Conceitos básicos SDH Datacom

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<p>1</p><p>Conceitos PDH e SDH</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 2</p><p>A partir do início da década de 1970, muitas concessionárias de serviços de telecomunicações decidiram começar a instalar</p><p>exclusivamente sistemas digitais. Essa decisão visava a implementação eventual da Rede Digital de Serviços Integrados - RDSI,</p><p>com o objetivo de oferecer a maior variedade possível de serviços aos clientes. Contudo, são necessários equipamentos digitais de</p><p>transmissão e comutação para que se dê a transição à RDSI. Para chegar a esse ponto, primeiro será necessário passar por uma</p><p>série de etapas.</p><p>Vamos voltar um pouco mais no tempo: em 1938, Allan H. Reeves sugeriu o uso de uma nova técnica para a amostragem,</p><p>quantização e transmissão de sinais de voz codificados. A criação da codificação denominada modulação por associação de códigos</p><p>a pulsos (Pulse Code Modulation-PCM), para a transmissão de sinais em altas taxas de bits, tornou possível transmitir sinais</p><p>múltiplos através de um único circuito, empregando técnicas de Multiplexação por Divisão de Tempo (Time Division Multiplexing-</p><p>TDM). Esta descoberta, no entanto, estava muito além de sua época. Os sistemas de transmissão PCM só ficaram economicamente</p><p>viáveis por volta de 1961, com o advento dos semicondutores e o aumento na demanda por serviços de telefonia. O rápido</p><p>desenvolvimento a nível internacional teve como resultado uma série de padrões nacionais para os multiplexadores de primeira</p><p>ordem.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 3</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 4</p><p>No início deste século, os cientistas descobriram que não era preciso transmitir a voz o tempo todo para que fosse compreendida.</p><p>Enviar amostras do sinal elétrico análogo à voz, tomadas a intervalos regulares, seria o bastante para recuperar o sinal original</p><p>depois. Do outro lado da linha, um circuito eletrônico transformaria as amostras num sinal analógico muito semelhante ao original.</p><p>Harry Nyquist, engenheiro americano que trabalhava no Bell System nos anos 20, concluiu que utilizando-se uma taxa de</p><p>amostragem igual a duas vezes a componente de maior frequência do sinal analógico, seria possível recuperar o sinal original. Com</p><p>os canais de voz limitados em uma faixa de 0 à 4 KHz, temos uma taxa de 2 x 4KHz, ou 8.000 amostras por segundo.</p><p>Cada amostra é comparada com 256 patamares predefinidos, que correspondem às 256 possibilidades de palavras de 8 bits. Se a</p><p>amplitude da amostra estiver mais próxima do patamar 80, por exemplo, recebe o código de 8 bits referente à este patamar, e assim</p><p>por diante. Este processo de codificação é conhecido como modulação por associação de códigos a pulsos, cuja sigla é PCM ( Pulse</p><p>Code Modulation ).</p><p>Como são feitas 8 mil amostras por segundo, cada qual rotulada com 8 bits, o resultado da digitalização da voz humana, em</p><p>aplicações telefônicas, Na outra ponta, do lado do receptor, ocorre o processo inverso. O sinal de 64 Kbps do canal de voz é</p><p>decomposto em 8 mil códigos de 8 bits. Um conversor lê cada código e produz, em sua saída, um pulso de amplitude</p><p>correspondente. E outro circuito transforma os 8 mil pulsos num sinal analógico contínuo, semelhante ao sinal original.</p><p>O importante é entender que na entrada do conversor analógico-digital há um sinal elétrico cujas variações de amplitude são</p><p>análogas às variações de amplitude do sinal de voz, e na sua saída há uma torrente de bits que se sucedem ao ritmo de 64 Kbps.</p><p>Este sinal digital é chamado de canal PCM.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 5</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 6</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 7</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 8</p><p>Logo os engenheiros perceberam que seria possível projetar sistemas de transmissão mais baratos e eficientes por meio da</p><p>mesclagem de vários canais PCM e da transmissão síncrona dessa mescla por um único par de fios, o mesmo que antes era</p><p>ocupado por um só sinal analógico.</p><p>O método usado para combinar vários canais de 64 Kbps em uma única torrente de bits de maior velocidade é conhecido como TDM</p><p>(Time Division Multiplexing).</p><p>O conceito é simples: Alinham-se 32 canais PCM. Um byte de cada canal é transmitido por vez, num canal de saída de alta</p><p>velocidade.</p><p>O multiplexador TDM lê o primeiro byte de cada um dos canais PCM, todos ao mesmo tempo. Cada um desses bytes dura 125µs,</p><p>após o que são armazenados na memória do multiplexador.</p><p>Da memória do MUX, os bytes são enfileirados na saída de alta velocidade: o primeiro byte do canal 1, depois o primeiro do canal 2,</p><p>e assim por diante até o primeiro byte do canal 32, quando o processo recomeça para o segundo byte de cada canal. Só que, na</p><p>saída, cada byte dura apenas 3,90625µs. Em outras palavras, os 32 primeiros bytes de cada um dos 32 canais PCM duram o mesmo</p><p>tempo (125µs) que cada byte da entrada. Com isso, a velocidade da torrente de bits na saída do mux é de 2,048 Mbps ou 32 vezes</p><p>64 Kbps.</p><p>Desses 32 canais, o primeiro é usado para controle e sincronismo do “seletor rotativo” que, na outra ponta do sistema, desfaz a</p><p>intercalação ou demultiplexa, e o décimo sétimo é usado para sinalização. Essa é a estrutura de um enlace PCM, também chamado</p><p>de enlace E1 (por ser um padrão europeu) e de sinal de 2 Mbps: 30 canais de voz ou 31 canais de dados, 2 canais para sinalização</p><p>e sincronismo e taxa de 2,048 Mbit/s.