Unidade 3 Básico da Rede de Transmissão

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1 Unidade 3 Básico da Rede de Transmissão
Curso de Qualificação Profissional Técnico de Dados Treinar On Line

2 Rede de Transporte Rede de Transporte Backbone Central Trânsito
Rádio Enlace Rede de Transporte Central Trânsito Rio de Janeiro SDH/ F.O. PDH DWDM Central Trânsito Niterói ANOTAÇÕES 1. Redes de Transporte Existem para transferir, conduzir, transmitir, transportar informações entre centrais telefônicas, ou entre nós de redes de dados, ou entre qualquer equipamentos que estão distantes entre si e precisam se comunicar. Utiliza os seguintes meios de transmissão: - Cabos metálicos – formam as redes de cabos entre centrais: (entroncamentos) -Cabos ópticos – utilizados como meio de condução de sinais ópticos – impulsos de luz que representam impulsos elétricos que foram convertidos em luz por equipamentos conversores elétricos/ópticos e ópticos/elétricos. -Cabos submarinos – interligam cidades ou países através de cabos lançados nos leitos dos mares e oceanos. Atualmente, esta tecnologia já utiliza fibras ópticas. No Brasil em 1987 foi lançado o primeiro cabo de fibra óptica transcontinental; Os sistemas de transmissão por cabos submarinos constituem uma outra classe de sistemas onde as fibras óticas cumprem atualmente um papel de fundamental importância. Os cabos submarinos convencionais, embora façam uso de cabos coaxiais de alta qualidade e grande diâmetro para minimizar a atenuação, estão limitados a um espaçamento máximo da ordem de 5 a 10 km entre seus repetidores de sinais. As fibras óticas, por outro lado, permitem atualmente espaçamento entre repetidores em torno de 60 km. Com a implantação dos sistemas de transmissão por fibras óticas de quarta geração, alcances sem repetidores superiores a 100 km serão perfeitamente realizáveis. Além disso, as fibras óticas oferecem facilidades operacionais (dimensões e peso menores) e uma maior capacidade de transmissão, contribuindo significativamente para atender à crescente demanda por circuitos internacionais de voz e de dados, a um custo mais baixo ainda que os enlaces via satélite. Backbone Outras Centrais F.O. Central Trânsito Bahia Central Trânsito Minas Gerais

3 Redes de Transporte Rede de Transporte
Meios de Transporte de sinais entre Centrais ou “nós de rede” Cabos Metálicos Cabos Ópticos Cabos Submarinos Sistemas de Transmissão PDH Sistemas de Transmissão SDH Redes DWDM Rádios Satélites Antenas Nesta Unidade abordaremos: Sistemas de Transmissão PDH Sistemas de Transmissão SDH Redes WDM Para a melhor compreensão destes sistemas de transmissão, estudaremos inicialmente os conceitos de Multiplexação e de Modulação de sinais analógicos para sinais digitais.

4 Técnicas de Multiplexação
Evolução das Técnicas de Multiplexação SDM = Multiplexação por Divisão de Espaço FDM = Multiplexação por Divisão de Freqüências TDM = Multiplexação por Divisão de tempo 2. Técnicas de Multiplexação Multiplexação Em telecomunicações, multiplexação é o compartilhamento de um mesmo espaço físico, ou de uma mesma faixa do espectro magnético, ou de um período de tempo, por mais de um usuário, cuja finalidade é sempre o transporte de sinais elétricos ou de luz. 2.1 Multiplexação por Divisão de Espaço (SDM) A comunicação por telefone começou com vias de conversação individuais, o que quer dizer que para cada ligação telefônica era necessário comutar um par de fios. Devido ao grande número de linhas dispostas fisicamente lado a lado, esta estrutura foi denominada de multiplexação por divisão de espaço (SDM = space-division multiplex).

5 Multiplexação SDM Multiplexação por Divisão de Espaço (SDM)
Simplesmente repartem entre si um mesmo espaço físico, como é o caso dos pares de fios de cobre de um cabo telefônico de 600 pares, por exemplo.

6 Multiplexação por divisão de freqüência
Multiplexação FDM 2.2 Multiplexação por Divisão de Freqüências (FDM) Como a implantação da rede de linhas físicas absorve a maior parcela do investimento, pensou-se na utilização múltipla destas linhas, pelo menos na rede de longa distância. Este esforço levou à técnica de multiplexação por divisão de freqüências (FDM = frequency-division multiplex), onde uma faixa larga de freqüência é dividida em faixas parciais estreitas. A figura acima mostra uma faixa de freqüência de 48 kHz dividida em 12 faixas parciais. Os sinais telefônicos são convertidos em faixas parciais através da modulação com diferentes ondas senoidais (portadoras) e assim transmitidas. Como as portadoras são moduladas pelo sinal telefônico, este método também é denominado de método de freqüência portadora. Após uma demodulação na recepção, estes sinais estão disponíveis novamente em sua forma original. O método de freqüência portadora é ainda hoje um método usual e econômico de transmissão de sinais, usado nos radios enlaces, em transmissões via satélites (rede de transporte) e também nos Carriers Monocanal/ Multicanais, usados na rede de acesso telefônico. Multiplexação por divisão de freqüência

7 Multiplexagem TDM 2.3 Multiplexagem por Divisão no Tempo (TDM)
Iniciais da expressão inglesa Time Division Multiplexing é frequentemente utilizada sempre que se pretende aumentar o rendimento de um canal de transmissão digital, dele tirando maior proveito das suas capacidades. Consideremos um dispositivo digital (Multiplexador TDM) com três canais de entrada e um canal de saída, ao qual chegam bits a um ritmo constante: O primeiro Multiplexador TDM (a esquerda) funciona como um comutador que "varre" consecutivamente cada uma das entradas e aí permanece em cada entrada um curto intervalo de tempo (time slot ou janela de tempo), colocando na saída os bits que aí acabam de chegar. O segundo Multiplexador (a direita) funciona de modo inverso (como Desmultiplexador), ou seja, vai lendo os bits que chegam a intervalos de tempo regulares, e devidamente sincronizado com o primeiro Multiplexador, distribuindo os bits lidos nas saídas correspondentes . Se cada uma das entradas apresentar uma velocidade, ou "bit rate" na expressão inglesa, de 2400 bps, (velocidade em bits por segundo na qual os bits chegam), a capacidade do canal existente entre os dois multiplexadores atingirá assim os 3 x 2400 = 7200 bps. Os canais de saída terão logicamente velocidades iguais aos dos canais de entrada, ou seja, 2400 bps. A grande vantagem da Multiplexagem por Divisão no Tempo TDM está em permitir que um canal de transmissão que poderia estar completamente ocupado por uma comunicação entre dois usuários de uma rede de telecomunicações, possa agora ser utilizado por vários outros usuários em outras comunicações que decorram ao mesmo tempo entre os dois locais.

8 Principio da Multiplexação TDM
Principio da Multiplexagem por Divisão de Tempo (TDM) Na multiplexação por divisão de tempo, toma-se como base que para transmitir oscilações elétricas, como por exemplo sinais telefônicos, não há a necessidade de se enviar toda a forma da onda, sendo suficiente retirar em intervalos regulares uma amostra do sinal e transmitir somente esta. Amostragem periódica de um sinal analógico a

9 Principio da Multiplexação TDM
Sinal PAM TDM Através de uma amostragem, obtém-se uma seqüência de pulsos curtos cujas amplitudes correspondem aos valores instantâneos do sinal. Esta conversão é conhecida como modulação por amplitude de pulsos (PAM). A envoltória dos sinais PAM reproduz a forma original da onda. Entre cada amostra de um mesmo sinal telefônico surgem pausas relativamente grandes. Estas pausas podem ser utilizadas para a transmissão de outros sinais PAM, isto é, as amostras de diferentes sinais telefônicos podem ser transmitidas em seqüência cíclica. Os pulsos de diferentes sinais PAM formam, assim reunidos, um sinal PAM multiplexado por divisão de tempo. Sinal multiplexado por divisão de tempo, formado pelas amostras de três sinais telefônicos analógicos a, b e c, em seqüência cíclica ordenada

10 Princípios da técnica PCM Formação de um sinal PCM
A figura acima mostra como um sinal senoidal (por exemplo: voz) chega a uma chave eletrônica através de um filtro passa-baixas, que limita a faixa de freqüências a ser transmitida. Ele suprime as freqüências maiores que a metade da freqüência de amostragem. A chave eletrônica, comandada com a freqüência de amostragem de 8000 Hz, retira do sinal telefônico uma amostra a cada 125s. Desta forma, obtém-se um sinal modulado dos pulsos em amplitude - o sinal PAM.

