Introducción a SDH/SONET 
Cambyse Guy Omidyar & Anne Aldridge 
IEEE Communications Magazine. Sept 1993

 
 

¿ Que es PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) ?  

En los comienzos de los 60 todos los sistemas de conmutación y transmisión eran analógicos. En este periodo, expertos en transmisión estuvieron trabajando en PCM para transformar las señales de voz analógicas en cadenas digitales de bits. Su principal propósito fue resolver el problema de la presencia de demasiados hilos de cobre en las calles y la ausencia de espacio para instalar nuevas lineas. Utilizando 4 hilos de cobre, una cadena digital podría transmitir muchas señales de voz con mejor calidad que con sistemas analógicos. Así surgio el estandard americano en 1965 con 24 señales de voz multiplexadas juntas con un bit de tramado para formar una señal de 1.544 Mb/s llamada DS-1. Cada señal de voz necesita un "stream" de 64 kb/s. (8 Khz * 8 bits). 

En 1968 Europa desarrolló su estandard con 30 canales de voz mas un canal para "framing" y un canal para señalización, con un total de 32 x 64 kbit/s = 2.048 Mb/s. Esto conformaba el formato E-1. 

¿Que es el "framing"? Es un método para indicar dónde empezar a contar canales. De esta forma el demultiplexor puede saber cual es el canal 1, el 2 ,etc. Una secuencia de bits repetidos en cada trama (8000 tramas por segundo) forma una muestra que es dificil de ser imitada por los datos. Entonces, observando la cadena de bits durante un cierto periodo de tiempo, el mecanismo de "framing" puede conocer dónde está el canal 1. 

Dado que todas las centrales eran analógicas hasta 1975, todos los sistemas de transmisión digitales recibían señales analógicas, usaban un reloj interno de cristal para convertirlo en cadenas digitales y luego reconvertirlas a analógicas. Unos años más tarde, la tecnología permitía ya transmisiones digitales más rapidas en cables coaxiales. 

Multiplexar consiste en tomar un cierto numero de señales DS-1 o E-1 y ponerlas todas juntas. Se toma un bit de cada cadena tributaria y es puesto dentro de una cadena de orden más alto. La jerarquía europea es: 

 
 

 
 

La jeraquía americana es similar pero menos regular. En cada paso, el multiplexor tiene que tener en cuenta el hecho de que los relojes de las tributarias son todas algo (slightly) diferentes. Por ello el metodo llamado PDH fue desarrollado. Plesio significa casi. A cada reloj se le permite un cierto rango de velocidades. El multiplexor lee cada tributaria a la velocidad de reloj más alta permitida y, cuando no hay bits en el buffer de entrada (debido a que los bits están llegando a una velocidad de reloj menor), este añade un bit de relleno ("stuffing") para rellener la señal hasta la velocidad de reloj más alta (rellenado positivo). Esto conlleva un mecanismo que indica al demultiplexorque se han usado bits de relleno y cuales debe descartar. 

Este método PDH es la base de todos los sistemas de transmisión digital instalados actualmente. 

 
 

¿ Qué es una red síncrona ? 

En los últimos 15 años, la conmutación digital ha ido sustituyendo a la analógica. Esto implica que todos los sistemas digitales pueden ser conectados y sincronizados entre sí. 

Hay dos problemas con el método PDH desde el punto de vista de una red sincronizada. El primero es que cada vez que es necesario tomar o insertar un "stream",(p.e.,del tipo E-1,) de un "stream" de orden superior (p.e. E-4), es necesario realizar todas las operaciones de los tres multiplexores que crearon E-4. 

El segundo problema es que esos multiplexores crean una red en la que medir rendimientos, reenrutar señales despues de fallos, y gestionar elementos remotos de red,es extremadamente dificultoso. 

El nuevo método de multiplexado se ha llamado SDH en Europa y SONET en norteamérica. Pero, ¿Qué nuevos métodos pueden:

• aprovechar la red totalmente sincronizada ?
• unificar los estandards americanos y europeos ?
• ser usados tanto en fibra óptica como en radio ?
• añadir inteligencia a los multiplexores para resolver problemas de operación y mantenimiento, especialmente proteccion de conmutación ?
• permitir la gestion unificada de redes de distintos fabricantes ?
• ser compatible con los "streams" de PDH ?

  

 
 

¿Qué es SDH? 

La constante básica de tiempo de 8000 tramas por segundo se mantiene en SDH. Lo que se transmite en esos 125 m s se representa en un rectangulo como el de la siguiente figura, el cual describe el formato del primer (más bajo) nivel de la jerarquía síncrona. Toda la información se agrupa ahora en bytes (tambien llamados octetos) y no en bits. Los bytes son transmitidos una fila cada vez empezando por el punto etiquetado como "0m s". 

