O Padrão SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

Tempo de leitura: 10 minutos

Introdução

As redes de Telecomunicações sempre buscaram maneiras de evoluir seus serviços a fim de atender mais clientes de forma mais otimizada, aumentar suas taxas de transmissão e obter lucro com a operação.

As técnicas de multiplexação são centrais para que tais objetivos sejam alcançados.

Um padrão de multiplexação de transporte de informações que ainda é muito utilizado é o padrão SDH (Synchronous Digital Hierarchy) implementado no final dos anos 90 e amplamente utilizado nas redes de Backhaul.

Para saber mais sobre as estruturas das Redes de Telecomunicações clique aqui e acesse um outro artigo sobre este tema.

O Padrão PDH

O padrão SDH teve como principal objetivo aprimorar o padrão PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy).

O PDH utilizava um padrão assíncrono de clock entre seus canais e assim cada passo de sua modulação necessitava de um equipamento de multiplexação específico.

Para que fossem acessados os canais de menor hierarquia na rede seria necessário demultiplexar os canais de todas as hierarquias anteriores até atingir a desejada.

As taxas de transmissão mais altas do PDH chegavam a 100Kbps no padrão norte-americano e 140Kbps no padrão Europeu.

A quebra de paradigma originada pela implantação do padrão SDH foi conseguir um protocolo que fosse síncrono em todos os seus canais, ou seja, todos os canais possuem o mesmo clock.

A sincronização com o equipamento de multiplexação é feita por um processo de bit e encapsulamento de informação.

Como somente um clock permeia toda a rede não existe a necessidade de um buffer, assim, a acessibilidade do circuito é melhor e o número de multiplexadores envolvidos em sua implementação menor.

O Padrão SDH

O padrão SDH é utilizado em redes TDMs com alta taxa de bits e para transportar células ATM, sinais PDH, Ethernet e sinais SAN.

Quanto à sua propagação, o meio físico preferível são as fibras ópticas, todavia há também a possibilidade da utilização de interfaces elétricas ampliando os meios de transmissão para o de uso de enlaces de rádio digitais e sistemas ópticos de visada direta.

SONET (Synchronous Optical Networking)

As primeiras especificações para o SDH foram criadas em meados dos anos 80 nos Estados Unidos e o protocolo batizado inicialmente de SONET (Synchronous Optical Networking).

A norma que regulamenta as especificações do SDH foram feitas posteriormente pelo ITU-T com base no SONET, a versão mais recente da mesma é Recomendação G.783 publicada em  março de 2006.

Os dois padrões podem funcionar simultaneamente, assim como já acontecia como padrão europeu e o norte americano do PDH.

Mesmo com a possibilidade de uso simultâneo, o SDH e o SONET possuem algumas diferenças entre seus protocolos.

Ambos possuem uma estrutura em camadas, contudo os termos utilizados para descrever tais camadas não são os mesmos.

No caso do SDH são utilizados: trajeto, multiplex section e seção de geradores, já no SONET, utiliza-se: seção, linha e trajeto.

Os valores do byte POH e C2 são ligeiramente diferentes.

Os bytes de carga adicionais específicos e o índice de das mensagens de sistema de proteção automática transmitidas nos bytes K1/K2 são também diferentes.

O Funcionamento do SDH

O princípio de funcionamento do SDH é a combinação de n sinais com um taxa de m bits e assim são criadas taxas de transferência de nxb bits com o clock síncrono.

Por conta do princípio síncrono de operação é possível adicionar e remover de forma simples elementos multiplexadores de baixa ordem em níveis altos de hierarquia do sistema.

Já seu processo de hierarquização possui diferentes protocolos, STM-1, STM-4, STM-16, STM-64 e STM-256, especificações acima de 256 níveis ainda precisam de mais estudos para serem aplicadas.

As taxas de transmissão de dos mesmos vão de 155MBits/s a 40 GBits/s.

Tal processo divide-se ainda em camadas que utilizam uma abordagem cliente/servidor e no modelo de camadas ISO.

A figura abaixo representa a estrutura de multiplexação dos diferentes níveis do SDH.

Durante toda o caminho percorrido no esquema o sinal é armazenado no frame SDH e em cada equipamento este frame é processado de maneira adequada para ser utilizado.

A cada nova etapa desse processo o frame do SDH é atualizado e novas informações de administração e supervisão do SDH são inseridas no frame.

O frame do SDH possui um tamanho padrão para cada hierarquia, por exemplo o frame SDH para a hierarquia STM-1 possui 2430 bytes organizados em 9 linhas com 270 colunas de bytes que são transmitidos serialmente linha a linha.

A estrutura de um frame do STM-N é representada abaixo:

Este frame é dividido em 9 linhas e 9 x N colunas.