11 Princípios da técnica PCM
Teorema de amostragem fA > 2fS Princípios da técnica PCM Para a conversão de um sinal analógico para digital, uma das técnicas mais simples, eficientes e econômica é a PCM. Para tal, esta técnica se baseia no Teorema de Amostragem: Teorema de amostragem O teorema da amostragem especifica a menor freqüência de amostragem de um sinal analógico, para que na reconstituição do sinal analógico original, a partir das amostras, não haja perdas na informação. A freqüência de amostragem (fA) deve ser maior que duas vezes a maior freqüência contida no sinal analógico (fS): fA > 2fS

12 Conversão analógico  digital
Amostragem fs = 3400 Hz fa>2 x 3400 = 6800 amostras  aumentada para 8000 amostras por segurança Freqüência de amostragem (fA) = 8000 Hz Conversão Analógico – Digital Amostragem Para a faixa de freqüência de 300 Hz a 3400 Hz, usada na telefonia, foi fixada, internacionalmente, uma freqüência de amostragem (fA) de 8000 Hz. O intervalo entre duas amostras sucessivas de um mesmo sinal telefônico (intervalo de amostragem = TA) resulta de: fs = 3400 Hz fa> 2 x 3400 = 6800 amostras  aumentada para 8000 amostras por segurança Freqüência de amostragem (fA) = 8000 Hz

13 Conversão analógico  digital
O intervalo entre duas amostras sucessivas de um mesmo sinal telefônico (intervalo de amostragem = TA) resulta de:

14 Principio da Multiplexação TDM
Palavras PCM PAM Quando as amostras da forma de onda não são transmitidas com pulsos de diferentes amplitudes, porém com palavras de códigos binários, então tem-se a modulação por codificação de pulsos (PCM). Cada amostra instantânea de tensão, representada pelo sinal PAM (Pulse Modulation Amplitude) é agora representado por uma palavra de 8 bits que informará ao lado receptor qual o valor de tensão da amostra original. Esta palavra de 8 bits é PCM (Pulse Code Modulation). Anotações Os princípios da técnica PCM foram imediatamente aplicadas para a construção de equipamentos de transmissão de sinais telefônicos entre centrais telefônicas. Modulaçao do sinal a

15 Principio da Multiplexação TDM
As amostras em forma de pulsos são quantizadas e geralmente codificadas com 8 bits. As amostras codificadas de diferentes sinais PCM, reunidos ciclicamente, formam um sinal PCM multiplexado por divisão de tempo. Na figura acima aparece um sinal PCM multiplexado por divisão de tempo, formado pelas amostras codificadas dos sinais telefônicos analógicos a e b (no exemplo, cada amostra está representada por somente 4 bits) Os sinais PCM multiplexados por divisão de tempo permitem a múltipla utilização de linhas e elementos eletrônicos de comutação. Além disso, devido à estrutura digital da mensagem, os sinais PCM são bem menos sensíveis a interferências que os sinais analógicos (por exemplo, sinais PAM).

16 Sistema PDH SISTEMA PDH - Hierarquia Digital Plesiócrona
A Hierarquia Digital Plesiócrona (PDH) foi desenvolvida em resposta as exigências da telefonia convencional e como tal não é ideal para serviços faixa larga. 3. Sistema PDH Hierarquia Digital Plesiócrona PDH No final da década de 60, os princípios da técnica PCM foram imediatamente aplicadas na construção de equipamentos de transmissão de sinais, dando também a partida na digitalização da Rede de Transporte, existente entre as Centrais Telefônicas.

17 Hierarquia Digital Plesiócrona PDH
amostraa Amostra 2 Amostra 1 Hierarquia Digital Plesiócrona PDH No começo dos anos 70, sistemas de transmissão digitais começaram a aparecer utilizando um método de conversão dos sinais elétricos analógicos para sinais elétricos digitais, através da codificação por modulação de pulsos PCM.  O PCM (Modulação por Código de Pulsos) permitiu que formas de ondas analógicas, como a voz humana, fossem representadas em forma digital binária. Com este método era possível representar um sinal telefônico analógico de 4 kHz em uma seqüência de bits digitais a 64 kbps.  Logo a engenharia percebeu a possibilidade de produzir sistemas mais eficientes de transmissão a custos mais baixos. Isto era possível combinando vários canais PCM no mesmo fio de cobre que antes era ocupado por um único assinante, ou por um único sinal analógico de 4 kHz.   Na Europa e no Brasil foi adotado um padrão denominado PCM 30, que utiliza um sistema de Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM) que reúne sobre um único par de fios, 32 canais de 64 kbps (sendo 30 canais para atender a conversações de assinantes, 1 canal dedicado ao controle da própria linha e 1 canal para a sinalização entre as centrais) formando assim uma linha de Mbps, (chamadas de linhas de 2 Mbits). Amostra 2 Amostra 2 Amostra 1 Amostra 1

18 Sistema de Transmissão PDH
Anotações Estes equipamentos, denominados por PDH (Hierarquia Digital Plesiócrona), conseguem reunir na sua entrada até 30 canais telefônicos analógicos de 4Khz cada, digitaliza-los pelo Teorema de Amostragem e transmiti-los em uma linha de 32 canais PCM de 64Kbit/s, denominada de linha de 2Mbit/s. Esta linha, que forma o meio físico de transmissão é normalmente uma linha coaxial, mas podendo também ser um par de fios trançado.

19 Sistema PDH Nível EUA Brasil e Europa Japão 1 1,5 Mbps (T-1)
2 Mbps (E-1) 2 6 Mbps (T-2) 8 Mbps (E-2) 3 44 Mbps (T-3) 34 Mbps (E-3) 32 Mbps (T-3) 4 274 Mbps (T-4) 139 Mbps (E-4) 97 Mbps (T-4) ANOTAÇÕES A tabela apresenta as diferentes hierarquias de sinais digitais adotadas no mundo. No Brasil, adotamos a hierarquia européia, onde um canal E1 permite 30 canais de voz de 64 Kbps.

20 Sistema PDH Portadora E1 Sistema Europeu de Multiplexagem
Multiplexa 32 canais PCM de 64Kbit/s cada, sendo: Canais telefônicos digitais = 30 Canal de Sinalização = 1 Canal de Alinhamento = 1 Velocidade da Linha Transportadora: 32x64Kbit/s= 2Mbit/s 3.1 Padrões PDH A "Portadora E1" é um sistema PDH de 1ª Ordem, normalizado na Europa desde 1968, pelo então CCITT, e adotado no Brasil. Ë um sistema de grande capacidade, que transporta 30+2 canais telefônicos digitais PCM de 64 kbps (o que totaliza 32 x 64 = 2048 kbps, após a Multiplexagem), sendo os dois canais individualizados, destinados ao transporte de Sinalização e Manutenção do sincronismo (alinhamento).

21 Conceitos de Multiplexagem Sistemas TDM
Portadora T1 Sistema de Multiplexagem Norte Americano Multiplexa 24 canais PCM de 64kbps cada, sendo: 24 canais usados para telefônia e um canal para sinalização formado virtualmente com bits extraídos dos próprios 24 canais telefônicos Velocidade da linha transportadora: 24 x 64Kbit/s = 1,5 Mbit/s. Nos Estados Unidos, Canadá e Japão foi normatizada a Portadora T1. Esta Portadora digital PDH T1 comporta 24 canais de voz multiplexados, de 64kbps cada um, assegurando uma velocidade de cerca de 1,5 Mbps.

22 Sistema de transmissão PCM30
Canal 0 = canal de sincronização Palavra de alinhamento em cada primeiro quadro de pulsos Palavra de serviço em cada segundo quadro de pulsos Palavra de alinhamento de quadro (canal 0) O equipamento receptor determina a temporização dos quadros de pulsos, por meio das palavras de alinhamento de quadro entrantes. Desta forma, os bits entrantes podem ser atribuídos, na seqüência correta, a cada circuito de voz. No canal 0 são transmitidas, alternadamente, a palavra de alinhamento de quadro e a palavra de sinalização. O bit 1 no canal 0 é reservado para uso internacional. A palavra de alinhamento de quadro é contida nos bits 2 a 8 do time slot de canal 0 e sempre possui a mesma seqüência de bits: Palavra de serviço (canal 0) As palavras de serviço transmitem sinais de serviço. O bit 3 na palavra de sinalização, é o bit de sinalização para alarme urgente - "0" significa nenhum alarme, "1" relata um dos seguintes alarmes: falha de alimentação (se o alarme ainda for possível) erro do sinal entrante de 2048 kbit/s erro de alinhamento de quadro taxa de erros da palavra de alinhamento de quadro >1 x 10-3 Os bits 4 a 8 da palavra de sinalização são reservados para uso nacional. Canal 16 = canal de sinalização O sistema de transmissão PCM30 permite transmissão simultânea de 30 chamadas, p.ex. através de dois pares de fios balanceados num cabo de freqüência de voz. Sinalização A sinalização de comutação (por exemplo, sinais de atendimento, de desconexão para trás e de seleção) é transmitida através do canal 16. Distingue-se entre: CAS - sinalização associada ao canal, para 30 circuitos de voz, e CCS - sinalização por canal comum, através de um enlace de sinalização de 64 kbit/s. Na sinalização associada ao canal, o canal 16 é dividido de forma que certos bits são disponibilizados a cada um dos 30 canais telefônicos (ver a tabela 1.2). Por este motivo, 16 quadros de pulsos são combinados num multiquadro. No início de cada multiquadro, uma palavra de alinhamento de multiquadro é enviada através do time slot de canal 16 do quadro 0. A seqüência de bits é "0000" desta palavra de sinalização de multiquadro. Os time slots de canal 16 de um multiquadro são divididos em 2 grupos de 4 bits (a, b, c, d). Num multiquadro, a cada um dos 30 canais telefônicos é atribuído um dos grupos de 4 bits, para fins de sinalização. A taxa de bits de sinalização por canal telefônico é de 2 kbit/s. Quadro de pulsos 8.000 valores de amostragem são transmitidos como palavras PCM de 8 bits, em ambas as direções de cada um dos 30 circuitos de voz. Desta forma, uma após a outra, 30 palavras PCM de 8 bits devem ser transmitidas, em ambas as direções, durante os 125 s. Mais 2 x 8 bits pertencem a estas palavras PCM: 8 bits de sinalização e 8 bits que contêm, alternadamente, uma palavra de alinhamento de quadro e uma palavra de serviço. Isto resulta em 32 palavras PCM formando um quadro de pulsos. Estes quadros de pulsos são transmitidos em sucessão direta.

