Redes
de
Telecomunicações
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e
e de Computadores
1º semestre 2010/2011
Capítulo 4
Redes de Transporte SDH
Estrutura Estratificada das Redes de
Telecomunicações
Camada de rede de
serviços
Camada de rede de
transporte
Tecnologias usadas:
PDH, SDH, OTN
PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport Network
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 se pretende independente dos serviços.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
132
Rede de Transporte
•
A rede de transporte é uma plataforma tecnológica que
assegura uma transferência transparente e fiável da
informação à distância, permitindo suportar diferentes
serviços.
•
A rede de transporte garante diferentes funcionalidades, como
sejam, transmissão, multiplexagem, encaminhamento,
protecção, supervisão e aprovisionamento de capacidade.
•
A rede de transporte é constituída por diferentes elementos de
rede ligados entre si segundo uma certa topologia física (anel
ou malha) e interagindo directamente com o plano de gestão.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
133
Multiplexagem
•
Multiplexagem designa a operação pela qual vários sinais analógicos
ou digitais são combinados num único sinal tendo em vista a sua
transmissão sobre um único canal.
•
O dispositivo que realiza a operação de multiplexagem designa-se
multiplexador (MUX), enquanto o dispositivo que realiza a operação
inversa designa-se desmultiplexador (DEMUX).
•
A multiplexagem pode ser realizada no domínio do tempo (TDM,
Time-Division Multiplexing), no domínio da frequência (FDM,
Frequency Division Multiplexing) ou no domínio do comprimento de
onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing).
•
A operação de multiplexagem inversa consiste em separar um fluxo
de informação em vários fluxos, os quais são transmitidos por
diferentes canais e agregados na recepção.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
134
FDM e WDM
•
Na multiplexagem por divisão na frequência (FDM) cada sinal (analógico ou
digital) vai modular uma portadora com uma frequência própria.
f
M
U
X
f1
f
f
fN
Aplicações: Redes de TV por cabo
fN
•
f1
D
E
M
U
X
f1
fN
f
f
Na multiplexagem por divisão no comprimento de onda (WDM) os sinais
ópticos obtidos a partir da modulação de lasers são multiplexados.
λ1
Fibra Óptica
L1
λ2
L2
LN
λN
Laser
© João Pires
M
U
X
λ1, λ2, .....λΝ
λ1
D
E
M
U
X
Aplicações: Redes OTN e WDM
R1
λ2
λΝ
Na emissão N sinais eléctrícos vão
modular N lasers, cada um emitindo
num comprimento de onda próprio.
R2
R3
Receptor
Óptico
Na recepção os N sinais ópticos
obtidos a seguir ao DEMUX são
convertidos para o domínio eléctrico e
regenerados com receptores ópticos.
Redes de Telecomunicações (10/11)
135
Multiplexagem por Divisão no Tempo (I)
•
A multiplexagem por divisão no tempo permite que uma via de
transmissão seja usada simultaneamente por vários
utilizadores (canais).
Trama
1
2
3
N
N canais de
entrada
M
U
X
Bits de Bits do
sincro canal 1
Bits do
canal 2
Bits do
canal 3
Bits do
canal N
Via de
transmissão
multiplexador
1
D
E
M
U
X
desmultiplexador
2
3
N
N canais de
saída
Desvantagem
do TDM
• A transmissão da informação na via é organizada em tramas.
• Cada trama contém um número fixo de time-slots.
• Cada time-slot é atribuído a um determinado canal de entrada.
• Se esse canal não transmitir informação o time-slot correspondente está vazio.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
136
Multiplexagem por Divisão no Tempo (II)
•
A multiplexagem TDM pode-se realizar usando interposição de bit ou
interposição de palavra. No primeiro caso, a cada canal atribui-se um time-slot
constituído por um único bit, enquanto no segundo caso a cada canal
corresponde um time-slot constituído por vários bits (palavra).
•
Interposição de palavra: Exemplo da multiplexagem de 4 canais:
Palavra de 8 bit do canal C1
Multiplexagem
Desmultiplexagem
C1
C1
C2
C2
Trama
C4
C3
C2
C1
t4
t3
t2
t1
C3
C3
Time-slot
C4
© João Pires
C4
Sincronismo
Redes de Telecomunicações (10/11)
137
Relógios e Sincronismo
•
A geração de sinais de sincronismo é feita por relógios. Um relógio
ideal gera sinais isócronos, ou seja sinais em que a frequência é
constante (pelo menos em valor médio).
Sinais de relógio
T0
Relógio
isócrono
To
t
t
Relógio
real
t
Desfasagem positiva
t
Desfasagem negativa
Frequência nominal f0=1/T0
•
A precisão de um relógio expressa em ppm (parte por milhão) traduz
o afastamento da frequência real (fr) da nominal (f0) .
•
Estão definidas quatro hierarquias de precisão (níveis stratum).
Precisão =
f0 − fr
© João Pires
f0
Nível
Precisão
(ppm)
Stratum 1 Stratum 2 Stratum 3 Stratum 4
1×10-5
1.6×10-2
4.6
32
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Os relógios de stratum 1
são relógios atómicos
(césio ou rubídio)
138
Redes Síncronas e Plesiócronas
•
Dois relógios são síncronos se operam com a mesma frequência e
com uma diferença de fase constante. Os relógios não síncronos
designam-me por assíncronos.
•
Os relógios assíncronos dividem-se em: mesócronos, plesiócronos e
heterocronous.
Relógios mesócronos: têm a
mesma frequência, mas a
relação de fase é aleatória.
•
Relógios plesiócronos: têm a
mesma frequência nominal, mas a
real pode ser ligeiramente diferente.
Relógios heterocronous: têm a
frequência e fases diferentes.
Relógio de stratum 1
Redes síncronas e plesiócronas
Rede plesiócrona
Rede síncrona
NE 1
Relógios com a mesma
frequência nominal, mas
independentes
© João Pires
NE 3
NE 2
NE 4
Relógios com a mesma
frequência nominal,
controlados por um
relógio central
Redes de Telecomunicações (10/11)
NE 1
NE 2
NE 3
NE 4
139
Redes de Sincronização: Mestre-Escravo
•
Na arquitectura mestre-escravo a rede apresenta uma topologia em
árvore com diferentes níveis hierárquicos. O nível mais elevado
contém o PRC (Stratum 1), o qual pode ser duplicado de modo a
garantir uma reserva em caso de falha.
Percurso de distribuição
de sincronismo normal
PRC
PRC: Primary Reference Clock
SSU: Synchronisation Supply Unit
SEC: Synchonous Equipment Clock
SEC
Percurso de distribuição de
sincronismo alternativo
Não são permitidas
malhas fechadas
SSU
SSU
SSU
Anel
Cadeia
SSU
Sub-rede com capacidade de
auto-reconfiguração do
sincronismo em caso de falha
© João Pires
Os PRC e SSU são elementos
da rede de sincronismo. Os SEC
são relógios do equipamento
síncrono.
SSU
SEC
Nas redes SDH usa-se o octeto SSM (Status
Message byte) para informar os elementos da
rede, do estado da fonte se sincronismo.
Redes de Telecomunicações (10/11)
140
Estrutura da Trama TDM (E1)
•
A frequência de amostragem mínima (fa) de um sinal deve ser igual
ou superior ao dobro da frequência máxima do sinal (fa≥2B).
•
Um canal telefónico usa uma banda entre os 300 e os 3400 Hz. Para
uma frequência máxima de 4000 Hz, tem-se uma frequência de
amostragem de 8 kHz, ou seja, um período de amostragem de 125 μs.
Codificando cada amostra com 8 bits tem-se um débito de 64 kbit/s.
•
A trama de um sinal E1 é consituída por 32 time-slots, a que
correspondem 32 canais (30 de informação).
Time-slot
1
2
3
4
8 bits
.......
31
32
Trama E1
125 μs
•
Cada conjunto de 8 bits (time-slot) não poderá durar mais de
125μs/32=3.9 μs, o que corresponde a 488.2 ns por bit, ou seja, um
débito binário de 2.048 Mbit/s.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
141
Sistema de Multiplexagem Primário E1
(ITU-G704)
•
A trama correspondente ao sinal E1 tem uma duração de 125 μs e está
dividida em 32 intervalos de tempo. Os intervalos de tempo numerados de 1 a
15 e 17 a 32 são atribuídos a canais de informação, cada um com um débito de
64 kbit/s. Os intervalos de tempo 0 e 16 são usados, respectivamente, para
fins de sincronização de trama e sinalização.
•
No intervalo de tempo 0 das tramas ímpares é transmitido o padrão de
enquadramento de trama (PET), enquanto nas tramas pares é transmitido um
padrão de não enquadramento (NPET).
0
1
2
16
30
31
1
PET
1
2
S1 S2
29
30
2
NPET
1
2
S3 S4
29
30
3
PET
1
2
S5 S6
29
30
PEM: padrão de enquadramento
de multitrama de sinalização
0000xxxx
Multitrama de
sinalização
(16x125μs=2 ms)
15
PET
1
2
S29 S30
29
30
16
NPET
1
2
PEM
29
30
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
Si: sinalização correspondente ao
canal i. A sinalização de cada
canal é actualizada de 2 em 2 ms.
142
Aspectos de Sinalização
•
Para estabelecer, terminar e controlar chamadas telefónicas é necessária
sinalização entre os assinantes e a central local e entre as diferentes centrais.
•
A informação de sinalização de assinante (na rede local), corresponde a sinais
que variam lentamente, sendo suficiente um débito de 2 kb/s por assinante, e
uma actualização da informação de 2 em 2 ms.
•
Exemplo de um sinal de endereçamento (número 32):
Pulso Interdígito
Dígito 3
600 ms
60 ms 40 ms
Intervalo de amostragem de 2 ms
•
No sistema em que se faz uma actualização da sinalização de cada assinante
de 2 em 2 ms designa-se por sistema de sinalização de canal associado. Em
alternativa tem-se o sistema de sinalização em canal comum, que proporciona
um canal de sinalização a 64 kb/s, que é usado pelos diferentes canais.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
143
Padrão de Enquadramento (E1)
•
O padrão de enquadramento permite sincronizar a trama do lado do receptor.
É constituído por uma padrão fixo com 7 bits. O primeiro bit do padrão têm
funções especiais.
PET
•
b1
b2
b3
Ui(C)
0
0
b4
1
b5
b6
b7
b8
1
0
1
1
No PCM30 o bit 1 (Ui) é usado para aplicações
internacionais.
No PCM30C o bit 1(C) é usado para o controlo
CRC-4 (Código de Redundância Cíclica).
O padrão de não enquadramento é usado para transportar informação sobre o
estado da ligação e proporciona sinais de controlo para os multiplexadores.
NPET
Ui(M)
1
A
0:Normal
1:Alarme
PET
MUX
A
MUX
B
NPET
Sa4
Sa5
Sa6
Sa7
Sa8
Falha de corrente
Falta do sinal E1
Falha no Codec
Erro no PET
Taxa de erro do PET>1×10-3
No PCM30 o bit 1 (Ui) é usado para aplicações
internacionais.
No PCM30C o bit 1(M) é usado como padrão
de multitrama para a transmissão do CRC-4.
O bit A é usado como um alarme distante . Quando
os bits Sa não são usados são feitos igual a 1. Sa4
pode ser usado para transmissão de dados de
serviço, e os outros bits para diferentes aplicações.
Alarme AIS (Alarm
Indication Signal)
O NPET pode ser usado para transmitir um alarme distante RAI (Remote Alarm Indicator) . Quando A recebe esse alarme deixa de
transmitir os sinais de voz e passa a transmitir uma sequência de 1s. O multiplexador em B activa o alarme AIS (Alarm Indication Signal).
