Sistemas de Comunicação Óptica Redes Ópticas da Primeira Geração

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Sistemas de Comunicação Óptica

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Estrutura estratificada das redes de

telecomunicações

Camada de serviços

Camada de transporte

Camada de serviços: Consiste em redes de diferentes serviços (circuitos, IP,etc.) Camada de transporte: Fornece à camada superior uma plataforma apropriada para transferência de informação, que é pouco dependente dos serviços.

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Rede de Transporte

• A rede de transporte é uma plataforma que assegura uma

transferência transparente da informação à distância,

permitindo suportar diferentes serviços.

• A rede de transporte garante diferentes funcionalidades,como

sejam multiplexagem, transmissão, encaminhamento,

protecção, aprovisionamente de capacidade, supervisão e

gestão.

• A rede de transporte é constituída por diferentes elementos de

rede ligados entre si segundo uma certa topologia, que por

sua vez estão ligados ao sistema de gestão de rede.

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Arquitectura de uma rede telefónica moderna

ADM ADM ADM ADM DXC ADM ADM ADM TM 2.5 Gbit/s 155-622 Mbit/s CT CT CT _CL CL CL DXC: crossconnect TM: multiplexador terminal CT: central de trânsito CL: central local Rede de Serviços Rede de Transporte

ADM: multiplexador de inserção/extracção

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Arquitectura do dorsal de uma rede IP

ADM ADM ADM ADM DXC ADM ADM ADM TM 2.5 Gbit/s 155-622 Mbit/s ER DXC: crossconnect TM: multiplexador terminal CR: Core router ER: Edge router

Rede de Serviços

Rede de Transporte

ADM: multiplexador de inserção/extracção

(pacotes) CR CR CR ER ER

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Hierarquias Plesiócronas

• Na hierarquia PDH (plesiochronous digital hierarchy) os relógios dos

diferentes elementos de rede (regeneradores e multiplexadores) não estão perfeitamente sincronizados.

• Os diferentes débitos são obtidos tendo por referência um sinal a 64 kb/s, que corresponde à digitalização de um canal de voz.

• A primeira hierarquia PDH (sistema multiplexer primário) europeia corresponde à multiplexagem de 30 canais de 64 kbit/s, enquanto as

hierarquias de ordem superior obtêm-se multiplexando 4 de ordem inferior.

Mux primário X30 30 canais (64 kb/s) E2 8.448 Mbit/s (120 canais) E3 34.368 Mbit/s (480 canais) E4 139.264 Mbit/s (1920 canais) X4 X4 X4 E1 2.048 Mbit/s (30 canais)

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Desvantagens da PDH

• Não há normalização para débitos superiores a 140 Mbit/s.

• Incompatibilidade entre equipamento de diferentes fabricantes.

• Falta de flexibilidade. É díficil usar o equipamento PDH para funções

de inserção/extracção de canais.

• Difícil a monitorização do desempenho dos canais ao longo da

transmissão.

• Capacidade muito limitada para funções de gestão centralizada (não

há canais nas tramas destinados a esta função).

• Não tem interfaces normalizadas a nível óptico (ex. definição dos

códigos a usar, do nível de potência, da largura de linha das fontes)

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Vantagens da SDH (1)

• Há normas até 10 Gbit/s: Apropriada para as rede de transporte.

STM-1 ⇒⇒⇒⇒ 155.52 Mbit/s, STM-4 ⇒⇒⇒ 622.08 Mbit/s, STM-16 ⇒⇒ ⇒⇒⇒2488.32 Mbit/s, STM-64 ⇒⇒9953.28 Mbit/s ( STM: Synchronous Transport Module)⇒⇒

• Compatibilidade entre o equipamento de diferentes fabricantes e

entre as hierarquias europeias e americanas.

• Função de inserção/extracção simplificada. Como a tecnologia é

síncrona é fácil identificar os canais de ordem inferior.

• Gestão centralizada fácil. A trama SDH dispõe de um número elevado

de octetos para comunicação entre os elementos de rede e um centro

de gestão centralizada, usando o sistema TMN (Telecommunications

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Vantagens do SDH (2)

• Elevada disponibilidade permitindo uma provisão rápida dos serviços

requeridos pelos clientes. Tal deve-se ao facto da SDH fazer uso

intensivo de software, em contrapartida com a PDH cuja

funcionalidade reside no hardware.

• Elevada fiabilidade. As redes SDH usam mecanismos de protecção

que permitem recuperações rápidas a falhas (da ordem dos 50 ms),

quer das vias de comunicação, quer dos nós da rede.

• Normalização das interfaces ópticas (definindo os códigos a usar, os

níveis de potência, as caracteristicas dos lasers e das fibras, etc).

• Possibilidade de monitorizar o desempenho dos diferentes canais.

• Plataforma apropriada para diferentes serviços.

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Definição dos elementos de rede

• Regenerador: Regenera o relógio e a amplitude dos sinais de entrada. Possui canais de comunicação a 64 kb/s para transmitir mensagens.

• Multiplexador terminal: Combina sinais plesiócronos e síncronos em sinais STM-N de débito mais elevado.

• Multiplexador de inserção/extração: Permite extrair/inserir, quer sinais PDH, quer sinais SDH de débito mais baixo do que o da linha.

