Otimização e Planeamento de Redes OTN Para Transporte de Tráfego Ethernet

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Otimização e Planeamento de Redes OTN 
Para Transporte de Tráfego Ethernet 
 
 
 Maria Catarina Rodrigues Taful 
 
 
 
Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em 
Engenharia Eletrotécnica e de Computadores 
 
 
Júri 
 
Presidente: Prof. Fernando Duarte Nunes 
Orientador: Prof. João José de Oliveira Pires 
Co-orientador: Eng. João Miguel Lopes dos Santos 
Vogal: Prof. Paulo Miguel Nepomuceno Pereira Monteiro 
Vogal: Prof. Paulo Luís Serras Lobato Correia 
 
 
 
Novembro de 2013 
ii 
 
 
i 
 
Agradecimentos 
 
Em primeiro lugar quero agradecer ao Prof. João Pires por me ter atribuído esta dissertação e 
me ter orientado no seu desenvolvimento. 
Quero agradecer também ao João Miguel Santos (Coriant) por tão bem ter co-orientado este 
trabalho e por toda a ajuda, esclarecimentos e sugestões fornecidas que foram indispensáveis para a 
realização do trabalho apresentado. 
Não posso deixar de agradecer à minha equipa de trabalho na Portugal Telecom, que sempre 
me deu flexibilidade e que possibilitou a realização desta dissertação enquanto trabalhadora-
estudante. 
Tenho adicionalmente de agradecer à minha mãe por me ter possibilitado estudar em Lisboa 
no Instituto Superior Técnico, onde tenho consciência que se abriram muitas portas. 
Quero adicionalmente agradecer a todas as pessoas que, de uma forma ou de outra, me 
deram apoio e me fizeram continuar com a realização deste trabalho. 
ii 
 
 
iii 
 
Resumo 
 
As redes OTN (Optical Transport Network) surgiram como uma evolução das redes NG-SDH 
(Next Generation Synchronous Digital Hierarchy). As últimas transportam de forma eficiente os sinais 
Ethernet sobre os quais é transportado o tráfego IP (Internet Protocol). Com o aumento do tráfego 
pedido às redes de transporte torna-se imperativa a otimização da gestão da largura de banda 
disponível. Nesta dissertação são analisadas e comparadas as soluções existentes para o transporte 
de tráfego nas redes OTN que visam aproveitar de forma eficaz os recursos disponíveis nas mesmas, 
a VCAT (Virtual Concatenation) e ODUflex (Flexible Optical Data Unit). São adicionalmente 
estudados métodos para o ajuste dinâmico da largura de banda utilizada no transporte de tráfego – 
LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme), HAO (Hitless Adjustment of ODUflex) e outras 
alternativas. O desempenho destas tecnologias é aferido com base na probabilidade de bloqueio da 
capacidade obtido com cada uma, bem como nos atrasos inseridos com o ajuste da capacidade 
alocada às ligações. Adicionalmente as redes OTN estão-se a tornar cada vez mais óticas ou 
transparentes, permanecendo os sinais sempre no domínio ótico. No entanto tal transparência ainda 
não é viável pois não garante a qualidade de transmissão QoT (Quality of Transmission) necessária, 
sendo geralmente implementado um esquema híbrido entre uma rede transparente e uma rede opaca 
(onde há conversão e regeneração dos sinais em todos os nós), o qual representa uma rede 
translúcida. Nesta dissertação são também é analisado o desempenho conseguido com os três tipos 
de rede. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Palavras-chave 
 
HAO, LCAS, ODUflex, OTN, RWA, VCAT 
iv 
 
Abstract 
 
OTN (Optical Transport Network) was designed as an evolution of NG-SDH (Next-Generation 
Synchronous Digital Hierarchy). The latter can transport in a proper and efficient manner Ethernet 
signals on which IP traffic is transmitted. The augmentation of the requested traffic to transport 
networks makes it essential for the bandwidth management to be optimized. In this paperwork it is 
made an analysis and counterweight of the existing methodologies so far, VCAT (Virtual 
Concatenation) and ODUflex (Flexible Optical Data Unit), which allow an efficient allocation and 
management of the network resources. It is farther researched and studied some capacity adjustment 
schemes – LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme), HAO (Hitless Adjustment of ODUflex) and 
some other alternatives – allowing a dynamic network resources allocation. The performance of the 
studied technologies was acquired based on the bandwidth blocking ratio obtained and on the delays 
introduced by the analyzed capacity adjustment schemes. Furthermore, the predicted future of OTN is 
to become a transparent network where a lightpath is routed, from a source to a destination node, 
without undergoing optical-electrical conversion at any intermediate node, leading the signal to remain 
in the optical domain. Nevertheless, nowadays such transparency it is still not possible due to the low 
QoT (Quality of Transmission) that can be achieved. Hence, it is usually implemented a hybrid solution 
– Translucent – between a transparent and an opaque network (where all nodes perform optical-
electric conversion). In this master thesis it is also prospected the performance of those three network 
implementations. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Keywords 
 
HAO, LCAS, ODUflex, OTN, RWA, VCAT 
v 
 
Índice 
 
Agradecimentos .........................................................................................................................................i 
Resumo ................................................................................................................................................... iii 
Abstract.................................................................................................................................................... iv 
Índice ........................................................................................................................................................v 
Lista de Figuras ...................................................................................................................................... vii 
Lista de Tabelas ...................................................................................................................................... ix 
Lista de Abreviaturas ................................................................................................................................x 
1 Introdução ........................................................................................................................................ 1 
1.1 Motivação ................................................................................................................................. 1 
1.2 Enquadramento do trabalho ...................................................................................................... 3 
1.3 Objetivos e estrutura ................................................................................................................. 5 
1.4 Contribuições ............................................................................................................................ 6 
2 Multiplexagem em Redes de Transporte ........................................................................................ 7 
2.1 Redes SDH .............................................................................................................................. 7 
2.2 Redes OTN .............................................................................................................................. 8 
2.3 Concatenação Virtual e Ajuste Dinâmico da Capacidade....................................................... 13 
2.3.1 Concatenação Virtual - VCAT ............................................................................................ 14 
2.3.2 Ajuste Dinâmico da Capacidade – LCAS ........................................................................... 17 
3 Operações efetuadas pelo LCAS e atrasos correspondentes ...................................................... 19 
3.1 Adição de membros ............................................................................................................... 19 
3.2 Remoção permanente de membros ......................................................................................21 
3.3 Remoção temporária de membros ........................................................................................ 22 
3.3.1 Remoção de membros .................................................................................................. 22 
3.3.2 Restabelecimento do débito binário .............................................................................. 22 
3.4 Resultados Obtidos com a Tecnologia VCAT com LCAS ..................................................... 23 
3.5 Conclusões ............................................................................................................................ 26 
4 ODUflex: A evolução da VCAT em redes OTN ............................................................................. 27 
4.1 ODUflex (CBR) e ODUflex (GFP).......................................................................................... 28 
4.1.1 ODUflex (CBR) .............................................................................................................. 28 
4.1.2 ODUflex (GFP) .............................................................................................................. 29 
4.2 Ajuste da capacidade ODUflex (GFP) ................................................................................... 31 
4.2.1 Método 1 ........................................................................................................................ 32 
4.2.2 Método 2 ........................................................................................................................ 38 
4.2.3 Método 3 ........................................................................................................................ 41 
4.3 Resultados Obtidos com a Tecnologia ODUflex ................................................................... 44 
4.4 Comparação dos Métodos Estudados .................................................................................. 47 
4.5 Conclusões: VCAT vs. ODUflex ............................................................................................ 48 
5 Planeamento e Encaminhamento em Redes OTN ....................................................................... 49 
vi 
 
5.1 Caracterização da Rede e do Tráfego .................................................................................. 49 
5.2 Redes Opacas, Transparentes e Translúcidas ..................................................................... 50 
5.2.1 Colocação de Regeneradores em Redes Translúcidas ................................................ 53 
5.3 Caracterização Geral do Simulador de Rede ........................................................................ 54 
5.3.1 Gerador de Pedidos de Tráfego .................................................................................... 55 
5.3.2 Simulador de Encaminhamento de Tráfego .................................................................. 58 
5.4 Resultados Obtidos ............................................................................................................... 62 
5.5 Conclusões ............................................................................................................................ 77 
6 Considerações Finais .................................................................................................................... 79 
6.1 Conclusões Finais ................................................................................................................. 79 
6.2 Trabalho Futuro Sugerido ...................................................................................................... 80 
Apêndice ................................................................................................................................................ 81 
A. Débitos nominais dos sinais OTUk, ODUk e OPUk ...................................................................... 81 
B. Multiplexagem por Divisão no Tempo (TDM) ................................................................................ 82 
C. Topologias físicas das redes analisadas e dados das mesmas ................................................... 83 
D. Atrasos do protocolo LCAS ........................................................................................................... 85 
E. ITU-T HAO – BWR (Bandwidth Resize Protocol) .......................................................................... 86 
F. Atrasos dos protocolos de ajuste de capacidade ODUflex(GFP) ................................................. 91 
G. Mapeamento e Justificação de Octeto (BMP e GMP) .................................................................. 92 
H. Fluxograma dos simuladores desenvolvidos ................................................................................ 93 
I. Tempo de Geração dos Pedidos de Tráfego ................................................................................ 95 
J. Algoritmos: K caminhos mais curtos e RP .................................................................................... 96 
K. Descrição dos algoritmos de Encaminhamento e Atribuição de Comprimento de Onda ............. 97 
L. Resultados obtidos com os simuladores de tráfego dinâmico ...................................................... 99 
7 Bibliografia ................................................................................................................................... 101 
 