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Redes de Telecomunicações (10/11)
144
Hierarquia Plesiócrona Europeia
•
Na hierarquia PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) os relógios dos
diferentes elementos de rede (regeneradores e multiplexadores) não estão
perfeitamente sincronizados.
•
A primeira hierarquia PDH (sistema multiplex 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.
E1
2.048 Mbit/s
30 canais
(64 kb/s)
Mux
Mux
primário
primário
(30 canais)
X30
X30
E2
E3
8.448 Mbit/s
(120 canais)
X4
X4
34.368 Mbit/s
(480 canais)
X4
X4
E4
139.264 Mbit/s
(1920 canais)
X4
X4
•
Os relógios da hierarquia europeia requerem as seguintes precisões:
Hierarquia
Precisão
© João Pires
E1
50 ppm
E2
30 ppm
E3
E4
20 ppm
15 ppm
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145
Hierarquia Plesiócrona Americana
•
A nível mundial para além da hierarquia europeia há também as hierarquias
plesiócronas americana e japonesa as quais têm a particularidade de serem
incompatíveis entre si.
•
As primeiras hierarquias PDH americana e japonesa usam como sistema
multiplex primário um sistema com 24 canais de 64 kb/s.
•
Hierarquia plesiócrona americana:
DS1
24 canais
(64 kb/s)
Mux
Mux
primário
primário
X24
X24
DS-n: Digital Signal ol Level n
DS2
1.544 Mbit/s
(24 canais)
6.312 Mbit/s
(96 canais)
X4
X4
DS3
DS4
44.736 Mbit/s
(672 canais)
272.176 Mbit/s
(4032 canais)
X7
X7
X6
X6
•
Os sinais DS-n são transportadas usando um carrier system (inclui a
componente de transmissão e as interfaces) designado por T-n. Assim, o DS1
é transportado através do T1. O DS2 através do T2, etc
© João Pires
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146
Origem do Plesiocronismo
•
Todos os elementos de rede digitais requerem uma fonte de
temporização, ou relógio, de modo a sincronizar todas as operações
realizadas por esse elemento.
•
Os relógios reais não são isócronos, ou seja, a sua frequência de
emissão está sujeita a ligeiras flutuações relativamente à frequência
nominal.
Relógio isócrono
t
t
Desfasagem
positiva
•
Desfasagem
negativa
Relógio real
Devidos às características referidas, dois relógios independentes
com a mesma frequência nominal são plesiócronos (quase
síncronos), pois oscilam com frequências que embora diferentes
estão muito próximas.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
147
Perturbações Introduzidas no Relógio
•
A temporização necessária para sincronizar os relógios das centrais digitais pode ser
derivada a partir da trama E1, a que corresponde um sinal de relógio de 2.048 MHz.
•
A transmissão deste sinal através de uma rede está sujeita a perturbações. As mais
relevantes são a flutuação de fase ou jitter e o vageio de frequência. O jitter corresponde a
variações rápidas da frequência do relógio em torno da sua frequência média. As
principais fontes de jitter são os regeneradores e os multiplexadores.
t
Desfasagem
positiva
Desfasagem
negativa
t
Relógio isócrono
Relógio irregular
(com jitter)
•
A amplitude do jitter é expresso em termos do intervalo unitário ou UI (unit interval),
sendo 1 UI igual ao período de bit (488 ns no E1). Por exemplo, um valor de 0.05 UI, indica
que a flutuação temporal não deve ultrapassar 5% do período de bit.
•
O vagueio de frequência corresponde a variações lentas (<10Hz) da frequência de relógio
em torno do seu valor nominal, devido a variações do comprimento de transmissão.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
148
Papel das Memórias Elásticas
•
A temporização usada para formar as tramas PDH de ordem superior (E2, E3 e E4) não é
derivada do relógio da rede a 2.048 MHz, mas é gerada localmente no multiplexador com a
precisão do relógio interno.
•
O débito de chegada dos dados à entrada do multiplexador para cada um dos canais
(tributários), pode ser diferente do débito de leitura imposto pelo relógio do multiplexador.
A diferença de velocidades deve-se ao plesiocronismo e também às perturbações de
transmissão (jitter e vagueio).
•
Para acomodar essas diferenças usam-se memórias elásticas (buffer) com capacidade
para armazenar uma trama do tributário de entrada. A memória é escrita ao ritmo do
tributário e é lida ao ritmo imposto pelo relógio do multiplexador.
Ritmo de relógio irregular
Sinal de tributário,
Dk
Sinal de saída,
Memória
Elástica
D´k
Ritmo de relógio regular
t
Jitter e vagueio
© João Pires
t
Escrita
Recuperação
do relógio
fk
Leitura,
f´k
Relógio do
multiplexador
Redes de Telecomunicações (10/11)
149
Origem dos Slips
•
Estrutura de uma memória elástica
•
Operação da memória elástica (por
•
fk=f´k
Sinal de entrada, Dk
fk
1
escrita
Endereços
de leitura
2
Endereços
de escrita
L bits
bit)
Tempo
leitura
f´k
•
fk>f´k
Dupla
escrita
Dupla
escrita
P/S
Sinal de saída, D´k
Tempo
•
•
•
Uma dupla escrita implica que uma
trama (com L bits) é escrita sem a •
anterior ter sido lida
Uma dupla leitura implica que a
mesma trama é lida duas vezes
Esta perda ou repetição designa-se
por slip
© João Pires
fk<f´k
Tempo
Dupla
leitura
Redes de Telecomunicações (10/11)
Dupla
leitura
150
Impacto dos Slips
•
A perda ou repetição de uma trama completa designa-se por slip controlado e
ocorre com um período dado por
Ts =
•
O efeito dos slips depende do serviço considerado.
Serviço
Impacto dos Slips
Voz
Cliques, perda de dados de sinalização (SS7)
Fax
Perda de 4 a 8 linhas de varrimento
Multimedia
Texto encriptado
Dados
Dados na banda de voz
•
L
L
=
D k − D k′
ΔDk
L: comprimento da trama em bit
Dk: débito binário de entrada
D´k: débito binário de saída
Perturbação nas tramas de video, salvas de ruído no áudio
É necessário retransmitir o código de criptografia
Perda ou repetição de dados
Erros de transmissão de 0.01 até 2 s, a chamada pode ser perdida
Para reduzir a frequência de ocorrência dos slips deve-se aumentar a precisão
dos relógios. Por exemplo, para garantir um período de slips de 20 h deveria
usar-se no sistema E1 relógios com uma precisão de 1.74×10-9 .
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
151
Justificação
•
Como as exigências imposta aos relógios para eliminar os slips são muito
elevadas, recorre-se a uma outra técnica, designada por justificação, para
evitar os slips.
•
Na justificação positiva a frequência do relógio de leitura é feita igual ao ritmo
máximo no canal de entrada, ou seja f k′ = f k + Δf k . Para evitar o esvaziamento
da memória elástica é inserido na sequência de saída um bit sem informação
(bit de justificação).
•
Sistema de sincronização do multiplexador:
Sinal do tributário, Dk
Relógio recuperado, fk
Sinal de saída, D´k
Memória
Elástica
Inibidor
Detector
fase
Comando
de inibição
Controla a ocupação
da memória
Quando a ocupação desce
abaixo de um limiar
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
f´k
Relógio interno
O relógio de leitura é inibido
durante um período de relógio
152
Estrutura de um Multiplexador TDM Plesiócrono
•
Um multiplexador TDM plesiócrono inclui um multiplexador síncrono, um
sincronizador por cada tributário e um relógio. O multiplexador terminal
realiza a multiplexagem por interposição de bit dos bits lidos das diferentes
memórias.
Sinal do tributário 1
D1
f1
Relógio recuperado do
tributário 1
D2
Memória
elástica
f1'
Memória
elástica
f2
Sinal do tributário N
Relógio recuperado do
tributário N
Multiplexador síncrono
DN
f2'
Memória
elástica
fN
fN'
Controlo de
justificação +
sincronismo
D0
Mux
Padrão de
enquadram.
Sinal multiplexer com
débito D0
f0
Relógio do
multiplexador
O relógio do multiplexador gera o relógio do sinal multiplexer (f0), enquanto o bloco de controlo de
justificação e sincronismo gera os relógios de leitura das diferentes memórias elásticas, usando a
referência obtida a partir do relógio do multiplexador.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
153
Estrutura da Trama E2 com Justificação
Positiva
•
A posição do bit de justificação na trama é assinalada pelos bits de indicação
de justificação (bits C). Com base na informação transmitida pelos bits C os
bits de justificação são removidos no desmultiplexador.
•
Estrutura da trama E2 com justificação positiva (G742)
F1
F1
F1
F1
F0
F1
F0
F0
F0
F0
X
C11
C21
C31
C41
I5
I6
I7
I8
I9
I10
I11
C12
C22
C32
C42
I5
I6
I7
I8
I9
I10
C13
C23
C33
C43
J1
J2
J3
J4
I9
I10
Padrão de enquadramento de trama
Bits de indicação de justificação
Y
I13
I212
I12
I13
I212
I11
I12
I13
I212
I11
I12
I13
I212
Bits F, F1=1 e F0=0
Ck1= Ck2 = Ck3=1
Há justificação
Ck1= Ck2 = Ck3=0
Não há justificação
Bits C, Ckj : controlo de justificação do canal k
Bits de justificação
Bits J, Jk : justificação do canal k
Bits de informação
Bits I, I5, I6, I7,I8 bits de informação, respectivamente, do canal 1, 2, 3 e 4
Bits de de serviço
Bit X: bit de alarme, bit Y:bit de reserva
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
154
Estrutura da Trama E2 com Justificação
Positiva/Negativa
•
Na justificação positiva/negativa o relógio de leitura opera à velocidade
nominal. Quando o débito de entrada aumenta são removidos bits da
sequência e transmitidos em posições determinadas (justificação negativa).
No caso oposto usa-se justificação positiva.
•
Estrutura da trama E2 com justificação positiva /negativa (G745)
F1
F1
F1
F0
F0
F1
F1
F0
I9
I10
I11
I12
I13
I264
C11
C21
C31
C41
X1
X2
X3
X4
I9
I10
I11
I12
I13
I264
C12
C22
C32
C42
Y1
Y2
Y3
Y4
I9
I10
I11
I12
I13
I264
C13
C23
C33
C43
J-1
J-2
J-3
J-4
J+1
J+2
J+3
J+4
I13
I264
Padrão de enquadramento de trama
Bits de indicação de justificação
Bits de justificação
Bits de informação
Bits de de serviço
© João Pires
Bits F, F1=1 e F0=0
Ck1= Ck2 = Ck3=1
Justificação positiva
Ck1= Ck2 = Ck3=0
Justificação negativa
Ckj= 1, Ckj=0
alternadamente
Bits C, Ckj : controlo de justificação do canal k
Bits J, Jk : justificação do canal k (J- :negativa; J+ :positiva)
Não há justificação
Bits I, I9, I10, I11,I12 bits de informação, respectivamente, do canal 1, 2, 3 e 4
Bits X: bits de alarme, bits Y:bits de reserva
Redes de Telecomunicações (10/11)
155
Desvantagens da PDH (1)
•
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).
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
156
Desvantagens da PDH (2)
•
Cascata de multiplexadores/desmultiplexadores usados para extrair um E1 de
um E4.
34 Mb/s
Terminal de
linha de
140 Mb/s
140
140
34
34
DMUX
8 Mb/s
34
34
8
Terminal de
linha de
140 Mb/s
MUX
8
2 Mb/s
8
8
2
2
2 Mb/s
•
As interfaces só estão normalizadas a nível eléctrico
Códigos de linha, níveis de potência óptica,
tipo de fibra, não normalizados .