</p><p>Antigas centrais telefônicas eletromecânicas eram interligadas por meio de circuitos eletrônicos analógicos com 2 ou 4 fios. A técnica</p><p>de digitalização da voz usando PCM e a de construção de enlaces com 30 canais de voz simultâneos (enlace E1) representaram</p><p>uma revolução nas telecomunicações. Conforme a procura por serviços telefônicos foi crescendo, ficou claro que o padrão E1 seria</p><p>insuficiente para escoar todo o tráfego entre as grandes centrais telefônicas. Para evitar um número excessivo de enlaces E1 entre</p><p>as centrais, cuja manutenção seria cara e complexa, foi preciso criar multiplexadores que intercalassem vários enlaces E1 num único</p><p>cabo coaxial ou fibra óptica.</p><p>Na Europa e no Brasil, adotou-se o padrão que intercalava quatro enlaces E1, produzindo um sinal de 8,448 Mbps em um processo</p><p>semelhante ao da multiplexação de 32 canais PCM. Desta forma, surge a formação dos quadros PCM de ordem superior</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 9</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 10</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 11</p><p>12Versão da Apostila: 6.0Rev1</p><p>Rede SDH é o conjunto de equipamentos e meios físicos de transmissão que compõem um sistema digital síncrono de transporte de</p><p>informações. Este sistema tem o objetivo de fornecer uma infra-estrutura básica para redes de dados e voz, e atualmente é utilizado</p><p>em muitas empresas que prestam serviços de Telecomunicações, públicos e privados, em todo o mundo.</p><p>As tecnologias SDH (Synchronous Digital Hierarchy) são utilizadas para multiplexação TDM com altas taxas de bits, tendo a fibra</p><p>óptica como meio físico preferencial de transmissão. Entretanto, possui ainda interfaces elétricas que permitem o uso de outros</p><p>meios físicos de transmissão, tais como enlaces de rádios digitais e sistemas ópticos de visada direta, que utilizam feixes de luz</p><p>infravermelha.</p><p>Sua elevada flexibilidade para transportar diferentes tipos de hierarquias digitais permite oferecer interfaces compatíveis com o</p><p>padrão PDH europeu (nas taxas de 2 Mbit/s, 8 Mbit/s, 34 Mbit/s e 140 Mbit/s) e americano (nas taxas de 1,5 Mbit/s, 6 Mbit/s e 45</p><p>Mbit/s), além do próprio SDH (nas taxas de 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, 2,5 Gbit/s, 10 Gbit/s e 40 Gbit/s).</p><p>A tecnologia SDH permite ainda implementar mecanismos variados de proteção nos equipamentos e na própria rede, oferecendo</p><p>serviços com alta disponibilidade e efetiva segurança no transporte de informações.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 13</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 14</p><p>Os primeiros sistemas de transmissão baseados em fibra óptica utilizados nas redes de telefonia pública utilizavam tecnologias</p><p>proprietárias na sua arquitetura, nos formatos de multiplexação, no software e no hardware, e tinha procedimentos de manutenção</p><p>diferenciados. Os usuários desses equipamentos solicitaram ao mercado fornecedor</p><p>que desenvolvesse uma padronização de</p><p>tecnologias e equipamentos de forma a possibilitar a utilização de equipamentos de diferentes fornecedores numa mesma rede.</p><p>A tarefa de criar tais padrões começou em 1984, junto com outras frentes de trabalho para outras tecnologias, e ficou inicialmente a</p><p>cargo da ECSA - EUA (Exchange Carriers Standards Association). A ECSA desenvolveu o padrão SONET (Synchronous Optical</p><p>Network), que foi adotado, entre outros países, nos EUA.</p><p>Após algum tempo o ITU-T - Europa (antigo CCITT) envolveu-se no trabalho para que um único padrão internacional pudesse ser</p><p>desenvolvido para criar um sistema que possibilitasse que as redes de telefonia de países distintas pudessem ser interligadas. O</p><p>resultado desse trabalho foi o conjunto de padrões e recomendações conhecido como SDH (Synchronous Digital Hierachy), ou</p><p>Hierarquia Digital Síncrona.</p><p>O desenvolvimento do SDH levou a um ajuste no padrão SONET para que os frames do 2 sistemas pudessem ser compatíveis tanto</p><p>em tamanho como em taxa de bits, de forma que se pudessem interligar a redes do 2 padrões sem problemas de interface.</p><p>A tabela a cima mostra a relação entre os sinais SONET e SDH.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 15</p><p>Uma rede SDH é composta por:</p><p>Rede Física: é o meio de transmissão que interliga os equipamentos SDH. Pode ser composta por: cabos de fibra óptica, enlaces de</p><p>rádio e sistemas ópticos de visada direta baseados em feixes de luz infravermelha.</p><p>Equipamentos: são os multiplexadores SDH de diversas capacidades que executam o transporte de informações.</p><p>Sistema de Gerência: é o sistema responsável pelo gerenciamento da rede SDH, contendo as funcionalidades de supervisão e</p><p>controle da rede, e de configuração de equipamentos e provisionamento de facilidades.</p><p>Sistema de Sincronismo: é o sistema responsável pelo fornecimento das referências de relógio para os equipamentos da rede SDH,</p><p>e que garante a propagação desse sinal por toda a rede.</p><p>A figura a cima apresenta um exemplo de rede SDH.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 16</p><p>As redes SDH oferecem vários benefícios, quando comparada com outras tecnologias:</p><p>O cabeçalho complexo existente no frame SDH permite a gerência (administração, operação e manutenção) centralizada da rede;</p><p>A arquitetura de multiplexação síncrona e a padronização tanto em nível de equipamentos como de interfaces, permite o crescimento</p><p>para níveis mais altos de multiplexação e taxas de bits;</p><p>A estrutura de multiplexação é flexível, permitindo o transporte de sinais PDH (e até mesmo de células ATM) e o acesso aos</p><p>tributários de qualquer hierarquia num único equipamento;</p><p>A forte padronização do SDH permite maior compatibilidade entre equipamentos de fabricantes diferentes, tanto através de interfaces</p><p>elétricas como ópticas;</p><p>Os equipamentos possuem mecanismos que permitem implementar procedimentos de proteção tanto nas interfaces de tributários</p><p>como na rede, facilitando a formação de redes em anel ou malha.