R STM-N _STM-N PDH SDH STM-N ADM MT STM-N STM-N PDH SDH Tributários

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Definição dos elementos de rede

• Comutadores de cruzamento ( DXC, digital cross-connects): Permitem estabelecer ligações semi-permanentes entre canais E1, E3, E4, e STM-1.

• Os comutadores de cruzamento são usados para interligar anéis SDH.

STM-1 E4 E3 E1 E3 E1 STM-1 E4 DXC ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM Fibra Óptica

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Topologias físicas

• Topologia em cadeia

• Topologia em anel

PDH SDH STM-N MT ADM PDH SDH ADM PDH SDH MT PDH SDH R STM-N ADM ADM AD M AD M

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Modelo de camadas da SDH (1)

• A rede de transporte SDH é descrita em termos da camada de caminho e camada de transmissão. A camada de transmissão divide-se em camada de secção e camada física. Por sua vez a camada de seccão sub-divide-se em camada de secção de regeneração e de secção de multiplexagem.

• Algumas das funcionalidades das camadas:

Caminho:

Identificação de integridade da ligação e monitorização de erros.

Secção de multiplexagem:

Sincronização, comutação de protecção, monitorização de erros, comunicação com o sistema de gestão.

Secção de regeneração:

Enquadramento da trama, monitorização de erros, comunicação com o sistema de gestão.

Física:

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DXC

Modelo de camadas da SDH(2)

• Cada camada (com excepção da física) tem um conjunto de octetos que são usados como cabeçalho da camada. Estes octetos são adicionados sempre que a camada é introduzida e removidos sempre que esta é terminada.

• Inserção de cabeçalhos Serviços Camadas: Caminho Secção de Multiplexagem Secção Regeneração Física Multiplexador terminal

Regenerador _{Multiplexor ADM} Multiplexador terminal S. Regeneração S. Regeneração S. Regeneração

Secção de Multiplexagem S. de Multiplexagem Caminho DXC Regenerador MT _MT Multiplexador terminal Cabeçalho de caminho

Cabeçalho de secção de multiplexagem

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Modelo de camadas da SDH (3)

• O tráfego da rede de serviços ( Plesiócrono, IP, ATM) é transportado em contentores virtuais (VC, virtual container) de diferentes dimensões.

• O contentor VC-12 é usado para transportar um E1, o VC-3 um E3 e o VC-4 um E4. Os outros contentores são usados para sinais da hierarquia americana.

Caminho Transmissão Circuito Camada de Secção Caminho de ordem inferior

Redes da camada de circuito

VC-11 VC-12 VC-2 VC-3 VC-3 VC-4 Camada de regeneração Camada física Caminho de ordem superior Camada de Física Camada de multiplexagem E4 VC-4

Octectos sem informação+ cabeçalho de caminho Ponteiros AU-4 Cabeçalho de secção STM-1 Unidade administrativa

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Estrutura da trama básica

• Uma trama SDH básica (STM-1) contém três blocos: - Cabeçalho de secção ( SOH, section overhead) - Ponteiro ( PT)

- Contentor virtual (VC): capacidade transportada+ cabeçalho de caminho

• A duração da trama é igual a 125µµµµs, o que corresponde a 8000 tramas/s

Contentor Virtual SOH SOH PT 261 9 270 3 1 5 Cabeçalho da secção de regeneração Cabeçalho da secção de multiplexagem 125 µs 1 2 3 4 5 6 7 8 9

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Camada física da SDH

• As interfaces da camada física normalizadas pelo ITU-T ( normas G.957 e

G.961) para a SDH inclui essencialmente as seguintes categorias:

- Ligações de alcance intermédio (S, short-haul ): cerca de 15 km a 1310 nm e 40 km a 1550 nm;

- Ligações de longo alcance (L, long-haul): cerca de 40 km a 1310 nm e 80 km a 1550 nm;

- Ligações de muito longa distância (V, very-long-haul): cerca de 60 km a 1310 nm e 120 km a 1550 nm;

- Ligações de ultra-longa distância (U, ultra-long-haul): correspondente a distâncias de cerca de 160 km.

• Nas ligações referidas, não se inclui a utilização de amplificadores ópticos, nem de técnicas de compensação de dispersão.

• As normas consideram a utilização de três tipos de fibra (G.652, G.653 e G.654). As fontes ópticas consideradas incluem o LED e laser FP para

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Parâmetros para diferentes interfaces SDH

-3 -9 -3 -18 -9 -18 -18 -10 -8 Sobrecarga (dBm) -24 -26 -13 -34 -24 -33 -34 -34 -28 Sensibilidade (dBm) 0.15 0.1 0.15 0.1 0.25 0.1 0.1 0.1 0.16 Razão extinção 400 1600 70 3200 260 530 260 ____ 96 Dispersão (ps/nm) 22-33 11-22 6-11 33-44 22-33 33-44 22-33 10-28 0-12 Atenuação (dB) 10/13 __ __ 12-15 10-13 12-15 0-4 -5-0 -15--8 Potência média (dBm) DFB DFB DFB DFB DFB DFB DFB DFB FP Fonte óptica G.653 G.652 G.652 G.652 G.652 G.653 G.652 G.652 G.652 Fibra óptica 1550 1550 1310 1550 1310 1550 1310 1550 1310 Comprimento de onda (nm) V-64.3 L-64.2 S-64.1 U-16.2 V-16.1 U-4-3 V-4.1 L-1.2 S-1.1 Código