción, la reflexión de retorno, los efectos de la polarización, etc.) deben todas ser medidas como funciones de la longitud de onda sobre la banda de espectro utilizada. Los sistemas DWDM a menudo incluyen dispositivos mucho más sofisticados que aquellos que se encuentran en los sistemas que utilizan una sola longitud de onda y pueden ser más difíciles de caracterizar apropiadamente. Continúa en la siguiente página…


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Dispositivos de DWDM

Los multiplexores y demultiplexores, rejillas o filtros Bragg* son algunos ejemplos de tales dispositivos. Además, se debe determinar el impacto de los componentes activos en la calidad de la señal y su integridad (en particular en los amplificadores ópticos). Sin embargo, se puede confiar en proveedores responsables para proveer material que haya sido probado adecuadamente en la planta de manufactura para que cumpla todas y cada una de las especificaciones individualmente. La sola instalación de muchos componentes en el campo puede degradar su desempeño en forma significante. Aún más, las características de los componentes individuales pueden interactuar en diseños inesperados cuando se ensamblan en un sistema, tanto que, de hecho, los servicios de una red se hacen confiables solo cuando se satisfacen todos los requerimientos del sistema visto como un todo. Los filtros de Bragg son una tecnología óptica que se utiliza en los demultiplexores DWDM para dejar pasar una cierta longitud de onda exclusivamente, basando su funcionamiento en las variaciones periódicas del índice de refracción del núcleo de la fibra por medio de luz ultravioleta. Continúa en la siguiente página…


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Integración del sistema

En una red óptica conmutada DWDM, se requiere una política comprensiva, cuidadosamente planeada para administrar el uso de las longitudes de onda para eliminar conflictos en las asignaciones de las longitudes de onda y para minimizar posibles interacciones entre longitudes. El estándar internacional que ha surgido para el espaciamiento de la longitud de onda en este momento está en 100 Ghz (unos 0.8 nm). Aun cuando este espaciamiento ofrece un buen compromiso entre capacidades más altas y especificaciones de componentes más exigentes, todo el equipo en el trayecto de transmisión requiere de más tolerancia. Puesto que la separación de canal de 100 Ghz implica anchos de banda muy estrechos, las desviaciones espectrales en los láseres de retroalimentación distribuida (que se utilizan en las fuentes de transmisión) pueden tener efectos devastadores en los niveles de la señal en el extremo receptor. Por lo tanto, son de suma importancia la estabilidad y la parity espectral. Los lóbulos laterales también son de especial preocupación, puesto que pueden agregar ruido en los canales DWDM adyacentes. Mientras que los viejos láseres que se utilizan en las redes SDH no cumplan con estos requerimientos, los canales de la red pueden ser actualizados hacia la operación DWDM sustituyendo sus fuentes de láser con modelos DFB de espectros estabilizados. Algunas arquitecturas podrán ser convertidas a DWDM insertando las señales del láser en los DFBs modulados y estabilizados.

Multiplexores y demultiplexores

Los multiplexores y demultiplexores son los nuevos componentes críticos en una red DWDM. Ellos transportan los distintos canales ópticos en un solo trayecto de fibra en el extremo de transmisión y los separan en el extremo de recepción. Sus filtros pasabanda de canal deben filtrar en forma exacta las longitudes de onda seleccionadas, deben estar libres de diafonía entre canales y su relación de rechazo fuera del filtro pasabanda de cada canal debe ser suficiente para eliminar a los canales adyacentes y a sus lóbulos laterales. También deben acomodar, sin una pérdida significativa de la amplitud de la señal, cualquier desviación anticipada en el centro de la longitud de onda del láser portador para cualquier canal. Continúa en la siguiente página…


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Amplificadores

La fibra

Los amplificadores ópticos, usualmente amplificadores de fibra dopada con Erbio o EDFAs, son claves para una operación económica de las redes DWDM. Efectúan una amplificación transparente de todos los canales, no importando los esquemas de modulación o los protocolos usados en cada uno. Su utilización quiere decir que una señal óptica modulada se puede transmitir sobre distancias muy grandes sin necesidad de recuperación y regeneración de la información transportada. Sin embargo, la dependencia de la longitud de onda de la ganancia de los EDFAs, se debe determinar y tomar en cuenta addressed durante en diseño de la red, especialmente cuando los canales individuales atraviesan varios amplificadores. Puesto que el ruido figura en los EDFAs individuales utilizados afectará críticamente la integridad del diseño de la transmisión. Esto determinará la cantidad de amplificadores que se pueden poner en cascada y por tanto, la distancia máxima del enlace. Ciertas características de la fibra óptica misma son mucho más importantes para el desempeño de una red DWDM en comparación con los sistemas convencionales de los enlaces de una sola longitud de onda. Los efectos de la dispersión cromática en 1550 nm de los sistemas de transmisión TDM son bien conocidos. Estos se deben tratar con mucho más detalle en el diseño de una red DWDM. A diferencia de los sistemas TDM, en los que uno normalmente trata de eliminar completamente la dispersión cromática, en los sistemas DWDM se una pequeña y bien controlada cantidad de dispersión cromática para reducir ciertos efectos adversos no lineales. Estos efectos, que son principalmente el resultado de la dispersión de las señales transmitidas a una potencia muy alta dentro del núcleo de la fibra, son particularmente problemáticas debido a que pueden provocar tanto intermodulación (croos-modulation) como pérdida de señal. Similarmente, la dispersión en el modo de polarización (Polarization Mode Dispersion PMD) es especialmente difícil de tratar debido a los distintos estados de polarización de la propagación de la señal a diferentes velocidades. Puesto que no existe ningún remedio conocido para eliminar sus efectos, se debe medir y reducir el PMD, si es necesario, a través de la selección de componentes o de cambios en la topología de la red. Continúa en la siguiente página…


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Canal óptico de supervisión

El canal óptico de supervisión (Optical Supervisory Channel OSC) presenta otro reto. Para facilitar el uso más eficiente de los recursos de la red y debido a que la continuidad del OSC se debe mantener aún en el caso de la falla de un EDFA. Los operadores de DWDM generalmente asignan estos canales a longitudes de onda que están fuera del ancho de banda de operación de los EDFAs. La separación, conversión, regeneración y reinserción de estas señales adicionales puede complicar la integración y el mantenimiento del canal OSC.