</p><p>Entretanto, a tecnologia SDH apresenta ainda as seguintes desvantagens:</p><p>O projeto, instalação e operação da rede SDH é complexo e deve ser feito com um planejamento criterioso e detalhado;</p><p>Apesar da forte padronização de equipamentos e da tecnologia SDH, a padronização dos sistemas de gerência de rede ainda não é</p><p>um fato, impedindo que equipamentos de fabricantes diferentes possam ser gerenciados por um sistema único.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 17</p><p>A hierarquia SDH foi concebida para uma arquitetura de multiplexação síncrona. Cada canal opera com um relógio sincronizado com</p><p>os relógios dos outros canais, e é sincronizado com o equipamento multiplex através de um processo de justificação de bit e</p><p>encapsulamento da informação (contêiner).</p><p>A esse contêiner é adicionado um cabeçalho (POH), que o caracteriza e indica sua localização no frame, e forma-se então um</p><p>contêiner virtual (VC - Virtual Container) para cada canal.</p><p>O SDH pode transportar também os diferentes tipos de sinais PDH, através do frame padronizado denominado STM-N (Syncronous</p><p>Transport Module), utilizado tanto para sinais elétricos como para sinais ópticos. Atualmente o padrão SDH utiliza frames STM-N com</p><p>as seguintes taxas de bits: 155520 Mbit/s (STM-1 elétrico ou óptico), 622080 Mbit/s (STM-4 óptico), 2488320 Mbit/s ou 2,5 Gbit/s</p><p>(STM-16 óptico), 9953280 Mbit/s ou 10 Gbit/s (STM-64 óptico) e 39813140 Mbit/s ou 40 Gbit/s (STM-256 óptico).</p><p>Os diversos canais multiplexados (VC's) normalmente são chamados de tributários, e os sinais de transporte gerados (STM-N) são</p><p>chamados de agregados ou sinais de linha.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 18</p><p>O padrão SDH definiu 3 tipos de equipamentos para compor a rede:</p><p>TM (Terminal Multiplex): possui apenas uma interface de agregado e possibilita a inserção (add) ou retirada (drop) de tributários de</p><p>diversas hierarquias;</p><p>ADM (Add and Drop Multiplex): possui duas interfaces de agregados e possibilita a inserção (add) ou retirada (drop) de tributários de</p><p>diversas hierarquias. Estes equipamentos também podem ser usados como regeneradores de sinal, quando nenhuma interface de</p><p>tributário é instalada.</p><p>SDXC (Synchronous Digital Cross-connect): possui interfaces de entrada e saída de diversas hierarquias e pode interliga-las com</p><p>uma grande infinidade de combinações.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 19</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 20</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 21</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 22</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 23</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 24</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 25</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 26</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 27</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 28</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 29</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 30</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 31</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 32</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 33</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 34</p><p>O padrão SDH foi desenvolvido usando a abordagem cliente/servidor e sua arquitetura de administração e supervisão procurou</p><p>apoiar-se no modelo de camadas OSI (ISO), permitindo que a supervisão do transporte de informações seja feita através de</p><p>camadas hierarquizadas.</p><p>Do ponto de vista de rede, essas camadas são representadas conforme a figura acima. Para um determinado serviço caracterizado</p><p>por sua origem e destino e por uma taxa de bits conhecida, são identificados os tipos de funcionalidades e as camadas envolvidas</p><p>para executa-lo.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 35</p><p>Entende-se por Via o caminho percorrido pelo sinal entre a origem e o destino. Nesse caminho o sinal é acondicionado no frame</p><p>SDH que faz o seu transporte através de todos os equipamentos da rede nessa rota. Em cada equipamento, de acordo com a sua</p><p>função, o frame é processado pelas camadas adequadas para ser restaurado ou para extrair ou inserir novos serviços.</p><p>Em cada etapa desse processo a informações de administração e supervisão do SDH são geradas e inseridas no frame.</p><p>O modelo em camadas para um determinado equipamento da rede é apresentado na figura acima.</p><p>A camada do meio de transmissão é dependente do meio utilizado, e por isso foi dividida em 2 camadas distintas: meio físico e</p><p>seção. A camada do meio físico realiza o condicionamento do sinal de acordo com esse meio, seja ele óptico ou elétrico.</p><p>A camada de seção também está dividida em 2 novas camadas. A seção de regeneração é responsável pelo processamento dos</p><p>frames em todos os equipamentos da rede, sejam eles de passagem, de extração ou inserção de tributários, ou de terminação de</p><p>via. A seção de multiplexação é responsável pelo processamento fim-a-fim dos frames nos equipamentos de extração ou inserção de</p><p>tributários, ou de terminação de via.</p><p>A camada de via está divida alta ordem e baixa ordem. Nessa camada cada VC é uma estrutura com a informação útil (contêiner) e</p><p>um cabeçalho que o caracteriza (POH). Na via de baixa ordem cada VC contém um único contêiner e seu cabeçalho (VC-1x, VC-2</p><p>ou VC-3). Na via de alta ordem um VC pode conter um único contêiner e seu cabeçalho (VC-3 ou VC-4), ou um conjunto de</p><p>contêineres de menor ordem e o respectivo cabeçalho.