 
 
vii 
 
Lista de Figuras 
 
Figura 1.1 – Estimativa de Tráfego Internet Mensal até 2020 (Peta Bytes) (baseado em [1]). .................... 1 
Figura 1.2 – Áreas de responsabilidade das entidades OIF, IEEE e ITU [2]. .............................................. 2 
Figura 2.1 – Multiplexagem/Desmultiplexagem DWDM. ......................................................................... 7 
Figura 2.2 – Bandas do espetro utilizadas em sistemas DWDM (adaptado de [31]). ............................ 8 
Figura 2.3 – Estrutura OTH (adaptado de [32])....................................................................................... 9 
Figura 2.4 – Alguns protocolos suportados pelas redes OTN (adaptado de [37]). ............................... 10 
Figura 2.5 – Arquitetura de uma rede OTN. .......................................................................................... 11 
Figura 2.6 – Trama OTUk (k =1, 2, 3 e 4) (adaptado de [4]). .................................................................. 12 
Figura 2.7 – Interleaving feito pelo FEC (adaptado de [35] .................................................................... 12 
Figura 2.8 – Multiplexagem inversa na VCAT (adaptado de [40]). ......................................................... 14 
Figura 2.9 – Estrutura da trama OPUk-Xv (k = 1,2,3,4) [4]. .................................................................. 15 
Figura 2.10 – Codificação do cabeçalho OPU da trama OTUk [4]. ...................................................... 16 
Figura 3.1 – Diagrama temporal da adição de um membro a um VCG ou OPUk-Xv........................... 20 
Figura 3.2 – Diagrama temporal da remoção permanente de um membro a um VCG ou OTUk-Xv. .. 21 
Figura 3.3 – Diagrama temporal da remoção temporária de um membro a um VCG ou OTUk-Xv. .... 22 
Figura 3.4 – Diagrama temporal do restabelecimento do débito binário. ............................................. 23 
Figura 3.5 – Atrasos das operações LCAS nas redes a)COST239, b)NSFN, c)EON e d)UBN. .......... 25 
Figura 4.1 – Mapeamento dos sinais ODUflex (CBR) e ODUflex (GFP) [22]. ...................................... 28 
Figura 4.2 – Transporte de vários LO ODUk num HO ODU3 (adaptado de [48]). ............................... 29 
Figura 4.3 – Mapeamento GMP de um ODUflex em quatro slots tributários OPUk (k = 2,3) [49]........ 30 
Figura 4.4 – Protocolo LCR [23]. ........................................................................................................... 32 
Figura 4.5 – CabeçalhoRCOH definido pela Recomendação G.7044 da ITU-T [23]. ......................... 33 
Figura 4.6 – Diagrama temporal da adição de TSs a um sinal ODUflex(GFP). ................................... 35 
Figura 4.7 – Diagrama temporal do protocolo LCR na diminuição da capacidade da ligação 
ODUflex(GFP). ...................................................................................................................................... 37 
Figura 4.8 – Cabeçalho da multitrama de controlo do ODUflex [22]..................................................... 38 
Figura 4.9 – Diagrama temporal da operação de aumento da capacidade ODUflex(GFP). ................ 39 
Figura 4.10– Diagrama temporal da operação de diminuição da capacidade. ..................................... 40 
Figura 4.11 – Estrutura do cabeçalho ODUflex (GFP) [50]. .................................................................. 41 
Figura 4.12 – Diagrama temporal da operação de aumento da capacidade. ....................................... 42 
Figura 4.13 – Diagrama temporal da operação de diminuição da capacidade..................................... 44 
Figura 4.14 – Atrasos dos métodos estudados para o ajuste dinâmico da largura de banda de um 
sinal ODUflex (GFP) nas redes a)COST230, b)NSFN, c)EON e d)UBN. ............................................. 46 
Figura 4.15 – Atrasos máximos de ajuste da capacidade numa rede OTN com VCAT e com LCAS.. 48 
Figura 5.1 – Representação de um sinal nos nós de uma rede opaca, translúcida e transparente..... 53 
Figura 5.2 – Probabilidade de Bloqueio da Capacidade na rede EON (opaca) para as distribuições de 
tráfego a)P{0,1;0,1;0,8}, b)P{0,1;0,8;0,1}, c)P{0,1;0,1;0,8} e d)P{0,33;0,33;0,33}. ............................... 64 
viii 
 
Figura 5.3 – Probabilidade de Bloqueio na rede COST239 (opaca) para a distribuição de tráfego 
a)P{0,8;0,1;0,1}, b) P{0,1;0,8;0,1}, c) P{0,1;0,1;0,8} e P{0,33;0,33;0,33}. ............................................ 67 
Figura 5.4 – Probabilidade de Bloqueio na rede EON (opaca, translúcida e transparente) para a 
distribuição de tráfego a) P{0,8;0,1;0,1}, b) P{0,1;0,8;0,1}, c) P{0,1;0,1;0,8} e d) P{0,33;0,33;0,33}. .. 70 
Figura 5.5 – Probabilidade de Bloqueio na rede UBN (opaca, translúcida e transparente), para a 
distribuição de tráfego a) P{0,8;0,1;0,1}, b) P{0,1;0,8;0,1}, c) P{0,1;0,1;0,8} e d) P{0,33;0,33;0,33}. .. 73 
Figura 5.6 – Probabilidade de Bloqueio na rede UBN (opaca, translúcida e transparente), para a 
distribuição de tráfego a) P{0,8;0,1;0,1}, b) P{0,1;0,8;0,1}, c) P{0,1;0,1;0,8} e d) P{0,33;0,33;0,33}. .. 75 
Figura 5.7 – Atrasos máximos e médios do ajuste da capacidade. ...................................................... 76 
Figura C.1 – Topologia física e comprimento das ligações bidirecionais da rede COST239. .............. 83 
Figura C.2 – Topologia física e comprimento das ligações bidirecionais da rede NSFN. .................... 83 
Figura C.3 – Topologia física e comprimento das ligações bidirecionais da rede EON. ...................... 84 
Figura C.4 – Topologia física e comprimento das ligações bidirecionais da rede UBN. ...................... 84 
Figura E.1 – Protocolo BWR. ................................................................................................................ 86 
Figura E.2 – Diagrama temporal da operação de aumento da largura de banda de um sinal 
ODUflex(GFP). ...................................................................................................................................... 88 
Figura E.3 – Cabeçalhos OPUflex e HO OPUk [51]. ............................................................................ 90 
Figura G.1 – Multiplexagem de quatro ODU1 num ODU2. ................................................................... 92 
Figura H.1 – Fluxograma do simulador de encaminhamento de tráfego dinâmico construído. ........... 93 
Figura H.2 – Fluxograma do processamento de cada pedido de tráfego efetuado pelo simulador 
construído. ............................................................................................................................................. 94 
Figura I.1 – Tempo de geração dos pedidos de tráfego na rede EON. ................................................ 95 
Figura L.1 – Probabilidade de Bloqueio na rede UBN (opaca) para a distribuição de tráfego a) 
P{0,8;0,1;0,1}, b) P{0,1;0,8;0,1}, c) P{0,1;0,1;0,8} e d) P{0,33;0,33;0,33}. ......................................... 100 
 
 
ix 
 
Lista de Tabelas 
 
Tabela 2.1 – Duração das tramas OTUk. ............................................................................................... 13 
Tabela 2.2 – Débitos alcançados com VCAT nas redes OTN. ............................................................... 17 
Tabela 3.1 – Durações das multitramas MFI1 e MST ........................................................................... 23 
Tabela 4.1 – Débito dos slots tributários de cada sinal ODUk em Gbps [47]. ...................................... 29 
Tabela 4.2 – Duração das multitramas OPUk e das multitramas RMF. ............................................... 34 
Tabela A.1 – Débitos nominais dos sinais OTUk, ODUk e OPUk. ....................................................... 81 
Tabela C.1 – Dados das redes respeitantes ao encaminhamento pelo caminho mais curto. .............. 84 
Tabela D.1 – Atrasos médios e máximos das operações do LCAS na rede COST 239. ..................... 85 
Tabela D.2 – Atrasos médios e máximos das operações do LCAS na rede NSFN. ............................ 85 
Tabela D.3 – Atrasos médios e máximos das operações do LCAS na rede EON. .............................. 85 
Tabela D.4 – Atrasos médios e máximos das operações do LCAS na rede UBN. .............................. 85 
Tabela F.1 – Atrasos médios e máximos das trocas de mensagens para as operações de ajuste da 
capacidade de uma ligação ODUflex(GFP) na rede COST 239. .......................................................... 91 
Tabela F.2 – Atrasos médios e máximos das trocas de mensagens para as operações de ajuste da 
capacidade de uma ligação ODUflex(GFP) na rede NSFN. ................................................................. 91 
Tabela F.3 – Atrasos médios e máximos das trocas de mensagens para as operações de ajuste da 
capacidade de uma ligação ODUflex(GFP) na rede EON. ................................................................... 91 
Tabela F.4 – Atrasos médios e máximos das trocas de mensagens para as operações de ajuste da 
capacidade de uma ligação ODUflex(GFP) na rede UBN. ................................................................... 91 
Tabela L.1 – Distâncias, hops e atrasos máximos e médios nas redes EON, UBN e COST239. ....... 99 
 
 
x 
 
Lista de Abreviaturas 
 
3R – Re-time, Re-Amplify, Re-shape 
ACK – ACKnowledgement 
BBR – Bandwidth Blocking Ratio 
BER – Bit Error Rate, Bit Error Ratio 
BMP – Bit-Synchronous Mapping Procedure 
BWR – Bandwidth Resize Protocol 
BWR_IND – Bandwidth Resize Control Indicator 
CAPEX – CApital EXPenditure 
CPRI – Common Public Radio Interface 
CRB – Constant Bit Rate 
CRC – Cyclic Redundancy Check field 
CRC – Connection Resize Control 
CSF – Client Signal Fail 
CTRL – Control field/Control word 
DANTE – Delivery of Advanced Network Technology to Europe 
DD – Differential Delay 
DDC – Differential Delay Compensation 
DNU – Do Not Use 
DRC – Data Rate Control 
DS – Digital Signal 
DSC – Digital Cross-Connector 
DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing 
EDFA – Erbium Doped Fiber Amplifier 
EON – European Optical Network 
EoS – Ethernet over SDH 
FC - 8GFC – 8G Fiber Channel 
FEC – Forward Error Correction 
FF – First-Fit 
GFP – Generic Frame Procedure 
GFP-F – Frame mapped-GFP 
GID – Group Identification bit 
GMP – Generic Mapping Procedure 
HAO – Hitless Adjustment of ODUflex 
HO ODUk – High Order ODU-k 
HO OPUk – High Order OPU-k 
IA_RP –Impairment-Aware Regenerator Placement 
IB SDR – Single Data Rate InfiniBand 
IEEE – Institute of Electrical and Electronic Engineers 
xi 
 