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Parámetros críticos en los sistemas DWDM

Pruebas

Requerimientos

Para examinar en detalle los posibles problemas que se requieren superar para lograr un óptimo desempeño de red, se recomienda llevar a cabo varios procedimientos avanzados de prueba en las últimas etapas de la integración del sistema. Durante la instalación de los sistemas DWDM, es de suma importancia asegurarse de lo siguiente: 1. Que cada canal esté operando a su longitud de onda especificada, dentro de márgenes seguros. 2. Que todos los componentes estén alineados espectralmente de acuerdo a las especificaciones. 3. Que la diafonía entre los canales se mantenga lo suficientemente baja. 4. Que la dispersión y los efectos no lineales en la fibra sean lo suficientemente bajos para no afectar a la integridad de la señal. Estos requerimientos generales, usualmente se pueden cumplir si se miden los criterios específicos para el desempeño de los sistemas DWDM:

Longitud de onda central

La longitud de onda central de cada canal se debe medir con precisión para asegurar que cumpla con las especificaciones de diseño. Las desviaciones de esto, debidas a factores como los cambios de temperatura, la reflexión de retorno y al fenómeno de gorgojeo del láser (cambios rápidos de su longitud de onda o láser chirp phenomena), los cuales deben ser examinados para tener la seguridad de que las señales permanecerán dentro de los límites de longitud de onda bajo todas las condiciones de operación. Continúa en la siguiente página…


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Parámetros críticos en los sistemas DWDM, continuación

Potencia pico

La potencia pico se debe medir para cada canal en cada uno de los puntos de interconexión disponibles. Con esto se verifica que las metas del diseño se hayan cumplido y que la continuidad de potencia del sistema esté dentro de los límites a través de todo el enlace. Esto es de suma importancia en los sistemas que llevan EDFAs conectados en cascada, en donde la inclinación de ganancia (inclinación de la parte más alta del pulso o gain tilt) tiene un efecto en la potencia global transmitida en cada canal. En algunos diseños de DWDMs, se aplica una inclinación preestablecida al nivel de potencia a través de los canales para balancear las fluctuaciones de ganancia de los EDFAs.

Diafonía

La diafonía o las interacciones no deseadas entre los canales tienen el mismo efecto sobre la calidad de la transmisión que lo tiene una pobre relación señal a ruido SNR, por lo cual, la diafonía se debe medir usando esta relación. La diafonía en los sistemas DWDM resulta de la incapacidad de los multiplexores y demultiplexores para aislar un canal de otro (relación de rechazo o rejection ratio). También pueden generar diafonía los efectos no lineales en la fibra.

Cifras de ruido y ganancia de los EDFAs

Aunque los EDFAs o otros componentes se hayan probado individualmente por el fabricante, es importante verificar su desempeño en sitio, con todos los canales ópticos en operación y los amplificadores en cascada, para confirmar que las expectativas de diseño se cumplan. La inclinación de la ganancia merece atención especial en sistemas con varios amplificadores puesto que se afectará directamente la linealidad de la potencia del sistema. Las cifras del ruido de emisión espontánea amplificada (Ampliflied Spontaneous Emission (ASE) pueden ser particularmente significativas en algunas emisiones, puesto que este fenómeno degrada la relación señal a ruido SNR en todos los canales ópticos. Continúa en la siguiente página…


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Parámetros críticos en los sistemas DWDM, continuación

Perdida por retorno óptico

La retro-reflexión debida a los malos conectores o componentes defectuosos DWDMs puede ser diferente en cada uno de los canales DWDM, así que se debe verificar a través de todo el rango espectral utilizado. Es importante no sólo debido a la pérdida que esto representa, sino también porque la energía reflejada hacia atrás puede tener efectos negativos en la estabilidad de los elementos precedentes. Esto es un nuevo riesgo en los sistemas DWDM, ambos debidos a su baja tolerancia a las desviaciones de longitud de onda y porque son más probables que en los sistemas de una sola longitud de onda que se operan a altos niveles de potencia.

Banda de paso de los componentes y pérdida por inserción

El conocimiento de las características espectrales exactas de cada componente de la red es de gran ayuda para la localización y corrección de fallas en el futuro.

Características de la fibra

Los sistemas DWDM son particularmente sensibles a la dispersión cromática y requieren de una pequeña y controlada cantidad de esta dispersión cromática para reducir los fenómenos no lineales no deseados. La dispersión por el modo de polarización PMD también se debe de controlar en forma muy cerrada, especialmente si en el futuro se planea aumentar las velocidades de transmisión. Las características de las fibras se deben considerar cuidadosamente durante el diseño de los enlaces ópticos y se debe corroborar una vez que se instale la fibra, puesto que la instalación puede afectar sus propiedades físicas .


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capítulo 1 tecnologías de la red de transporte sdh y dwdm

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