23 Sistema de transmissão PCM 30
Quadro PCM é formado por: Canal 0 = alinhamento e serviço Canal 16 = canal de sinalização Canais 1 a 15 e 17 a 31 – canais telefônicos

24 Sistemas PDH SISTEMA PDH Utilizado para transportar sinais entre duas
localidades. Sistema não sincronizado (plesiócrono) Velocidades de transmissão: de 2Mbit/s, 8Mbit/s, 32Mbit/s, 140Mbit/s

25 Hierarquia Digital Plesiócrona PDH
Estrutura da Hierarquia PDH O crescimento da quantidade de tráfego na rede telefônica exigiu a implementação de níveis de multiplexação que aumentassem a velocidade de transmissão para 8 Mbits, 34 Mbps, 140 Mbps. Sistema PDH de 1ª Ordem - linha de 2 Mbit/s Sistema PDH de 2ª Ordem – linha de 8 Mbit/s Sistema PDH de 3ª Ordem – linha de 32 Mbit/s Sistema PDH de 4ª Ordem – linha de 140 Mbit/s Acima da 4ª Ordem o sistema PDH demonstrou-se ser muito caro e de pouca eficiencia. Sincronização Para a sincronizaçao do sistema PDH é utilizado uma tecnica denominada Plesiócrona, que significa sistema de sincronização não sincronizado, utiizando-se por exemplo, no primeiro e segundo nivel, palavras de Justificação Positivo-Zero-Negativa.

26 Serviços PDH Além da Transmissão de sinais digitais ou digitalizados entre duas localidades remotas, o sistema PDH oferece outras aplicações. Exemplos: TC Digitronco TC ISDN 3.3 Serviços PDH Linha E1 O E1, nome comumente dado a linha de 2 Mbit/s, passou a ser comercializado como serviço de transporte e oferece flexibilidade para um grande número de aplicações. Exemplos: Acesso para administrar uma rede privada, Linha ponto a ponto ou um circuito de alta velocidade, Acesso corporativo à Internet ou acesso ao webserver da empresa, Suportar serviços de voz/ dados/ imagem pela WAN através do mundo. Acesso a redes Frame Relay públicas ou redes telefônicas comutadas públicas para voz e dados, como as ligações de PABX ou de RDSI na rede pública. Um único tronco E1 prove diversas linhas adicionais de voz e dados sem custo adicional. As linhas E1 oferecem excelente desempenho no link entre LANs. - Envio de dados que exigem grande largura de banda, como: CAD/CAM, MRI, imagens escaneadas CAT, e outros gráficos com grandes arquivos.

27 TC Digitronco Ambiente da Telemar Ambiente do Cliente Placa E1
PABX modem modem Rede Telemar Rede de Acesso Rede de Transporte TC Digitronco É um produto que permite a interligação dos equipamentos digitais de telefonia do cliente à rede pública comutada da Telemar. PABX, DAC (Distribuidor Automático de Chamadas) Multiplexadores Este produto também é conhecido no mercado como E1. São links conectados à rede por meio de enlaces de 2 Mbps, possibilitando múltiplas conversações simultâneas, com qualidade e segurança nas chamadas. Permite a realização de até 30 ligações simultâneas, por link E1. 30 canais voz ou dados ACESSO E1 2 canais controle

28 TC Digitronco Topologia
Aplicações de Voz TC Digitronco Acessos: par metálico ou fibra óptica Empresa XTPO Ramais Número chave CPA E1 Modem HDSL Rede Telemar Caracteristicas O cliente utiliza um acesso de 2 Mbps em módulos, podendo ser flexibilizado em vários canais de voz. É oferecido para os clientes nas seguintes configurações: TC DIGITRONCO 30 - para até 30 ligações simultâneas. TC DIGITRONCO 20 - para até 20 ligações simultâneas. TC DIGITRONCO 10 - para até 10 ligações simultâneas. A Comercialização é no mínimo de 10 canais. Aplicações Empresas que precisam de um sistema de alta qualidade, com concentração de linhas em um mesmo endereço. Este serviço é especialmente apropriado para: interligação de PABX. call centers de empresas que possuam, por exemplo, Serviço de Atendimento ao Consumidor (SAC). Para empresas com mais de 7 Linhas Não Residenciais, em um mesmo endereço, a solução indicada é o TC Digitronco 10. Internet PABX Placa E1 TC Digitronco i TC IP Connect RAS Roteador Provedor

29 TC Digitronco Topologia Wireless
Aplicações de Voz Acesso via Rádio Rádio TC Digitronco Empresa XTPO Ramais Número chave Central Telemar Rede Telemar Modem Internet PABX Placa E1 TC Digitronco i RAS Roteador TC IP Connect Provedor

30 Limites do Sistema PDH A Hierarquia Digital Plesiócrona PDH deixou de satisfazer as necessidades de um sistema moderno e eficiente de transmissão numa sociedade cada vez mais global: Difícil e cara compatibilização entre diferentes Hierarquias de Transmissão; Necessidade de desmultiplexar um sinal de nível superior, a fim de poder retirar um canal de nível inferior; Espaço insuficiente para transportar informação de gestão, manutenção e monitorização do estado da rede; Sem normas definidas para transmissão óptica dos sinais; 3.4 Limites do sistema PDH Durante vários anos, as redes digitais de transmissão de dados , exploradas pelos operadores de telecomunicações, multiplexaram os dados com o intuito de obter elevadas velocidades de transporte da informação, de acordo com os padrões estabelecidos pela ITU (União Internacional de Telecomunicações), sendo este sistema designado por Hierarquia Digital Plesiócrona (PDH). Deste modo, os sinais digitais foram divididos por "níveis" hierárquicos bem conhecidos, consoante a velocidade de transporte dos dados. Mas, esta hierarquia de até 4 níveis ainda cresceu para o nível 5, tentando aumentar mais as velocidades de transmissão PCM, como no caso do sistema PCM 24 japonês. No seu conjunto, a Hierarquia Digital Plesiócrona deixou de satisfazer as necessidades de um sistema moderno e eficiente de transmissão numa sociedade cada vez mais global. Difícil e cara compatibilização entre diferentes Hierarquias de Transmissão: Torna-se necessário dispor de equipamentos para converter entre si sinais de sistemas de transmissão diferentes (na Europa por exemplo, não estão normalizados sinais de 1,5 Mbits/s nem de 6 Mbit/s); mesmo dentro do mesmo país, equipamentos construídos por diferentes fabricantes, não comunicam freqüentemente entre si, devido ao modo proprietário que utilizam para a multiplexagem ; Necessidade de desmultiplexar um sinal de nível superior, a fim de poder retirar um canal de nível inferior ; Neste sistema, para retirar um canal de voz de 64 kbps de um sinal de 140 Mbits/s , por exemplo, é primeiro necessário desmultiplexar de 140 para 34 Mbits/s, depois de 34 para 8 Mbits/s, de 8 para 2 Mbits/s, e finalmente de 2 Mbits para os 64 kbps pretendidos. Esta tarefa, além de implicar atrasos, é também dispendiosa, dado o uso que tem de fazer dos multiplexers citados. A figura acima mostra as operações necessárias em PDH para retirar um tributário de 2 Mbps de dentro de um sinal de 140 Mbps a fim de poder isolar, a partir deste, um canal de voz de 64 kbps, e a colocação novamente na linha do canal de 2 Mbps agora modificado. Espaço insuficiente para transportar informação de gestão, manutenção e monitorização do estado da rede; Os quadros PDH não prevêem em nenhum dos seus níveis, número suficiente de bits de reserva, pelo que é necessário criar uma rede à parte (fora da banda passante) e com equipamento próprio, logo de dispendiosa manutenção, para transmitir estas informações. Não há normas definidas para transmissão óptica dos sinais ; Os padrões existentes são apenas para interfaces elétricas. Deste modo um equipamento de fibra óptica dum fabricante pode vir a não comunicar com outro de fabricante diferente, devido à inexistência de normas comuns para a sua construção ;

31 Exercícios PDH Qual o tipo de sincronismo usado nas redes PDH?
Quais são as Ordens ou Níveis de hierarquia PDH e as respectivas velocidades de seus canais ou tributários? Cite uma aplicação do sistema PDH.