IP – Internet Protocol 
IPTV – IP Television 
ISC – Intermediate Node State Confirmation 
ITU-T – ITU Telecommunication Standardization Sector of International Telecommunication Union 
LCAS – Link Capacity Adjustment Scheme 
LCR – Link Connection Resize Protocol 
LO ODUflex(GFP) – Low Order ODUflex(GFP) 
LO ODUj – Low Order ODU-j 
LO OPUj– Low Order OPU-j 
LSB – Least Significant Bits 
MFAS – Multiframe Alignment Signal 
MFI – Multi-frame Indicator 
MMC – Minimum Multiple Common 
MPLS – Multi-Protocol Label Switching 
MSB – Most Significant Bits 
MST – Member Status Field 
MUX – Multiplexer 
NCS – Network Connection Status 
NE – Network Element 
NEC – Nippon Electric Company Corporation 
NG-SDH – Next Generation Synchronous Digital Hierarchy 
NJO – Negative Justification Opportunity 
NSC – Network Connection Status 
NSFN – National Science Foundation Network 
NSN – Nokia Siemens Networks 
NTT – Nippon Telegraph and Telephone Corporation 
OA – Optical Amplifier 
OADM – Optical Add&Drop Multiplexer 
OC – Optical Carrier 
OCh – Optical Channel 
ODTU – Optical Channel Data Tributary Unit 
ODTUG – Optical Channel Data Tributary Unit Group 
ODU – Optical Data Unit 
ODUflex – Flexible ODU 
ODUflex(CBR) – Constant Bit Rate ODUflex 
ODUflex(GFP) – Frame mapped Generic Framing Procedure ODUflex 
OEO – Optical-Electrical-Optical Conversion 
OIF – Optical Internetworking Forum 
OLT – Optical Line Terminator 
OMFI – OPU Multiframe Identifier 
xii 
 
OMS – Optical Multiplex Section 
OPEX – OPerational EXpediture 
OPU – Optical Payload Unit 
OSNR – Optical Signal-To-Noise Ratio 
OTH – Optical Transport Hierarchy 
OTM – Optical Transport Module 
OTN – Optical Transport Network 
OTU – Optical Transport Unit 
OTUaddapt – Optical Transport Unit Addapt 
OXC – Optical Cross-Connector 
PCK – Packet 
PEM – Padrão de Enquadramento de Multitrama 
PJO – Positive Justification Opportunity 
PSI – Payload Structure Identifier 
PSS – Photonic Service Switch 
PT – Portugal Telecom 
QoS – Quality of Service 
QoT – Quality of Transmission 
RCOH – Resize Control Overhead 
REG – Electrical Regenerator 
RLP – Regenerator Placement Problem 
RMF – Resize Multi-Frame 
ROADM – Reconfigurable Optical Add&Drop Multiplexer 
RP – Regenerator Placement problem 
RP – Resizing Protocol indicator 
RS – Reed-Salomon 
RS-Ack – Re-Sequence Acknowledge 
RSC – Resizing State Confirmation 
RWA – Routing and Wavelength Assignment 
SDH – Synchronous Digital Hierarchy 
SG – Study Group 
SONET – Synchronous Optical NETwork 
SQ – Sequence Indicator 
STM – Synchronous Transport Module 
STS – Synchronous Transport Signal 
TCM – Tandem Connection Monitoring 
TDM – Time Division Multiplexing 
TSOH – Tributary Slot Overhead 
TP# – Tributary Port Number 
TPID – Tributary Port ID 
xiii 
 
TS – Time Slot 
TSCC – Tributary Slot Connectivity Check 
TSGS – Tributary Slot Group Status 
TSN – Tributary Slot Number 
VC – Virtual Container 
VCAT – Virtual Concatenation 
VCG – Virtual Concatenation Group 
VCOH – Virtual Concatenation Overhead 
VcPT – Virtual Concatenation Specific Payload Type Identifier 
VoIP – Voice over IP 
 
xiv 
 
 
 
1 Introdução 
 
1.1 Motivação 
Nos últimos anos tem havido um “
principalmente com popularização da 
mais recorrente. A gama de aplicações de vídeo na Internet também se torna cada vez maior. Desde
comunidades de partilha de vídeo, como o caso do 
conteúdos gerados por eles, até a videoconferências utilizadas nas mais diversas situações como 
educação à distância, consultas médicas à distância, reuniões,
de vídeos acedidos diariamente através da Internet tomou proporções elevadíssimas, requerendo assim 
cada vez mais uma maior largura de banda e melhor eficiência na forma como os mesmos são 
transmitidos. Fazendo referência ao 
são vistos mais de 4 mil milhões de vídeos diariamente neste 
que em Maio de 2011 a visualização rondava os 3 mil milhões
Youtube revelou que no início de 2012 eram descarregados do
vídeo, já em Maio de 2011 eram descarregadas 48 horas. O aparecimento de serviços 
serviços CloudComputing, dos Dat
ao aumento de tráfego introduzido nas redes de transporte. Pode
(baseado em [1]) que o aumento do tráfego de dados vai continuar a aumentar ao longo dos 
anos, em cerca de 20 – 25 % em cada ano.
Figura 1.1 – Estimativa de Tráfego Internet Mensal até 2020 (
 
Deste modo têm havido um trabalho 
equipamento de rede e as entidades IEEE (
(Internationl Telecommunications 
Internetworking Forum) de forma a conseguir evoluir as redes de transporte óticas para débitos de 100 
Gbps por comprimento de onda de forma a conseguir dar resposta a este aumento contínuo de tráfego de 
dados a circular nas redes. Este processo foi dividido de cer
do sinal cliente (IEEE), a parte do transporte do sinal cliente (ITU
interligação de redes e do encaminhamento entre elas (OIF). A
0
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Tráfego Mensal 
[Milhares de PB
1 
Nos últimos anos tem havido um “boom” no tráfego de dados a circular nas redes de transporte, 
principalmente com popularização da Internet. A visualização de vídeos através da Internet é cada vez 
mais recorrente. A gama de aplicações de vídeo na Internet também se torna cada vez maior. Desde
comunidades de partilha de vídeo, como o caso do Youtube, em que os utilizadores podem partilhar 
conteúdos gerados por eles, até a videoconferências utilizadas nas mais diversas situações como 
educação à distância, consultas médicas à distância, reuniões, em serviços como o 
de vídeos acedidos diariamente através da Internet tomou proporções elevadíssimas, requerendo assim 
cada vez mais uma maior largura de banda e melhor eficiência na forma como os mesmos são 
ência ao Youtube, no início do ano de 2012 a agência 
são vistos mais de 4 mil milhões de vídeos diariamente neste site, mais 25% do que há 8 meses antes, já 
que em Maio de 2011 a visualização rondava os 3 mil milhões de vídeos. A Google, empresa detentora do 
revelou que no início de 2012 eram descarregados do Youtube, por minuto, cerca de 60 horas de 
vídeo, já em Maio de 2011 eram descarregadas 48 horas. O aparecimento de serviços 
Data Centers e dos Smart Devices com acesso à internet, também levou 
ao aumento de tráfego introduzido nas redes de transporte. Pode-se deduzir e é visível na 
que o aumento do tráfego de dados vai continuar a aumentar ao longo dos 
25 % em cada ano. 
 
Estimativa de Tráfego Internet Mensal até 2020 (Peta Bytes) (baseado em 
Deste modo têm havido um trabalho conjunto entre operadoras de rede, fornecedores de 
equipamento de rede e as entidades IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers
Internationl Telecommunications Union – Telecommunication Standardization Sector
) de forma a conseguir evoluir as redes de transporte óticas para débitos de 100 
Gbps por comprimento de onda de forma a conseguir dar resposta a este aumento contínuo de tráfego de 
dados a circular nas redes. Este processo foi dividido de certo modo em três categorias distintas, a parte 
do sinal cliente (IEEE), a parte do transporte do sinal cliente (ITU-T) e a parte do internetworking
interligação de redes e do encaminhamento entre elas (OIF). A Figura 1.2 [2] ilustra essa
Tráfego Mensal 
[Milhares de PB]
” no tráfego de dados a circular nas redes de transporte, 
A visualização de vídeos através da Internet é cada vez 
mais recorrente. A gama de aplicações de vídeo na Internet também se torna cada vez maior. Desde 
, em que os utilizadores podem partilhar 
conteúdos gerados por eles, até a videoconferências utilizadas nas mais diversas situações como 
em serviços como o Skype. A quantidade 
de vídeos acedidos diariamente através da Internet tomou proporções elevadíssimas, requerendo assim 
cada vez mais uma maior largura debanda e melhor eficiência na forma como os mesmos são 
, no início do ano de 2012 a agência Reuters divulgou que 
, mais 25% do que há 8 meses antes, já 
, empresa detentora do 
, por minuto, cerca de 60 horas de 
vídeo, já em Maio de 2011 eram descarregadas 48 horas. O aparecimento de serviços TriplePlay, dos 
Centers e dos Smart Devices com acesso à internet, também levou 
se deduzir e é visível na Figura 1.1 
que o aumento do tráfego de dados vai continuar a aumentar ao longo dos próximos 
 
) (baseado em [1]). 
conjunto entre operadoras de rede, fornecedores de 
Institute of Electrical and Electronics Engineers), ITU-T 
Telecommunication Standardization Sector) e OIF (Optical 
) de forma a conseguir evoluir as redes de transporte óticas para débitos de 100 
Gbps por comprimento de onda de forma a conseguir dar resposta a este aumento contínuo de tráfego de 
to modo em três categorias distintas, a parte 
internetworking, isto é, da 
ilustra essa divisão. 
2 
 
 
Figura 1.2 – Áreas de responsabilidade das entidades OIF, IEEE e ITU [2]. 
 
