Redes de Transporte

Red Metropolitana: enlace entre la red de larga distancia (Long Haul) y la red de acceso En uno de sus extremos el trfico es de tipo agregado y de alta velocidad para ser inyectado/extraido a/de la red de transporte. En el otro es de alta granularidad incluso compatible con velocidades de usuario final.

Caractersticas:

Cubren regiones entre 10 y 100 Km

La mayoria de las existentes se basan en arquitecturas en anillo tipo SDH/SONET

Anillos tributarios pequenos STM-1/OC 3 o STM4/OC 12 agregan trafico a anillos intercentrales (interoffice) que transportan mayor volumen de trafico STM-16/OC 48.

El trfico es fundamentalmente de datos, con MUX estadstico mas que con TDM y caractersticas menos uniformes que en las redes de transporte.

Ha de soportar diferentes servicios y protocolos clientes debido a la desregulacion:

Protocolos (ATM, IP, GbE, Frame Relay, SDH, etc)

Servicios ( Agregacin, Transporte, SANs, Redes VPN).

Ha de soportar una gran diversidad de anchos de banda y capacidades.

Requisitos:

Aprovisionamiento dinmico de recursos: Cambios de capacidad y enrutamiento de trfico bajo demanda en forma rpida

Bajo coste de instalacin inicial

Soportar diversos protocolos existentes y futuros

Escalabilidad: Habilidad para aumentar drsticamente la capacidad sin afectar a los servicios ya existentes

Supervivencia: Recuperacin frente a fallos en < 50 mseg

Adecuadas para el transporte preferentemente de datos: Infraestructura preparada para soportar IP

Gestin: de servicios y conectividad/interfaz con la red de larga distancia

Transparencia: Soporte de multiples servicios

Capacidad: Explotacin mxima de la capacidad de la fibra, deben ofrecer gran ancho de banda

Calidad: Deben soportar servicios con QoS

Agregacin de trfico electrnico de baja velocidad y entrega a la red de transporte

Establecimiento de conexiones de carcter permanente y no permanente (on demand)

Red de Transporte: Redes de gran alcance que se encargan de hacer posible que el trafico de la red alcance cualquier extensin geogrfica. Son las encargadas del envo y multiplexacin de diversos tipos de informacin en diferentes formatos tanto analgicos como digitales. Su evolucin ha sido gradual, desde las primeras redes analgicas, las digitales, hasta las redes pticas

Caractersticas:

Cubren regiones amplias

Potentes capacidades de multiplexacin

Encaminamiento de flujo de paquetes de alta velocidad desde sus orgenes a destinos

Responden a instrucciones de dispositivos frontera y se aseguran de la disponibilidad de recursos a travs de la WAN para garantizar QoS extremo a extremo.

Proporcionan > 20 Gb/s de ancho de banda en sus tarjetas

Son sin bloqueo y soportan un elevado nmero de interfaces de alta velocidad.

Requisitos:

Aprovisionamiento dinmico de recursos: Cambios de capacidad y enrutamiento de trfico bajo demanda en forma rpida

Supervivencia: Recuperacin frente a fallos en < 50 mseg

Alta disponibilidad

Estandarizacin de tecnologas

Servicios extensos de OA&M

Redes Opticas

Una Red Optica es una red de telecomunicacin en donde los enlaces de transmisin son fibras pticas y cuya arquitectura est diseada para explotar las caractersticas singulares de este medio de transmisin. Su diseo e implementacin requiere en general de la combinacin (compleja) de elementos pticos y electrnicos Su concepcin arquitectnica obedece a un modelo de capas. Entre sus caractersticas principales, podemos nombrar

Alto valor de throughput en agregados de redes (cientos de terabits por segundo)

Alta velocidad de usuarios (Gb/s)

Pequeo retardo en la conexiones end-to-end

Bajo tasa de error

Adaptabilidad a distintas condiciones de trfico

Eficiente y rpida localizacin de fallo y su recuperacin

Modularidad

Escalabilidad

Redes Opticas de primera generacin

Emplean la fibra nicamente como medio de transmisin de alta capacidad en sustitucin del cobre. Todo el procesado, encaminamiento y conmutacin se realiza en el dominio elctrico de la seal. Su implantacin es muy extensa hoy en da en las redes pblicas de telecomunicacin, excepto en la red de acceso.