La parte más larga del rectángulo es para información transmitida (261x9 bytes) mientras que la parte izquierda se usa para otros tipos de información que serán descritos a continuación. 
270 bytes en total.

270 bytes en total
9 bytes	261 bytes de información

0m s 

Framing

Punteros

155,520 Mbit/s = (270 x 9 x 8) bits /trama x 8000 tramas 125 m s 

  

 
 
 
 

Punteros - El secreto del éxito 

Las tributarias a un multiplexor todas tienen una trama que no esta alineada en tiempo con las otras tributarias, ni con la trama del "stream" de salida. En PDH, l multiplexor no necesitaba conocer donde esta esa trama en el tiempo. Eso es tarea del multiplexor del nivel inferior de la jerarquía. Esto s precisamente porque las tareas de añadir/sacar son tan laboriosas. Para resolver ese problema, el multiplexor SDH encuentra donde la trama empieza en cada tributaria. Calcula un puntero que indica donde colocó a la trama tributaria dentro de la trama STM-1. La siguiente figura muestra una señal a 140 Mb/s (E-4) en una trama STM-1. Vemos que comienza en la mitad de la primera trama STM-1 y acaba hacia la mitad de la 2ª. Un puntero indica su posición. En el caso de 3 tributarias E-3, habría 3 punteros. 

El mundo no es, en realidad, síncrono por lo que si una trama tributaria se desplaza respecto a su posición en la trama STM-1, el puntero que indica su posición sera modificado por el sistema. 

La información trasportada por los bytes de "overhead" de la siguiente figura es: 

  

• Esta trama STM-1 porta una única tributaria E-4
• La trama tributaria comienza en ... (puntero)
• Varias medidas de calidad y otra información de supervisión y mantenimiento.

 
 

Framing

Punteros

Comienzo de trama de 140 Mb/s portada en STM-1

Framing

Punteros

Fin de la trama

 

 
 

Contenedores virtuales (Vcs) y Unidades Administrativas (AUs). 

La señal PDH de la figura anterior no se copia en la trama STM-1 tal como llega. Por ejemplo, no puede usar el espacio reservado para "overhead" y no puede rellenar todo el espacio disponible en los 261x9 bytes disponibles. Por tanto todas las señales PDH son empaquetadas en apropiados "Contenedores Virtuales". Este reenpaquetado es denominado "adaptación". Hay varios tipos diferentes de contenedores virtuales, uno para cada tipo de señal PDH a ser transportada. 

 
 

 
 

Multiplexación de nivel mayor: STM-4  

Para construir el siguiente nivel, llamado STM-4 a 622 Mb/s, combinamos 4 AU-4s dentro de un AUG (Administrative Unit Group) y colocados en una trama STM-4, que sigue teniendo una duración de 125m s pero tiene cuatro veces más bytes que en una STM-1. Cada byte en cada VC de cada una de las 4 tributarias es facilmente localizable usando los punteros. 
 
 

 

La STM-16 

La STM-16 se crea del mismo modo que la STM-4, en este caso, por entrelazado de cuatro señales STM-4. Esto significa un ratio de 2.4 Gb/s, el más alto definido. 
 

Multiplexando desde 2 Mb/s  

Hay varias maneras de portar tributarias de 2 Mb/s. Por ejemplo, con sincronismo de byte colocariamos en la zona de datos 1 byte de cada canal de 64 kb/s. Util cuando el cliente usa canales de 64 kb/s, por ejemplo para telefonia o transmisión de datos a baja velocidad, pero unutil si queremos transmitir , por ejemplo, video o formatos ATM. 

El formato E-4 porta 64 "streams" de 2 Mb/s . Pero, el STM-1 no. Para acomodar la señal con formato norteamericano contiene 3x7x3 = 63 de ellas. Usa un formato intermedio a 3x2 Mb/s = 6 Mb/s. 
 

Formatos ETSI (European Telecommunications Standards Institute)  

SDH es un formato de multiplexación para todo el mundo, unificando primeramente los formatos europeo y americano. La complejidad de los estandards se deriva de la necesidad de manejar todos los formatos PDH existentes en ambos sistemas. En la siguiente figura se muestra un subconjunto de los estandards utilizados en los paises que siguen las recomendaciones de ETSI. Los formatos europeos C-12, C-3 (El C-2, de 8Mb/s es raramente usado ahora), y c-4 son mapeados, como se muestra en la figura , dentro de contenedores virtuales (Vcs). Los TU y los TUG son etapas intermedias en la consecución del VC-4.