Assim em Janeiro de 2008 a IEEE formou uma Task Force para desenvolver uma norma para os 
sinais 40 GbE e 100 GbE (IEEE P802.3ba [3]). Entretanto o Study Group 15 (SG 15) da ITU-T, focado em 
redes de transporte óticas e infraestruturas de redes de acesso, começou a adaptar a recomendação Rec. 
G.709 (OTN) [4] a estes sinais, tendo sido o início da definição do atual OTU4. Face a isto várias 
entidades fornecedoras de componentes de rede, conjuntamente com o OIF, começaram a desenvolver 
plataformas DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) [5] a 100 Gbps. 
Em 2010 foi materializado o conceito de 100 GbE [3], contudo na transição entre 10 Gbps e 100 
Gbps há a necessidade de ser mantida a distância máxima de regeneração, cerca de 2.000 km, de ser 
mantido o espaçamento entre canais de 50 GHz utilizado na transmissão a 10 Gbps, e de não serem 
necessárias fibras adicionais ou equipamentos adicionais, como amplificadores de linha, por exemplo. A 
transmissão a 100 Gbps requer uma relação sinal ruído ótica OSNR (Optical Signal-to-Noise Ratio) dez 
vezes superior à requerida na transmissão a 10 Gbps. As ligações a 10 Gbps utilizam o FEC (Forward 
Error Correction) para correção de erros que introduz ganhos até cerca de 6 dB, as ligações a 100 Gbps 
vão necessitar de FECs com ganhos mais elevados, de forma a atingir a mesma OSNR conseguida com 
10 Gbps [6]. Com este novo conceito começaram a aparecer routers da Juniper e da Cisco e sistemas 
DWDM das empresas mais influentes da área como a Ciena, a NSN e a Fujitsu, baseados neste conceito. 
No início de Março de 2011 a NSN (Nokia Siemens Networks) e a Juniper testaram a 
interoperabilidade entre o sistema DWDM hiT 7300 da primeira, e o router T1600 da segunda [7], sendo 
que a plataforma hitT7300 da NSN suporta 9.6 Tbps (96 canais x 100 Gbps). Em Junho de 2012 a NTT 
Communications (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) testou em conjunto com a Fujitsu e a 
NEC Corporation (Nippon Electric Company Corporation) a transmissão ótica a 100 Gbps por canal. 
Foram utilizados sistemas DWDM a 100 Gbps de ambas as empresas, o SpectralWave DW7000 da NEC 
e o FLASHWAVE 9500 DWDM da Fujitsu. O teste foi efetuado numa ligação comercial de fibra ótica de 
710 km de Tokyo a Osaka [8], [9]. Começou a haver uma convergência cada vez maior entre a oferta e a 
procura de plataformas a 100 Gbps, levando a um aumento significativo da sua implementação. 
A título de exemplo, em Dezembro de 2011, a primeira operadora de TV cabo sul-americana a 
utilizar uma rede a 100 Gbps, a Argentina’s Cablevision, escolheu o 1830 PSS (Photonic Service Switch) 
da Alcatel-Lucent para responder ao contínuo crescimento de tráfego na rede [10]. Posteriormente, em 
Outubro de 2012, também a operadora do Peru, INTERNEXA, escolheu a mesma tecnologia para 
atualizar a sua rede em conformidade com as necessidades atuais [11]. Em Agosto de 2012 a operadora 
norte-americana XO Communications, começou a preparar a rede backbone UBN, para suportar 100 
Gbps com a plataforma hiT7300 da NSN [12]. Em Portugal, a PT (Portugal Telecom) realizou em 
3 
 
Novembro de 2010 a primeira demonstração em Portugal de transmissão de sinais 100 GbE entre Lisboa 
e Porto. 
Contudo a procura de conetividade de rede tende apenas a aumentar levando à necessidade de 
soluções de 400 Gbps, sendo já especulado um novo sinal OTN com este débito. A Fujitsu, NTT e a NEC 
anunciaram em Dezembro de 2012 o início de uma parceria de investigação e desenvolvimento e cujo 
objetivo será conseguir transmitir 60 canais, a 400 Gbps cada, totalizando 24 Tbps por fibra ótica, até 2014 
[13]. Adicionalmente está em análise, pelo SG 15 da ITU-T (Question 11/15 - Signal structures, interfaces, 
equipment functions, and interworking for transport networks) uma nova tecnologia alternativa ao novo 
sinal OTN. Esta tecnologia, OTUaddapt (Optical Transport Unit Addapt), é baseada em super canais e 
consiste em utilizar múltiplos comprimentos de onda para a transmissão de um sinal, aproveitando toda a 
banda do espetro de cada canal. Mais recentemente, em Agosto de 2013, a Infinera e a DANTE (Delivery 
of Advanced Network Technology to Europe) demostraram a ligação mais rápida do mundo até à data na 
rede backbone europeia GÈANT. Esta ligação foi implementada entre Amsterdão e Hamburgo, recorrendo 
ao uso de super canais, conseguindo um débito de 26,02 Tbps [14]. 
 
1.2 Enquadramento do trabalho 
A NG-SDH é uma evolução das redes SDH, normalizada pela ITU-T na Rec. G.783 [15], que 
permitiu a compatibilização das normas europeia, americana e japonesa, conseguindo transportar os dos 
sinais por elas definidos. Esta evolução surgiu devido a limitações da SDH no transporte de tráfego 
Ethernet na SDH – EoS (Ethernet over SDH). 
O tráfego IP que inclui por exemplo Internet, VoIP (Voice-over-IP), IPTV (IP Television), é 
transportado sobre Ethernet. Daí haver uma necessidade de transportar este tráfego em redes SDH de 
forma eficiente e de este poder usufruir da QoS (Quality-of-Service) destas redes. Esta eficiência 
conseguida com a NG-SDH deve-se a três tecnologias adicionadas à SDH e normalizadas pela ITU-T: 
VCAT normalizada na Rec. G.707 [16], LCAS normalizado na Rec. G.7042 [17] e GFP (Generic Frame 
Procedure) normalizado na Rec. G.7041 [18]. 
Contudo, como referido em 1.1, há um aumento crescente do tráfego a circular nas redes de 
transporte, levando à necessidade de criação de novos sinais com maior capacidade e até de novas redes 
que suportem toda a largura de banda necessária. As redes NG-SDH estão normalizadas para o 
transporte de tráfego até 40 Gbps, não fornecendo suporte nem meios para débitos superiores. Os sinais 
Ethernet já alcançam atualmente os 100 Gbps (100 GbE). Assim foi normalizada a OTN, na Rec. G.709, 
suportando esta débitos superiores aos suportados pelas redes NG-SDH e contornando esta limitação. 
Nesta dissertação é avaliado o desempenho da VCAT e do LCAS em redes OTN, com base no estudo 
das mesmas em redes NG-SDH feito em [19] e [20]. Nestes dois trabalhos é constatada uma diminuição 
bastante acentuada da probabilidade de bloqueio da capacidade quando utilizada a tecnologia VCAT que 
possibilita o multipercurso de um sinal cliente, em vez da tecnologia antecessora das redes SDH, a 
concatenação contínua que apenas permitia o transporte de um sinal por um único caminho. 
O aumento incessante de tráfego a ser injetado nas redes de transporte leva também à 
necessidade de redes dinâmicas capazes de alocar largura de banda de forma eficiente, adaptável ao 
débito do sinal a transportar. Estes sistemas são capazes de num curto espaço de tempo ajustar a largura 
4 
 
de banda utilizada no transporte de sinais de débito variável, de forma a conseguir uma gestão mais 
apropriada e adequada da mesma. Uma alocação dinâmica da largura de banda no transporte de um sinalpermite reduzir o desperdício de largura de banda que não esteja a ser utilizada. Desta forma, o ODUflex 
surgiu, normalizado pela ITU-T em [4] como uma nova alternativa à VCAT em redes OTN, capaz de uma 
maior eficiência na alocação de recursos nas redes de transporte óticas. Com o aparecimento da 
tecnologia ODUflex surgiu também um novo sinal ODU0 de granularidade mais fina pensado para o 
transporte de sinais 1 GbE. A agregação de tráfego (Traffic Grooming) possibilita a multiplexagem de 
vários sinais cliente num único módulo de transporte, de forma a melhor aproveitar e utilizar a sua 
capacidade. Uma granularidade fina dos payloads onde estes sinais são mapeados e que posteriormente 
são introduzidos nas unidades básicas de transporte, favorece um acréscimo ainda mais significativo da 
eficiência de utilização da banda disponível na rede pois permite que seja alocada uma banda próxima da 
estritamente necessária. Uma comparação genérica entre o ODUflex e a VCAT, clarificando as vantagens 
do primeiro, é feita em [21]. 
Adicionalmente, no ajuste dinâmico da largura de banda de um sinal deve ser tido em conta o 
atraso que o mesmo acarreta e, devem ser implementadas soluções em que este atraso não seja crítico e 
que não obriguem ao término de toda a ligação e posterior restabelecimento. São diversas as propostas e 
patentes elaboradas recentemente para o ajuste dinâmico de sinais de débito variável mapeados num 
ODUflex, equivalentes ao LCAS para a VCAT. Nesta dissertação são analisadas algumas dessas 
propostas, definidas em [22], [23] e [24] e são geradas formulas matemáticas representativas dos atrasos 
inerentes aos métodos propostos, sendo feita uma comparação entre os métodos abordados. Tanto 
quanto a autora tem conhecimento, não existem publicações que avaliem o desempenho do ODUflex, 
nem os atrasos introduzidos pelos métodos de ajuste da capacidade existentes. 
O ODUflex além da vantagem de permitir uma granularidade mais fina, colmata um problema 
introduzido com a VCAT, a necessidade de memórias elásticas para compensar o atraso diferencial DD 
(Differential Delay) introduzido pela transmissão de um sinal por caminhos distintos. A introdução de 
buffers nas redes de transporte leva a que o custo das mesmas aumente. Desta forma vários estudos e 
propostas já foram feitos para otimizar a colocação de buffers na rede. Na publicação [25] é apresentado 
um esquema em que é proposto que a compensação de atraso diferencial DDC (Differential Delay 
Compensation) seja realizada também pelos nós intermédios de um caminho e não apenas pelo nó 
destino de um sinal. Os resultados obtidos na mesma mostram que desta forma a capacidade dos buffers 
a colocar nos nós é mais reduzida, tornando o CAPEX da rede mais baixo. A publicação [26], continuação 
do trabalho apresentado em [25], propõe um esquema alternativo em que os nós intermédios que efetuam 
DDC são nós OEO, já que um sinal para ser armazenado numa memória elástica necessita de conversão 
OEO. Estes nós introduzem um custo bastante elevado à rede, assim não têm de ser colocados nós OEO 
adicionais para compensação do atraso diferencial. Este método introduz assim uma redução significativa 
no custo da rede, por minimizar a dimensão dos buffers e os nós OEO presentes numa rede de 
transporte. Com o ODUflex um sinal apenas pode ser transportado por um único caminho, eliminando 
totalmente a necessidade de colocação de buffers nas redes de transporte. Devido a isto atendendo aos 
resultados e conclusões obtidas em [19] e [20], como já referenciado, torna-se necessário avaliar o 
5 
 