32 Hierarquia Digital Síncrona SDH
O International Telecommunication Union (ITU) publicou em 1988, com base na rede digital síncrona norte americana (Synchronous Optical Digital Network - SONET), um novo padrão internacional, designado por: 4. Hierarquia Digital Síncrona SDH Com o aparecimento de novos serviços de telecomunicações, e dada a incapacidade da estrutura PDH existente para fazer face às exigências do novo mercado, a ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Sector) publicou em 1988, com base nas especificações da rede digital síncrona norte americana (Synchronous Optical Digital Network - SONET) , um novo padrão internacional, designado por "Hierarquia Digital Síncrona" - SDH. Trata-se de uma nova forma de multiplexar e transportar os sinais ao longo da linha de transmissão, que além de permitir também o transporte de sinais oriundos do PDH, vem resolver os diversos problemas evidenciados por este sistema de transmissão digital. Em particular, é agora possível extrair sinais (também designados por tributários) de baixo nível ou ordem hierárquica, diretamente a partir de sinais de alta velocidade e ordem superior, sem necessidade de efetuar todo o ciclo de desmultiplexagem descrito para a hierarquia PDH. Atualmente encontram-se normalizadas as seguintes velocidades de transmissão: Estrutura/ Velocidade de Agregado STM Mbps STM Mbps STM Mbps STM Mbps STM Mbps STM Mbps Foi ainda prevista a introdução futura de outras velocidades de transmissão superiores ( tramas STM-N) Rede SDH é o conjunto de equipamentos e meios físicos de transmissão que compõem um sistema digital síncrono de transporte de informações. Este sistema tem o objetivo de fornecer uma infra-estrutura básica para redes de dados e voz, e atualmente é utilizado em muitas empresas que prestam serviços de Telecomunicações, públicos e privados, em todo o mundo. As tecnologias SDH (Synchronous Digital Hierarchy) são utilizadas para multiplexação TDM com altas taxas de bits, tendo a fibra óptica como meio físico preferencial de transmissão.  Entretanto, possui ainda interfaces elétricas que permitem o uso de outros meios físicos de transmissão, tais como enlaces de rádios digitais e sistemas ópticos de visada direta, que utilizam feixes de luz infravermelha. Sua elevada flexibilidade para transportar diferentes tipos de hierarquias digitais permite oferecer interfaces compatíveis com o 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 Mbit/s), além do próprio SDH (nas taxas de 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, 2,5 Gbit/s e 10 Gbit/s). A tecnologia SDH permite ainda implementar mecanismos variados de proteção nos equipamentos e na própria rede, oferecendo serviços com alta disponibilidade e efetiva segurança no transporte de informações. Histórico Os primeiros sistemas de transmissão baseados em fibra óptica utilizados nas redes de telefonia pública utilizavam tecnologias proprietárias na sua arquitetura, nos formatos de multiplexação, no software e no hardware, e tinha procedimentos de manutenção diferenciados. Os usuários desses equipamentos solicitaram ao mercado fornecedor que desenvolvesse uma padronização de tecnologias e equipamentos de forma a possibilitar a utilização de equipamentos de diferentes fornecedores numa mesma rede. A tarefa de criar tais padrões começou em 1984, junto com outras frentes de trabalho para outras tecnologias, e ficou inicialmente a cargo da ECSA - EUA (Exchange Carriers Standards Association). A ECSA desenvolveu o padrão SONET (Synchronous Optical Network), que foi adotado, entre outros países, nos EUA. Após algum tempo o ITU-T - Europa (antigo CCITT) envolveu-se no trabalho para que um único padrão internacional pudesse ser desenvolvido para criar um sistema que possibilitasse que as redes de telefonia de países distintas pudessem ser interligadas. O resultado desse trabalho foi o conjunto de padrões e recomendações conhecido como SDH (Synchronous Digital Hierachy), ou Hierarquia Digital Síncrona. O desenvolvimento do SDH levou a um ajuste no padrão SONET para que os frames do 2 sistemas pudessem ser compatíveis tanto em tamanho como em taxa de bits, de forma que se pudessem interligar a redes do 2 padrões sem problemas de interface.

33 Hierarquia Digital Síncrona SDH
Atualmente encontram-se normalizadas as seguintes velocidades de transmissão: 4.1 Estrutura/ Velocidade de Agregado STM Mbps STM Mbps STM Mbps STM Mbps STM Mbps STM Mbps STM = Módulo de Transporte Síncrono

34 Hierarquia Digital Síncrona SDH
SISTEMA SDH Hierarquia Digital Síncrona SDH Sistema de transporte de sinais em alta velocidade Acesso a Internet em alta velocidade; Padronizado mundialmente Total compatibilidade Acesso direto dos tributários através de técnicas do tipo Add/ Drop Velocidades de 155,5 Mbit/s a Mbit/s Utilização de videoconferência Hierarquia Digital Síncrona SDH - O sistemas de transmissão SHD é o alicerce ideal para a transmissão de sinais de todas as redes. Exemplo: SDH dando suporte para a Rede Inteligente 4.2 Vantagens e Restrições  As redes SDH oferecem vários benefícios, quando comparada com outras tecnologias: O cabeçalho complexo existente no frame SDH permite a gerência (administração, operação e manutenção) centralizada da rede; A arquitetura de multiplexação síncrona e a padronização tanto em nível de equipamentos como de interfaces, permite o crescimento para níveis mais altos de multiplexação e taxas de bits; A estrutura de multiplexação é flexível, permitindo o transporte de sinais PDH (e até mesmo de células ATM) e o acesso aos tributários de qualquer hierarquia num único equipamento; A forte padronização do SDH permite maior compatibilidade entre equipamentos de fabricantes diferentes, tanto através de interfaces elétricas como ópticas; Os equipamentos possuem mecanismos que permitem implementar procedimentos de proteção tanto nas interfaces de tributários como na rede, facilitando a formação de redes em anel ou malha. Entretanto, a tecnologia SDH apresenta ainda as seguintes desvantagens: O  projeto, instalação e operação da rede SDH é complexo e deve ser feito com um planejamento criterioso e detalhado; Apesar da forte padronização de equipamentos e da tecnologia SDH, a padronização dos sistemas de gerência de rede ainda não é um fato, impedindo que equipamentos de fabricantes diferentes possam ser gerenciados por um sistema único.

35 Topopogia SDH 4.3 Topologia SDH Uma rede SDH é composta por:
Rede Física: é o meio de transmissão que interliga os equipamentos SDH. Pode ser composta por: cabos de fibra óptica, enlaces de rádio e sistemas ópticos de visada direta baseados em feixes de luz infravermelha. Equipamentos: são os multiplexadores SDH de diversas capacidades que executam o transporte de informações. Sistema de Gerência: é o sistema responsável pelo gerenciamento da rede SDH, contendo as funcionalidades de supervisão e controle da rede, e de configuração de equipamentos e provisionamento de facilidades. Sistema de Sincronismo: é o sistema responsável pelo fornecimento das referências de relógio para os equipamentos da rede SDH, e que garante a propagação desse sinal por toda a rede Redes SDH: Características do SDH  A hierarquia SDH foi concebida para uma arquitetura de multiplexação síncrona. Cada canal opera com um relógio sincronizado com os relógios dos outros canais, e é sincronizado com o equipamento multiplex através de um processo de justificação de bit e encapsulamento da informação (contêiner). A esse contêiner é adicionado um cabeçalho (POH), que o caracteriza e indica sua localização no frame, e forma-se então um contêiner virtual (VC - Virtual Container) para cada canal. O SDH pode transportar também os diferentes tipos de sinais PDH, através do frame padronizado denominado STM-N (Syncronous Transport Module), utilizado tanto para sinais elétricos como para sinais ópticos. Atualmente o padrão SDH utiliza frames STM-N com as seguintes taxas de bits: Mbit/s (STM-1 elétrico ou óptico), Mbit/s (STM-4 óptico), Mbit/s ou 2,5 Gbit/s (STM-16 óptico) e Mbit/s ou 10 Gbit/s (STM-64 óptico). Os diversos canais multiplexados (VC's) normalmente são chamados de tributários, e os sinais de transporte gerados (STM-N) são chamados de agregados ou sinais de linha. Os itens a seguir detalham as características mais relevantes da tecnologia SDH. Sincronismo  As redes SDH formam um sistema síncrono onde todos os relógios de seus equipamentos têm, em média, a mesma freqüência. O relógio de cada equipamento, chamado de relógio secundário ou escravo, pode ser rastreado até o relógio principal da rede, chamado também de mestre, garantindo a distribuição e qualidade do sinal de sincronismo. A manutenção de uma boa referência de relógio permite que os sinais STM-1 mantenham sua taxa de 155 Mbit/s estável, e que vários sinais STM-1 síncronos possam ser multiplexados sem a necessidade de inserção de bits, sendo facilmente acessados em sinais STM-N de maior taxa de bits. Também os sinais síncronos de menores taxas de bits, encapsulados nos VC's, podem ser multiplexados sem a necessidade de inserção de bits para compor os sinais STM-1, e podem ser facilmente acessados e recuperados. O uso de ponteiros em conjunto com buffers permite acomodar as eventuais diferenças de fase e freqüência dos canais durante o processo de multiplexação. Os ponteiros possuem campos específicos para armazenar os bits ou bytes em excesso ou para indicar a falta destes durante o processo de sincronização (justificação). Os buffers permitem que esse processo ocorra sem a perda de informação armazenando e mantendo o sinal original. Desta forma, é extremamente importante a qualidade e a manutenção do sinal de sincronismo para o sucesso da rede e dos serviços prestados a partir dela. Estrutura em Camadas  O padrão SDH foi desenvolvido usando a abordagem cliente/servidor e sua arquitetura de administração e supervisão procurou apoiar-se no modelo de camadas OSI (ISO), permitindo que a supervisão do transporte de informações seja feita através de camadas hierarquizadas. Via e Frame Entende-se por Via o caminho percorrido pelo sinal entre a origem e o destino. Nesse caminho o sinal é acondicionado no frame SDH que faz o seu transporte através de todos os equipamentos da rede nessa rota. Em cada equipamento, de acordo com a sua função, o frame é processado pelas camadas adequadas para ser restaurado ou para extrair ou inserir novos serviços. Em cada etapa desse processo a informações de administração e supervisão do SDH são geradas e inseridas no frame.