Ele ainda é dividido em três sessões, cada uma com seu cabeçalho identificador.

As linhas 1-3 e 5-9 do cabeçalho são dedicadas ao SOH, sendo a primeira sessão chamada de RSOH e a segunda de MSOH.

Já a linha 4 é utilizada para ponteiros administrativos, chamados de AU pointers.

O RSOH é a Seção de Cabeçalho de Regeneração e possui informações sobre o alinhamento e identificação do frame, monitora os erros de regeneração, alarmes físicos do equipamento e supervisiona o sistema.

Além disso, possui um canal de voz associado para comunicação de técnicos entre equipamentos.

Na sessão de Ponteiros Administrativos encontra-se o POH isto é, o Cabeçalho de Endereçamento, esta seção é processada em cada equipamento e possui o indicador de onde encontram-se o primeiro byte do contêiner virtual dentro da área de informação útil do  frame e os bytes de justificação deste contêiner virtual.

Esta seção é de grande importância, pois a existência da indicação da localização do início dos contêineres virtuais possibilita o envio de sinais com diferenças de fase e frequência em um mesmo frame.

Para que tais diferenças sejam explicitadas que o processo de justificação é feito e armazenado no POH.

O MSOH tem como papel ser a Seção de Multiplexação do Cabeçalho e está presente somente em equipamentos onde existe a adição ou retirada de canais multiplexados.

Por meio desta seção é feito o monitoramento e indicação de erros devido a multiplexação, controle de chaveamento de mecanismos de proteção, monitoramento de sincronismo e gerência de sistema.

O grande diferencial do SDH é sua forma síncrona de transmissão de dados e para manter tal sincronismo é necessário um mecanismo com alto grau de precisão e para tal são utilizados relógios atômicos, abaixo temos um exemplar localizado na USP.

Este tipo de relógio possui um erro de apenas um segundo em 100 milhões de anos e está entre os meios mais precisos de medição do tempo conhecidos.

Tal precisão é atingida pelo instrumento de medida temporal serem os períodos de radiação de átomos de Césio a uma temperatura 0 Kelvin, ou seja, o chamado zero absoluto.

Tamanha precisão não é obtida facilmente um dispositivo como este possui um alto custo, por conta disso apenas 400 relógios atômicos existem no mundo.

Para o funcionamento correto do SDH são necessários dois relógios atômicos, um em funcionamento e um de reserva.

Como todo o sistema depende da precisa sincronização é de suma importância o funcionamento destes dois relógios durante toda a operação.

A utilização dos relógios atômicos pode ser considerado um dos grandes aliados e ao mesmo tempo um dos grandes vilões do SDH, pois é o cerne da tecnologia e também o responsável pelo seu alto custo de implantação.

Tal custo pode vir a representar um problema para operadoras.

Para saber mais sobre o Impacto de Redes Corporativas em Operadoras de Telecom clique aqui e acesse um outro artigo sobre este tema.

Se a demanda não for bem gerenciada a fim de diluir o custo da implantação e operação a tecnologia pode deixar de ser vantajosa.

A tecnologia SDH foi de grande importância por ser uma primeira possibilidade de fluxo de informação síncrona e grandes fluxos de informações.

Operadoras de telecomunicações fizeram grandes investimentos para sua implantação e manutenção.

Uso do SDH Atualmente

Nos dias atuais ainda existe demanda para tal serviço, contudo a rede SDH já pode ser tratada como uma rede legada, pois trata-se de uma rede concebida para lidar com a rede de telefonia e nos dias atuais tal demanda ainda existe, mas não é a principal.

Atualmente, as redes são baseadas no envio e recebimento de pacotes, característica para qual o SDH não foi preparado para suportar, então para as redes já existentes não fossem perdidas soluções para o uso de SDH no transporte de pacotes foram pensadas, entre elas o MPLS.

Para saber mais sobre MPLS, clique aqui e acesse um outro artigo sobre este tema.

Redes Ópticas (POTN): a Evolução

Como a tecnologia está em constante evolução acredita-se que o próximo passo é a utilização de redes ópticas no transporte de pacotes, o chamado POTN, e esta tecnologia seria também capaz de carregar pacotes do tipo SDH atendendo a demanda de clientes que ainda utilizam o protocolo.

Mas isso é um papo para outro artigo.

Aguarde!


Este artigo não tem como objetivo esgotar a exposição deste tema, nem tampouco de avançar em todos os seus detalhes. Seu objetivo é trazer uma abordagem introdutória, que posteriormente ser complementados por novos artigos com maior aprofundamento.


Autor deste Artigo: Estudante de Engenharia Maria Fernanda, orientado pelo Engenheiro Marcelo Vasconcelos

Edição e Revisão: Paulo Florêncio, Diretor Comercial da Target Solutions

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