SDH en Europa y Japn y SONET en USA son los paradigmas de este tipo de redes

Jerarquas Digitales

Pese a los esfuerzos de los organismos internacionales que regulan las caractersticas y propiedades de los sistemas digitales, en la unificacin de todas las normas relativas a la transmisin de informacin, existan en Estados Unidos y Japn normas diferentes que impedan hasta el momento una compatibilidad completa entre los diferentes sistemas, tanto Americanos y Japoneses, as como tambin los Europeos.

Aunque las normas Americanas y Japonesas se justifican por razones de tipo tcnico ligadas a sus propios sistemas, la situacin a nivel internacional es lamentable pues el intercambio de datos digitales, excepto por el telex, se efecta prcticamente a nivel nacional.

Consciente de esta situacin, el anterior CCITT comenz en 1968 el establecimiento de las normas para las jerarquas de transmisin de datos. En particular, la comisin especial D especifica las jerarquas de multiplexaje de los sistemas de transmisin PCM, mientras que la comisin de estudio VII se encarga del estudio de las nuevas redes sincrnicas digitales.

Una jerarqua digital, es una secuencia ordenada de velocidades de informacin (en bps) que constituyen cada una un nivel jerrquico dado. Los equipos jerrquicos de multiplexaje combinan un nmero definido de seales digitales con velocidades del nivel (n-1) en una seal digital con velocidad del nivel n. Los bancos de canal PCM, los CODECS de banda ancha (utilizados principalmente en TV) y los equipos de lnea y multiplexaje deben operar nicamente a una velocidad igual o mltiplo de las velocidades jerrquicas.

El antiguo CCITT, ahora ITU, normaliz estos niveles jerrquicos, sin embargo, pese a su esfuerzo para unificar los sistemas actuales estableci, para ese entonces, dos jerarquas bsicas definidas en la recomendacin G.703. Para niveles superiores, el antiguo CCITT normaliz, en sus recomendaciones G.751, G.752, G.753 y G.754, dos niveles mas con los cuales se formaron las jerarquas o redes Europea, Japonesa y Norteamericana.

Jerarqua Digital Americana (Bell) y Europea (CEPT)

Se han desarrollado jerarquas en la multiplexacin por divisin de tiempo. Las ms utilizadas son la Europea y la Norteamericana. El nivel primario de la primera es el banco de 30 canales con 2.048 Mbps, y para la segunda es el banco de 24 canales 1.544 Mbps. Las multiplexaciones sucesivas de estos niveles primarios generan los niveles digitales de orden superior.

Las Tablas 1.1 y 1.2 presentan las jerarquas antes mencionadas y sus caractersticas.

TABLA 1.1

MULTICANALIZACIN DIGITAL NORTEAMERICANA

PRIVATENombre de la SealPortadoraNmero de Canales de VozDesignacin del MulticanalTasa de Bits

DS-1T124Bancos D 1.544 Mbps

DS-1CT1C48M1C (2 DS-1)3.152 Mbps

DS-2T296M12 (4 DS-1)6.312 Mbps

DS-3T3672M13 (28 DS-1)44.736 Mbps

DS-4T44032M34 (6 DS-3)274.176 Mbps

TABLA 1.2

MULTICANALIZACIN DIGITAL EUROPEA

PRIVATENombre del NivelPortadoraNmero de Canales de VozDesignacin del MulticanalTasa de Bits

1E130___2.048 Mbps

2E2120M128.448 Mbps

3E3480M2334.386 Mbps

4E41920M34139.264 Mbps

5E57680M45565.148 Mbps

En PCM una jerarqua de multiplexacin es desarrollada basada sobre el grupo de 24 o 30 canales, el cual es llamado nivel 1. Los niveles subsecuentes son desarrollados por multiplexacin del nivel 1. Estos niveles son: nivel 2, 3, 4, y en un sistema, nivel 5.

La jerarqua PCM de Norteamrica es detallada en la Tabla 1.1, dando las respectivas tasas de lnea DS y la nomenclatura de multiplexacin. En cuanto a esta nomenclatura, M12 acepta entradas de nivel 1, entregando nivel 2 a la lnea. ste actualmente acepta cuatro entradas DS-1 derivando una salida DS-2 (6.312 Mbps). M13 acepta entradas de nivel 1, entregando nivel 3 a la lnea. En este caso 28 entradas DS-1 para una salida DS-3 (44.736 Mbps), el M34 toma seis entradas DS-3 (nivel 3) para formar una tasa de lnea DS-4 (274.176 Mbps). DS-1C es un caso especial donde dos tasa DS-1 (1.544 Mbps) son multiplexadas para formar un grupo de 48 canales con una tasa de lnea de 3.152 Mbps.