36 Hierarquia Digital Síncrona SDH
4.4 Estrutura do Frame O frame SDH tem tamanho padrão para cada hierarquia. Cada frame constitui uma unidade para fins de administração e supervisão da transmissão no sistema. Esses frames são transmitidos a uma taxa de 8000 frames por segundo (8000 Hz). O frame SDH para a hierarquia STM-1, por exemplo, tem 2430 bytes, organizados em 9 linhas com 270 colunas de bytes, os quais são transmitidos serialmente linha a linha da esquerda para a direita, e de cima para baixo. A trama STM - 1 em SDH Esta trama é a que corresponde à menor velocidade de transmissão possível em SDH, ou seja, cerca de 155 Mbps. Para esta velocidade ainda é possível transmiti-la utilizando sinais elétricos. É contudo freqüente a sua transmissão utilizando fibras ópticas, tal como se torna obrigatório proceder para as tramas de ordem superior de 620 Mbps e 2,4 Gbps. Ela é formada por 2430 bytes que para efeitos de fácil representação gráfica, se dispõem na figura em 9 linhas de 270 bytes cada. Na sua constituição existe uma seção de cabeçalho (Section Overhead) composta por ( 9 x 9 ) = 81 bytes e uma seção destinada a transportar a informação útil, espaço de carga (ou, Payload) . No cabeçalho podemos identificar 3 regiões distintas, tendo em conta as 3 diferentes missões desempenhadas pelos bytes que as integram. De igual modo, no espaço de carga, existe uma região com o tamanho de 9 bytes, que para efeitos práticos funciona como se fosse um "rótulo", com informações sobre a carga transportada e o caminho por ela seguido. As tramas repetem-se ao ritmo de 8000 por segundo. Fazendo contas simples, teremos: 9 x 270 = 2430 bytes por trama 2430 x 8 = bits enviados em 125 us 19440/ (125 x10 -6)= bps , cerca de 155 Mbps em números redondos.

37 Hierarquia Digital Síncrona SDH Trama STM-1
Podemos também notar que cada byte corresponde a uma velocidade de 64 Kbps, podendo portanto corresponder a um canal de voz. Na verdade, teremos, fazendo agora as contas de modo diferente, mas equivalente : 1 byte = 8 bits enviados a cada trama, uma vez que são enviadas 8000 tramas por segundo = 64 kbytes por segundo. A importância deste fato está em que podemos retirar diretamente um canal de voz de 64Kbit/s desta trama sem ter de proceder a demoradas e caras operações de desmultiplexagem, bastando para tal saber a sua localização dentro da trama STM-1.

38 Cabeçalho do Frame SDH O cabeçalho (overhead) é composto por 3 tipos de estruturas: RSOH (Regenerator Section Overhead), processado em cada equipamento da rede, contém informações de alinhamento de frame, identificação de frame, monitoração de erro de regeneração, alarmes físicos externos ao equipamento, e supervisão de sistema. Contém também um canal de voz, para comunicação de técnicos entre equipamentos. MSOH (Multiplex Section Overhead), processado apenas em equipamentos onde existe inserção (add) ou retirada (drop) de canais multiplexados, contém informações de monitoração e indicação de erros de multiplexação, controle de chaveamento de mecanismos de proteção, monitoração de sincronismo e gerência de sistema. POH (Path Overhead), processado em cada equipamento, possui os ponteiros que indicam onde se localiza o primeiro byte do(s) VC(s) dentro da área de informação útil (payload) do frame, e eventuais bytes provenientes de justificação desse(s) VC(s). A incorporação dos ponteiros nas estruturas dos VC's do frame SDH permite que mesmos sinais com diferenças de fase e freqüência possam ser transportados num mesmo frame, já que essas diferenças são acomodadas em bytes específicos do POH através do processo de justificação. Ressalta-se, entretanto, que essas diferenças deve atender as especificações estabelecidas pelas recomendações do ITU-T para o SDH.

39 Elementos Básicos de uma Rede SDH
Uma Rede SDH é em geral formada pelos equipamentos, designados por Elementos de Rede, que a seguir se descriminam: - Terminais Multiplexers de Linha (SDH TMUX) A função deste Elemento de Rede é a de combinar sinais, tanto plesiócronos (PDH) como síncronos (tributários SDH, por exemplo), dando origem à formação de sinais STM de ordem superior. São em geral equipamentos de acesso à rede SDH. Possui apenas uma interface de agregado e possibilita a inserção (add) ou retirada (drop) de tributários de diversas hierarquias; Como exemplo, podemos indicar a multiplexagem de sinais provenientes do PDH de 2, 34 e 140 Mbps com outros do tipo STM - 1, numa portadora óptica de transporte do tipo STM Os interfaces ópticos mais comuns são os de 1310 e de 1550 nm. - Regeneradores SDH ( REG ) Estes Elementos de Rede atuam como repetidores, extraindo o seu sinal de relógio , bem como a energia necessária ao seu funcionamento, do fluxo de dados que recebem. O espaçamento entre si dos regeneradores, tipicamente na ordem dos 50 Km, depende sobretudo, do comprimento de onda utilizado (as fibras ópticas para 1550 nm, sendo mais caras, são contudo mais transparentes) , da potência do sinal na emissão, e da sensibilidade do receptor. Para longas distâncias, torna-se compensador utilizar as fibras que utilizam o comprimento de onda de 1550 nm, dado serem necessários menos regeneradores, e isto apesar do custo mais elevado dos lasers utilizados. - Add and Drop Multiplexers - ( SDH ADD MUX ) São multiplexers que permitem , estando por exemplo inseridos num anel SDH, retirar (Drop) ou inserir (Add) tributários de ordem inferior , sem serem necessários a cascata de desmultiplexers e multiplexers que o PDH exigia para o mesmo efeito final. Estes equipamentos também podem ser usados como regeneradores de sinal, quando nenhuma interface de tributário é instalada. - Cross Connectors Digitais Síncronos - ( SDH SDXC) É a unidade mais complexa entre todos os elementos de uma Rede SDH . Têm funções semelhantes as dos comutadores digitais, podendo nomeadamente passar tributários síncronos ou plesiócronos, dos mais diversos níveis hierárquicos (até mesmo canais de 64 kbps), de um anel SDH para outro, sob a ação de comando remoto centralizado. Mais importante ainda, podem ser rapidamente configuráveis por software, para o estabelecimento de linhas dedicadas digitais de largura de banda variável.

40 Rede SDH 4.6 Rede SDH A figura apresenta uma configuração típica de uma Rede SDH . Podemos ver na Rede de Acesso, que designamos aqui por Rede Local, tributários (sinais, ou portadoras de mais baixa velocidade) não síncronos, provenientes por exemplo, da Rede PDH . Os ADD & Drop Multiplexers que fazem a ligação entre a rede regional e a rede local desempenham funções de Gateway entre as 2 redes, ou seja garantem a conectividade entre elas. A mistura de tributários de diversos tipos (síncronos e plesiócronos) é usual em redes SDH. Um sinal de 2 Mbps, que viajasse de A até B, por exemplo, teria de percorrer toda a estrutura de multiplexers da rede de acesso (normalmente plesiócrona), sendo depois incorporado em um anel SDH síncrono, do tipo STM-1, por exemplo, por meio de um " ADD & DROP Multiplexer ". Passaria depois da rede local para a rede regional de velocidade superior (eventualmente STM-4), e desta, através de SDXC, ou "comutadores síncronos cruzados "( Syncronous Digital Cross Conectors) para a rede " Backbone " que é o "esqueleto dorsal" de toda a rede. Nota-se que os ADD MUX incorporam e permitem a saída de sinais das 2 hierarquias ( PDH e SDH ) e com velocidades diferentes, a partir dos anéis em que estão incorporados. É comum existirem 2 anéis, para garantirem a continuidade de serviço no caso de avaria de funcionamento de um deles (anel de reserva ou de backup). A estrutura de rede em anel é muito freqüente em SDH, sendo os mesmos em geral de fibra óptica, podendo comportarem "Regeneradores " de sinal (não assinalados na figura ). No mais alto nível, contudo, a rede apresenta uma tipologia tipo "malha " (mesh) em que cada " nó " da rede tem ligações com diversos outros. Assim se garante uma confiabilidade elevada no seu funcionamento, visto existir sempre mais do que um caminho possível para o sinal atingir o seu destino. Estes anéis ópticos servem por exemplo para interligar todas as cidades de um Estado entre si, permitindo a transmissão ininterrupta de dados, voz e imagem em altíssimas velocidades entre as partes, através de sinais ópticos, sendo que o elemento físico que forma os cabos destes anéis são fibras ópticas.