MUX
Terminal de
linha óptica
Fibra óptica
Interface eléctrica
normalizada (G.703)
© João Pires
Interface óptica proprietária
do fabricante
Redes de Telecomunicações (10/11)
157
Hierarquia Digital Síncrona
•
A hierarquia SONET (Synchronous Optical Network) foi proposta pela
Bellcore (Telecordia) em 1985, com o objectivo de transportar os
sinais DS-n no domínio óptico.
•
A hierarquia SDH (Synchronous Digital Hierarchy) foi definida
posteriomente pelo ITU-T como uma norma internacional, compatível
com a SONET e com capacidade para transportar os sinais PDH E-n.
•
A informação transmitida na SDH/SONET está organizada em tramas
TDM.
•
O sinal básico SDH designa-se por Synchronous Transport Module
(STM). O sinal básico SONET no domínio eléctrico designa-se por
Synchronous Tranport Signal (STS), enquanto no domínio óptico
designa-se por Optical Carrier (OC).
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
158
Débitos SONET/SDH
•
Hierarquias SONET e SDH
SONET
(Óptico)
SONET
(Eléctrico)
SDH
Débito Binário
(Mb/s)
STS-1
-----
51.840
OC-3
STS-3
STM-1
155.520
OC-12
STS-12
STM-4
622.080
OC-48
STS-48
STM-16
2488.320
OC-192
STS-192
STM-64
9953.280
STM-256
39813.120
OC-1
OC-768
•
STS-768
As hierarquais SDH também foram definidas para o transporte de
células ATM e pacotes IP empacotados em PPP (point-to-point
protocol) ou HDLC (high-level data link control).
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
159
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-256 ⇒39.81312 Gbit/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
Management Network).
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
160
Vantagens da 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 características dos lasers e das fibras, etc.).
•
Possibilidade de monitorizar o desempenho dos diferentes canais.
•
Plataforma apropriada para diferentes serviços.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
161
Desvantagens da SDH
•
Técnica complexa devido à necessidade de registar a relação de fase entre os
sinais dos tributários e o cabeçalho.
•
A justificação por octeto usada na SDH é mais problemática relativamente ao
jitter originado no processo de desmultiplexagem, do que a justificação por
bit.
•
A estrutura de multiplexagem não está organizada de modo muito eficiente no
que diz respeito ao transporte dos tributários CEPT. Por exemplo, só é
possível transportar 3x34 Mbit/s numa trama STM-1, embora a capacidade do
STM-1 permitisse 4x34 Mbit/s.
•
A estrutura de multiplexagem não está organizada de modo uniforme no que
diz respeito ao transporte dos tributários plesiócronos. Um determinado
tributário pode ser transportado usando diferentes opções de multiplexagem.
•
Não suporta de modo eficiente as tramas Ethernet.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
SDH nova geração
162
Exemplificação do Papel do Transporte
•
•
A rede de transporte neste exemplo é representada pelo plano
inferior e é constituída por multiplexadores ADM interligados por
fibras ópticas.
A camada de rede de serviços é representada por centrais de
comutação telefónica (CC).
Camada de rede de serviço
d
CC
CC
c
CC
Tecnologias de rede
para o transporte: SDH
(Synchronous Digital
Hierarchy) , WDM,
(Wavelength Division
Multiplexing), OTN
(Optical Transport
Network)
© João Pires
a
CC
ADM
ADM
E
A
b
D
ADM
ADM
ADM
Camada de rede de Transporte
C
B
Redes de Telecomunicações (10/11)
163
Rede de Transporte em Aplicações
Telefónicas
Rede de Serviço
CT3
CL2
(circuitos)
CT1
CT2
CL3
CL1
ADM
ADM
2.5 Gbit/s
ADM
DXC
ADM
155-622 Mbit/s
ADM
ADM
ADM
Elementos de rede SDH
DXC: Cruzador digital (digital crossconnect)
ADM: Multiplexador de inserção/extracção
(add/drop multiplexer)
© João Pires
Rede de Transporte
(SDH)
Usada para interligar
diferentes centrais
telefónicas
Elementos de rede telefónica
CL: Central telefónica local
CT: Central telefónica de trânsito
Redes de Telecomunicações (10/11)
164
Rede de Transporte em Aplicações de Dados
Rede de Serviços
CR
ER
(pacotes)
CR
ER
CR
ER
ADM
ADM
2.5 Gbit/s
ADM
DXC
ADM
155-622 Mbit/s
ADM
ADM
ADM
Elementos de rede SDH
DXC: Cruzador digital (digital crossconnect)
ADM: Multiplexador de inserção/extracção
(add/drop multiplexer)
© João Pires
Rede de Transporte
(SDH)
Elementos de rede de
pacotes
ER: Edge router
CT: Core router
Usada para interligar
diferentes routers de
uma rede IP ou
diferentes comutadores
de uma rede Ethernet
Numa rede IP (Internet Protocol) os routers são usados
para encaminhar os pacotes Os edge routers são
aqueles que estão mais próximos do utilizador,
enquanto os core routers fazem parte da dorsal da rede.
Redes de Telecomunicações (10/11)
165
Estabelecimento de Caminhos
Fases do estabelecimento:
1) O sistema de gestão configura os diferentes elementos de rede envolvidos no circuito;
2) Os elementos de rede de serviço iniciam a sua actividade.
Interligações representadas:
1: CL3
CT1
2: CL2
CT3
Rede de Serviços
CT3
(circuitos)
CT1
CT2
CL3
CL1
ADM
ADM
2.5 Gbit/s
Sistema de
Gestão de Rede
© João Pires
CL2
ADM
DXC
ADM
155-622 Mbit/s
ADM
ADM
ADM
Rede de Transporte
(SDH)
Redes de Telecomunicações (10/11)
A informação de gestão é
enviada através do DCC (Data
Communication Channel)
166
Definição dos Elementos de Rede (1)
•
Regenerador: Regenera o relógio e a forma dos sinais de entrada. Possui
canais de comunicação a 64 kb/s para transmitir mensagens.
STM-N
STM-N
R
•
Multiplexador terminal: Agrega sinais plesiócronos ou síncronos de modo a
formar sinais STM-N de débito mais elevado.
PDH
SDH (STM-M)
•
STM-N (N>M)
MT
Multiplexador de inserção/extracção: Permite extrair/inserir, quer sinais PDH,
quer sinais SDH de débito mais baixo do que o da linha.
STM-N
STM-N
ADM
Oeste
Tributários
© João Pires
Este
PDH, SDH (STM-M) M<N
Redes de Telecomunicações (10/11)
167
Definição dos Elementos de Rede (2)
•
•
Comutador de cruzamento ou cruzador (DXC, digital cross-connect):
Proporciona funções de comutação apropriadas para estabelecer ligações
semi-permanentes a nível do VC-1, VC-3, VC-4, e permite o restauro das redes.
STM-N
STM-N
STM-N
STM-N
Os comutadores de cruzamento são usados para interligar anéis SDH, ou
como nós de redes em malha.
1
ADM
ADM
E3
2
C,2
ADM
E3
A
ADM
ADM
DXC
B,3
C
ADM
4
ADM
ADM
ADM
4
Fibra Óptica
3
1
ADM
B
ADM
3
ADM
2
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
168
Topologias Físicas (1)
Topologia em cadeia
PDH
PDH
SDH
MT
STM-N
STM-N
ADM
R
SDH
PDH SDH
PDH SDH
Topologia em anel com duas ou quatro fibras
ADM
Duas fibras ópticas
ADM
ADM
Quatro fibras ópticas
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
ADM
ADM
ADM
•
MT
ADM
ADM
•
ADM
169
Topologias Físicas (2)
Anéis unidireccionais e bidireccionais
ADM
ADM
ADM
ADM
ADM
Anel unidireccional
Anel bidireccional
ADM
•
ADM
•
ADM
Topologia emalhada (usada no núcleo central da rede)
DXC
DXC
A presença dos DXC permite
implementar um sistema de restauro
dinâmico para fazer face a falhas na
rede.
DXC
DXC
DXC
DXC
DXC
DXC
© João Pires
DXC
DXC
DXC
DXC
Com esta técnica o sistema de gestão
da rede reencaminha o tráfego por
percursos alternativos àqueles onde
ocorreram falhas.
Redes de Telecomunicações (10/11)
170
Estabelecimento de um Caminho
•
Exemplo de um caminho (E3) entre o utilizador A e o utilizador B
Sinais de
controlo
ADM
A
MT
E3
STM-4
STM-1
ADM
ADM
B
E3
ADM
Sistema de
Gestão de
Rede
O utilizador A gera um sinal E3 que é multiplexado em conjunto com outros E3 num sinal STM-1
usando um multiplexador terminal. O sinal STM-1 é transmitido até um ADM onde é inserido num
sinal STM-4. O sinal STM-4 é transmitido em fibra óptica até ao ADM que serve o utilizador B onde é
extraído. Na comunicação B→A o processo é recíproco.
•
A ligação entre A e B com capacidade E3 é estabelecida por um operador
através do sistema de gestão de rede, que envia os sinais de controlo
apropriados para configurar cada um dos elementos de rede ao longo da
ligação.
Ligação semi-permanente e dedicada
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
171
Arquitectura de uma Rede de Transporte
DXC
DXC
DXC
Rede Dorsal
( STM-64)
DXC
DXC
DXC
ADM
ADM
ADM
DXC
ADM
ADM
ADM
ADM
Rede Metropolitana
(STM-4 ou STM-16)
ADM
Nó concentrador
(Hub)
ADM
ADM
ADM
ADM
ADM
ADM
ADM
ADM
ADM
© João Pires
ADM
Rede de Acesso
(STM-1)
TM
Redes de Telecomunicações (10/11)
172
Modelo de Camadas da SDH (1)
Camada
de
caminho
Rede de
transporte
SDH
Camada
de
transmissão
Ordem
superior
Ordem
inferior
Camada
de
secção
Sub-camada de
secção de
multiplexagem
Sub-camada
de secção de
regeneração
Camada
física
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
173
Modelo de Camadas da SDH (2)
•
Algumas das funcionalidades das camadas:
Caminho:
Identificação da integridade da ligação, especificação do tipo
de tráfego transportado no caminho e monitorização de erros.
Secção de multiplexagem:
Sincronização, comutação de protecção, monitorização de
erros, comunicação com o sistema de gestão.
Secção de regeneração:
Enquadramento de trama, monitorização de erros,
comunicação com o sistema de gestão.
Física:
Forma dos pulsos ópticos, nível de potência, comprimento de
onda, sensibilidade dos receptores, etc.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
174
Modelo de Camadas da SDH (3)
•
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.
Regenerador
Multiplexador de
inserção/extracção
ADM
R
MT
S. Regeneração
S. Regeneração
Secção de Multiplexagem
•
Multiplexador
terminal
MT
S. Regeneração
S. de Multiplexagem
Caminho
Inserção de cabeçalhos
Serviços
Camadas:
Cabeçalho de caminho
Caminho
Cabeçalho de secção de multiplexagem
Secção de Multiplexagem
Secção Regeneração
Física
Cabeçalho de secção de regeneração
Multiplexador
terminal
© João Pires
Regenerador
Multiplexador
ADM
Multiplexador
terminal
Redes de Telecomunicações (10/11)
175
Modelo de Camadas SDH (4)
CL3
CT1
Rede de Serviços
CT3
CL2
(circuitos)
CT1
CT2
CL3
CL1
ADM
ADM
2.5 Gbit/s
ADM
ADM
155-622 Mbit/s
ADM
ADM
ADM
Caminho
TM
S. multiplexagem
Rede de Transporte
DXC: crossconnect
CT: central de trânsito
TM: multiplexer terminal
ADM: multiplexer de inserção/extracção
© João Pires
CL: central local
Redes de Telecomunicações (10/11)
176
Estrutura da Trama Básica
•
Uma trama SDH básica (STM-1) contém três blocos:
- Cabeçalho de secção (SOH, section overhead)
- Ponteiro (PT): permite localizar a informação transportada no VC
- Contentor virtual (VC): capacidade transportada + cabeçalho de caminho.