</p><p>A</p><p>camada de circuito realiza o condicionamento da informação útil retirada do contêiner para a interface elétrica ou óptica definida</p><p>para cada serviço a ser fornecido pelo equipamento.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 36</p><p>O frame SDH tem tamanho padrão para cada hierarquia. Cada frame constitui uma unidade para fins de administração e supervisão</p><p>da transmissão no sistema. Esses frames são transmitidos a uma taxa de 8000 frames por segundo (8000 Hz).</p><p>O frame SDH para a hierarquia STM-1, por exemplo, tem 2430 bytes, organizados em 9 linhas com 270 colunas de bytes, os quais</p><p>são transmitidos serialmente linha a linha da esquerda para a direita, e de cima para baixo. Sua estrutura básica é apresentada na</p><p>figura acima.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 37</p><p>O cabeçalho (overhead) é composto por 3 tipos de estruturas:</p><p>RSOH (Regenerator Section Overhead), processado em cada equipamento da rede, contém informações de alinhamento de frame,</p><p>identificação de frame, monitoração de erro de regeneração, alarmes físicos externos ao equipamento, e supervisão de sistema.</p><p>Contém também um canal de voz, para comunicação de técnicos entre equipamentos.</p><p>MSOH (Multiplex Section Overhead), processado apenas em equipamentos onde existe inserção (add) ou retirada (drop) de canais</p><p>multiplexados, contém informações de monitoração e indicação de erros de multiplexação, controle de chaveamento de mecanismos</p><p>de proteção, monitoração de sincronismo e gerência de sistema.</p><p>POH (Path Overhead), processado em cada equipamento, possui os ponteiros que indicam onde se localiza o primeiro byte do(s)</p><p>VC(s) dentro da área de informação útil (payload) do frame, e eventuais bytes provenientes de justificação desse(s) VC(s).</p><p>A incorporação dos ponteiros nas estruturas dos VC's do frame SDH permite que mesmos sinais com diferenças de fase e freqüência</p><p>possam ser transportados num mesmo frame, já que essas diferenças são acomodadas em bytes específicos do POH através do</p><p>processo de justificação.</p><p>Ressalta-se, entretanto, que essas diferenças deve atender as especificações estabelecidas pelas recomendações do ITU-T para o</p><p>SDH.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 38</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 39</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 40</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 41</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 42</p><p>•J1 – Path trace. Rastreamento do caminho. Cada container recebe sua identificação no momento do despacho. A lista de despacho</p><p>é passada ao próximo nó da rede SDH. Ao ser recebido confere-se para verificar se o container recebido era o esperado.</p><p>•B3 – Monitoração de taxa de erro. Bit de paridade com soma dos bits do quadro sem considerar o cabeçalho POH.</p><p>•C2 – Nota de despacho. Tipo de carga útil que o container está carregando. Ex: ATM, FDDI , etc...</p><p>•G1 – Estado da rota. Transporta mensagens de erro e confirmação de recebimento. Os erros indicados são o REI ( remote indication</p><p>error) e o RDE ( remote defect indication).</p><p>•F2 – Canal de usuário da via.</p><p>•H4 – Indicador de multi-quadro . Indica se o sinal transportado é um multi-quadro. Exemplo: Quadro do VC-12 é formado por 4</p><p>quadros.</p><p>•F3 – reserva futura</p><p>•K3 – comutação para canal reserva para proteção (se houver)</p><p>•N1 – Byte do operador da rede. Usado para monitorar o VC-4 sem alterar o B3.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 43</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 44</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 45</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 46</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 47</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 48</p><p>O desenvolvimento e a padronização das Redes SDH (Synchronous Digital Hierarchy) teve, entre outros, o objetivo de transportar</p><p>sinais digitais com maior qualidade e confiabilidade, e a taxas de bits superiores àquelas permitidas pelo então vigente padrão PDH</p><p>(Plesiochronous Digital Hierarchy).</p><p>Nesse contexto, o projeto da Rede de Sincronismo torna–se extremamente importante na implantação das redes de transporte</p><p>baseadas no padrão SDH, uma vez que o Sincronismo contribui para garantir e melhorar a qualidade do sinal transportado e para a</p><p>manutenção e o aumento da taxa de bits.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 49</p><p>Sincronismo é o processo usado para fornecer um sinal de referência de tempo (relógio) comum a diversos circuitos ou</p><p>equipamentos de uma rede. Na rede SDH a referência de Sincronismo é usada pelos relógios internos de escrita existentes nos</p><p>elementos da rede, sendo responsável pela temporização dos circuitos que processam as informações para a transmissão do sinal</p><p>digital.</p><p>Na recepção dos sinais digitais os equipamentos utilizam o sinal de Sincronismo recuperado do sinal STM–N (N=1, 4, 16, 64 e 256)</p><p>recebido para processar as informações.</p><p>Na rede SDH o sinal de Sincronismo pode ser analógico (sinal senoidal de 2048 kHz) ou digital (trem de bits de 2048 kbit/s).</p><p>A Rede de Sincronismo gera e distribui o sinal de Sincronismo para todos os equipamentos da Rede SDH. Seu projeto deve atender,</p><p>entre outros, ao requisito de escorregamento de byte (Slip) das recomendações ITU–T G.803 e G.822.</p><p>A rede de Sincronismo é composta por:</p><p>Relógios, que são os equipamentos que geram as referências de sincronismo com diversas precisões e estabilidades, de acordo com</p><p>o uso na rede de sincronismo, e que podem ter também múltiplas saídas com ou sem proteção.