desempenho em termos de BBR (Bandwidth Blocking Ratio) obtida com o ODUflex, visto perder a 
vantagem associada ao multipercurso. 
Além disto, o estudo feito em redes OTN, quer considerando a tecnologia VCAT, quer 
considerando a tecnologia ODUflex, é estendido aos três bem conhecidos tipos de OTN: transparentes 
(não implementáveis a curto ou médio prazo), opacas e translúcidas. As três vertentes, especialmente a 
última visto ser a vertente utilizada em redes OTN, têm sido nos últimos anos alvo de estudo, em 
publicações como [27], [28], [29] e [30], devido aos benefícios que podem ser conseguidos, pelas 
operadoras de rede, com a adoção de redes com número ponderado de conversores OEO, visto serem 
dispositivos com elevado custo e gasto energético. Em [27] e [28] são propostos algoritmos para 
colocação de regeneradores na rede, que visa minimizar o número de dispositivos OEO em redes OTN, 
minimizando paralelamente a BBR obtida. Em [29] é feita uma comparação de desempenho entre uma 
rede transparente, opaca e translúcida, sendo proposto um novo algoritmo RWA (Routing and Wavelength 
Assignment), que demostrou que podem ser conseguidos, em redes translúcidas, níveis de BBR bastante 
semelhantes aos obtidos numa rede opaca, com uma redução significativa do número de conversores 
OEO. Sendo estes elementos o principal contributo para o custo de redes óticas, o CAPEX de 
implementação das redes de transporte óticas é significativamente reduzido. Além disto a redução do 
número de regeneradores colocados confere às redes uma maior eficiência energética traduzindo-se 
também numa redução significativa de OPEX (OPerational EXpediture). Os regeneradores OEO não só 
regeneram um sinal garantindo QoT, como permitem conversão de lambda, levando a uma diminuição da 
BBR. Uma nova abordagem para a conversão de comprimento de onda é feita em [30]. Esta baseia-se em 
conversores de comprimento de onda totalmente óticos, capazes de converter mais do que um 
comprimento de onda, ao contrário do que acontece nos regeneradores OEO que apenas podem 
converter um único comprimento de onda. Desta forma o número de conversores de lambda pode ser 
minimizado. De notar que esta é uma tecnologia muito recente e ainda muito dispendiosa. 
O estudo feito nesta dissertação mostra uma tendência para, à medida que as redes se tornam 
mais all-optical, o multipercurso presente na VCAT perder vantagem face ao unipercurso presente na 
tecnologia ODUflex. Na publicação [28], que compara ambos os encaminhamentos numa rede 
translúcida, com variações no número de regeneradores colocados, uma conclusão semelhante é obtida. 
 
1.3 Objetivos e estrutura 
O objetivo desta dissertação é fazer um estudo e comparação da tecnologia VCAT e da tecnologia 
ODUflex, ambas aplicáveis às redes de nova geração OTN. Ambas são tecnologias que permitem o 
transporte eficiente de pedidos de tráfego numa rede de transporte ótica. Ambas as tecnologias são 
comparadas em termos de atrasos introduzidos em redes OTN aquando do ajuste da capacidade das 
ligações óticas e em termos de probabilidade de bloqueio da capacidade obtidas com cada uma. 
Adicionalmente, e uma vez que as redes OTN translúcidas se tornam cada vez mais all-optical, também é 
objetivo aferir o comportamento da VCAT e do ODUflex quando num cenário opaco, translúcido e 
transparente. 
No Capítulo 2 são introduzidas as redes de transporte NG-SDH e OTN, apresentando as vantagens 
da última face à primeira. A tecnologia VCAT é apresentada, sendo feita uma análise da mesma em 
6 
 
termos de funcionamento em redes OTN, foco de estudo nesta dissertação. É adicionalmente abordado o 
protocolo que permite o ajuste dinâmico da capacidade de ligações quando é utilizada a VCAT, o LCAS. 
No Capítulo 3 são estudadas detalhadamente as operações de ajuste da capacidade efetuadas 
pelo LCAS, sendo no final obtidas as expressões dos atrasos deste protocolo, em redes OTN. São 
também apresentados os resultados obtidos por simulação para os atrasos do mesmo, para um conjunto 
de redes de transporte de referência. 
O protocolo ODUflex, normalizado apenas para redes OTN, é analisado e detalhado no Capítulo 4. 
Neste capítulo são apresentadas três abordagens distintas para o ajuste dinâmico da capacidade das 
ligações ODUflex de capacidade variável. Desta forma é também objetivodesta dissertação, além da 
comparação entre a VCAT e o ODUflex, a comparação entre as três abordagens apresentadas para o 
ajuste de um sinal ODUflex. Assim como no caso do LCAS, também foram obtidos alguns resultados 
teóricos para os atrasos dos protocolos do ajuste da capacidade ODUflex. 
Após o estudo teórico da tecnologia VCAT com LCAS da tecnologia ODUflex com ajuste da 
capacidade nas redes OTN, são tratados no Capítulo 5 aspetos de planeamento e encaminhamento de 
sinais nas mesmas. Foi simulado o encaminhamento de tráfego dinâmico com os métodos de ambas as 
tecnologias, VCAT e ODUflex, sendo ambas comparadas relativamente à probabilidade de bloqueio da 
capacidade. Foi considerado também o encaminhamento ODUflex com a granularidade da VCAT de 
forma a compreender o impacto que este fator tem na probabilidade de bloqueio do tráfego pedido a uma 
rede de transporte ótica. Este estudo diferencia ainda os três tipos de redes existentes, opacas, 
translúcidas e transparentes, de forma a compreender as diferenças entre elas em termos de 
encaminhamento e atribuição de canais de transporte e compreensão dos impactos das limitações 
impostas em cada uma delas. 
Findo o trabalho descrito são apresentadas, no Capítulo 6, as principais conclusões e algumas 
propostas como trabalho futuro complementar. 
 
1.4 Contribuições 
A presente dissertação incluiu um trabalho de pesquisa de informação de diversas fontes e posterior 
simulação de encaminhamento de tráfego dinâmico para obtenção de alguns resultados com base na 
informação recolhida. São consideradas como principais contribuições desta dissertação: 
• Detalhe das tecnologias VCAT e LCAS aplicadas a redes OTN. 
• Detalhe da tecnologia ODUflex assim como estudo de alguns métodos propostos para o ajuste 
dinâmico da sua capacidade, no caso do ODUflex(GFP). 
• Cálculo das expressões dos atrasos, e posterior cálculo dos mesmos em algumas redes de transporte 
típicas, associados ao ajuste de largura de banda com o protocolo LCAS, quando utilizada a VCAT, e 
com os métodos propostos, quando utilizado o ODUflex. 
• Obtenção e comparação da BBR obtida com o encaminhamento e granularidade de ambas as 
tecnologias, VCAT e ODUflex, para distribuições de tráfego distintas. 
• Análise do desempenho conseguido em redes transparentes, translúcidas e opacas, permitindo 
avaliar o impacto da existência de mais possibilidades de processamento dos sinais a nível elétrico 
(quer para regeneração ou agregação de tráfego) no bloqueio de capacidade. 
7 
 
2 Multiplexagem em Redes de Transporte 
 
2.1 Redes SDH 
A hierarquia SONET (Synchronous Optical Network) foi proposta pela Bellcore (Telecordia) em 
1985, com o objetivo de transportar sinais DS-n (Digital Signal) no domínio ótico. A hierarquia SDH foi 
definida posteriormente pelo ITU-T como uma norma internacional, compatível com a SONET e com 
capacidade para transportar os sinais PDH E-n, utilizados em vez dos sinais DS-n fora da América do 
Norte, Japão e Coreia do Sul. O sinal básico SDH é conhecido como sinal STM (Synchronous 
Transport Module) e o sinal básico SONET no domínio elétrico é conhecido como sinal STS 
(Synchronous Transport Signal), enquanto no domínio ótico é conhecido como sinal OC (Optical 
Carrier). 
Inicialmente os NE (Network Element) que constituíam as redes SDH eram conectados entre 
si diretamente por cabos de fibra ótica. Todavia com a crescente necessidade de largura de banda, 
surgiram os sistemas WDM (Wavelength Division Multiplexing) que permitiram o envio de mais 
informação numa única fibra através do envio de sinais distintos em cada comprimento de onda 
dentro de uma certa banda. Esta tecnologia utiliza múltiplos lasers para transmitir múltiplos 
comprimentos de onda simultaneamente, multiplexando os diferentes sinais numa única fibra ótica. 
Cada sinal pode transmitir vários tipos distintos de dados (texto, voz, vídeo, etc.) e é propagado no 
comprimento de onda que lhe foi atribuído. Posteriormente surgiu a tecnologia DWDM (Figura 2.1) 
como uma evolução desta, cuja única diferença está num muito menor espaçamento entre cada 
comprimento de onda, permitindo o transporte de um maior número de sinais na mesma fibra ao 
mesmo tempo. 
 
Figura 2.1 – Multiplexagem/Desmultiplexagem DWDM. 
 