•
A duração da trama é igual a 125 μs, o que corresponde a 8000 tramas/s.
270
261
9
Cabeçalho da secção
de regeneração
Ponteiro
Cabeçalho da secção
de multiplexagem
Representação bidimensional
de uma trama STM-1: matriz
com 9 linhas e 270 colunas, a
que correspondem 2430
octetos.
SOH
3
PT
1
Contentor
Virtual
SOH
5
Os diferentes octetos são
transmitidos linha a linha,
começando pela 1ª linha e 1ª
coluna.
125 μs
1
© João Pires
2
3
4
5
6
7
8
9
Redes de Telecomunicações (10/11)
177
Formação da Trama STM-N
•
•
Sinais SDH multiplex de ordem superior são obtidos através de uma
multiplexagem por interposição de palavra (octeto) de vários STM-1
O débito binário do sinal STM-N é N×155.52 Mbit/s
STM-1 #1
STM-1 #2
SOH
PT
STM-1 #N
SOH
VC
PT
SOH
VC
PT
SOH
SOH
125 μs
9×N
SOH
PT
SOH
SOH
125 μs
125 μs
261×N
Contentor
virtual
125 μs
N
© João Pires
VC
Redes de Telecomunicações (10/11)
178
Cabeçalho de Secção da Trama STM-1 (1)
•
Estrutura do cabeçalho de secção
Cabeçalho de secção
de regeneração
Ponteiro
Cabeçalho de secção
de multiplexagem
A1
A1
A1
A2
A2
B1
Δ
Δ
E1
D1
Δ
Δ
H1
h1
B2
B2
J0
X
X
Δ
F1
X
X
D2
Δ
D3
h1
H2
h2
B2
K1
K2
D4
D5
D6
D7
D8
D9
D10
D11
D12
S1
•
A2
h2
M1
H3
E2
H3
X
H3
X: usados para uso nacional
Δ: informação dependente do meio
de transmissão (fibra óptica, feixe
hertziano, etc).
X
Ex: Comandos de
aprovisionamento remoto de
capacidade; reportagem de
alarmes; reportagem de
parâmetros de desempenho,
etc.
Cabeçalho de secção de regeneração
A1, A2 : Padrão de enquadramento de trama (A1=11110110, A2=00101000).
Jo: Traço de secção de regeneração. Verifica a integridade da ligação a nível de secção.
B1: Monitorização de erros a nível da secção de regeneração.
D1- D3: Canal de comunicação de dados. Transporta informação de gestão de rede.
E1: Canal de comunicação de voz (64 kb/s) entre regeneradores.
F1: Canal de utilizador. Diferentes aplicações. Ex: transmissão de dados, alarmes, etc.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
179
Cabeçalho de Secção da Trama STM-1 (2)
•
Cabeçalho de secção de multiplexagem
B2: Monitorização de erros a nível da secção de multiplexagem.
K1- K2: Comutação de protecção automática (Transporta o protocolo APS).
D4- D12: Canal de comunicação de dados a 576 kbit/s. Transporta informação de gestão
de rede entre os elementos que terminam a secção de multiplexagem e entre estes e o
sistema de gestão de rede.
S1: Indicador da qualidade do relógio. Transporta mensagens referentes ao tipo de
relógio usado no processo de sincronização.
M1: É usado para transportar uma indicação de erro remoto ou REI (remote error
indication) a nível de secção de multiplexagem. O alarme REI é enviado para o ponto onde
a secção de multiplexagem é originada e indica o número de blocos detectados errados a
partir da informação dada pelo B2.
E2: Canal de comunicação de voz (64 kb/s) para comunicações vocais entre as
extremidades da camada de multiplexagem.
•
Ponteiro
H1, H2: Octetos de ponteiro. Indicam o início do contentor virtual na trama.
H3: Octetos de acção do ponteiro. Usados para justificação negativa.
h1, h2: Octetos com um valor invariável.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
180
Cabeçalhos de Secção de Diferentes STM-N
•
Nas figuras seguintes apresenta-se o cabeçalho de secção das tramas STM-0,
(STS-1), STM-1 e STM-4.
A1
A1
A1
A2
A2
F1
B1
Δ
Δ
E1
D2
D3
D1
Δ
Δ
D2
H1
H2
H3
B2
K1
K2
B2
D4
D5
D6
D7
D8
D10
S1
A1
A2
J0
B1
E1
D1
STS-1 (SONET)
J0
X
X
Δ
F1
X
X
Δ
D3
X
X
K1
K2
D4
D5
D6
D9
D7
D8
D9
D11
D12
D10
D11
D12
M1
E2
S1
B2
B2
M1
13
A1
A1
STM-1
Ponteiro
1
A1
A2
A1
A1
A1
A2
B1
Δ
Δ
D1
Δ
Δ
E2
25
A2
A2
A2
A2
E1
Δ
D2
Δ
A2
36
J0
Z0
Z0
Z0
X
X
Δ
F1
X
X
X
X
X
Δ
D3
X
X
X
X
X
STM-4
Ponteiro
B2
B2
K1
K2
D4
D5
D6
D7
D8
D9
D10
D11
D12
S1
© João Pires
B2
B2
B2
B2
M1
E2
Redes de Telecomunicações (10/11)
181
Subestruturas Modulares do STM-1
•
Contentor (C)
Unidade básica usada para transportar informação dos tributários (ex PDH).
Inclui ainda octetos de justificação fixa (sem informação) para adaptar os
débitos dos tributários aos débitos dos contentores e bits usados para
justificação dos tributários PDH.
•
Contentor Virtual (VC)
O contentor virtual consiste num contentor mais o cabeçalho de caminho. O
VC é uma entidade que não sobre modificações desde o ponto onde o
caminho é originado até ao ponto onde é terminado. Os VCs transmitidos
directamente no STM-1 designam-se contentores virtuais de ordem superior,
e os restantes de ordem inferior.
•
Unidade Administrativa (AU)
Consiste num contentor virtual de ordem superior mais um ponteiro de
unidade administrativa. O ponteiro regista a relação de fase existente entre o
contentor virtual e a trama e específica o início do contentor virtual.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
182
Subestruturas Modulares do STM-1 (2)
•
Grupo de unidade administrativa (AUG)
Resulta da combinação por interposição de octeto de várias unidades
administrativas. Adicionando o cabeçalho de secção à AUG obtem-se a trama
STM-1.
•
Unidade tributária (TU)
A unidade tributária consiste num contentor virtual de ordem inferior mais um
ponteiro da unidade tributária. Como o VC de ordem inferior pode flutuar
dentro do VC de ordem superior, o início do primeiro dentro do segundo é
indicado pelo ponteiro da unidade tributária.
•
Grupo de unidade tributária (TUA)
Resulta da combinação de várias unidades tributárias por interposição de
octeto. Em alguns casos é necessário proceder a justificação fixa, para
adaptar débitos binários.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
183
Transporte das Hierarquias E3 e E4 no STM-1
•
Transporte do E3 e E4
E4
E3
Octetos sem informação
Mapeamento
do E3
C-3
Octetos sem informação
C-4
Cabeçalho de caminho
de ordem superior
Alinhamento
Cabeçalho de caminho
de ordem superior
VC-4
VC-3
Ponteiro da AU-4
Ponteiro da AU-3
Multiplexagem
por interposição
de octeto
AU-3
Unidade administrativa
AU-4
Multiplexagem de 3 AU-3
AUG
AUG
Cabeçalho de secção
Cabeçalho de secção
STM-1
© João Pires
Unidade administrativa
STM-1
Redes de Telecomunicações (10/11)
184
Estrutura de Multiplexagem
•
Estrutura de multiplexagem do SDH
VC-3
ATM
E3: 34.368 Mb/s
DS3: 44.736 Mb/s
DS2: 6.312 Mb/s
E1: 2.048 Mb/s
DS1: 1.544 Mb/s
E4: 139.264 Mb/s
×3
C-3
VC-3
TU-3
C-2
VC-2
TU-2
C-12
VC-12
TU-12
C-11
VC-11
TU-11
×1
×1
TUG-2
×7
VC-4
TUG-3
AU-4
×3
×4
C-4
C - Contentor
VC - Contentor Virtual
TU - Unidade Tributária
TUG - Grupo de Unidade Tributária
AU - Unidade Administrativa
AUG - Grupo de Unidade Administrativa
STM-N
×N
×1
×3
STM-N=N×155.52 Mb/s
AUG
×7
ATM
© João Pires
AU-3
Alinhamento
Mapeamento
Multiplexagem
Em
A informação entre os routers IP pode ser
enviada usando o esquema “Packet over
Sonet/SDH” . Os pacotes IP são
encapsulados no protocolo PPP (Point-toPoint Protocol) e o signal resultante é
depois transmitido num STM-N.
existe processamento de ponteiros
Redes de Telecomunicações (10/11)
185
Contentores Virtuais de Ordem Superior
•
Os contentores virtuais VC-3 e VC-4 obtêm-se adicionando, respectivamente,
aos contentores C-3 e C-4 um cabeçalho de caminho de ordem superior.
1
VC-4
3
4
1
261
J1
J1
B3
B3
C2
C2
G1
F2
H4
Cabeçalho de
caminho de
ordem superior
2
C4
VC-3
G1
F2
H4
F3
K3
2
3
85
C3
F3
K3
N1
N1
Duração=125 μs
•
O cabeçalho de caminho de ordem superior é constituído por 9 octetos
iniciando-se com octeto J1, que é também o primeiro octeto do VC.
•
O contentor VC-4 é constituído por 261×9=2349 octetos, o que dá um débito de
150.336 Mbit/s. Ao VC-3 corresponde um débito de 49.96 Mb/s.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
186
Octetos do Cabeçalho de Caminho de Ordem
Superior
J1:
Permite verificar a integridade do caminho. O terminal onde o caminho é
gerado envia repetidamente uma mensagem padrão (traço de caminho) através de
J1 a qual é confirmada pelo terminal receptor. O traço é constituído por 16 octetos.
B3:
É usada para monitorizar erros, transmitindo o BIP-8 do caminho.
C2:
É a etiqueta de sinal, indicando a composição dos contentores virtuais
VC3/VC4: Ex: 0000 0000: não transporta tráfego; 0000 0010: usa uma
estrutura TUG; 0001 0010: transporta um E4 num C-4, 0001 0011: transporta ATM.
G1:
É um canal usado pelo terminal receptor para enviar para o terminal
emissor informação sobre desempenho do caminho, nomeadamente sobre os
erros detectados por B3.
F2:
Canal de utilizador usado para manutenção pelos operadores da rede.
H4:
Indicador de super-trama. Usada na formação do VC-2, VC-12 e VC-11.
F3:
Canal de utilizador.
K3:
Canal usado para funções de protecção a nível do caminho.
N1:
Monitorização de ligações em cascata (caminhos por várias sub - redes ).
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
Importante na
SDH de nova
geração
187
Unidade Administrativa AU-4
•
Uma AU-4 é uma estrutura síncrona constituída por 9x261+9 octetos, que
inclui um VC-4 mais um ponteiro de unidade administrativa AU-4 (PTR AU-4).
261 colunas
PTR AU-4
9 linhas
AU-4
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3 H3 H3
VC-4
J1
B3
C2
G1
F2
H4
No ponteiro do AU-4 têm-se
h1=1001xx11 e h2=11111111
•
C4
F3
K3
N1
O VC-4 pode flutuar dentro do AU-4. O ponteiro do AU-4 contém a posição
(endereço) do primeiro octeto (J1) do cabeçalho de caminho do VC-4. Cada
modificação do ponteiro de 1 unidade corresponde a uma deslocação do VC-4
no AU-4 de 3 octetos.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
188
Esquema de Endereçamento do Ponteiro do
AU-4
•
A cada posição do ponteiro da AU-4 correspondem 3 octetos. A cada posição
do ponteiro do AU-3 corresponde um octeto.
