Sistema SDH
SDH, Hierarquia Digital Síncrona, é um protocolo de comunicação baseado em níveis hierárquicos e projetada para enlace de dados digitais de alta velocidade operando em portadores de transmissão de fibra ótica. [MANUAL DE TREINAMENTO DA ERICSSON TELECOM S.A]
A SDH é um modo de você transmitir sinais digitais em altíssima velocidade (até 10 Gbits/s). O conteúdo desse sinal é indiferente, você pode passar dados ATM, voz, vídeo comprimido, em fim, praticamente qualquer coisa”. [Jõao Luís Mendes, Departamento de Desenvolvimento de Sistemas do CPqD – Centro de Pesquisa e Desenvolvimento – da Telebrás].
A SDH é um novo sistema de transmissão digital de alta velocidade, cujo objetivo básico é construir um padrão internacional unificado, diferentemente do contexto PDH, que possui três padrões (Americano, Europeu e Japonês). [ Apostila de Eletrônica da FACENS (Faculdade de Engenharia de Sorocaba)] .
Como e por que surgiu?
As primeiras pesquisas começaram em 1984, nos EUA. Desde o começo, os fabricantes americanos reuniram-se em comitês para chegar a uma solução padronizada, que permitisse alguma forma de conexão entre máquinas de fabricantes diferentes. Dois comitês (o T1X1 e o T1M1) acabaram publicando, em 1985, a proposta do Bellcore: o Synchronous Optical Network, ou Sonet. Os documentos padronizavam a interface ótica, o formato do quadro de transmissão e as velocidades de cada sinal. Como muitos fabricantes já estavam adiantados em respostas próprias, houve muita discussão.
Os trabalhos para padronização da Hierarquia Digital Síncrona (SDH) tiveram início no XVIII Grupo de Estudos do CCITT (Atual ITU-T) em junho de 1986. O objetivo desses estudos era criar um padrão mundial para os sistemas de transmissão síncrona que proporcionasse aos operadores de rede uma rede mais flexível e econômica. Em novembro de 1988 foram aprovadas as primeiras recomendações de SDH : G.707, G.708 e G.709. Essas recomendações definem as taxas de transmissão, o formato do sinal, as estruturas de multiplexão e o mapeamento de tributários para a interface de nós de rede (NNI). A NNI é um conjunto de padronizações necessárias à interligação dos elementos de rede da SDH.
Além das definições das recomendações que controlam a NNI, o CCITT também definiu uma série de recomendações que controlam a operação dos multiplexadores síncronos (recomendações G. 781, G. 782 e G.783) e Gerência de Rede da SDH (recomendações G. 784). É a padronização desses aspectos dos equipamentos SDH que vai fornecer a flexibilidade necessária aos operadores de rede para gerenciar eficientemente o crescimento na largura de banda e o provisionamento de novos serviços a clientes esperados para as próximas décadas.
Características principais da SDH
O funcionamento da SDH está baseado nos princípios da multiplexação síncrona direta, que é a chave para uma rede de telecomunicações mais eficiente e mais flexível. Isso significa que sinais tributários individuais podem ser multiplexados diretamente em um sinal SDH de taxa superior sem a necessidade de estágios de multiplexação intermediários. Portanto, os Elementos de Rede da SDH podem ser interconectados diretamente, resultando em uma economia no custo e nos equipamentos utilizados, principalmente quando comparado com a rede quase síncrona atual ( PDH ). O controle efetivo da flexibilidade proporcionada pela SDH requer um gerenciamento de rede e uma capacidade de manutenção mais avançada. Aproximadamente 5% da estrutura do sinal SDH está alocado para dar suporte às práticas e procedimentos de gerenciamento de rede avançado. O sinal SDH é capaz de transportar todos os sinais tributários encontrados nas redes de telecomunicações atuais. Isso significa que a SDH pode ser empregada como uma ponte para os tipos de sinais existentes. Além disso, a SDH tem a flexibilidade para rapidamente acomodar novos tipos de serviços a clientes que as Operadoras de Rede desejarem fornecer no futuro.
Os sistemas síncronos poder ser encarados como o último estágio na hierarquia dos sistemas de transmissão, pois, possibilitam a inserção e extração de enlaces sem que seja necessária uma demultiplexação. É simples: numa rede
onde há perfeito sincronismo entre todos os enlaces, é possível saber exatamente a que enlace pertence determinado bit, assim como saber quando começa e quando termina um enlace.