41 Topologias de Rede SDH 4.7 Topologias de Rede
 As redes SDH podem ter as seguintes topologias: Ponto-a-ponto: 2 equipamentos terminais interligados por um único meio físico; Barramento: 3 ou mais equipamentos interligados por um único meio físico, sendo 2 equipamentos terminais e os demais equipamentos ADM; Anel: 3 ou mais equipamentos ADM interligados através de um único meio físico;. As topologias de rede podem ainda ser classificadas como: Física: visão da rede a partir da sua topologia física, ou seja, considerando o meio físico utilizado e os seus equipamentos; Lógica: visão da rede a partir da interligação dos equipamentos sem considerar a topologia da rede física. Na maioria dos casos, as visões de rede física e lógica são as mesmas. Entretanto, em algumas situações as restrições impostas para a construção da rede física podem levar os projetistas a elaborar um projeto onde, embora a rede tenha uma configuração ponto-a-ponto ou barramento, a rede lógica possa ter a configuração em anel.  

42 Topologia Tipica Topologias Típicas
 De forma geral as redes dos prestadores de serviços são implantadas usando todos os tipos de mecanismos de proteção. A implantação dessas redes sempre parte da escolha de uma filosofia geral de proteção que aplica-se a rede física, a rede lógica e aos serviços fornecidos. Em geral, até os procedimentos de proteção para os tributários adotam práticas distintas dependentes do porte dos Clientes. Esta configuração com um anel principal, chamando de núcleo ou backbone, e diversos anéis secundários, ou regionais, aplica-se tanto as grandes metrópoles, onde tanto o tráfego interno como o tráfego para outras localidades é muito intenso, como também para redes de longa distância, onde o backbone liga duas localidades de maior porte, e os anéis secundários atendem regiões ou localidades de menor porte.

43 Arquiteturas de Rede SDH
A Rede de Transporte SDH as quais se utilizam de fibras ópticas como condutor transporta entre uma origem e um ou diversos destinos, as informações de qualquer tipo de rede de comunicação de dado, voz e/ou imagens em alta velocidade, com total segurança e gerenciamento online. Pela rede em anel SDH pode trafegar dados e voz em velocidade irrestritas. O anel óptico é projetado em duas vias alternativas, o que praticamente elimina o risco de paralisação do serviço.

44 Vantagens e Serviços Maior integração nas interfaces de tributários, permitindo um maior números de interfaces ópticas e elétricas por placa, diminuindo o espaço físico ocupado pelos equipamentos; Integração de interfaces típicas de redes de dados, tais como LAN (Ethernet), ATM, FR e IP, diretamente nos equipamentos SDH, com facilidades de configuração implementadas em um mesmo sistema de gerência; 4.8 Vantagens e Serviços

45 Vantagens e Serviços Equipamentos de usuário de tamanho reduzido (de mesa), com multiplicidade de interfaces e capacidade para fazer parte de segmentos de rede STM-1 ou STM-4, sem troca do equipamento; Equipamentos de grande porte (STM-16 ou STM-64) com matriz que permite conexões de canais de baixa e alta ordem configuráveis pelo sistema de gerência; Uso dos mecanismos automáticos de proteção de rota, de interfaces e da matriz de conexão cruzada em toda a rede; Implementação de um projeto de rede de sincronismo que permita evitar a perda, a degradação ou eventuais loops do sinal de relógio mesmo em caso de falha dessa rede;

46 Exercícios SDH 1. Qual alternativa representa um componente de uma rede SDH: ( ) Sistema de sincronismo ( ) Rede física ( ) Sistema de Gerência ( ) Equipamentos multiplexadores ( ) Todas as anteriores 2. Qual equipamento abaixo não faz parte do padrão SDH: ( ) Terminal Multiplex (TM) ( ) Synchronous Digital Cross-connect (SDXC) ( ) Frame Relay Access Device (FRAD) ( ) Add and Drop Multiplex (ADM) 3. A topologia mais recomendada para garantir a segurança e disponibilidade da rede SDH é: ( ) Barramento ( ) Estrela ( ) Anel ( ) Ponto a Ponto

47 Rede WDM Rede WDM é o conjunto de equipamentos e meios físicos que têm a capacidade de otimizar o uso de redes de fibra óptica. WDM - Wave Division Multiplex Técnica de multiplexação por divisão de ondas de luz 5. WDM – Wave Division Multiplex - Multiplicação Óptica Este sistema tem o objetivo de fornecer uma infra-estrutura de meios ópticos que permite a inserção de mais de um sistema de telecomunicações, seja ele para redes de dados e/ou voz, em uma única fibra óptica. Atualmente a Rede WDM é utilizada em muitas empresas que prestam serviços de Telecomunicações, públicos e privados, em todo o mundo. A rede WDM utiliza a tecnologia de Multiplexação Óptica para compartilhar a mesma fibra com diversos sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda, que são usualmente denominados de canais com “cores” distintas. A taxa de transmissão de cada canal pode variar de 2 Mbit/s (E1) até 10 Gbit/s (STM-64), dependendo da aplicação, sendo que a sua maior utilização ocorre nos sistema que necessitam taxas de transmissão acima 155 Mbits/s (maior que STM-1). Sua elevada flexibilidade para transportar diferentes tipos de hierarquias digitais permite oferecer interfaces compatíveis com as diversas aplicações existentes, entre elas as redes de transmissão PDH e SDH, as redes Multisserviços ATM, IP e Frame Relay, e aplicações específicas para redes de dados e de computadores de grande porte (Fast Ethernet, Gbit Ethernet, interfaces ESCON, FICON e Fiber-Channel, entre outras). A tecnologia das redes WDM permite ainda implementar mecanismos ópticos de proteção nos equipamentos ou diretamente nas redes da camada de aplicação, oferecendo serviços com alta disponibilidade e efetiva segurança no transporte de informações.

48 Rede WDM Compartilha na mesma fibra diversos sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda, que são usualmente denominados de canais com “cores” distintas. A taxa de transmissão de cada canal pode variar de 2 Mbit/s (E1) até 10 Gbit/s (STM-64), 5.1 Histórico Os primeiros equipamentos WDM desenvolvidos eram totalmente passivos, permitindo a comunicação de 2 sistemas através de uma única fibra, sendo que um sistema utilizava a 2ª janela de propagação, de comprimento de onda igual a 1310 nm (nanometro) e o outro sistema utilizava a 3ª janela de propagação, de comprimento de onda 1550 nm. Dependendo da localidade onde o equipamento fosse instalado, ele funcionava como um “misturador óptico”, para inserir os sinais originados pelos 2 sistemas, ou como um “divisor óptico”, para separar os sinais a serem enviados para os 2 sistemas. Tais equipamentos evoluíram, deixando de ser passivos, e as redes WDM passaram a utilizar misturadores mais complexos, “transponders” e filtros que permitiram colocar um número maior de comprimentos de onda por fibra, utilizando uma mesma janela de propagação. Com o desenvolvimento dos amplificadores ópticos, essas redes passaram a cobrir distâncias cada vez maiores. Para garantia da integridade do tráfego foram incorporados mecanismos de proteção automática nas redes WDM. Além disso, o desenvolvimento dos sistemas ópticos permitiu incorporar a funcionalidade de inserção ou extração de um determinado comprimento de onda em um ponto intermediário de um enlace. Com o desenvolvimento dos sistemas de gerenciamento, tornou-se possível a monitoração à distância dos parâmetros mais importantes para a operação dos equipamentos da rede WDM, e também a configuração remota de rotas e trocas de comprimento de onda em um determinado ponto do enlace. Todo esse avanço tecnológico fez com que os projetos se tornassem cada vez mais complexos, e os requisitos de rede levaram ao desenvolvimento de fibras ópticas com características cada vez melhores.

49 Rede WDM 5. 2 Composição da Rede WDM Uma rede WDM é composta por:
Rede Física: é o meio de transmissão que interliga os equipamentos WDM, composto pelos cabos de fibra óptica. Equipamentos: são os multiplexadores, “transponders”, amplificadores e equipamentos de cross conexão de diversas capacidades que executam o transporte de informações. Sistema de Gerência: é o sistema responsável pelo gerenciamento da rede WDM, contendo as funcionalidades de supervisão e controle da rede, e de configuração de equipamentos e provisionamento de facilidades.

50 Vantagens As redes WDM oferecem vários benefícios, quando comparada com outras tecnologias: Permite utilizar equipamentos de aplicação para redes de transporte e multisserviços sobre a mesma infra-estrutura de meio fisico óptico; Permite o tráfego de qualquer tecnologia, independente do fabricante, através do uso de transponders; Permite a economia no uso de fibras ópticas em locais com alta densidade de redes e acessos. 5.3 Vantagens e Restrições

51 Restrições A tecnologia WDM apresenta ainda as seguintes desvantagens:
O projeto, instalação e operação da rede WDM é complexo e deve ser feito com um planejamento criterioso e detalhado; Não existe padronização de equipamentos e da tecnologia WDM, que impede que sejam usados equipamentos de fabricantes distintos um mesmo enlace da rede.