261 colunas
Cabeçalho de
regeneração
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3 H3 H3
Posição indicada
pelo ponteiro: 87
0
87
1
88
86
Trama #n-1
Cabeçalho de
multiplexagem
VC-4 #n-1
Cabeçalho de
regeneração
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3
Um valor de 0 do ponteiro
indica que o J1 do VC-4
se encontra na posição 0
© João Pires
522
609
696
0
87
523
610
1
88
521
608
693
782
86
125 μs
Trama #n
Cabeçalho de
multiplexagem
Redes de Telecomunicações (10/11)
189
Esquema de Endereçamento do Ponteiro do
AU-4 (II)
•
A cada posição do ponteiro da AU-4 correspondem 3 octetos. A cada posição
do ponteiro do AU-3 corresponde um octeto.
261 colunas
Cabeçalho de
regeneração
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3 H3 H3
0
87
1
88
86
Trama #n-1
Cabeçalho de
multiplexagem
Posição indicada
pelo ponteiro: 522
Cabeçalho de
regeneração
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3
Um valor de 0 do ponteiro
indica que o J1 do VC-4
se encontra na posição 0
© João Pires
522
609
696
0
87
523
610
1 VC-4 #n-1
88
521
608
693
782
86
125 μs
Trama #n
Cabeçalho de
multiplexagem
Redes de Telecomunicações (10/11)
190
Unidades Administrativa AU-3
A AU-3 é uma estrutura síncrona composta por 9×87+3 octetos, que inclui um
VC-3 mais um ponteiro da unidade administrativa AU-3 (PTR-AU-3). Como a
capacidade de transporte da AU-3 (87 colunas) é superior à requerida pelo
VC-3 (85 colunas), são inseridas duas colunas sem informação (justificação
fixa) para adaptação de capacidade (colunas 30 e 59).
1
2
30
59
87 coluna
A posição do contentor
virtual pode flutuar dentro da
AU-3. O ponteiro PTR AU-3
contem o endereço do J1.
PTR AU-3
9 linhas
•
H1 H2 H3
J1
B3
Um alteração do ponteiro de
uma unidade corresponde à
deslocação do VC-3 na AU-3
de 1 octeto.
C2
G1
C3
F2
H4
VC-3
© João Pires
F3
K3
N1
1
2
85
O ponteiro PTR AU-3 permite
endereçar 87×9 =783 posições.
Redes de Telecomunicações (10/11)
191
Grupo de Unidade Administrativa
•
O AUG é uma estrutura síncrona constituída por 9×261 + 9 octetos que, por
adição do cabeçalho de secção, dá origem à trama STM-1. Um AUG é
composto de 1 AU-4 ou de 3 AU-3 usando multiplexagem por interposição de
octeto.
H1 H2 H3
AU-3
H1 H2 H3
AU-3
H1 H2 H3
AU-3
261 colunas
H1 H1 H1 H2 H2 H2 H3 H3 H3
AUG
(Octetos dos 3 AU-3
entrelaçados)
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
AUG obtido a partir
de 3 AU-3 usando
multiplexagem por
interposição de
octeto
192
Estrutura de Multiplexagem (II)
•
Estrutura de multiplexagem da SDH
ATM
E3: 34.368 Mb/s
DS3: 44.736 Mb/s
84
C-3
E1: 2.048 Mb/s
DS1: 1.544 Mb/s
E4: 139.264 Mb/s
ATM
C-2
VC-3
AU-3
×3
VC-3
TU-3
×1
VC-2
TU-2
×1
4
C-12
VC-12
C-11
VC-11
TU-12
3
TU-11
×3
TUG-2
×7
STM-N
×N
86
12
STM-N=N×155.52 Mb/s
AUG
×7
×1
260 +1
AU-4
VC-4
TUG-3
×3
×4
261 colunas
+ PTR Au-4
86x3 =258
258+2=260
C-4
12x7 =84
84+2=66
260
C - Contentor
VC - Contentor Virtual
TU - Unidade Tributária
TUG - Grupo de Unidade Tributária
AU - Unidade Administrativa
AUG - Grupo de Unidade Administrativa
© João Pires
87
85
12
DS2: 6.312 Mb/s
85
Alinhamento
Mapeamento
Multiplexagem
Em
Justificação fixa
Justificação fixa
existe processamento de ponteiros
Redes de Telecomunicações (10/11)
193
Estrutura dos Ponteiros
•
Os ponteiros dividem-se em ponteiros de unidade administrativa e ponteiros
de unidade tributária.
Ponteiro de AU-4
Ponteiro de AU
Ponteiro de AU-3
Tipos de ponteiros
Ponteiro de TU-3
Ponteiro de TU
•
Ponteiro de TU-1/TU-2
A estrutura dos ponteiros AU-4, AU-3 e TU-3 é baseada nos octetos H1, H2 e
H3. O octeto H3 é usado para acções de justificação negativa. As funções dos
bits constituintes do H1 e H2 são as seguintes:
H1
N
N
N
NDF
•
N
S
Tipo
H2
S
I
D
I
D
I
D
I
D
I
D
SS
Valor do
ponteiro
AU-4
10
0-782
AU-3
10
0-782
TU-3
10
0-764
Valor do ponteiro em 10 bits
Os bits N constituem o identificador de novos dados ou NDF (New Data Flag),
os bits S identificam o tipo de ponteiro e os bits I e D o valor do ponteiro.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
194
Papel do Identificador de Novos Dados
•
O identificador de novos dados NDF pode-se usar no modo activado fazendo
NNNN=1001, ou no modo normal fazendo NNNN=0110. O modo activado
suporta uma variação arbitrária (e significativa) do valor do ponteiro, como
aquela que ocorre quando há uma alteração do VC, enquanto o modo normal
só suporta uma variação unitária do ponteiro.
•
Uma variação não unitária do valor do ponteiro é realizada fazendo
NNNN=1001, numa determinada trama e NNNN=0110 nas tramas seguintes. O
mesmo valor deverá aparecer sucessivamente três vezes.
•
O modo normal é usado em três situações: 1) ausência de justificação; 2)
justificação positiva; 3) justificação negativa.
•
A acção de justificação positiva é indicada invertendo os 5 bits I relativamente
aos 5 bits anteriores e o valor do ponteiro é incrementado de uma unidade na
trama seguinte, enquanto a justificação negativa implica a inversão dos 5 bits
D relativamente aos cinco bits anteriores e o valor do ponteiro é
decrementado de uma unidade.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
195
Flutuação do Contentor VC-4
•
Sem justificação
Exemplo
Regeneração
Trama #n-1
NNNN=0110
Valor I,D 00 00101100 ⇒ 44
SS=10
H3H3H3 ⇒0
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3 H3 H3
0
J1
Multiplexagem
Trama #n-1
VC-4 #n-1
Regeneração
Trama #n
NNNN=0110
Valor I,D 00 00101100 ⇒ 44
SS=10
H3H3H3 ⇒0
•
782
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3 H3 H3
Multiplexagem
Posição 782
J1
VC-4 #n
Trama #n
O ponteiro H1 H2 indica o início do contentor virtual VC-4 e mantém o mesmo
valor em todas as tramas. A posição zero corresponde à posição a seguir ao
octeto H3. A cada variação unitária do ponteiro correspondem três octetos.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
196
Justificação Negativa no AU-4
•
Justificação negativa:o débito do contentor VC-4 é superior ao débito do AU-4.
Exemplo
Regeneração
Trama #n
NNNN=0110
Valor I,D 0101111001
SS=10
H3H3H3 ⇒VC-4 #n-1
Inversão dos bits D
Trama #n+1
NNNN=0110
Valor I,D 00 00101011 ⇒ 43
SS=10
H3H3H3 ⇒ 0
•
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3 H3 H3
0
J1
Multiplexagem
VC-4 #n-1
Trama #n-1
Regeneração
782
H1 h1 h1 H2 h2 h2
Multiplexagem
Posição 782
J1
VC-4 #n
Trama #n
Durante a justificação os bits D do ponteiro são invertidos e os três octetos
H3 são usados para transportar informação do contentor virtual VC-4. A seguir
à justificação (na trama seguinte) o ponteiro é decrementado de uma unidade.
© João Pires
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197
Justificação Positiva no AU-4
•
Justificação positiva: o débito do contentor VC-4 é inferior ao débito do AU-4.
Exemplo
Regeneração
Trama #n
NNNN=0110
Valor I,D 1010000110
SS=10
H3H3H3 ⇒ 0
Inversão dos bits I
Trama #n+1
NNNN=0110
Valor I,D 00 00101101 ⇒ 45
SS=10
H3H3H3 ⇒ 0
•
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3 H3 H3
0
J1
Multiplexagem
VC-4 #n-1
Trama #n-1
Regeneração
782
H1 h1 h1 H2 h2 h2 H3 H3 H3
Multiplexagem
Posição 782
J1
VC-4 #n
Trama #n
Durante a justificação os bits I do ponteiro são invertidos e os três octetos a
seguir a H3 não são usados para transportar informação. Depois da
justificação (trama seguinte) o ponteiro é incrementado de uma unidade.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
198
Aplicações Especiais dos Ponteiros
•
Indicação de ponteiro nulo ou NPI (null pointer indication): É usada na
formação do TUG-3 a partir do TUG-2. O H3 não é usado e H1 e H2 têm a
seguinte configuração:
H2
H1
1
0
0
1
S
S
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
Não representa um endereço válido
•
Indicação de concatenação ou CI (concatenation indication). Usada quando o
sinal do tributário tem uma capacidade superior ao C-4. O H3 pode ser usado
para justificação negativa.
H2
H1
1
0
0
1
S
S
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Não representa um endereço válido
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
199
Concatenação
•
Concatenação é o processo de agregação de X contentores de
mesmo tipo de modo a formar um contentor de maior capacidade.
A concatenação poder ser contínua ou virtual.
•
Concatenação contínua (CC): Cria contentores de grande
capacidade, que não podem ser segmentados, para transmissão.
Todos os elementos de rede têm de suportar a funcionalidade concatenação contínua.
•
Concatenação virtual (VC): Corresponde a uma operação de
multiplexagem inversa. Os contentores de grande capacidade
podem ser segmentados nos VCs usuais para fins de
transmissão.
Só os elementos de rede fonte e terminação do caminho é que necessitam de suportar
a funcionalidade concatenação virtual.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
200
Concatenação Contínua
•
Permite transportar tráfego com um débito binário superior ao permitido pelo
C-4. A concatenação é identificada pelo sufixo c e o número de concatenações
por X. Por exemplo, um VC-4 concatenado é representado por VC-4-Xc
(genérico VC-n-Xc) e uma AU-4 por AU-4-Xc (genérico AU-n-Xc).
•
No caso do AU-4-Xc a concatenação dos ponteiro é feita usando
multiplexagem por interposição de octeto. O primeiro ponteiro tem as funções
usuais dos ponteiros da AU-4, enquanto os restantes X-1 ponteiros
transportam o indicador CI.
4×261 octetos
J1
VC-4-4C
G1
O cabeçalho de caminho do primeiro
VC-4 transporta os octetos normais.
Os cabeçalhos de caminho dos
outros VC-4 transportam octetos de
enchimento (sem informação).
© João Pires
Capacidade
do C-4-4c
B3
C2
F2
H4
C-4-4c
599.04 Mb/s
F3
K3
N1
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201
ATM sobre SDH
•
As células ATM (Asynchronous Tranfer Module) são constituídas por 53
octetos (5 de cabeçalho e 48 de informação).