</p><p>Meio físico, composto pelos sinais STM–N da rede SDH, para as interligações entre os sites, e pelas conexões dedicadas de sinais</p><p>de 2048 kHz ou 2048 kbit/s, para as interligações dentro dos sites. Os sinais STM–N (N=1, 4, 16 ou 64) também podem ser usados</p><p>para transportar o sinal de sincronismo dentro dos sites de menor porte entre os diversos elementos de rede.</p><p>A arquitetura da rede deve também ser projetada para garantir a distribuição do sinal de sincronismo mesmo em caso de falha.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 50</p><p>Síncrono - onde todos os relógios da rede são referenciados por uma única Referência Primária de Relógio (PRC – Primary</p><p>Reference Clock) e a rede como um todo constitui uma única Área de Sincronismo. Neste modo os eventuais ajustes de ponteiro</p><p>ocorrem de forma aleatória. Este é o modo de operação normal dentro da rede de um único Provedor de Serviços.</p><p>Pseudo–Síncrono - onde nem todos os relógios são referenciados por um único PRC. A partir de cada PRC é formada uma Área de</p><p>Sincronismo, e nos elementos de rede posicionados nas fronteiras dessas áreas podem ocorrer ajustes de ponteiros. Este é o modo</p><p>de operação normal de Prestadores de Serviço de grande porte (com várias áreas de Sincronismo) ou entre redes compostas por</p><p>vários Prestadores de Serviços.</p><p>Plesiócrono - onde o sinal de Sincronismo da rede entrou em falha, e os relógios dos equipamentos da rede utilizam suas referências</p><p>internas. Neste modo podem ocorrer ajustes de ponteiros de forma persistente em vários pontos da rede, os quais só cessam com a</p><p>recuperação do sinal de Sincronismo.</p><p>Assíncrono - onde após a falha do sinal de Sincronismo ocorrem grandes desvios de freqüência entre os relógios da rede. Como a</p><p>rede SDH tem limites máximos de desvio de freqüência definidos, ao ultrapassar esses limites podem ser gerados alarmes de falha</p><p>dos serviços, implicando em interrupção do tráfego na rede.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 51</p><p>PRC (Primary Reference Clock)</p><p>É o principal relógio de uma rede, e deve ser capaz de manter uma precisão de longo prazo melhor do que uma parte em 10-11. O PRC tanto pode</p><p>ser implementado a partir de padrões atômicos primários (como, por exemplo, o de Césio), como também utilizar receptores de GPS (Global</p><p>Positioning System). Estes equipamentos atendem a recomendação ITU–T G.811 – Timing characteristics of primary reference clocks.</p><p>Na Rede de Sincronismo estes relógios são sempre os mestres da referência de tempo (Master Clock).</p><p>SSU (Synchronization Supply Unit)</p><p>São relógios secundários que realizam a filtragem e a distribuição dos sinais recebidos através de suas entradas (2 a 4 entradas, em média).</p><p>Geralmente possuem osciladores internos de Rubídio e/ou Quartzo, e inteligência para a escolha da melhor referência de relógio de entrada.</p><p>A partir da melhor referência</p><p>de entrada o sinal de relógio é enviado ao distribuidor, que pode ter várias saídas (analógicas – 2 MHz, ou digitais – 2</p><p>Mbit/s), em configuração protegida (1+1) ou simples (1+0). Estes equipamentos atendem a recomendação ITU–T G.812 – Timing requirements of</p><p>slave clocks suitable for use as node clocks in synchronization networks.</p><p>Na Rede de Sincronismo estes relógios são escravos da referência de tempo do PRC (Slave Clock).</p><p>SEC (SDH Equipment Clock)</p><p>São os relógios internos dos equipamentos SDH, construídos a partir de osciladores de Quartzo para manter uma certa precisão na falta de uma</p><p>referência.</p><p>O SEC pode usar como referência os sinais de relógio do PRC e do SSU, e o sinal de relógio recuperado dos sinais STM–N provenientes de outros</p><p>equipamentos SDH. Estes equipamentos atendem a Recomendação ITU–T G.813 – Timing characteristics of SDH equipment slave clocks (SEC).</p><p>O SEC normalmente possui 2 ou mais entradas de referência de relógio, e pode selecionar automaticamente o sinal de melhor qualidade em caso de</p><p>falha. Além disso, possui a capacidade de manter por algum tempo a qualidade da última referência válida em caso de falha das referências de</p><p>sincronismo (Holdover).</p><p>A seleção da fonte de sincronismo normalmente é configurável. Ela pode ser configurada para executar a seleção por prioridade definida, por</p><p>qualidade do sinal de relógio ou por ambas. No primeiro caso define-se prioridade de cada fonte para executar a seleção. No segundo caso, é</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 52</p><p>utilizado o protocolo SSM (Syncronization Status Message) para informar a qualidade da fonte de sincronismo, e</p><p>a seleção sempre se dá pela fonte de melhor qualidade. No terceiro caso podem ser usadas as 2 formas na</p><p>ordem que se considerar mais adequada para o projeto da rede.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 52</p><p>Free run</p><p>Acontece quando o equipamento SDH perde todos os sinais externos de referência de relógio. A referência de escrita passa a ser o</p><p>relógio interno (SEC), porém este ainda não teve nenhuma referência válida, ou não pode recuperar essa informação e funciona a</p><p>partir de seu próprio oscilador. Devido a sua menor precisão e as eventuais diferenças de fase e freqüência, ocorrem eventos de</p><p>ajuste de ponteiro com maior regularidade nos quadros SDH gerados no equipamento.</p><p>Holdover</p><p>Acontece quando o equipamento SDH perde todos os sinais externos de referência de relógio. A referência de escrita passa a ser o</p><p>relógio interno (SEC), sincronizado a partir da última referência válida. Devido a sua menor precisão, podem ocorrer eventos de</p><p>ajuste de ponteiro nos quadros SDH gerados no equipamento.</p><p>Loop de Sincronismo</p><p>Acontece quando a lógica de transferência do sinal de sincronismo entre os elementos de um anel SDH é equivocada. Adota–se o</p><p>esquema de transferência do sinal de sincronismo unidirecional, ou seja, a partir do elemento com fonte externa de relógio, o sinal de</p><p>sincronismo é transferido um a um para todos os elementos até retornar novamente ao elemento inicial (Loop).