Embora os fabricantes estivessem tentando produzir soluções próprias, desde o começo fizeram grande esforço conjunto para padronizar o máximo possível dos sistemas de transmissão síncrono. A oportunidade de definir padrões foi usada para resolver os problemas da PDH, pois, era preciso incluir espaço, dentro de cada hierarquia, para que o sistema fosse capaz de gerenciar a qualidade de transmissão e de medir o tráfego. Definiu-se que a taxa de transmissão básica do SDH seria 155,52 Mbps. Essa velocidade foi chamada de STM-1, sigla de modo de transporte síncrono-1 (Synchronous Transport Module-1). Esta estrutura define o primeiro nível de hierarquia.
As taxas de bit dos níveis superiores são múltiplos inteiros de STM-1. Atualmente são padronizados quatro módulos (ver fig. 1). A estrutura de quadro do STM tem 2.430 bytes, que duram 125 microssegundos ( exatamente o tempo que dura um canal PCM de 64 Kbps ). Esses bytes estão organizados em 270 colunas por 9 linhas. As primeiras 9 colunas são usadas para transmitir informações de controle, gerenciamento e sincronismo. As 261 colunas restantes servem para carregar a informação a ser transmitida e é chamada de “payload area”, ou área que dá lucro (ver fig. 3).
Esse padrão se repete em todas as estruturas hierárquicas superiores. Na figura 2, N pode ser 1, 4, 16 ou 64. No STM-64, por exemplo, o quadro tem 155.520 bytes de comprimento, organizado em 17.280 colunas (bytes) por 9 linhas, sendo que a área de controle ocupa 576 colunas. Também nesse caso, os 155.520 bytes devem ser transmitidos em 125 milissegundos, ou na freqüência de 9.953,28 Mbps.
É claro que essa estrutura bidimensional, organizada em colunas e linhas, só é possível dentro da memória dos computadores que controlam essas máquinas. Na fibra óptica, os bits multiplexados sucedem-se um após o outro.
O mesmo feixe STM-N pode carregar, multiplexados, vários tipos de enlaces de entrada: o enlace PCM americano ( chamado de T1 ), de 1,554 Mbps; o enlace E1, de 2,048 Mbps; a hierarquia de 2a. ordem americana, de 6,312 Mbps; a hierarquia de 3a. ordem européia, de 34,368 Mbps; a hierarquia de 3a. ordem americana, de 44,736 Mbps; e a hierarquia de 4a. ordem européia, de 139,264 Mbps.
Dentro do quadro STM-N são intercalados enlaces síncronos , assíncronos e plesiócronos. Esses diferentes sinais de entrada são chamados de tributários na terminologia da SDH. Um enlace E1, por exemplo, é um tributário de 2 Mbps. ( Tributário é uma tradução desengonçada da palavra inglesa “tributary”; a melhor tradução seria afluente. O feixe STM-N seria, portanto, como um rio de águas velozes, ao qual se somam afluentes de diferentes velocidades).
O processo pelo qual um tributário é encaixado dentro da estrutura de quadro STM-N toma alguns passos que são mostrados a seguir:
- Os bytes vindos do sinal tributário são empacotados dentro de um contêiner, ou seja, são arranjados segundo critérios padronizados, e assumem um número predefinido de bytes. Cada tipo de tributário tem seu contêiner específico, padronizado pela CCITT.
- A cada contêiner são associados alguns bytes que propiciam o gerenciamento de todo caminho percorrido pelo contêiner, assim como o controle de conteúdo. Esses bytes seriam como um rótulo, colado na “embalagem” que leva a informação. Seu nome é “Path Overhead” e é representado por POH.
- O conjunto compõe-se do contêiner, e seu rótulo POH é chamado de “contêiner virtual”. Assim que o contêiner virtual está montado, pode ser colocado na área útil do quadro STM-N ( payload area )
Cada contêiner virtual é associado a um ponteiro de unidade tributária. Este ponteiro,que é verdade uma variável de memória, serve para indicar onde começa o contêiner virtual, num conjunto de containeres empacotados (multiplexados) juntos.
Esse conjunto é chamado de Grupo de Unidades Tributárias. Se por necessidade, um contêiner virtual muda de posição, o ponteiro é atualizado com a nova posição do contêiner dentro do grupo. Uma analogia ajuda a compreender a utilidade desse ponteiro. Considere-se numa fila de carros numa rodovia. Cada carro equivale a um contêiner virtual. Um guarda tem uma lista onde estão anotados em que ordem os carros estão andando, qual o modelo e a cor de cada um e quem estão transportando.