•
No transporte de ATM sobre SDH o fluxo de células pode ser mapeado num
VC-4 ou num VC-4-4c. Note-se que um utilizador ATM não está a transmitir
continuamente. Por isso, pode haver necessidade de inserir células sem
informação, de modo a gerar um fluxo contínuo.
O C-4 suporta um débito de 149.760 Mb/s. Para adaptar o fluxo
ATM a este débito são inseridas células inactivas sempre que é
necessário. Estas são caracterizadas por VPI=VCI=0, CLP=1 e
PT=0. No processo inverso estas células são ignoradas.
J1
B3
VC-4
C2
G1
O C-4 é constituído por 2340 octetos que não é um número
divisível por 53. Assim se as células se dispuserem como na
figura há uma célula que se inicia no presente contentor e
termina no seguinte. O início das células é indicado no octeto
H4 do cabeçalho de caminho. Este octeto indica o número de
octetos que vão desde H4 até ao primeiro octeto da primeira
célula a seguir a H4. O valor máximo é de 52.
C-4
F2
H4
F3
K3
N1
Célula ATM
© João Pires
x
x
0
0 0 1
H4
Indicador da célula
0
0 1
1
C2
Redes de Telecomunicações (10/11)
202
Ineficiências da SDH Convencional
•
A utilização da estrutura de contentores da SDH convencional (incluindo a
concatenação contínua ) é muito pouco eficiente para o transporte de dados.
Aplicação
Débito da aplicação
Estrutura/ Ineficiência
Ethernet
10 Mbit/s
VC-3 /80%
Fast Ethernet
100 Mbit/s
VC-4/33%
Gigabit Ethernet
1 Gbit/s
VC-4-16C/58%
ESCON
200 Mbit/s
VC-4-4C/67%
Enterprise Systems
Connection
•
A fragmentação dos contentores virtuais vai também contribuir para aumentar
a ineficiência.
A
SDH
NE-A
B
STM-1 livre
STM-1 #1
STM-16
D
SDH
NE-B
C
STM-1 #2
E
F
STM-1 #3
STM-1 #4
STM-1 #5
STM-1 #6 STM-1 #7
STM-1 #8
STM-1 #9
STM-1#10 STM-1#11 STM-1#12 STM-1#13 STM-1#14 STM-1#15 STM-1#16
Etapa 1: Os primeiros 8 STM-1 são atribuídos à ligação entre A e D, enquanto os últimos 8 STM-1 são usados entre B e E.
STM-1 #1
STM-1 #2
STM-1 #3
STM-1 #4
STM-1 #5
STM-1 #6 STM-1 #7
STM-1 #8
STM-1 #9
STM-1#10 STM-1#11 STM-1#12 STM-1#13 STM-1#14 STM-1#15 STM-1#16
Etapa 2: Os utilizadores A-B libertam 2 STM-1 e os ultilizadores B-E libertam outros 2. Os utilizadores C-F requerem uma capacidade VC-4-4c.
Embora fisicamente haja capacidade disponível, como os STM-1 livres não são contínuos, não é possível satisfazer o pedido de C-F.
© João Pires
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203
Tecnologias Chave da Next Generation-SDH
•
GFP (Generic Framing Procedure)
É uma técnica ( ITU-T Rec. G7041) apropriada para mapear o tráfego de
pacotes (Ethernet, Escon, etc) em canais SDH ou OTN de débito fixo. O
mapeamento pode ser feito de modo transparente (GFP-T), ou usando as
tramas dos clientes completas (GFP-F).
•
Concatenação virtual ou VCAT (Virtual Concatenation)
É um mecanismo (ITU-T G707) que permite combinar um número variável de
contentores virtuais de diferentes ordens de modo a criar canais de
capacidade muito elevada. É mais eficiente do que a concatenação contínua
para o tráfego de pacotes e contrariamente aquela não requer que todos os
elementos de rede suportem essa funcionalidade.
•
LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)
Permite modificar dinamicamente a capacidade alocada pelo VCAT através da
adição/remoção de membros do caminho estabelecido (ITU-T Rec. G7042).
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
204
Protocolo GFP
•
O protocolo GFP foi definido por ITU-T G.7041 e proporciona um mecanismo
para encapsular diferentes sinais de dados em redes SDH ou OTN (ver cap. 5).
•
O serviço GFP apresenta dois modos de funcionamento: Modo Transparente
ou GFP-T (Transparent) e modo enquadrado ou GFP-F (Framed).
•
A solução GFP-T corresponde a um encapsulamento de nível 1 e vai gerar
tramas de comprimento constante. Está optimizado para tráfego que usa o
código de blocos 8B10B (Gigabit Ethernet, Fibre Channel, etc.)
•
A solução GFP-F corresponde a um encapsulamento de nível 2 e e vai gerar
tramas de comprimento variável. Optimizado para tráfego Ethernet, IP/PPP,
DVD, etc.
Na solução GFP-F deve ser extraído o pacote completo do cliente antes da trama GFP ser gerada.
Isto envolve, por exemplo, a memorização de uma trama completa no caso da Ethernet, o que vai
aumentar a latência (atraso) do processo. Na solução GFP-T não se verifica esse atraso porque o
processamento é feito a nível de blocos de 10 bits.
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205
Transporte de Pacotes IP sobre SDH/WDM
•
Existem diferentes soluções para o transporte de pacotes, originados
que com o protocolo IP, quer com os protocolos SAN, sobre uma
rede SDH/WDM.
IP (Internet Protocol)
AAL5
Os protocolos SAN, tais como Fibre Channel,
Enterprise Systems CONnectivity (ESCON) e
Fibre CONnectivity (FICON) eram transportados
tradicionalmente sobre soluções proprietárias
Vídeo
PPP
DVB
MPLS
VLAN
ATM
SAN
Fibre
Channel
10/100/1000 Mbps Ethernet
ESCON
FICON
SAN: Storage Area Networks
DVB: Digital Video Broadcasting
HDLC
PPP: Point-to-point protocol
GFP
Concatenação contínua
SDH
Concatenação virtual
LCAS
HDLC: High-level Data Link
control
VLAN: Virtual LAN
MPLS: Multiprotocol Label
switching
WDM, OTN, Fibra óptica
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
206
Storage Area Networks
De: U. Troppens et al.,
Storage Networks
Explained, Wiley, 2004
© João Pires
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207
Estrutura da Trama GFP
•
A trama GFP inclui o cabeçalho principal (core header) e a área do campo
de informação.
•
A área do campo de informação inclui o cabeçalho do campo de
informação, o campo de informação em si e um FCS (CRC-32) para
proteger a integridade do campo de informação (detectar e corrigir erros).
•
Os mecanismos de protecção (CRC-16) do cabeçalho principal e do
cabeçalho do campo de informação são independentes.
Trama GFP
Cabeçalho (core header)
216=65536
Indicador do
comprimento do
campo de
informação
2 octetos
HEC
Área do campo de informação
Controlo de
erros do
cabeçalho
Cabeçalho do
campo de
informação
4 a 64 octetos
2 octetos,
CRC-16
Indica o tipo
de informação
Campo de Informação
0- 65531 octetos
Payload header (CRC-16+payload identifier+
FCS
(opcional)
4 octetos
Frame check
sequence (CRC-32)
campos opcionais)
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208
Trama GFP (continuação)
•
O cabeçalho principal (core header) consiste em dois campos:1) Indicador de
comprimento do campo (2 octetos) que indica a dimensão do campo de
informação;2) HEC (Header Error Control) usado para proteger a integridade
do cabeçalho principal, o qual é baseado no código CRC-16 (permite a
correcção de erro de 1 bit e a detecção de erro em vários bits).
•
O cabeçalho do campo de informação é um campo com dimensão variável
(entre 4 e 64 octetos). Contém dois campos obrigatórios: Payload Type
Identifer (PTI) e o Type Header Error Control( tHEC). O tHEC contém um CRC16 e é usado para proteger a integridade do cabeçalho do campo de
informação.
•
O PTI contém informação sobre o tipo de informação transportada pelo campo
de informação e sobre o modo como a informação é mapeada (modo
transparente, ou modo enquadrado)
•
Para além das funções de controlo de erros e de indicação do comprimento
do campo de informação o cabeçalho principal também é responsável pela
delimitação (enquadramento) da trama.
A função de delimitação de trama permite identificar o início da trama. Inicialmente quando a primeira trama
chega ao receptor, é calculado o CRC-16 sobre os dois primeiros octetos, o qual é comparado com o CRC-16
presente no campo HEC. Se não coincidirem avança um bit e tenta de novo. Se houver coincidência é provável
que tenha identificado o início da trama. Para comprovar salta para a segunda trama.
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209
Concatenação Virtual
•
O ponto de partida para implementar a concatenação virtual consiste em segmentar um
fluxo de informação (ex: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, etc.) em diferentes contentores
de ordem superior ou inferior, ligados entre si a nível lógico através da integração no
mesmo grupo de concatenação virtual ou VCG (virtual concatenation group).
•
Os elementos do grupo são transportados individualmente através da rede SDH e
recombinados na terminação do VCG de modo a originar o fluxo original. A concatenação
virtual é representada por v e o número de contentores que pertencem ao grupo por X.
VC-n-Xv
Tipo de Número Concatenação
de VCs virtual
VCs
Capacidades dos
diferentes contentores
em concatenação
virtual
•
Contentores
Tipo
Capacidade disponível (Mb/s)
VC-11-Xv
Ordem inferior
X × 1.600 (X=1,..,64)
VC-12-Xv
Ordem inferior
X × 2.176 (X=1,..,64)
VC-3-Xv
Ordem superior
X × 48.384 (X=1,..,256)
VC-4-Xv
Ordem superior
X × 149.76 (X=1,..,256)
Os diferentes elementos do grupo podem ser encaminhado seguindo todos o mesmo
percurso, ou diferentes percursos (multi-percurso).
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
210
Concatenação Virtual vs. Contínua
•
Uma das vantagens da concatenação virtual consiste no aumento
significativo das eficiências de mapeamento.
Aplicação
Débito da
aplicação
Eficiência Conc.
Contínua
Eficiência Conc.
Virtual
Ethernet
10 Mbit/s
VC-3 /20%
VC-11-7v /89%
Fast Ethernet
100 Mbit/s
VC-4/67%
VC-3-2v/99%
Gigabit Ethernet
1 Gbit/s
VC-4-16c/42%
VC-4-7v/95%
10 Gb Ethernet
10 Gbit/s
VC-4-64c/100%
VC-4-64v/100%
DVB
270 Mb/s
VC-4-4c/37%
VC-3-6v (93%)
ESCON
160 Mbit/s
VC-4-4c/26%
VC-3-4v/83%
FiCON
850 Mb/s
VC-4-16c /35%
VC-4-6v /94%
Fibre Channel
1700 Mb/s
VC-4-16c/42%
VC-4-12v/90%
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
211
Vantagens da Concatenação Virtual
•
Permite um transporte eficiente dos débitos usados nas aplicações de dados.
•
Permite ultrapassar o problema da fragmentação dos contentores virtuais.
•
Introduz flexibilidade nas aplicações que exigem elevadas qualidades de
serviço e uma largura de banda de transporte garantida na medida em que
permite alocar a largura de banda necessária de modo dinâmico.
•
Não introduz novos requisitos nos elementos de rede intermédios. A
concatenação virtual só exige a funcionalidade de concatenação nos
elementos de rede fonte e destino do serviço. Note-se que a concatenação
contínua exige essa funcionalidade em todos os elementos de rede.
•
A utilização da concatenação virtual permite projectar as redes SDH da
próxima geração para serem usadas como plataforma de transporte das redes
multiserviço baseadas em diferentes protocolos (Ethernet, ESCON, RPR, PDH,
etc).