52 Características das Redes WDM
Utiliza Fibra Óptica Monomodo do tipo: Single Mode SM): é o tipo de fibra mais comum encontrada no mercado. Possui algumas limitações quando usada em sistemas WDM com maior concentração de comprimentos de ondas, pois possui elevado fator dispersão cromática. Dispersion Shiftet (DS): é o tipo de fibra cuja dispersão é zero. Esta fibra possui limitações no tocante à dispersão cromática, o que diminuiu o seu uso. Non Zero Dispersion (NZD): é tipo de fibra que foi concebida para corrigir a limitação da fibra tipo DS, e cuja dispersão para a janela de 1550 nm é muito baixa em relação à fibra SM (18 ps.nm/km), porém não é zero (8 ps.nm/km). Low Water Peak (LWP): é tipo de fibra onde os processos industriais de produção permitem a diminuição ou eliminação do efeito "pico d'água", permitindo que a faixa de 1400 nm seja utilizada para tráfego de sistemas ópticos. 5.4 Características das Redes WDM As Redes WDM possuem algumas características importantes que devem ser levadas em consideração quando da elaboração de seus projetos. Abaixo são descritas as mais importantes. Fibra Óptica Atualmente existem vários tipos de fibras ópticas, com características diversas e que foram desenvolvidas conforme as necessidades de sua aplicação. Para todas elas, as duas características mais importantes a serem analisadas são: Atenuação: é a perda da intensidade luminosa ao longo da fibra, causada pelo próprio material da fibra e / ou por eventuais emendas, físicas ou mecânicas, existentes (medida em dB/Km); Dispersão: é o espalhamento da luz ao longo da fibra, causado pela existência de diferentes comprimentos de onda no feixe de luz (medido em ps/nm.Km). As fibras ópticas que vem sendo utilizadas nas redes WDM são: Single Mode (SM - G.652 ITU-T): é o tipo de fibra mais comum encontrada no mercado. Possui algumas limitações quando usada em sistemas WDM com maior concentração de comprimentos de ondas, pois possui elevado fator dispersão cromática. Para compensar essa limitação torna-se necessário o uso de segmentos de fibras especiais para correção da dispersão cromática (DCU). Entretanto, como essa fibra possui um núcleo com área maior do que os outros tipos de fibra óptica, seu uso se adapta bem a sistemas WDM com grande capacidade de comprimentos de onda. Dispersion Shifted (DS - G.653 ITU-T): é o tipo de fibra cuja dispersão é zero. Acreditava-se, em seu lançamento, que seria a fibra ideal para ser usada com sistemas WDM e SDH de alta capacidade. Porém, com a evolução desses sistemas e o conseqüente aumento da quantidade de comprimentos de onda (Lambdas), verificou-se que esta fibra possui limitações no tocante à dispersão cromática, o que diminuiu o seu uso. Non Zero Dispersion (NZD - G.655 ITU-T): é tipo de fibra que foi concebida para corrigir a limitação da fibra tipo DS, e cuja dispersão para a janela de 1550 nm é muito baixa em relação à fibra SM (18 ps.nm/km), porém não é zero (8 ps.nm/km). Para obter esta redução do fator de dispersão cromática, o núcleo da fibra foi alterado para ter menor diâmetro. Sempre se acreditou que estas fibras seriam ideais para sistemas WDM com grande número de comprimentos de onda, porém com o passar do tempo e utilização em sistemas reais, verificou-se que o fato de ter a área de seu núcleo reduzida, impede sua utilização em sistemas de grande quantidade de comprimentos de onda (Lambdas).

53 Características das Redes WDM
Multiplexação Óptica É a característica mais importante a ser definida de um sistema WDM. De acordo com as necessidades da aplicação, identifica-se o qual tipo de sistema WDM a ser implantado definindo-se o espaçamento entre os canais ópticos, limitando assim a sua capacidade. Este espaçamento, que pode variar de 200 GHz a 12,5 GHz, é padronizado pelas normas G (DWDM) e G (CWDM) do ITU-T. Multiplexação Óptica  É a característica mais importante a ser definida quando do planejamento de um sistema WDM. De acordo com as necessidades da aplicação, identifica-se o qual tipo de sistema WDM a ser implantado definindo-se o espaçamento entre os canais ópticos, limitando assim a sua capacidade. Este espaçamento, que pode variar de 200 GHz a 12,5 GHz, é padronizado pelas normas G (DWDM) e G (CWDM) do ITU-T.

54 Características das Redes WDM
CWDM (Coarse Wave Division Multiplex): Multiplexação óptica com espaçamento de 200 GHz. Pode variar a quantidade de canais de 4 a 16 dependendo da fibra óptica adotada no projeto. Sua taxa de transmissão pode variar de E3 (34 Mbit/s) a STM-16 (2,5 Gbit/s). Possui um melhor desempenho com o uso da fibra óptica tipo LWP. DWDM (Dense Wave Division Multiplex): Multiplexação óptica com espaçamento que varia de 100 GHz a 25 GHz. Pode variar a quantidade de canais de 16 a 128. Sua taxa de transmissão pode variar de STM-1 (155 Mbits/s) a STM-64 (10 Gbits/s). Possui um melhor desempenho com o uso a fibra óptica tipo SM. Multiplexação Óptica Os tipos de sistemas WDM, em função da característica de multiplexação, mais comuns são: CWDM (Coarse Wave Division Multiplex): sistema cuja multiplexação óptica possui espaçamento de 200 GHz e pode variar a quantidade de canais de 4 a 16 dependendo da fibra óptica adotada no projeto. Sua taxa de transmissão pode variar de E3 (34 Mbit/s) a STM-16 (2,5 Gbit/s). Possui um melhor desempenho com o uso da fibra óptica tipo LWP. DWDM (Dense Wave Division Multiplex): sistema cuja multiplexação óptica possui espaçamento que varia de 100 GHz a 25 GHz, e pode variar a quantidade de canais de 16 a 128. Sua taxa de transmissão pode variar de STM-1 (155 Mbits/s) a STM-64 (10 Gbits/s). Possui um melhor desempenho com o uso a fibra óptica tipo SM. UDWDM (Ultra Dense Wave Division Multiplex): sistema cuja multiplexação óptica possui espaçamento menor que 25 GHz e possui uma quantidade de canais superior a 128. Este sistema atualmente ainda encontra-se em desenvolvimento. Potência Luminosa  A energia luminosa presente nos diversos segmentos da rede WDM deve ser criteriosamente projetada, para garantir tanto a qualidade de serviço como a vida útil especificada para o sistema.   Importante ressaltar 2 conceitos definidos para a rede WDM: "Span", que representa um trecho da rota física entre dois equipamentos WDM adjacentes na rede; Enlace Óptico, que representa uma rota completa da rede WDM. O balanço de potência é calculado levando-se em consideração os seguintes dados de projeto da rede WDM: Capacidade de Transmissão do Enlace Óptico; Número de comprimentos de onda (Lambdas), calculado em função da capacidade de transmissão; Tipo de Fibra Óptica a ser utilizada, considerando suas características de atenuação e dispersão cromática; Número de "span's" para cada Enlace Óptico; Atenuação de cada "span". Como normalmente a capacidade de transmissão do Enlace Óptico, o tipo de fibra óptica e o número de comprimentos de onda (Lambdas) são prioritariamente definidos, cabe ao projetista trabalhar com o número de "span's" e a atenuação de cada "span" para garantir que o balanço de potência, ou seja, a potência óptica disponível no Enlace permita que os diversos sinais transmitidos possam ter a qualidade esperada. Fatores como atenuação e relação sinal /ruído do sinal óptico determinam os tipos de equipamentos WDM a serem usados para amplificar ou regenerar esse sinal. Como as características dos equipamentos são completamente dependentes dos seus fornecedores, não existe uma padronização de projeto para a rede WDM. Os fatores a serem considerados são sempre os mesmos, mas o número de "span's" por enlace pode variar significativamente, dependendo do sistema adotado.