A tecnologia DWDM utiliza espaçamento entre canais típico de 25 GHz (~0.2 nm), 50 GHz 
(~0.4 nm), 100 GHz (~0.8 nm) ou 200 GHz (~1.6 nm). Nos sistemas óticos de transmissão é utilizada 
a chamada terceira janela, por corresponder à gama de comprimentos de onda do espetro com 
menor atenuação, dentro dessa janela são utilizadas as bandas C e L por apresentarem nessas 
frequências um maior ganho de amplificação. Como se pode ver na Figura 2.2 (adaptado de [31]), é 
utilizado um total de 90 nm para transmissão de sinais DWDM. Considerando um sistema com 
espaçamento intercanal de cerca de 0.8 nm, é possível a transmissão de 112 comprimentos de onda 
distintos numa única fibra ótica. 
8 
 
 
Figura 2.2 – Bandas do espetro utilizadas em sistemas DWDM (adaptado de [31]). 
 
Assim para atualizar as redes SONET e SDH existentes, para conseguir maiores débitos e 
para as tornar “packet friendly”, surgiram as redes de nova geração NG-SDH. Estas introduzem três 
tecnologias chave: 
 
• GFP: É uma técnica apropriada para mapear o tráfego de pacotes (Ethernet) em canais SDH 
ou OTN de débito fixo. Estão definidos dois tipos de mapeamento GFP, GFP-T (GFP-
Transparent) para mapeamento de tráfego baseado em blocos 8B/10B e GFP-F (GFP-
Framed) para mapeamento de tráfego baseado em pacotes. O protocolo GFP proporciona 
um mecanismo para encapsular diferentes sinais de dados em redes SDH ou OTN. 
 
• VCAT: É um mecanismo que permite combinar um número variável de contentores virtuais 
de diferentes ordens de modo a criar canais de capacidade muito elevada. Este mecanismo 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: Permite modificar dinamicamente a capacidade alocada pelo VCAT através da 
adição/remoção de membros do caminho estabelecido. 
 
2.2 Redes OTN 
Quase que em paralelo com o aparecimento das redes NG-SDH, foi normalizada pela ITU-T a 
tecnologia OTN. Esta surgiu no final da década de 90 como sucessora das redes SONET/SDH e foi 
normalizada pela ITU-T em 2003. A rede OTN é compatível com os padrões e tecnologias a ela 
anteriores. Esta define uma hierarquia de transporte ótica OTH (Optical Transport Hierarchy) 
estruturada em duas etapas, representadas na Figura 2.3 (adaptado de [32]). A primeira etapa é 
realizada no domínio elétrico, onde se forma a trama OTU-k estruturada numa ordem hierárquica 
assim como na SONET/SDH. A segunda etapa é realizada no domínio ótico, onde se forma o módulo 
de transporte ótico OTM-n.m (Optical Transport Module), onde n representa o número de canais 
óticos e m é dependente do tipo de sinal, sendo 0 para canais de débito misto e tomando os valores 
de k (OTUk, k = 1, 2, 3, 4) em sinais de débito fixo. Esta segunda etapa é baseada na tecnologia 
DWDM. Os sinais OTUk permitem débitos de 2,5 Gbps, 10 Gbps, 40 Gbps e 100 Gbps, para k = 1, 2, 
9 
 
3 e 4, respetivamente. Ao relembrar o crescente aumento de tráfego de dados nas redes nos últimos 
anos e com o aparecimento da necessidade de transmissões a 100 Gbps, é imediatamente visível a 
grande vantagem das redes OTN face às redes NG-SDH. Nas últimas a VCAT está normalizada para 
o transporte de débitos até aos 40 Gbps, não fornecendo suporte nem meios para débitos superiores. 
Esse problema é colmatado com o aparecimento das redes OTN. De notar que o sinal ODU4 permite 
o fácil transporte de sinais 100 GbE, já que foi a pensar nesses sinais que o mesmo foi concebido. 
 
Figura 2.3 – Estrutura OTH (adaptado de [32]). 
 
Inicialmente o sinal ODU de menor débito definido pelaITU-T era o ODU1 com uma 
capacidade de cerca de 2,5 Gbps, normalizado para transportar um sinal STM-16 de forma a facilitar 
a migração das redes NG-SDH para as redes OTN. Com isto, sinais 1 GbE eram mapeados num 
ODU1 através do protocolo GFP. Havia assim um desperdício da largura de banda disponível de 
mais de 50% quando o sinal ODU1 apenas transportava esse sinal 1 GbE ou havia perda de gestão e 
supervisão das ligações quando eram transportados no sinal ODU1 dois sinais 1 GbE. Isto porque um 
único OPUk era utilizado para transporte de dois sinais distintos, e tendo este apenas um cabeçalho, 
era perdida a informação individual de cada um dos dois sinais transportados. Devido a este facto a 
ITU-T normalizou um novo sinal para transportar mais eficientemente os sinais 1 GbE. Este novo 
sinal, o ODU0, foi definido com uma área de payload de 1,238 Gbps, metade da área de payload do 
sinal ODU1, de forma a permitir o mapeamento de dois ODU0 num ODU1. Além de resolver o 
problema identificado, permite ainda à rede uma granularidade mais fina, permitindo também aos 
operadores maximizar os seus lucros. 
As principais vantagens da OTN face à SDH são melhor técnica de correção de erros usando 
FEC, transparência perante vários protocolos, melhor escalabilidade e monitorização de conexões 
Tandem TCM (Tandem Connection Monitoring), possibilitando a monitorização de até seis ligações 
[33]. Um dos benefícios das redes OTN é o facto de introduzirem uma técnica de correção de erros, 
FEC mais avançada que as presentes na SDH e nas tecnologias anteriores. O FEC na Rec. G.709 é 
10 
 
baseado no algoritmo de Reed-Solomon RS (255,239), adicionando bits redundantes ao sinal para 
deteção e correção de erros para que os dados inseridos na rede possam ser recuperados. Na Rec. 
G.975.1 [34] são descritos FEC que utilizam algoritmos distintos do Reed-Solomon RS (255,239), 
com maiores ganhos de código, utilizados em ligações submarinas transatlânticas. Além disto, o FEC 
também melhora os efeitos da dispersão no sinal, melhora a relação sinal-ruído ótica OSNR até cerca 
de 6 dB permitindo, para uma mesma probabilidade de erro de bit BER (Bit Error Rate) ou qualidade 
de transmissão QoT, um nível de sinal até 6 dB abaixo do nível necessário sem correção de erros. 
Dito de outro modo, para o mesmo nível de potência, permite uma melhor QoT sendo que um BER de 
10-4 sem FEC pode chegar a um BER inferior a 10-12 [35], [36]. Este facto possibilita [33], [36] : 
• Requisitos de regeneração menos rígidos; 
• Distâncias mais elevadas; 
• Maior número de canais; 
• Redução dos efeitos não-lineares que degradam a OSNR; 
• Maior facilidade na introdução de elementos de rede óticos, já que a sua introdução acarreta 
uma penalidade da potência. 
 
A OTN é um padrão que permite o transporte transparente de vários sinais. Suporta diversos 
tipos de sinais incluindo sinais SDH e Ethernet, a diferentes débitos, como esquematizado na Figura 
2.4 (adaptado de [37]), mantendo as suas características originais e transportando-os de forma 
transparente. Permite que os cabeçalhos de controlo de qualquer sinal sejam transmitidos nos 
cabeçalhos da trama OTUk (definida na secção seguinte) de forma a evitar a sobrecarga causada 
pelo uso de vários protocolos. Isto significa que podem ser transportados vários sinais STM-N sem 
necessidade de modificação de nenhum dos cabeçalhos SONET/SDH [33]. 
 
 
Outra vantagem da OTN prende-se com a escalabilidade. As tecnologias anteriores a ela, 
como a SONET/SDH, foram criadas para transporte de sinais de voz, daí a granularidade destes ser 
bastante elevada. A OTN tendo sido desenvolvida para transporte de serviços com débitos muito 
mais elevados, e.g. Ethernet, tem uma granularidade mais fina e uma estrutura de multiplexagem 
menos complexa, possibilitando um transporte mais eficiente de vários sinais cliente simultaneamente 
[33], [38]. Há ainda a questão de que por vezes um sinal de um operador tem de ser transportado, 
num segmento do caminho por ele percorrido, na rede de outro operador. O operador inicial tem de 
Figura 2.4 – Alguns protocolos suportados pelas redes OTN (adaptado de [37]). 
 
conseguir monitorizar o segmento do caminho na rede do outro operador. Este tipo de ligações é 
denominado de conexões Tandem
TCM (Tandem Connection Monitoring
SONET/SDH apenas permite uma 
OTN. 
Figura 
 
Os elementos identificados na 
nomeadamente: 
• OLT (Optical Line Terminator
comprimentos de onda num fibra ótica e também 
comprimentos de onda individuais.
• OA (Optical Amplifier) – 
tipicamente a cada 80-120 km. Estes amplificadores normalmente incluem dois blocos de 
amplificação, e um compensador de dispersão situado entre esses blocos. No caso dos 
amplificadores usados nas bandas 
diferentes amplificadores para cada banda.
• REG – Regenerador Elétrico 
3R (Re-amplificação, Re-modulação e
• ROADM (Reconfigurable Optical Add&Drop Multiplexer
são usados em pontos da rede em que é necessário terminar localmente pelo menos um
comprimentos de onda transmitidos. São usados nas redes em anel, geralmente redes 
metropolitanas ou de acesso.
• OXC (Optical Cross Connector
superior a dois sendo utilizados em redes em malha.
11 
conseguir monitorizar o segmento do caminho na rede do outro operador. Este tipo de ligações é 
Tandem. A OTN inclui monotorização destas ligações 
Connection Monitoring) permitindo até seis conexões Tandem ao passo que a rede 
SONET/SDH apenas permite uma [36]. A Figura 2.5 ilustra uma arquitetura genérica de uma rede 
Figura 2.5 – Arquitetura de uma rede OTN. 
Os elementos identificados na Figura 2.5 são os principais elementos
(Optical Line Terminator) – Terminador Ótico de Linha: multiplexam diferentes 
comprimentos de onda num fibra ótica e também desmultiplexam um sinal WDM nos 
comprimentos de onda individuais. 
 Amplificador Ótico: são colocados a meio das 
120 km. Estes amplificadores normalmente incluem dois blocos de 
m compensador de dispersão situado entre esses blocos. No caso dos 
amplificadores usados nas bandas C e L, essas bandas são separadas na entrada e usam
para cada banda. 
Regenerador Elétrico – Fazem conversão do domínio ótico para o elétrico tendo funções 
modulação e Re-temporização). 
Optical Add&Drop Multiplexer) – Multiplexador Ótico:
são usados em pontos da rede em que é necessário terminar localmente pelo menos um
comprimentos de onda transmitidos. São usados nas redes em anel, geralmente redes 
metropolitanas ou de acesso. 
Optical Cross Connector): Os OXCs são equivalentes aos ROADMs mas têm grau 
superior a dois sendo utilizados em redes em malha. 
conseguir monitorizar o segmento do caminho na rede do outro operador. Este tipo de ligações é 
. A OTN inclui monotorização destas ligações através do campo 
ao passo que a rede 
uma arquitetura genérica de uma rede 
 
são os principais elementos de uma rede OTN, 
multiplexam diferentes 
desmultiplexam um sinal WDM nos 
são colocados a meio das ligações óticas, 
120 km. Estes amplificadores normalmente incluem dois blocos de 
m compensador de dispersão situado entre esses blocos. No caso dos 
, essas bandas são separadas na entrada e usam-se 
ico para o elétrico tendo funções 
Multiplexador Ótico: Os ROADMs 
são usados em pontos da rede em que é necessário terminar localmente pelo menos um dos 
comprimentos de onda transmitidos. São usados nas redes em anel, geralmente redes 
equivalentes aos ROADMs mas têm grau 
 