Se puede observar que las tasas de repeticin de los niveles superiores de multicanalizacin son mltiplos de la tasa del nivel inferior mas algunos bits adicionales. Por ejemplo, el DS-1C con tasa 3.152 Kbps, es el resultado de 2 * 1.544 Kbps + 64 Kbps; o sea, dos veces la tasa de un DS-1 mas 64 Kbps, los cuales son usados para sincronizacin del multicanalizador y enmarcamiento. La tasa de bits de las dos fuentes deber ser la misma para lograr un funcionamiento de cuadros; por esto, cuando existen varias fuentes diferentes de datos para ser multicanalizadas, cuyas tasas, por la tolerancia en la frecuencia del reloj, no son exactamente iguales, es necesario rellenar un nmero determinado de ranuras de tiempo para que ambas fuentes operen exactamente a la misma tasa. Este proceso es conocido como Relleno de Bits ("Bit Stuffing").

El CCITT define el relleno de bits nombrndolo "justificacin" de la siguiente manera (Rec. G.702): "es un proceso que cambia la tasa de una seal digital de forma que pueda armonizar con una tasa diferente de su propia tasa inherente, usualmente sin prdida de informacin". La justificacin positiva aade dgitos al flujo de bits, mientras que la negativa los elimina.

PDH (Jerarqua Digital Plesicrona)

Aparecieron en Europa y USA como soluciones para la multiplexin de canales digitales de 64 Kbps. As surgieron las redes PDH (Plesynchronous digital Hierarchy) que estructuraban la manera de multiplexar canales de 64 Kbps en canales digitales de mayor capacidad.

Aspectos Generales

Funcionamiento Plesicrono (Casi sncrono): Las tributarias, an trabajando a la misma velocidad binaria, no estn sincronizadas por un mismo reloj. Cada fuente tiene su propio reloj, esto abliga al mux a usar un reloj interno para generar una seal a una frecuencia mayor que contenga las diferentes tributarias, por lo tanto el reloj usado en cada nivel de multiplexacin es independiente de los otros niveles. Es decir, el sistema de transmisin es sincrnico con el ltimo nivel de multiplexacin y plesicrono con el resto de los niveles.

Para compensar las diferencias de velocidades se recurre a la justificacin o relleno de bits, es decir, insertar o extraer bits de posiciones preestablecidas en la trama

Cuando la velocidad de un tributario de entrada es demasiado elevada, el mux no transmite por la salida todos los bits de justificacin, de manera que el numero bits/s transmitidos disminuye y la velocidad se reduce; cuando la velocidad de entrada es baja, el mux transmite por la salida mas bits de relleno de manera que la velocidad aumenta. Para que el mux sepa cuando el bit de justificacion contiene info o no, se utilizan unos bits de control de justificacin, que estan distribuidos a lo largo de toda la trama para minimizar la probabilidad de que un error pueda modificar dos de ellos, y la decision es tomada por votacin y mayora

El primer nivel (E1 T1) se trata bajo la forma de octetos

Los niveles superiores se tratan bajo la forma de bits

La duracin de las tramas no es uniforme

La alineacin de tramas se obtiene mediante una seal de alineacin de trama

No todas las interfaces estn estandarizadas

Baja capacidad de los canales de servicio ,constituidos de bits en la seal de alineacin de trama, utilizados primordialmente para alarmas remotas

Debido a la necesidad de gestin, los equipos de linea generalmente crean una trama propia, no estandarizada, para incluir canales de servicio y monitorizacin de errores

PRIMER ORDEN JERRQUICO

TRAMA DIGITAL DE 2048 kb/s.

La organizacin temporal de los canales digitales se realiza mediante la Multitrama MFR (MultiFrame) consistente en 16 Tramas FR (Frame) numeradas desde fila 0 a 15. Cada trama tiene 32 columnas o Intervalos de Tiempo TS (Time Slot), numerados de 0 a 31. Cada intervalo de tiempo lleva un Octeto o Byte de un canal de 64 kb/s. En lo que respecta a los tiempos la trama tiene una duracin de 125 seg, correspondiente al perodo de muestreo de una seal telefnica (8 kHz). Cada uno de los 32 intervalos de tiempo dura entonces 3,9 seg y cada bit tiene una duracin de 488 nseg. Una multitrama ocupa un tiempo de 2 mseg

El intervalo de tiempo TS:0 se utiliza para enviar el alineamiento de trama e informacin de supervisin del enlace. El intervalo de tiempo TS:16 se usa para Sealizacin Asociada al Canal. Los intervalos TS:1 a TS:15 y TS:17 a TS:31 llevan los canales de telefona digital o datos a 64 kb/s. El conjunto de 32 canales (intervalos de tiempo) de 64 kb/s constituyen los 2048 kb/s.