</p><p>Em caso de falha de um dos arcos do anel, alguns elementos de rede entram em holdover adotando uma base de tempo diferente</p><p>dos demais, podendo ocasionar eventos de ajuste de ponteiro, slip ou até taxa de erro nos sinais digitais.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 53</p><p>A tecnologia da rede SDH foi desenvolvida para trabalhar no modo de sincronização Pseudo–síncrono. Esta característica permite</p><p>que a arquitetura da Rede de Sincronismo possa ser desenvolvida definindo–se uma ou mais Áreas de Sincronismo, conforme o</p><p>porte da rede SDH e o número de referências primárias (PRC) a serem utilizadas.</p><p>Em cada Área de Sincronismo, os equipamentos da rede terão seus relógios de escrita referenciados por uma mesma base de</p><p>tempo para evitar perturbações ou até a perda do sinal digital.</p><p>Para interligar os diversos relógios de uma área utiliza–se o Método de Sincronização Mestre–Escravo, que considera o nível</p><p>hierárquico dos relógios conforme sua precisão e estabilidade. O relógio de um determinado nível hierárquico sempre será</p><p>sincronizado por um relógio de um nível superior, é o relógio de maior nível hierárquico, é o PRC.</p><p>A arquitetura da rede deve ser desenhada de tal forma que o sinal de relógio de cada elemento de rede possa ser rastreado até um</p><p>PRC. A distribuição do sinal de sincronismo ocorre de 2 formas</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 54</p><p>Entre sites, onde a topologia de distribuição do sinal em árvore é utilizada, e os relógios são interligados de forma hierárquica,</p><p>conforme mostra a figura ao lado. O projeto desta topologia deve garantir que mesmo em caso de falha a referência de cada relógio</p><p>seja sempre de melhor precisão que a sua própria referência.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 55</p><p>Dentro dos sites, onde a topologia de distribuição do sinal em estrela é utilizada. Para sites de maior porte, o sinal de relógio</p><p>recebido é direcionado a um SSU (distribuidor) e a partir deste o sinal é interligados a todos os elementos de rede. Para sites de</p><p>menor porte o sinal é interligado a um elemento de rede principal e a partir deste o sinal é distribuído aos demais elementos de rede.</p><p>Em ambos os casos apenas o relógio de maior nível hierárquico do site (melhor precisão) deve receber o sinal de sincronismo</p><p>externo de outro site.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 56</p><p>Cada saída do PRC define uma cadeia de referência de sincronismo, conforme mostra a figura acima. A recomendação ITU–T G.803</p><p>define como valores máximos K=10 (seqüência de SSU’s) e N=20 (número de saltos ou SEC’s), sendo 60 o número máximo de</p><p>SEC’s na cadeia.</p><p>Na prática, o número de elementos de rede (SEC’s) em seqüência deve ser minimizado para aumentar a confiabilidade da rede.</p><p>Além disso, em trechos da rede SDH com configuração em anel o valor limite para a repetição do sinal de sincronismo sem</p><p>regeneração não deve ser maior que 10. Isto significa que em caso de falha de um dos arcos do anel, no pior caso o sinal de</p><p>sincronismo terá 20 saltos.</p><p>Como critério, visando manter o número de saltos (tamanho da cadeia) dentro do limite especificado mesmo no pior caso, é</p><p>conveniente considerar o número máximo N=5 numa rede SDH em operação normal que, em condição de falha, chegará no máximo</p><p>a 10 saltos no pior caso.</p><p>A rede de sincronismo deve ser protegida para evitar que uma falha simples possa isolar uma ou parte de uma área de sincronismo.</p><p>O projeto da arquitetura da rede deve considerar que todos os relógios devem dispor de uma fonte alternativa de referência de</p><p>relógio. Em cada nível hierárquico os relógios devem ser configurados para selecionar a melhor fonte existente.</p><p>Nos elementos da rede SDH, os SEC’s podem ser configurados para utilizar o protocolo SSM. Através desse protocolo, a distribuição</p><p>de referência de sincronismo aos elementos de rede ocorre de forma automática, mesmo em caso de falha de um dos arcos das</p><p>configurações de rede em anel.</p><p>Esta parte do projeto deve ser executada com critério e atenção, realizando inclusive simulações para evitar que qualquer falha</p><p>provoque loops de sincronismo na rede. Como critério, deve–se configurar os SEC’s para selecionar inicialmente a referência de</p><p>sincronismo pela qualidade das fontes designadas (usando as informações do SSM) e, no caso de falha dessa condição, pelo grau</p><p>de prioridade as referências.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 57</p><p>Deve-se observar também que após a ativação da rede e entrada em operação, os processos de inserção ou</p><p>retirada de equipamentos da rede e de manutenção devem ser cuidadosamente preparados e acompanhados</p><p>para evitar que novos erros sejam adicionados à rede de sincronismo. Problemas como loop de sincronismo ou</p><p>outros tipos de eventos devem ser pesquisados e simulados antes da execução propriamente ditas das</p><p>atividades em campo.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 57</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 58</p><p>Sincronismo: Considerações Finais</p><p>O processo de Engenharia do Sincronismo da Rede SDH é estratégico para o sucesso da operação da rede. Ele deve começar junto com o projeto da rede, para que</p><p>todos os cuidados relativos</p><p>ao sincronismo sejam tomados desde o início.</p><p>Especial atenção deve ser dada ao projeto, implantação e manutenção da rede e, para tanto, é importante alocar um coordenador que seja responsável por este processo</p><p>como um todo.