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
212
Implementação da Concatenação Virtual
•
Caso do encaminhamento multi-percurso:
H4
Nó
fonte
VC-3
H4
#0
VC-3
#0
Nó
terminção
Etapa 5
Etapa 1
VC-3-3v
VC-3-3v
H4
VC-3
VC-3
H4
#1
#1
Etapa 2
SQ=0
SQ=1
SQ=2
VC-3
SQ=1
SQ=0
H4
H4
H4
VC-3
VC-3
H4
VC-3
H4
#2
VC-3
SQ=2
H4
H4
VC-3
H4
#2
Etapa 4
Etapa 3
Etapa1: O elemento de rede fonte aloca o tráfego em memória de modo a formar um sinal SDH contínuo.
Etapa2: São constituídos os diferentes contentores virtuais que pertencem ao mesmo VCG os quais são
identificados pelo indicador de sequência ou SQ (sequence indicator).
Etapa3: Os diferentes contentores virtuais são transportados individualmente através da rede SDH
podendo seguir caminhos diferentes, o que conduz a tempos de propagação diferentes- atraso diferencial.
Etapa4: Os diferentes contentores são armazenados em memória no nó receptor, para compensar o
atraso diferencial.
Etapa5: Os contentores são realinhados, colocados em ordem e recombinados de modo a originar o
fluxo inicial.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
213
Formato da Multi-trama de Concatenação Virtual
(Ordem Superior)
•
O método usado para realizar o alinhamento dos contentores virtuais de ordem superior é
baseado numa multitrama, constituída em duas etapas (níveis). Para cada etapa tem-se
um indicador de multitrama ou MFI (multiframe indicator).
Octeto H4
Cabeçalho de caminho
b1
b5
b6
b7
b8
MFI2 bits 1-4
0
0
0
0
MFI2 bits 5-8
0
0
0
1
Reservado
0
0
1
0
J1
Reservado
0
0
1
1
B3
C2
Reservado
0
1
0
0
Reservado
0
1
0
1
G1
Reservado
0
1
1
0
F2
Reservado
0
1
1
1
H4
Reservado
1
0
0
0
F3
K3
Reservado
1
0
0
1
Reservado
1
0
1
0
N1
Reservado
1
0
1
1
Reservado
1
1
0
0
Reservado
1
1
0
1
SQ bits 1-4
1
1
1
0
SQ bts 4-8
1
1
1
1
© João Pires
b2
b3
b4
O MFI da primeira etapa (MFI1) é constituído
pelos quatros últimos bits do octeto H4 do
cabeçalho de caminho de ordem superior. Os
quais são incrementados todos os 125 μs.
O MFI da segunda etapa (MFI2) é constituído
pelos primeiros quatro bits das duas primeiras
tramas da multitrama da primeira etapa.
16×125μs
= 2 ms
Suporta um atraso diferencial
máximo de 256 ms.
A multitrama é constituída por 16 × 256=4096
tramas, com uma duração de 125 μs ×4096 =
512 ms.
Os bits 1 a 4 das duas últimas tramas da
multitrama 1 são usados como indicador de
sequência (SQ).
Redes de Telecomunicações (10/11)
214
Capacidades das Memórias na Concatenação
Virtual
•
Problema: Calcular a dimensão das memórias usadas para compensar o
atraso diferencial máximo admissível na concatenação virtual para diferentes
tipos de sinais de transporte.
•
Como exemplo considere-se o VC-12. A capacidade do contentor C-12 é de 2.176 Mb/s.
Como a pior situação o atraso máximo suportado pelo VC-12 é de 256 ms, requer-se uma
memória de 2.176 Mb/s × 0.256 s= 557.1 kb. Se o grupo de concatenação virtual englobar
63 VC-12 (STM-1) requer-se uma memória de 35 Mbit.
Tipo de contentor
virtual
Sinal de
transporte
Número de
caminhos
Dimensão total da
memória
VC-11
STM-1
84
34.4 Mbit
VC-12
STM-1
63
35.1 Mbit
VC-12
STM-4
252
140.4 Mbit
VC-3
STM-4
12
148.6 Mbit
VC-3
STM-16
48
594.5 Mbit
VC-4
STM-16
16
613.4 Mbit
Note-se que a memória deve ser simultaneamente lida e escrita durante o intervalo de tempo de 1 bit, o que
para o STM-16 implica a existência de um relógio operando a 5 GHz.
© João Pires
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215
LCAS
•
O LCAS foi concebido para gerir a capacidade alocada a qualquer
caminho, de modo dinâmico em resposta a mudanças nos padrões
de tráfego, adicionando ou removendo membros de um VCG.
•
Mensagens enviadas entre o nó fonte e terminação
ƒ Multi-Frame Indicator (MFI): mantém a sequência da multitrama.
ƒ Sequence Indicator (SQ): indica a sequência dos membros do VCG de
modo a permitir reagrupá-los correctamente na recepção.
ƒ Control (CTRL): mensagens do protocolo que descrevem as acções a
executar.
ƒ Group Identification (GID) : um valor constante para todos os membros do
grupo.
•
Mensagens envidas entre o nó terminação e o nó fonte.
ƒ Member status (MST): informa a fonte do estado de cada membro (OK,
fail).
ƒ Re-Sequence Acknowledege (RS-Ack): confirmação de mudança de
indicador de sequência depois de receber uma mensagem normal ou eos.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
216
Papel do H4 no LCAS de Ordem Superior
•
O LCAS permite variar a capacidade dos VGC de modo a poder responder a variações
nos requisitos de capacidade sem ter qualquer impacto nos dados transmitidos.
Octeto H4
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
b8
0
0
0
0
MFI2 bits 5-8
CT1 CT2 CT3 CT4
0
0
0
1
0
0
1
0
Reservado
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
MFI2 bits 1-4
LCAS
GID
Reservado
C1 C2
C3
C4
0
1
1
0
C5
C6
C7
C8
0
1
1
1
M1
M2
M3
M4
1
0
0
0
M5
M6
M7
M8
1
0
0
1
RS-Ack
1
0
1
0
1
0
1
1
Reservado
1
1
0
0
Reservado
1
1
0
1
SQ bits 1-4
1
1
1
0
SQ bits 4-8
1
1
1
1
0
0
0
Reservado
O funcionamento do LCAS requer a
transmissão de mensagens de controlo entre a
fonte do VGC e a terminação e vice-versa.
As palavras de controlo entre a fonte e a
terminação são enviadas através dos bits de
controlo (CRTL), transmitidos no octecto H4
(CT1, CT2, CT3, CT4).
Pacote de
controlo
16×125μs=
2 ms
As mensagens entre a terminação e a fonte
designam-se por MST (message status) e são
responsáveis por reportarem o estado de
cada um dos elementos do VCG. Usam os bits
M1- M8.
Cada VCG tem no máximo 256 membros. Cada
multitrama transporta o MST de 8 elementos. São
necessárias 32 tramas para transportar os MSTs de
todo o VCG.
64 ms
GID: Group indentification ; Cn: ´Código CRC ; Rs-Ack: Re-Sequence Acknowledge
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
217
Etapas na Adição de um Novo Membro
•
A codificação dos bits de controlo (CTRL) é feita de acordo com a tabela:
CT1
0
0
0
0
1
0
•
CT2
0
0
0
0
1
1
CT3
0
0
1
1
1
0
CT4
0
1
0
1
1
1
Palavra de controlo
FIXED
ADD
NORM
EOS
IDLE
DNU
Não se usa LCAS
Está-se preste a adicionar um novo membro ao VCG
A carga transportada pelo membro é útil
Indica que é o último membro do VCG
O membro não faz parte da VCG
A carga transportada pelo membro não deve ser usada
Exemplo: Adição de um novo membro (ordem superior):
1) O sistema de gestão é usado para configura o novo membro na fonte e na terminação. Na fonte faz-se
CTRL= IDLE, SQ=256 (máximo) e na terminação MST=FAIL.
2)Na fonte: o número de sequência é feito o menor possível (não atribuído); CTRL=ADD. A fonte fica a
aguardar pela mensagem da terminação.
3) A terminação envia MST=OK.
4) Quando o nó fonte recebe MST=OK coloca o CTRL= NORMAL em todos os novos membros excepto se
este for o último do grupo (neste caso CTRL=EOS). A multitrama (pacote de controlo) seguinte passa a
transportar tráfego no campo do contentor virtual adicionado.
5) O nó terminal depois de detectar a transição de ADD para normal inverte o bit RS-Ack.
7) Nó fonte quando recebe RS-Ack pode voltar avaliar o status do membro adicionado.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
218
Exemplo de Adição de um Novo Membro
•
Pretende-se adicionar um novo membro ao grupo VC-3-3V
SQ=0
H4
H4
H4
SQ=1
SQ=2
•
Etapas
VC-3VC-3
VC-3
VC-3VC-3
VC-3
H4
SQ=3
VC-3
Nó terminação
Nó fonte
CTRL=IDLE
SQ= 255
Pedido de adição
enviado pelo sistema de
gestão
MST (M4)=Fail
tempo
CTRL=ADD
SQ= 3
tempo
Novo membro passa a
transmitir dados. MST
deixam de ser avaliados
MST (M4)=OK
CTRL=EOS
SQ= 3
Altera RS-Ack
MST voltam de novo a
ser avaliados
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
219
Exemplo de Adição de um Membro
•
1ª Etapa
•
3ª Etapa
O sistema de gestão configura o novo membro AU3(2,3)
Cliente A
A terminação responde com MST=OK
AU3 (1,1), SQ=0, GID=a, CTRL=Normal
AU3 (1,1), SQ=0, GID=a, CTRL=Normal
Cliente A
AU3 (1,3), SQ=1, GID=a, CTRL=Normal
Cliente B
AU3 (1,3), SQ=1, GID=a, CTRL=Normal
AU3 (2,1), SQ=0, GID=b, CTRL=Normal
AU3 (2,2), SQ=1, GID=b, CTRL=EOS
Cliente B
AU3 (2,3), SQ=255, GID=b, CTRL=IDLE
•
2ª Etapa
4ª Etapa
A terminação envia Rs-Ack (confirma a nova sequência
AU3 (1,1), SQ=0, GID=a, CTRL=Normal
Cliente A
AU3 (1,1), SQ=0, GID=a, CTRL=Normal
Cliente A
AU3 (1,3), SQ=1, GID=a, CTRL=Normal
Cliente B
AU3 (2,2), SQ=1, GID=b, CTRL=Normal
AU3 (2,3), SQ=2, GID=b, CTRL=EOS
•
Na fonte SQ é feito igual a 2 e CTRL=ADD
AU3 (2,1), SQ=0, GID=b, CTRL=Normal
AU3 (1,3), SQ=1, GID=a, CTRL=Normal
AU3 (2,1), SQ=0, GID=b, CTRL=Normal
AU3 (2,2), SQ=1, GID=b, CTRL=EOS
AU3 (2,3), SQ=2, GID=b, CTRL=ADD
© João Pires
Cliente B
AU3 (2,1), SQ=0, GID=b, CTRL=Normal
AU3 (2,2), SQ=1, GID=b, CTRL=Normal
AU3 (2,3), SQ=2, GID=b, CTRL=EOS
Redes de Telecomunicações (10/11)
220
Elementos de Rede SDH-NG (I)
•
Multiservice Provisioning Platform (MSPP)
Virtual Private Networks
Digital Video Broadcasting
Storage Area Networks
(Fiber Channel, ESCON, etc.)