Trama OTN 
A trama OTUk apresenta três cabeçalhos, o cabeçalho OPU (
ODU e o cabeçalho OTU. Estes cabeçalhos permitem monitorização de caminho e de secção, 
indicação de alarme, comunicação e proteção de comutação. 
OTUk é uma estrutura composta por 4 linhas e 4.080 colunas, tendo assim um total de 4 x 4.080 = 
16.320 octetos, ou seja 16.320 x 8 bits = 130.560 bits. O cabeçalho OPU é onde é efetuado o transporte 
dos campos necessários à implementação daVCAT e d
de payload OPU forma um OPUk, sendo a área de 
de dados. 
Figura 2.6
 
A estrutura da trama OTUk é baseada na estrutura da trama ODUk complementada com o 
campo FEC, o que acrescenta mais 256 colunas à trama, perfazendo um total de 4.080 colunas. Os 
octetos das colunas 8 a 14 da linha 1 da
vai modular uma fonte ótica. O OTUk é inserido, através de um OMU (
(Optical Channel) disponível no OTM
OTM e m pode tomar os valores 1, 2, 3 ou 4, representando o tipo de OTUk transportados.
Figura 2.
 
 Como já indicado, o FEC
significa que são adicionados 16 bytes de paridade a cada 239 bytes de dados. Tem a capacidade de 
corrigir até 8 bytes errados por linha da trama OTUk quando utilizado para correção de erros 
12 
A trama OTUk apresenta três cabeçalhos, o cabeçalho OPU (Optical Payload Unit
ODU e o cabeçalho OTU. Estes cabeçalhos permitem monitorização de caminho e de secção, 
indicação de alarme, comunicação e proteção de comutação. Numa representaçã
OTUk é uma estrutura composta por 4 linhas e 4.080 colunas, tendo assim um total de 4 x 4.080 = 
16.320 octetos, ou seja 16.320 x 8 bits = 130.560 bits. O cabeçalho OPU é onde é efetuado o transporte 
dos campos necessários à implementação da VCAT e do LCAS. A junção deste cabeçalho com a área 
OPU forma um OPUk, sendo a área de payload OPU a área efetivamente útil no transporte 
6 – Trama OTUk (k =1, 2, 3 e 4) (adaptado de [4]). 
A estrutura da trama OTUk é baseada na estrutura da trama ODUk complementada com o 
campo FEC, o que acrescenta mais 256 colunas à trama, perfazendo um total de 4.080 colunas. Os 
octetos das colunas 8 a 14 da linha 1 da trama são usados para o cabeçalho OTUk. Cada sinal OTUk 
vai modular uma fonte ótica. O OTUk é inserido, através de um OMU (Optical Multiplex Unit
) disponível no OTM-n.m. Onde n representa o número de comprimentos de onda na 
e m pode tomar os valores 1, 2, 3 ou 4, representando o tipo de OTUk transportados.
.7 – Interleaving feito pelo FEC (adaptado de [35] 
FEC, na Rec. G.709, usa o código de Reed-Salomon
significa que são adicionados 16 bytes de paridade a cada 239 bytes de dados. Tem a capacidade de 
até 8 bytes errados por linha da trama OTUk quando utilizado para correção de erros 
Optical Payload Unit), o cabeçalho 
ODU e o cabeçalho OTU. Estes cabeçalhos permitem monitorização de caminho e de secção, 
representação bidirecional a trama 
OTUk é uma estrutura composta por 4 linhas e 4.080 colunas, tendo assim um total de 4 x 4.080 = 
16.320 octetos, ou seja 16.320 x 8 bits = 130.560 bits. O cabeçalho OPU é onde é efetuado o transporte 
o LCAS. A junção deste cabeçalho com a área 
OPU a área efetivamente útil no transporte 
 
A estrutura da trama OTUk é baseada na estrutura da trama ODUk complementada com o 
campo FEC, o que acrescenta mais 256 colunas à trama, perfazendo um total de 4.080 colunas. Os 
trama são usados para o cabeçalho OTUk. Cada sinal OTUk 
Optical Multiplex Unit), num OCh 
n.m. Onde n representa o número de comprimentos de onda na 
e m pode tomar os valores 1, 2, 3 ou 4, representando o tipo de OTUk transportados. 
 
Salomon RS (255,239), isto 
significa que são adicionados 16 bytes de paridade a cada 239 bytes de dados. Tem a capacidade de 
até 8 bytes errados por linha da trama OTUk quando utilizado para correção de erros ou detetar 
13 
 
até 16 bytes errados quando utilizado apenas para deteção de erros. Este torna-se bastante resiliente a 
erros em rajada quando combinado com interleaving, pois esta é uma técnica que entrelaça os bits para 
que aquando da sua reorganização os bits errados não apareçam seguidos. Desta forma podem ser 
corrigidos até 64 bits (8 octetos) ou detetados até 128 (16 octetos) bits errados por linha de uma trama 
OTUk. A técnica de interleaving subdivide assim cada linha da trama em 16 sub-tramas, visto esse ser o 
número de colunas ocupadas pelos cabeçalhos [35]. Esta separação é clarificada na Figura 2.7 
(adaptado de [35]). O débito do sinal OPU1 corresponde ao sinal STM-16, com débito 2.488.320 kbps, o 
sinal OPU2 corresponde a 4 x STM-16 ou 1 x STM-64, o sinal OPU3 a 16 x STM-16 ou 1 x STM-256 e 
o OPU4 a 40 x STM-16. A Tabela A.1 presente no Anexo A contém os débitos nominais dos vários 
sinais OTUk, ODUk e OPUk com k = 1, 2, 3 e 4 e com FEC. Uma vez que a trama é igual para os 
quatro sinais OPUk e todos têm diferentes débitos ��, a duração desta também irá ser variável sendo 
calculada através da equação 2.1: 
 
���	çã�
���� ���� � �	�	���
���� ��⁄ (2.1) 
 
Aplicando esta fórmula aos valores da Tabela A.1 são obtidos os valores apresentados na Tabela 2.1. 
 
Tabela 2.1 – Duração das tramas OTUk. 
Sinal Duração da Trama 
ODU0/OPU0 98,354 µs 
OTU1/ODU1/OPU1/OPU1-Xv 48,971 µs 
OTU2/ODU2/OPU2/OPU2-Xv 12,191 µs 
OTU3/ODU3/OPU3/OPU3-Xv 3,035 µs 
OTU4/ODU4/OPU4 1,168 µs 
 
2.3 Concatenação Virtual e Ajuste Dinâmico da Capacidade 
Nas redes SONET e SDH o método de transporte de sinais cuja carga ultrapassa a capacidade 
dos contentores normalizados era a Concatenação Contínua. Esta criava contentores de grande 
capacidade, a partir da concatenação de vários contentores normalizados, que não podiam ser 
segmentados para transmissão e que implicava que todos os elementos de rede suportassem esta 
funcionalidade. Com o aparecimento das NG-SDH e da OTN surgiu uma nova forma de concatenação, 
a Concatenação Virtual. No caso das redes NG-SDH os membros a agrupar pela VCAT denominam-se 
contentores virtuais, VCs (Virtual Containers) numa estrutura denominada grupo de concatenação 
virtual, VCG (Virtual Concatenation Group) representado por VC-x-Xv, que representa a concatenação 
de X VC-x, identificando x o tipo de VCs concatenados. Este posteriormente é transportado num STM-N 
que representa a unidade de transporte. Nas redes OTN são concatenados virtualmente X sinais OPUk, 
sendo este grupo de concatenação representado por OPUk-Xv, com k = 1, 2 ou 3. A VCAT não é 
suportada para k = 4. A unidade de transporte é denominada OTUk. A VCAT é um método de 
multiplexagem inversa e que permite que na NG-SDH os VCGs sejam segmentados em VCs ou que na 
OTN os OPUk-Xv sejam segmentados em OPUks para fins de transmissão. Os OPUks são 
transportados em ODUks, que por sua vez são transportados em OTUs. Num sinal OTUk é sempre 
mapeado um sinal ODUk. Num sinal ODUk podem ser mapeados diversos sinais ODUj. Quando um 
14 
 
sinal ODUj é mapeado num ODUk, sendo j menor do que k, os primeiros são referenciados como LO 
ODUj (Low Order ODUj), já os ODUk que os transportam são referenciados como HO ODUk (High 
Order ODUk). Por exemplo, dez LO ODU2 podem ser mapeados num HO ODU4. Quando um ODUk é 
mapeado num OTUk, não é aplicável o conceito de LO ODUj nem de HO ODUk. A VCAT a qual é um 
método de multiplexagem inversa e que permite que na NG-SDH os VCGs sejam segmentados em VCs 
ou que na OTN os OPUk-Xv sejam segmentados em OPUks para fins de transmissão. Esta nova 
tecnologia permite que apenas os nós fonte e destino de um caminho a suportem, sendo transparente 
aos restantes nós passantes. Além disto a concatenação contínua apenas permitia a concatenação de 
1, 4, 16, 64, ou 256 VC-n,m, o que no caso de contentores VC-4 corresponde a débitos fixos de 150 
Mbps, 600 Mbps, 2,5 Gbps, 10 Gbps ou 40 Gbps. A VCAT permite obter larguras de banda mais 
flexíveis pois permite a concatenação de X VC-n,m qualquer que seja X� {1,…,256}. Com a VCAT 
surgiu também o LCAS que é a tecnologia que permite o aumento ou diminuição da capacidade de um 
VCG ou OPUk-Xv sem ter de terminar uma ligação para a ajustar, isto é, durante o ajuste da largura de 
banda a ligação contínua ativa. O LCAS também permite remover temporariamente VCs ou OPUks com 
erros e voltar a adicioná-los à ligação assim que estes erros sejam corrigidos, sem terminar toda a 
ligação em causa [39]. Esta funcionalidade em conjunto com um encaminhamento dinâmico dos sinais 
possibilitaa sobrevivência das redes de transporte óticas sem necessidade de recorrer à alocação 
excessiva de largura de banda de proteção. 
 