</p><p>O processo de Engenharia do Sincronismo deve ser registrado no Plano de Sincronismo de Rede. Este plano deve conter pelo menos os seguintes tópicos:</p><p>Definição das Áreas de Sincronismo, contendo diagramas (e mapas, caso seja possível) que mostram as diversas áreas de sincronismo da rede e suas principais fontes de</p><p>sinal de referência de relógio. Estes diagramas devem ter abordagem sistêmica, com o detalhamento necessário apenas para caracterizar claramente as áreas de</p><p>sincronismo na rede SDH.</p><p>Detalhamento das Áreas de Sincronismo, contendo, para cada área, os diagramas (e mapas, caso seja possível) que mostram a rede sincronismo aplicada sobre a rede</p><p>de transporte, tanto no caso de operação normal, como no caso de falha. A rede de sincronismo deve ser registrada com o detalhamento tanto das conexões entre sites</p><p>como das conexões internas em cada site. Para cada site devem ser elaboradas tabelas do tipo “De –> Para”, mostrando os pontos de conexão dos sinais de sincronismo</p><p>entre os diversos elementos da Rede SDH e entre estes e o distribuidor de relógio (SSU ou SSU+PRC), caso exista um no site.</p><p>Configuração dos Elementos de Rede, contendo os parâmetros dos blocos funcionais de sincronismo a serem configurados nos elementos de rede, detalhando tanto o</p><p>caso de operação normal como o caso de falha, e o uso ou não de funcionalidades do Protocolo SSM. Esta configuração geralmente é feita de forma remota, no Sistema</p><p>de Gerência da rede de SDH.</p><p>Registro de Teste da Rede de Sincronismo, contendo os resultados de testes do sinal de sincronismo em diversos pontos da rede de transporte avaliando a sua qualidade</p><p>em relação a uma fonte de referência com qualidade melhor ou equivalente ao(s) PRC(‘s) implantado(s) na rede. Este registro é importante para verificar o resultado da</p><p>implantação da rede em relação ao projetado, e para comparações futuras decorrentes de falhas que provoquem degradação do sinal de sincronismo na rede SDH. Como</p><p>prática preventiva, pode ser elaborado ainda um procedimento de avaliação periódica do sinal de sincronismo em pontos pré–definidos da rede para acompanhar sua</p><p>qualidade e eventual degradação ao longo do tempo.</p><p>Registro de Atividades de Alteração ou Manutenção da Rede de Sincronismo, contendo um histórico de todas as alterações efetuadas na rede (inserção ou retiradas de</p><p>elementos de rede, aumento de capacidade, e etc.) e manutenções preventivas e de emergência realizadas. Este histórico possibilita a pesquisa para rastrear eventuais</p><p>falhas decorrentes das atividades realizadas, além de manter o Plano de Sincronismo atualizado, já que estas atividades implicam na atualização do plano como um todo.</p><p>Durante a fase de implantação da rede de Sincronismo, e mesmo durante as alterações e manutenções, devem ser identificadas claramente as conexões dos sinais de</p><p>sincronismo nos diversos sites. Para facilitar a identificação desses sinais devem ser adotados os seguintes procedimentos:</p><p>Definir uma cor única para identificar o sinal de sincronismo. Geralmente usa–se a cor Vermelha, entretanto qualquer cor pode ser usada desde que um padrão único seja</p><p>adotado.</p><p>Identificar os equipamentos de Sincronismo (PRC’s e SSU’s) no site com as etiquetas da cor padronizada.</p><p>Reservar Distribuidores Intermediários Digitais (DID’s) ou outros tipos de painéis de interconexão para a distribuição dos sinais de sincronismo, sempre identificado–os com</p><p>as etiquetas da cor padronizada.</p><p>Adotar cabos da cor padrão para as conexões de sinais de sincronismo, identificado–os com as etiquetas da cor padronizada.</p><p>Identificar os cabos ou cordões ópticos que conduzem o sinal de sincronismo através de circuitos STM–N com as etiquetas da cor padronizada.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 59</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 60</p><p>Ponto-a-ponto: 2 equipamentos terminais interligados por um único meio físico;</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 61</p><p>Barramento: 3 ou mais equipamentos interligados por um único meio físico, sendo 2 equipamentos terminais e os demais</p><p>equipamentos ADM</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 62</p><p>Anel: 3 ou mais equipamentos ADM interligados através de um único meio físico;.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 63</p><p>Estrela: 3 ou mais equipamentos partindo de um equipamento em comum</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 64</p><p>As topologias de rede podem ainda ser classificadas como:</p><p>Física: visão da rede a partir da sua topologia física, ou seja, considerando o meio físico utilizado e os seus equipamentos;</p><p>Lógica: visão da rede a partir da interligação dos equipamentos sem considerar a topologia da rede física.</p><p>Na maioria dos casos, as visões de rede física e lógica são as mesmas. Entretanto, em algumas situações as restrições impostas</p><p>para a construção da rede física podem levar os projetistas a elaborar um projeto onde, embora a rede tenha uma configuração</p><p>ponto-a-ponto ou barramento, a rede lógica possa ter a configuração em anel.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 65</p><p>A figura acima apresenta exemplos de segmentos de rede, destacando as diferenças entre topologia física e lógica.</p><p>As redes que são implantadas com configuração física ponto-a-ponto ou barramento e configuração lógica em anel são comummente</p><p>chamadas de anel "amassado" ou, em inglês, "flat ring".</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 66</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 67</p><p>Vários mecanismos ou procedimentos de proteção podem ser aplicados a rede SDH para garantir alta disponibilidade e segurança</p><p>para os serviços a serem fornecidos. Os procedimentos e mecanismos mais importantes são apresentados a seguir.