Alineamiento de trama y CRC

La PDH, a cualquier nivel, es una tecnologa de transmisin estructurada, y por lo tanto cada bit, tiene un significado y una funcin, y para una correcta comprensin, es completamente necesario tener una indicacin del inicio de la trama. Para que el receptor de la trama bsica E1 pueda reconocer el inicio de la trama una estructura de bits especial se inserta en el inicio de algunas tramas. De esta forma se realiza la sincronizacin.

Una FAS, seal de alineamiento de trama, se introduce en el principio de las tramas pares, eso es, una FAS se introduce cada dos tramas E1. El byte restante en las tramas impares es denominado NFAS (No FAS) y es utilizado para el transporte de informacin de alarmas, bits sobrantes reservados para uso nacional y algunos ms son bits de alineamiento de multitrama.

Inicio de trama : Seal FAS( Frame Align Signal : Seal de Alineacin de Trama ).

Canales pares : seal FAS.

Canales impares : CRC4 : Cdigo de Redundancia Cclica para deteccin de errores ( 4 es el grado del polinomio que utiliza en el algoritmo ).

Dentro del byte de FAS el primer bit se dedica a realizar un CRC-4, por lo tanto es necesario recibir 4 FAS para formar el cdigo que permite el reconocimiento de una correcta sincronizacin y recepcin de tramas. El resto de los bits de la FAS, eso es, los bits de 1 al 7, siempre forman la combinacin 0011011, lo que permite identificar el inicio de la nueva trama.

Tratamiento de errores

PDH no tiene sistema de recuperacin de errores ( si detecta un error no puede hacer nada para corregirlo ).

El tratamiento que PDH de a los errores es muy diferente del realizado en comunicaciones de datos. Muchas diferencias pueden sealarse entre estas dos tecnologas como, por ejemplo, el hecho de que en PDH no se retransmite ninguna trama, ya que ello podra introducir un nivel inaceptable de retardo y porque las tramas no se almacenan en los ADMs. La filosofa en PDH es bastante diferente. Los errores de transmisin son monitorizados y comunicados, y si la red proporciona un rendimiento demasiado bajo, se toman las medidas necesarias para corregirla. La correccin y recuperacin de errores se deja para la capa de enlace en el modelo OSI, y PDH nicamente se ocupa de una parte de la capa fsica

Canal de Sealizacin y Multitrama

El slot nmero 16 de cada trama bsica de 2 Mbit/s se reserva para el transporte de protocolos de sealizacin para los 30 de 64 kbit/s que llegan directamente a los usuarios de la PSTN. Por esta razn, los multiplexores de la red deben modificar la informacin de sealizacin de los canales.

Cada canal tiene asignado un espacio de sealizacin de 2 kbit/s en la multitrama E1, a traves de 4 bits (conocidos genricamente como a,b,c y d) en el canal 16, que constituye un canal de sealizacin de 64 kbit/s. Para realmente conocer donde esta el inicio de este canal de sealizacin, los primeros cuatro bits son marcados como cero (0000), y los siguientes cuatro bits de este byte no transportan informacin de sealizacin, sino informacin de justificacin y alarmas. Estos cuatro primeros bits son los denominados MFAS mientras que los siguientes cuatro bits se denominan NMFAS (no seal de alineamiento de multitrama).

Administracin de Alarmas

Para la transmisin de alarmas, PDH hace uso de los campos NFAS y NMFAS. Cuando un ADM detecta una disminucin en la calidad de transmisin, o porque el nivel de error es demasiado alto o porque un desalineamiento de trama ha sido detectado, debe comunicar este hecho al otro extremo de la conexin, eso es, al transmisor. Esta alarma es comunicada en el bit 3 de la NFAS y normalmente se denomina Indicador de Alarma Remota , entonces, el multiplexor remoto considera si la situacin es peligrosa, y procede a realizar un realineamiento de trama. Este realineamiento se reaiza poniendo toda la tributaria a uno ('1'), eso es, todos los contenidos de los canales a 1, para facilitar la resincronizacin, pero manteniendo la palabra FAS en su correcto valor.

TRAMAS DE ORDEN SUPERIOR. Si bien el nmero de canales se multiplica por 4 a cada paso, la velocidad es levemente mayor a 4 debido al agregado de seales adicionales. Se describe en detalle el orden segundo ya que el resto son una extensin conceptual de aquel.

TRAMA DIGITAL DE 8448 kb/s.