Suponha-se que, numa rotatória, alguns carros saiam e outros entrem. A lista, então, deve ser atualizada, para representar a nova fila de carros. Cada item da lista equivale a um ponteiro. O processo se repete: vários Grupos de Unidade Tributária são novamente multiplexados, ou seja, empacotados em outros grupos. E esses grupos são reunidos num novo contêiner virtual, mais veloz.
Esse outro contêiner virtual também tem um rótulo de controle (POH). Vários desses grandes containeres virtuais são reunidos (multiplexados) dentro de um grande grupo chamado de Grupo de Unidades Administrativas. Para indicar a posição dos containeres dentro desse grupo, cada um deles é associado a um ponteiro de unidade administrativa.
ESTEIRAS ROLANTES – Finalmente, vários Grupos de Unidades Administrativas são intercalados dentro da área útil do quadro STM-N. Um rótulo de quadro é associado à área útil, que já está totalmente cheia de vários tipos de containeres virtuais.
Esse rótulo é chamado de “Section Overhead” (SOH) e é dividida em duas partes : “multiplexer section overhead” (MSOH ) e “regenerator section overhead” ( RSOH ). O MSOH acompanha a área útil pela fibra óptica, em sua viagem de um multiplexador de SDH a outro. O RSOH acompanha a área útil somente entre dois regeneradores, ou entre um regenerador e um multiplexador, sendo atualizado sempre que o quadro de SDH é regenerado.
Os bytes contidos na área de ponteiros SOH permitem identificar, retirar e inserir novos containeres virtuais dentro da área útil, sem que seja necessária uma demultiplexação. Uma analogia : numa esteira rolante sucedem-se caixas coloridas. Uma pessoa pode retirar só as caixas amarelas, por exemplo, sem que a esteira pare. E outra pode por, no lugar das amarelas, caixas azuis.
Se esta operação funcionasse segundo os princípios do PDH, todas as caixas deveriam ser retiradas da esteira, após o que se trocariam as caixas amarelas, e então todas iriam para a esteira novamente. Também servem de base para software de gerenciamento, recursos de manutenção e de administração, alinhamento de quadro e análise de erro e desempenho, entre outras funções.
A ESTAÇÃO DE TREM – Trens são uma boa imagem para ajudar a entender sistemas síncronos. O carregamento de um trem de carga é a mais famosa analogia de um sistema de SDH. Um infindável trem de carga passa por uma estação, parando por um instante para que cada vagão seja carregado e descarregado. Dentro de cada vagão há caixas com rótulos indicando o que há dentro delas, de onde vem e para onde vão.
Há caixas que contém outras caixas menores. Nas plataformas, funcionários possuem listas completas sobre os vagões, o que carregam, etc. Quando o vagão pára, retiram-se as caixas destinadas àquela estação e colocam-se as que devem seguir para as estações subsequentes. Evidentemente, todas as listas e rótulos são atualizados.
Os gerentes da companhia possuem estatísticas completas do desempenho do trem – o tráfego por estação, por cliente, o tipo de pacote, etc.
O Sincronismo de Redes de Transmissão Baseadas em Tecnologia SDH
A transição entre as tecnologias PDH e SDH não é transparente em diversos aspectos. O aumento da capacidade de transmissão e de funcionalidades proporcionado pela tecnologia SDH também implica equipamentos mais complexos e um detalhado planejamento de redes de transmissão.
Outro aspecto que deve ser considerado nessa transição é o sincronismo de rede. Um feixe de 2 Mbit/s que é transportado dentro dos quadros SDH não passa pelo mesmo processo de enchimento de bits como no caso de um feixe de 2 Mbit/s em um quadro PDH.
A tecnologia SDH utiliza mecanismos de ajuste de ponteiro para indicar a posição de um feixe de 2 Mbit/s dentro de um quadro SDH, portanto a sua posição é variável dentro deste. Ao extrair um feixe de 2 Mbit/s de um quadro SDH, o mecanismo de ajuste de ponteiro faz com que o feixe extraído apresente “saltos” de fase tornando-o inadequado para a extração da informação de sincronismo. Essa variação contínua de fase caracteriza pequenas variações na frequência do sinal transportado, denominadas “wander”.
O sincronismo dos equipamentos de transmissão SDH pode ser obtido através do quadro STM-N, pois este possui um comprimento fixo (9 x 270 x N bytes), porém deve-se atentar para os equipamentos de comutação que normalmente são sincronizados a partir dos feixes de 2 Mbit/s que podem apresentar um alto “wander”
tornando-os inadequados para o transporte de informação de sincronismo.