</p><p>Rede Física</p><p>Dentre as topologias de rede apresentadas, a configuração em anel é a mais usada para fornecer a proteção da rede física. Os</p><p>projetos dessas redes devem considerar sempre a implantação de redes ópticas ou de enlaces de rádios que utilizem caminhos</p><p>físicos distintos para evitar que uma única falha simples possa interromper o serviço oferecido pela rede SDH.</p><p>Esse procedimento deve aplicar-se tanto à rede a ser implantada externamente aos sites, sejam eles da rede de serviços ou dos</p><p>seus Clientes, como nos acessos a esses sites.</p><p>Equipamentos</p><p>O padrão SDH possui mecanismos de proteção já definidos para as interfaces de tributários, principalmente aquelas com taxas de</p><p>bits a partir de 155 Mbit/s (STM-1). Nesses casos são instaladas 2 placas de tributários nos equipamentos (principal e reserva) e são</p><p>usados bytes do próprio frame SDH para decidir como redirecionar o sinal do tributário (principal -> reserva) em caso de falha.</p><p>Para o caso das interfaces elétricas com taxas de 2 Mbit/s até 155 Mbit/s, os equipamentos possuem mecanismos de proteção onde</p><p>podem ser adicionadas placas na proporção 1 reserva para n ativas, onde em caso de falha de uma das n placas ativas, a placa</p><p>reserva é ativada automaticamente, sem interrupção dos serviços fornecidos.</p><p>Adicionalmente, muitos equipamentos já fornecem proteção do tipo 1+1 para as placas de Matriz de Conexão Cruzada para os</p><p>equipamentos de rede.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 68</p><p>proteção lógica da Rede SDH atende a recomendação ITU-T G.841 - Types and Characteristics Of SDH Network</p><p>Protection Architectures. Esta recomendação trata principalmente de 2 tipos de arquiteturas de proteção (redundância):</p><p>SNCP (Subnetwork Connection Protection), que usa segmentos de rede entre os equipamentos com 2 fibras ópticas;</p><p>MS SP Ring (Multiplex Section - Shared Protection Ring), que usa segmentos de rede entre os equipamentos que podem ter 2 ou 4</p><p>fibras ópticas.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 69</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 70</p><p>A proteção SNCP utiliza o conceito de subrede (subnetwork connection) para efetuar o chaveamento do tráfego a ser protegido,</p><p>conforme ilustra a figura.</p><p>Configura-se entre 2 equipamentos distintos, NE 1 e NE 3, um caminho principal (main subnetwork connection) e um caminho de</p><p>proteção</p><p>(protection subnetwork connection), sendo que esses caminhos podem ser compostos por múltiplos nós de rede (NEs 2 e 3</p><p>no caminho principal e NEs 5 e 6 no caminho de proteção).</p><p>No NE 1 todo o tráfego é enviado tanto pelo caminho principal como pelo caminho reserva. No NE 4 o tráfego do caminho principal é</p><p>preferencialmente recebido. Em caso de falha ou degradação do tráfego no caminho principal, decorrente da rede óptica ou de algum</p><p>equipamento, a preferência no recebimento do tráfego passa a ser do caminho reserva. Essa comutação ocorre de forma automática</p><p>em tempo menor que 50 ms por iniciativa do NE 4, envolvido no recebimento do tráfego, sem qualquer intervenção do sistema de</p><p>Gerência de Rede.</p><p>Este sistema de proteção tem ainda as seguintes características:</p><p>Todo tráfego protegido entre 2 equipamentos distintos utiliza banda nas 2 subredes (caminhos principal e reserva);</p><p>As subredes (caminhos principal e reserva) podem ser compostas por segmentos de fibra óptica ou rádio;</p><p>Este tipo de proteção pode ser configurado em anéis compostos por segmentos formados por equipamentos de fabricantes diversos,</p><p>situação que pode ocorrer quando o anel é configurado com segmentos de rede de prestadores de serviços distintos;</p><p>Este tipo de proteção pode ser configurado em anéis compostos por segmentos de diferentes capacidades (STM-1, STM-4, STM-16),</p><p>situação que pode ocorrer quando um anel de capacidade menor é formado contendo um segmento ancorado noutro segmento de</p><p>um anel de capacidade maior.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 71</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 72</p><p>A proteção MS SP ring utiliza o conceito de proteção de linha ou segmento, entre 2 equipamentos consecutivos, para efetuar o</p><p>chaveamento do tráfego a ser protegido, conforme ilustra a figura.</p><p>Este sistema de proteção tem ainda as seguintes características:</p><p>Todo tráfego entre 2 NEs distintos a ser protegido utiliza banda da linha principal apenas, em operação normal, e banda da linha de</p><p>proteção apenas em caso de falha;</p><p>O anel, como um todo, só pode ser composto por segmentos de fibra óptica;</p><p>Este tipo de proteção não pode ser configurado em anéis compostos por segmentos formados por equipamentos de fabricantes</p><p>diversos, situação que pode ocorrer quando o anel é configurado com segmentos de rede de prestadores de serviços distintos;</p><p>Este tipo de proteção não pode ser configurado em anéis compostos por segmentos de diferentes capacidades (STM-1, STM-4,</p><p>STM-16), situação que pode ocorrer quando um anel de capacidade menor é formado contendo um segmento ancorado noutro</p><p>segmento de um anel de capacidade maior.</p><p>Os 2 tipos de proteção aplicam-se principalmente a topologia de rede em anel. Como já foi mencionado anteriormente,</p><p>eventualmente podem ser aplicados a segmentos de rede onde, embora a topologia da rede física apresente restrições para ser</p><p>implantada em anel, de forma temporária ou permanente, tenha sido usada a estratégia de implementar esses tipos de proteção para</p><p>prevenir eventuais falhas de equipamentos.</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 73</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 74</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 75</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 76</p><p>Versão da Apostila: 6.0Rev1 77</p><p>78Versão da Apostila: 6.0Rev1</p>