Al multiplexor de segundo orden ingresan 4 tributarios de 2048 kb/s cada uno, cuya velocidad tiene una tolerancia de 50 ppm (equivalente a 102,4 b/s). La trama consiste en 848 bit/trama y se encuentra dividida en 4 subtramas de 212 bit; cada una se divide en 53 grupos de 4 bits. Al inicio de la trama se tiene un encabezado (overhead) con informacin de alineamiento de trama, alarma, bits de justificacin positiva (Stuffing) y bits de control de justificacin. La justificacin positiva permite entrelazar 4 entradas denominadas tributarios de distinta velocidad dentro de la tolerancia de 50 ppm.

La palabra de alineamiento de trama consiste de 10 bits (1111 0100 00AN) y permite el sincronismo del receptor. La prdida de alineamiento de trama LOF se produce cuando se detectan con error 4 palabras consecutivas. Para la recuperacin del alineamiento se deben leer correctamente 3 palabras consecutivas.

Los datos provenientes de los tributarios se entrelazan por bits en la zona denominada carga til de la trama. Se observa que el proceso de multiplexacin es transparente a la organizacin de la trama del orden jerrquico inferior. Es decir, la informacin del tributario de entrada solo debe cumplir con los requisitos de velocidad, nivel y cdigo; sin importar la organizacin interna de los datos.

La velocidad de los tributarios de entrada es de 2048 kb/s como valor nominal y con tolerancia de 50 ppm (102 b/s). El entrelazado de 4 afluentes de entrada cuya velocidad puede no ser exactamente igual (funcionamiento plesicrono) requiere entonces de la aplicacin del proceso de Justificacin Positiva. El mismo consiste en asignar a cada afluente una capacidad levemente superior a la real y rellenar el exceso con bits de justificacin (stuffing) que se eliminan en el proceso de demultiplexacin.

ORDENES JERRQUICOS SUPERIORES. Por encima de los 8448 kb/s se encuentran el tercer y cuarto orden jerrquico. El quinto orden se ha determinado para aplicaciones con interfaz para fibras pticas. La organizacin de las tramas es similar. Se disponen de palabras de alineamiento de trama al inicio de cada organizacin de iguales caractersticas. Siempre se dispone de una alarma para informar al terminal remoto de la falta de alineamiento local. El proceso de justificacin positiva es conceptualmente idntico.

Inconvenientes de las redes PDH

La red es plesncrona (casi sncrona), es decir que no todos los equipos transmitan exactamente a la misma velocidad (los tributarios tienen en cada jerarqua su propio reloj, sin base de tiempo comn al sistema), lo que conllevaba serios problemas en la multiplexin de distintas fuentes y obligaba a implantar complicados y caros mecanismos con bits de justificacin para, aadiendo o quitando de estos bits, igualar las velocidades de las fuentes, o sea, cada canal no tiene una asignacin estricta en ningn slot de tiempo, y por lo tanto cada tributario es mapeado dentro de un nivel superior utilizando justificacin para acomodar diferencias de temporizacin

Si bien la justificacin soluciona el problema de ausencia de informacin que se produce en cientos momentos debido a diferencias de reloj (logra sincronizacin entre equipos terminales) tambin introduce uno importante: la identificacin del inicio de una nueva trama

Por este motivo localizar una seal de 64 Kb/s dentro de una trama de nivel superior supone demultiplexar todos los niveles uno a uno, identificando los bits de relleno, hasta el nivel inferior. La operacin de insertar una seal nueva supondra tambin demultiplexar toda la trama nivel a nivel, aadir el nuevo canal y multiplexar de nuevo todo el sistema aadiendo o quitando los bits de justificacin. Como se puede observar la operacin resultante es realmente compleja y requiere el uso de un nmero elevado de equipos. Adems, la rigidez de esta estructura choca frontalmente con la flexibilidad que se demanda hoy en da.

Europa (con los E1, E2, E3, E4, E5), Estados Unidos (con su T1, T2, T3, T4) y Japn (con su J1, J2, J3, J4, J5) tienen distintos niveles de jerarquas que requieren equipos muy caros y complejos para poder adaptarlas

La trama no cae siempre en el mismo lugar, por lo que en un nivel distinto al bsico, para identificar un tributario se debe demultiplexar el canal hasta su nivel ms bsico.

Necesita multiplexores ms complejos y ms caros.

No es flexible : complejidad para insertar y extraer tributarios en el nivel inferior.

Gran cantidad de tramas tributarias agregadas como consecuencia de la necesidad del ingreso de seales de sincronizacin