55 Equipamentos das Redes WDM
5.5 Equipamentos da Redes WDM Uma rede WDM possui basicamente 6 tipos de componentes necessários para o seu funcionamento. A descrição desses componentes é apresentada nesta seção. Equipamento Terminal  É o equipamento que possibilita a inserção ou retirada de todos os comprimentos de onda do sistema, através das unidades Multiplexadoras/ Demultiplexadoras ópticas, constituindo-se assim na porta de entrada e de saída da rede. Nesse equipamento, todos os sinais ópticos são convertidos para sinais elétricos, a fim de permitir sua regeneração.  Em um projeto de rede WDM, este tipo de equipamento ficará posicionado no início e no final de cada trecho de rota (enlace óptico), em pontos previamente calculados, que garantam que o número de comprimentos de onda (Lambdas) projetado seja realmente utilizado em campo.  Podem possuir placas amplificadoras, chamadas de "boosters", e sub-bastidores de expansão onde são acomodadas as unidades de "transponders". Amplificador de Linha (ILA - "In Line Amplifier")  Sua única função é a amplificação óptica do sinal proveniente de um equipamento terminal, tendo como principal característica a amplificação do sinal juntamente com o ruído, justamente por não converter o sinal óptico de entrada para o nível elétrico, impedindo assim a sua regeneração.  O uso dos amplificadores de linha é justificado pela necessidade de amplificar o sinal óptico com todos os comprimentos de onda, a um custo menor, porém deve-se sempre levar em consideração a relação sinal / ruído existente. Quando este parâmetro atinge valores que impedem a correta detecção do sinal óptico original, prejudicando assim a qualidade de serviço, torna-se necessário usar outro tipo de equipamento que permita que esse sinal original possa ser regenerado. Multiplexador Óptico (OADM - "Optical Add-Drop Multiplex")  Este tipo de equipamento tem função dupla na rede WDM. A primeira é a de permitir a inserção ou retirada de um determinado número de comprimentos de onda, os quais serão regenerados, permitindo assim a comercialização de serviços de telecomunicações nesse ponto da rede. A outra é a de amplificar o sinal total, ou seja, os comprimentos de onda (Lambdas) regenerados, que terão sua relação sinal / ruído corrigida, e os Lambdas passantes, que sofrerão a amplificação tanto do sinal quanto do ruído. Nas redes WDM existem limitações para o uso de OADM´s e do número de Lambdas a serem extraídos / inseridos, em virtude das características de cada fabricante. Normalmente, são extraídos / inseridos grupos de Lambdas adjacentes (4, 8 ou até 16, dependendo do espaçamento entre canais), em função das características construtivas do equipamento. Equipamento Óptico de Conexão Cruzada (OXC - "Optical Cross-Connect")  Este tipo de equipamento tem a função de realizar o roteamento de Lambdas em nível óptico, permitindo minimizar o número de equipamentos nas redes WDM, diminuir os pontos de possíveis defeitos, além de otimizar o espaço ocupado nas estações.  Apesar de ter sido concebido a partir de objetivos importantes para a otimização de redes WDM, devido ao seu alto custo atual este tipo de equipamento ainda não tem aplicação comercial. Unidade Transponder  Este tipo de equipamento tem a função de realizar a adequação da freqüência do sinal de entrada para um sinal de saída compatível com o plano de freqüências padronizado pelas normas G (DWDM) e G (CWDM) do ITU-T.  O transponder pode ser utilizado de 2 formas: Como uma unidade instalada diretamente nos equipamentos WDM Terminais, OADM´s e OXC´s para receber sinais ópticos de equipamentos de aplicação convencionais com Lambdas de 1310 nm ou 1550 nm; Acoplado à própria unidade de agregado (ou de linha) de um equipamento SDH que utiliza a rede WDM como meio físico através da inserção em canais adequados diretamente nos multiplexadores ópticos, sendo esse conjunto então denominado de agregado "colorido". Existem também os chamados transponders regenerativos que têm a finalidade de regenerar o sinal óptico da rede. A regeneração é feita convertendo o sinal de entrada (com comprimento de onda na 2ª ou 3ª janela de propagação) para um sinal elétrico regenerado e sem ruído, e convertendo esse sinal elétrico novamente para um sinal óptico de saída (com comprimento de onda compatível com o plano de freqüência do ITU-T) que tem uma relação sinal / ruído significativamente melhor.  Um exemplo típico de uso desse equipamento é a instalação de 2 transponders regenerativos em série, com a finalidade de regenerar o sinal de uma rede SDH que trafega sobre a rede WDM sem a utilização de multiplexadores SDH numa dada estação. O sinal óptico proveniente de um segmento da rede WDM é convertido para um sinal óptico regenerado na 2ª ou 3ª janela de propagação no primeiro transponder. e esse sinal é entregue ao segundo transponder, que o converte novamente para um sinal óptico de saída para o segmento seguinte da rede WDM. Caso o equipamento de um determinado fabricante permita, a troca de sinais entre os transpondes pode ser feita diretamente através dos sinais elétricos, desde que sejam respeitados os limites físicos da inteligação. Unidade Compensadora de Dispersão (DCU - "Dispersion Compensation Unit")  Este tipo de equipamento é composto por fibras ópticas com dispersão negativa e tem como objetivo a compensação da dispersão cromática de um trecho da rede de fibra óptica. O DCU pode ser utilizado em qualquer ponto da rede, ou seja, em terminais, ILA's e OADM's.

56 Aplicações 5.6 Aplicações das Redes WDM
As redes WDM, em seus diversos tipos, possuem aplicações tanto nas redes de Longa Distância, como nas redes Metropolitanas, conforme apresentado nos exemplos a seguir. Aplicação em Redes de Longa Distância ("Long Haul")  As redes WDM de Longa Distância (LH) são usadas para interligar cidades, grupos de cidades (regiões) ou estados, ao longo de um mesmo país, ou para interligar países, por terra ou mar.  Elas são utilizadas nos seguintes tipos de aplicações: Meio físico para redes de Transporte, baseadas nas tecnologias PDH e SDH; Meio físico para redes Multisserviço, baseadas nas tecnologias ATM, Frame Relay e IP; Meio físico para interligação de Centrais Telefônicas para serviços de Voz de Longa Distância; Meio físico para interligação de equipamentos "Cross-connect" para redes de Transporte com alto grau de proteção automática. Essas redes WDM possuem as seguintes características: Grandes distâncias físicas entre equipamentos, demandando cabeças ópticas de maior potência ("Long Haul") e / ou amplificadores ópticos (ILA) / elétricos (Terminais) para regenerar o sinal transmitido; Uso de equipamentos de derivação óptica (OADM), para extrair ou inserir poucos comprimentos de onda para tráfego local para uma determinada cidade ou região; Uso de proteção na camada de aplicação, através dos mecanismos existentes nas redes de transporte ou multisserviço e, mais recentemente, com opção de proteção na camada óptica (WDM).

57 Aplicações Aplicações em Redes Metropolitanas ("Metro")
 As redes WDM Metro são utilizadas para interligar Pontos de Presença (PoP's) concentradores de operadoras de serviços de Telecomunicações em uma determinada região metropolitana. Elas são usadas nos seguintes tipos de aplicações: Meio físico para redes de Transporte Metro, baseadas nas tecnologias PDH e SDH; Meio físico para redes Multisserviço Metro, baseadas nas tecnologias ATM, Frame Relay e IP; Meio físico para interligação de Centrais Telefônicas para serviços de Voz Local; Meio físico para interligação de equipamentos "Cross-connect" para redes de Transporte Metro com alto grau de proteção automática; Meio físico para interligação de CPD's, em conexões dedicadas ou compartilhadas, com interfaces dos tipos ESCON, FICON, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet e Fiber Channel, entre outras. Essas redes WDM possuem as seguintes características: Pequenas distâncias físicas entre equipamentos, demandando amplificadores ópticos de baixa potência. Para os equipamentos de nova geração a camada de aplicação passa a ser inserida no próprio WDM através do uso de transponders que possuem interfaces dedicadas para esse tipo de serviço. Hoje existem transponders com interfaces Fast Ethermet, Gbit Ethermet, ESCON, FICON, Fiber Channel, e outros com interface óptica variável (STM-1 a STM-16), com a configuração de banda da porta executada de forma remota a partir do sistema de gerência. Uso de equipamentos de derivação óptica, para extrair ou inserir poucos Lambdas (comprimentos de onda) definindo segmentos de rede com maior concentração de tráfego entre origem e destino. Uso de proteção na camada de aplicação, através dos mecanismos existentes nas redes de transporte ou multisserviço e, mais recentemente, com opção de proteção na camada óptica (WDM).

58 Tendências No futuro as redes WDM tendem a ter uma participação maior na camada de serviços, deixando de ser redes puramente dedicadas a transporte de outras tecnologias e passando a fazer parte do acesso, interferindo diretamente na receita da empresa. Conclusões: No futuro as redes WDM tendem a ter uma participação maior na camada de serviços, deixando de ser redes puramente dedicadas a transporte de outras tecnologias e passando a fazer parte do acesso, interferindo diretamente na receita da empresa. Esta tendência deve ser reforçada pela necessidade do aproveitamento das redes ópticas já implantadas, e pelo desenvolvimento de interfaces cada vez mais sofisticadas, quem permitirão fornecer serviços plenamente integrados com os sistemas de aplicação dos Clientes, sem a necessidade de equipamentos de acesso dedicados. Para ter sucesso, os projetos envolvendo redes WDM devem ser especificados com base no planejamento de venda e de ocupação do mercado pela operadora de serviços de telecomunicações, uma vez que o custo inicial desses projetos é muito maior do que os projetos de redes de transporte convencionais, utilizando tecnologia SDH. Apesar de haver excesso de fibras ópticas implantadas no Brasil e no mundo, e da rede WDM ter um comportamento de fibra virtual, sua utilização em redes de alta capacidade, principalmente de Longa Distância, sempre será vantajosa, uma vez que as ampliações das redes da camada de aplicação terão sempre um custo menor, pois os equipamentos adicionais podem ser implantados somente nos pontos de troca de tráfego e não mais em todos os pontos do enlace. Desta forma o investimento de longo prazo sempre será menor, promovendo uma maior relação custo benefício para a rede como um todo. Bibliografia Biblioteca Técnica da Treinar On Line Ltda Série 1 a 9, 1981, Revista Tópic, Siemens, Munich, Public Communication Systems Divison.  - Bellamy, John C, DIGITAL TELEPHONY, Ed. John Wiley - Neto, Vicente Soares, Telecomunicações - Sistemas PDH e SDH, Editora Érica

59 Exercícios Redes WDM 1. Qual componente faz parte de uma rede WDM:
( ) Equipamentos multiplexadores ópticos ( ) Sistema de Gerência ( ) Equipamentos terminais ópticos ( ) Todas as anteriores 2. A adequação do sinal óptico convencional para o plano de freqüências do ITU-T para o WDM é feito através do: ( ) DCU ( ) OXC ( ) Transponder ( ) ILA 3. Quais aplicações apresentadas fazem uso das redes WDM: ( ) Redes de Transporte (PDH, SDH) ( ) Redes Multisserviço (ATM, IP, FR) ( ) Interligação de CPD’s