Um MSPP resulta da evolução dos ADMs convencionais com interfaces PDH
e ópticas para um nó de acesso que inclui:
• Interfaces PDH convencionais
• Interfaces de dados como Ethernet, GigE, Fiber Channel, ou DVB
• Funcionalidades GFP (Generic Framing Procedure), VCAT(Virtual Concatenation) e
LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)
• Interfaces ópticas desde STM-1 até STM-16
© João Pires
Funcionalidades SDH-NG
Redes de Telecomunicações (10/11)
221
Elementos de Rede SDH-NG (II)
•
Multiservice Switching Platform (MSSP)
•
O MSSP é o elemento de rede SDH-NG equivalente ao cruzador da
SDH, realizando agregação de tráfego e cruzamento não só ao nível
STM-N, como também ao nível VC.
•
A nível de dados (Ethernet) o MSSP para além das funções de
mapeamento de tráfego, suporta também funções de switching.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
222
Exemplo: CISCO 15454 SDH MSPP
Plataforma apropriada para
aplicações multiserviço, em
redes metro.
Interfaces E1 (75 Ohm)
Cartas de temporização,
comunicação e controlo
Cartas de cruzamento
Cartas com interfaces
ópticas de débitos
elevados (STM-64 e
STM-16)
Suporta as interface usais, E1,
E3, E4, DS3, as soluções
10/100/1000 Mb/s Ethernet e o
transporte óptico desde 155
Mb/s (STM-1) até 320 Gb/s (32STM-64 comprimentos de
onda).
Permite diferentes topologias
físicas: anel, linear, estrela, etc.
Suporta diferentes esquemas
de protecção: MS-SPRing (2 e 4
fibras), SNCP, caminho em
malha, etc.
Fonte: www.ciscosystems.com.ro/en/US/products/hw/optical/ps2006/ps2008/index.html
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
223
Cartas do CISCO 15454 SDH MSPP (I)
•
Carta Ethernet Multidébito de 10 portos
• Suporta 10/100/1000 Mbps Base T; 100 Mbps Fx, Lx, Bx;
1000 Mbps SX, LX, Zx.
• Suporta VCAT e LCAS
• Suporta encapsulamento GFP- F e Cisco HDLC
• Suporta esquemas de protecção/restauro SDH com
tempos de resposta inferiores a 50 ms
Porto Ethernet
multidébito:
10/100/1000 Mbps
© João Pires
• Concatenação virtual e contínua
1000 Mbps: VC4-7v, VC4-8c, VC4-16c, VC3-21v
100 Mpps: VC4; VC3-2v; VC3-3v, VC12-50v
Redes de Telecomunicações (10/11)
224
Cartas do CISCO 15454 SDH MSPP (II)
Carta STM-64 com interface
óptica XFP
•
•
Carta STM-1 com 8 portos
• Permite a transmissão de um
• Proporcional 8 interface
débito até 10 Gbps, com um
BER máximo de 10-12 a uma
distância máxima de 80 km
emissoras/ receptoras,
cada uma operando a um
débito de 155 Mbps (STM1) e usando óptica de 1310
nm.
(atenuação máxima =22 dB, tolerância
à dispersão máxima de 1600 ps/nm).
Interface
óptica
• Suporta protecção SNCP,
• Suporta VC-4-nc ( com N=2, 3, 4,
e MSP.
4,16, 32), assim como VC-11,
VC-12, VC-3 e VC-4.
• Suporta sinais
• Suporta esquemas de protecção
concatenados (VC3-3c) e
não concatenados (VC11/12, VC-3 e VC-4)
tais como : SNCP, MS-SPRing
de 2 e 4 fibras e protecção de
caminho em redes em malha.
Interface óptica STM-1
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
225
Cartas do CISCO 15454 SDH MSPP (III)
•
Carta de temporização, controlo
e comunicação (TCC)
•
Carta responsável pelo cruzamento
dos VCs (XC-VXC Cross-connect)
Suporta cruzamentos a nível de
VC-11/12, VC-3, VC-4 e VC-4-Xc
(com X=2, 3, 4, 16 e 64).
Permite inicializar o sistema, reporta
alarmes, gera sinais de controlo para
provisionamento de capacidade,
detecta falhas no sistema e outras
funções OAM e termina os canais
DCC da camada de regeneração e de
multiplexagem
Disponibiliza uma capacidade
de comutação de 60 Gb/s para
VC de ordem superior
(1152x1152 VC-3, ou 384x384
VC-4) e de 5 Gb/s para os VCs
de ordem inferior (2016x2016
VC-12).
Incorpora um relógio de stratum 3 o
qual é controlado por um sinal de
sincronismo exterior. Processa as
mensagens SSM, de modo a
seleccionar o melhor relógio externo.
Possuí uma interface RJ45 (10 Base
T) para interligação com o sistema de
gestão de rede.
Os sinais de controlo requeridos
nas operações de cruzamento
são proporcionados pela carta
TCC.
Interface RJ45
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
226
Aplicação da NG-SDH em Redes Empresariais
MSPP
Fonte: Cisco
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
227
Aplicação da NG-SDH na Rede Metro
MSSP (MultiService Switching
Platform) = MSPP+ Switching Ethernet
LH/ELH = Long Haul/Extended Long Haul
Fonte: “Defining the Multiservice Switching Platform”, White Paper, Cisco
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
228
Análise de Desempenho em Redes SDH
•
A análise do desempenho das redes de transporte é baseada na norma G.826 da ITU-T. Os
objectivos definidos são independentes do meio de transmissão, são baseados em
blocos e permitem fazer uso de medidas de desempenho em serviço.
•
As medidas de desempenho (monitorização dos erros) são realizadas usando o código
BIP. Um código BIP-(n,m) genérico pode ser representado pela matriz:
⎡ x1,1
⎢x
⎢ 2,1
⎢ ...
⎢
⎣ xn ,1
•
y1 ⎤
y2 ⎥
⎥
... ... ⎥
⎥
xn , m y n ⎦
x1, 2 .... x1, m
x2, 2 ..... x2, m
...
...
xn , 2
...
xi,j : bit da sequência de entrada
yi: bit de paridade de ordem i
yi = xi ,1 ⊕ xi , 2 ⊕ ⋅ ⋅ ⋅ ⊕ xi , m
Os blocos correspondem aos contentores virtuais ou às tramas STM-N.
© João Pires
Tipo de bloco
Nº de bits por bloco
BIP-(n,m)
VC-11
832
BIP-(2,416)
VC-12
1120
BIP-(2,560)
VC-2
3424
BIP-(2,1712)
VC-3
6120
BIP-(8,765)
VC-4
18792
BIP-(8,2349)
STM-1
19440
BIP-(8,2430)
Redes de Telecomunicações (10/11)
Relação entre a dimensão
do bloco e o código BIP
229
Código de Paridade de Bits Entrelaçados
•
O código de paridade de bits entrelaçados de ordem n ou BIP-n (bit
interleaved parity) é obtido calculando a soma módulo 2 de n grupos de bits e
colocando o resultado numa palavra de controlo constituída por n bits.
m bits
n bits
BIP-8
B1
BIP-24
B2 B2 B2
BIP-8
B3
BIP-2
V5
Soma módulo 2
Palavra de controlo constituída
por n bits
BIP-n
•
O BIP-n é calculada sobre os correspondentes bits da trama actual e o
resultado é transmitido nos octetos B1, B2, B3, ou nos dois primeiros bits do
V5 da trama seguinte. Na recepção o BIP-n é recalculado, e qualquer
discrepância entre este e o valor recebido é vista como um erro de bloco.
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
230
Eventos e Parâmetros de Desempenho
Bloco errado (EB, Errored Block): Bloco em que um ou
mais bits estão errados.
Segundo com erros (ES, Errored Second): Período de
tempo de um segundo com um ou mais blocos errados.
Eventos
Segundo gravemente errado (SES, Severely Errored
Second): Período de tempo de um segundo com ≥ 30% de
blocos errados, ou no mínimo com um defeito.
Erro de bloco residual (BBE, Background Block Error):
Um bloco errado que não faz parte de um SES.
Razão de segundos errados (ESR, Errored Second
Ratio): Razão entre os ES e o número total de segundos
correspondentes a um determinado intervalo de medida.
Parâmetros
Todos os parâmetros só consideram
o tempo de disponibilidade.
© João Pires
Razão de segundos gravemente errado (SESR, SES
Ratio): Razão entre os SES e o número total de segundos
correspondentes a um determinado intervalo de medida.
Razão de erro de bloco residual (BBER, BBE Ratio):
Razão entre os BBE e o número total de blocos num
intervalo de medida, excluindo os blocos durante SES.
Redes de Telecomunicações (10/11)
231
Disponibilidade e Caminho Hipotético
•
O período de indisponibilidade começa no início de um intervalo de tempo
que contem no mínimo 10 SESs consecutivos e termina no início de um
intervalo de tempo que contem no mínimo 10 segundos não SES.
Segundo livre de erros
Segundo gravemente errado
10 s
10 s
Detectada a
indisponibilidade
Segundo com erros (não SES)
Período de disponibilidade
Período de indisponibilidade
•
Detectada a
disponibilidade
Para a definição dos objectivos extremo-a-extremo a norma G.826 considera
um caminho hipotético de referência de 27 500 km.
País terminal
PEP
CAN
IEN
Ligação interpaís
Países intermédios (assume-se quatro)
IG
IG
IG
IG
(Ex:cabo
submarino)
País terminal
IG
PEP
IG
Parte nacional
Parte internacional
Parte nacional
Caminho hipotético de referência (27 500 km)
PEP: Path End Poin ; IG: International Gateway; CAN: Customer Access Network; IEN: Interexchange Network
© João Pires
Redes de Telecomunicações (10/11)
232
Objectivos Extremo-a-Extremo
•
Objectivos extremo-a-extremo para o caminho hipotético de 27500 km
Débito bináro (Mbit/s)
Bits/Bloco
•
1.5 a 5
800 a 5000
>5 a 15
2000 a 8000
>15 a 55
>55 a 160
>160 a 3500
4000 a 20000
6000 a 20000
15000 a 30000
Não especificado
ESR
0.04
0.05
0.075
0.16
SESR
0.002
0.002
0.002
0.002
0.002
BBER
2x10-4
2x10-4
2x10-4
2x10-4
10-4
Distribuição dos objectivos extremo-a-extremo da norma G.826
Parte Nacional
Parte Internacional
Alocação em bloco
Alocação em função
da distância
Alocação em bloco
Alocação em
função da distância
17.5% para cada
país terminal
1% por 500 km
2% pelos países
intermédios
1% por país terminal
1% por 500 km
© João Pires
Países terminais (2x17.5%+2x1%) ⇒37%
Países intermédios(4x2%)
⇒ 8%
Função da distância (55x500km) ⇒ 55%
Total
⇒100%
Redes de Telecomunicações (10/11)
Para obter a distância operacional o ITUT aconselha a multiplicar a distância
geográfica por 1.5
233
Relação entre os Parâmetros da Norma e o
BER
•
Admite-se que os erros são aleatórios e que os bits são independentes e que
apresentam uma razão de erros binários de p. O número de bits transmitidos
num segundo é Nb (Nb = Db →débito binário). O parâmetro ESR é dado por
Admite-se independência estatística
dos erros e que o código detector é
ideal.
ESR = P (ES) = 1 − (1 − p ) Nb
•
Seja R o número de bits por bloco (DbxΔt, Δt: duração de um bloco). A
probabilidade de erro de um bloco é
BBER ≈ P (EB)
P( EB) = p B = 1 − (1 − p) R
•
Seja N o número de blocos presentes no intervalo de tempo de 1s e Ne o
número de blocos errados nesse intervalo de tempo. Um segundo gravemente
errado corresponde ao evento Ne/N≥ 0.3.
SESR ≈ P ( SES ) = P(0.3 N ≤ N e ≤ N ) =
© João Pires
⎛ N ⎞ Ne
∑ ⎜⎜ N ⎟⎟ pB (1 − pB ) N − N e
N e = 0.3 N ⎝ e ⎠
N
Redes de Telecomunicações (10/11)
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