Preferencialmente as centrais de comutação serão sincronizadas a partir de sinais de 2 MHz caso possuam esta interface (a), quando não a possuírem deverão ser utilizados feixes de 2 Mbit/s (b). Portanto, sempre que o feixe de 2 Mbit/s que é transportado por um equipamento de tecnologia SDH é utilizado para sincronizar outros equipamentos, deve ser utilizado o processo de “ressincronização” para filtragem de “wander” no feixe.
Estes aspectos devem ser cuidadosamente considerados na realização de um plano de sincronismo, pois nem todos as centrais de comutação possuem interfaces de entrada de 2 MHz e nem sempre poderão ser utilizados os feixes de 2 Mbit/s para extração da informação de sincronismo, em particular somente os equipamentos multiplex SDH Siemens possuem a funcionalidade de ressincronização incorporada.
Arquitetura SDH
A arquitetura SDH é composta de uma hierarquia de quatro níveis:
- Camada Fotônica: nível físico, inclui especificações sobre o tipo da fibra óptica utilizada, detalhes sobre a potência mínima necessária, características de dispersão dos lasers transmissores e a sensibilidade necessária dos receptores. É responsável, ainda, pela conversão eletro-óptica dos sinais.
- Camada de Seção: responsável pela criação dos quadros SDH, embaralhamento e controle de erro. É processada por todos equipamentos, inclusive os regeneradores.
- Camada de Linha: cuida da sincronização, multiplexação dos quadros e comutação. É responsável, ainda, pela delimitação de estruturas internas ao envelope de carga. Seu processamento ocorre em todos os equipamentos, exceto os regeneradores.
- Camada de Caminho: responsável pelo transporte de dados fim-a-fim e da sinalização apropriada. Processada apenas nos terminais.
A figura mostra as camadas fisicamente. Uma sessão representa, como no SNA, um link estabelecido entre dois receptores/transmissores (porém aqui esses links são ópticos). Para distâncias pequenas, a fibra pode ser ligada diretamente entre usuários, mas se a distância for maior, há a necessidade da utilização de regeneradores. Uma linha é composta de uma ou mais sessões (de modo que a estrutura do canal permanece a mesma), e o path (caminho) é o circuito completo, fim-a-fim.
Algumas atualidades do SDH
As Empresas de Telecomunicações possuem muito interesse no uso do SDH. Sua utilização não será somente para transporte de vídeo mas poderá ser utilizada em conjunto com outras redes de acesso como Vídeo-Rede e a Remav (rede de alta velocidade para transmissão de dados).
Existem propostas de orçamento para a construção do SDH na região Metropolitana de São Paulo.Redes de SDH são relativamente caras. A Telesp propôs US$ 110 milhões, a Promon propôs em torno de US$ 54 milhões e o consórcio NEC/Splice/Equitel/Ericsson em torno de US$ 144 milhões.
SDH possui também uma infraestrutura que possibilita a operação de redes inteligentes de comunicação pessoal. As redes inteligentes são capazes de saber onde está a pessoa a ser localizada pelo usuário do telefone.Essas redes aliadas com o sistema SDH dão um alicerce ideal para esse serviço.
Uma outra aplicação são os armários ópticos com equipamentos SDH embutidos. Assim, existe a conexão de um par de fios de cada casa até esse armário instalado em cada bairro e da conexão do armário até a central, o sinal é multiplexado através de fibra óptica com uma estrutura STM-1. Desse modo, existe economia, pois não é necessário um par de fios sair de cada casa do assinante até a central.
RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) surgiu com o objetivo de oferecer maior variedade de serviços aos clientes. Com esse serviço, os assinantes podem utilizar internet e o telefone ao mesmo tempo com os mesmos par de fios. E para possuir um bom rendimento, o RDSI necessita da ajuda de uma rede de transporte de informações como a do
SDH. RDSI é feito por interface de 144 bps.
O ATM é uma das grandes promessas para operadoras telefônicas porque elas fazem a interconexão; o de redes de computadores, videoconferência, acesso a banco de dados remotos, internet, interconexão de frames, tudo num só equipamento. E para baratear o custo utiliza-se a rede de SDH.
Os amplificadores ópticos e os multiplicadores por divisão de frequência óptica (WDM) são duas tecnologias que estão causando impactos nas redes SDH. A primeira é baseada em fibra óptica com íons de érbio, onde as transmissões podem ser feitas por distâncias de até 300 km sem usar repetidoras. A Segunda tecnologia modula os sinais ópticos, fazendo com que cada sinal ocupe uma frequência de luz diferente e todos esses sinais são transmitidos na mesma fibra óptica.