2.3.1 Concatenação Virtual - VCAT 
A concatenação virtual é uma técnica de multiplexagem inversa compatível com várias redes de 
transporte, como a NG-SDH e a OTN. Isto é, divide um sinal cliente em múltiplos sinais individuais de 
forma a os transportar de forma mais eficiente nas redes de transporte óticas. Introduz flexibilidade nas 
redes e utiliza a largura de banda de forma eficiente já que, permitindo ela uma grande granularidade, 
os débitos formados são adaptáveis e ajustáveis ao sinal a transmitir. A VCAT permite uma migração 
simples e gradual entre tecnologias já que esta apenas tem de ser processada nos nós de origem e de 
destino dos sinais, assim os nós intermédios não têm de suportar VCAT [5], sendo esta a eles 
transparente. 
 
Figura 2.8 – Multiplexagem inversa na VCAT (adaptado de [40]). 
 
 Na concatenação virtual cada sinal de uma unidade de transporte é transportado 
individualmente ao longo da rede podendo cada um percorrer um caminho diferente, como se mostra na 
Figura 2.8 (adaptado de [40]) de forma a distribuir de forma uniforme o tráfego pelos diversos caminhos 
15 
 
evitando o seu congestionamento. Como caminhos diferentes têm distâncias diferentes, os atrasos de 
propagação também são diferentes. O tempo de chegada ao nó de destino de cada OPUk do mesmo 
OPUk-Xv vai ser diferente dependendo do caminho seguido, ocorrendo assim atrasos diferenciais entre 
eles. O tempo decorrido entre o primeiro membro a chegar ao destino e o último corresponde ao atraso 
diferencial máximo entre OPUks de um mesmo OPUk-Xv. Este atraso pode ser problemático, uma vez 
que o nó destino precisa de saber a ordem correta dos membros para poder reconstruir a sequência 
recebida. Assim este atraso tem de ser compensado e alguns estudos, por exemplo [26], [41], [42] e 
[25], foram feitos para verificar o impacto deste atraso e como o resolver. Para contornar o problema da 
reordenação dos membros cada nó tem uma memória para ir armazenando os membros que chegam 
desordenados. Além disso cada OPUk do OPUk-Xv tem um cabeçalho de caminho próprio que inclui 
dois campos de controlo da VCAT: 
 
• SQ (Sequence Number) – define a posição do OPUk dentro do OPUk-Xv de forma a permitir 
que o nó destino consiga restaurar a sequência enviada pelo nó fonte na ordem correta. 
• MFI (Multiframe Indicator) – indicador de multitrama; 
 
 
Como o cabeçalho de caminho apenas é processado nos nós fonte e destino, apenas estes têm 
de suportar a VCAT. Todos os outros nós que pertencem ao caminho apenas têm de encaminhar os 
sinais não tendo de suportar VCAT. 
Com a VCAT nas redes OTN, X OPUks são concatenados virtualmente para formar uma 
estrutura OPUk-Xv, representada na Figura 2.9 [4]. A trama OPUk ocupa os octetos 15 a 3.824 das 4 
linhas da trama OTUk, tendo assim no total 3.810 colunas. Após a concatenação virtual de X tramas 
OPUk a trama OPUk-Xv é formada por X x 3.810 colunas, em que as duas primeiras colunas 
Figura 2.9 – Estrutura da trama OPUk-Xv (k = 1,2,3,4) [4]. 
16 
 
correspondem ao cabeçalho OPUk-Xv e as restantes 3.808 à área de payload de todos os X membros, 
sendo esta a área útil da trama onde os dados efetivamente são transportados. Os octetos são 
transmitidos por interposição de octeto, isto é, por exemplo é transmitido o octeto 15 da linha 1 do 
OPUk#1, seguidamente o octeto 15 da linha 1 do OPUk#2, depois o octeto 15 da linha 1 do OPUk#3, e 
assim sucessivamente. Cada OPUk de um OPUk-Xv é transportado num ODUk, e os X OPUks que 
transportam os X OPUks formam a estrutura OPUk-Xv. Uma vez que cada ODUk é transportado 
individualmente na rede, o que leva a que diferentes ODUks de um mesmo OPUk-Xv percorram 
diferentes caminhos, logo vão ter atrasos de propagação diferentes o que leva a um atraso diferencial 
como ocorria nas redes NG-SDH. Assim como nestas redes, também nas redes OTN este atraso tem 
de ser compensado de forma a conseguir corretamente realinhar os dados transportados na área de 
payload quando estes chegam ao destino. A Figura 2.10 [4] ilustra a estrutura e codificação do 
cabeçalho OPU de cada OPUk do OPUk-Xv. 
 
 
O campo PSI (Payload Structure Identifier) é transportado no octeto 15 da linha 4 de cada 
OPUk do OPUk-Xv, sendo assim composto por 256 octetos, uma vez que é suportada a concatenação 
de X = 256 OPUk. No octeto 1 do campo PSI do OPUk-Xv, PSI[1] transportado na segunda trama da 
multitrama OPUk-Xv, é transportado o campo vcPT (VCAT Specific Payload Type Identifier) que indica 
o tipo de payload do OPUk-Xv. O bit CSF (Client Signal Fail) localizado no bit 1 do octeto PSI[2], é 
usado para suporte dos sistemas de gestão locais, é definido para indicar se há uma falha no sinal, 
caso haja uma falha o CSF é colocado a “1”, caso contrário é colocado a “0”. O cabeçalho referente à 
concatenação virtual, VCOH (Virtual Concatenation Overhead), está contido nos três primeiros octetos 
da coluna 15 da trama OTUk, ou seja no cabeçalho OPUk, formando uma estrutura de 32 tramas. Isto 
porque o sinal OPU3 é o sinal OPUk com maior número de tramas suportado pela VCAT. Esta estrutura 
Figura 2.10 – Codificação do cabeçalho OPU da trama OTUk [4]. 
17 
 
é composta por 32 tramas pois um sinal OPUk tem no máximo 32 slots tributários (Anexo B), 
considerando uma granularidade OPU0. Esta estrutura é repetida 8 vezes na multitrama de primeiro 
estágio composta por 256 tramas e é utilizada para transporte dos números de sequência (SQ) das 
tramas e do cabeçalho de controlo do protocolo LCAS. Este estágio utiliza o octeto MFAS (Multiframe 
Alignment Signal) para indicar o número de multitrama, sendo este incrementado a cada trama OPUk. 
Assim, como 28 = 256, a multitrama de primeiro estágio é composta de 256 tramas [0, 255]. Assim a 
duração desta trama, tipicamente denominada MFI é de ����� = 256 x 48,971 µs =12,537 ms (k = 1), 
256 x 12,191 µs = 3,121 ms (k = 2) e 256 x 3,035 µs = 0,777 ms (k = 3). O atraso diferencial DD máximo 
permitido é de metade da duração da multitrama, de forma a poder ser definido se a cada instante se o 
que está a ser recebido no recetor corresponde à multitrama X ou à X+1. Assim este corresponde a 
6,269 ms (k = 1), 1,561 ms (k = 2) e 0,389 ms (k = 3). Sendo o atraso de propagação típico em fibras 
óticas de 5 µs/km, o atraso diferencial máximo permitido é ultrapassado para diferenças entre distâncias 
percorridas entre OPUks do mesmo OPUk-Xv de 1254 km (k = 1), 312 km (k = 2) e 155 km (k = 3). Em 
redes de núcleo e metropolitanas esta diferença é frequentemente ultrapassada, o que exige que sejam 
suportados atrasos diferenciais superiores. Por isto existe também um segundo estágio.O segundo 
estágio usa os octetos do VCOH correspondentes ao MFI1 e MFI2, formando estes um contador de 
multitrama de 16 bits com os bits MSB (Most Significant Bits) no MFI1, localizado no VCOH1[0], que 
representa o octeto VCOH1 transmitido no cabeçalho do primeiro slot tributário de cada OPUk, e os 
LSB (Least Significant Bits) no MFI2, localizado no VCOH1[1], que representa o octeto VCOH1 
transmitido no cabeçalho do segundo slot tributário de cada OPUk. O contador de multitrama do 
segundo estágio é iniciado em 0 e acaba em 65.535, sendo incrementado ao início de cada multitrama 
do primeiro estágio (MFAS = 0), ou seja a cada 256 tramas transmitidas. A multitrama resultante da 
combinação de ambas as multitramas é composta por 16.777.216 tramas OPUk. O campo SQ é 
composto por 8 bits, permitindo assim valores de X até 256, e é transportado no VCOH1[4]. Cada 
OPUk de um OPUk-Xv tem um SQ de 0 a (X-1). Assim, com a VCAT é possível obter débitos até os 
referenciados na Tabela 2.2. Alguns destes débitos são bastante elevados não tendo atualmente 
sentido prático. Recorde-se que nas redes NG-SDH os débitos máximos conseguidos eram de 40