1Hierarquia Digital Sncrona, Tpicos Fundamentais. 1
Generalidades Durante vrios anos, as redes digitais de transmisso
de dados, exploradas pelos operadores de telecomunicaes,
multiplexaram os dados com o intuito de obter elevadas velocidades
de transporte da informao, de acordo com padres estabelecidos pela
UIT, sendo este sistema designado por Hierarquia Digital Plesicrona
(em portugus PDH). Deste modo, os sinais digitais foram divididos
por "nveis" hierrquicos bem conhecidos, de acordo com a velocidade
de transporte dos dados. Nos Estados Unidos e na Europa, a
hierarquia desses sinais os que a seguir se indicam na Tabela 1:
Tabela 1: Hierarquia Digital Plesicrona EUROPA Velocidade Nmero de
canais de Nvel (Mbps) 64 Kbps E1 E2 E3 E4 E5 2,048 8,448 34,368
139,264 564,992 30 120 480 1.920 7.680 ESTADOS UNIDOS Velocidade
Nmero de (Mbps) canais de 64 Nvel Kbps DS 0 T1, DS1 T2,DS2 T3,DS3
T4, DS4 64 kbps 1,544 6,312 44,736 274,176 1 24 96 672 4.032
A este nmero elevado de sinais, com caractersticas
diferenciadas, ainda se juntaram outros sinais, com outras
velocidades de transmisso, alm das acima indicadas, utilizados pelo
sistema de multiplexagem japons. No Brasil, o sistema padro adotado
em PDH o Europeu. No seu conjunto, a Hierarquia Digital Plesicrona
deixou de satisfazer as necessidades de um sistema moderno e
eficiente de transmisso de dados numa sociedade cada vez mais
global, padecendo nomeadamente dos seguintes males: Difcil (e cara)
compatibilizao entre diferentes Hierarquias de Transmisso. Torna-se
necessrio dispor de equipamentos para converter entre si sinais de
sistemas de transmisso diferentes (na Europa, por exemplo, no esto
normalizados sinais de 1,5 Mbps nem de 6 Mbps); mesmo dentro do
mesmo pas, equipamentos construdos por diferentes fabricantes, no
comunicam freqentemente entre si, devido ao modo proprietrio que
utilizam para a multiplexagem; Necessidade de demultiplexar um
sinal de nvel superior, a fim de poder retirar um canal de nvel
inferior. Neste sistema, para retirar um canal de voz de 64 kbps de
um sinal de 140 megabits/s, por exemplo, primeiro necessrio
demultiplexar de 140 para 34 Mbps, depois de 34 para 8 Mbps, de 8
para 2 Mbps, e finalmente de 2 Mbps para os 64 kbps pretendidos.
Esta tarefa, alm de implicar atrasos, tambm dispendiosa, dado o uso
que tem de fazer dos multiplexers citados (Time is money!). A
necessidade de proceder deste modo deve-se por um lado, ao fato de
serem introduzidos bits de justificao quando da multiplexagem dos
canais, e por outro, a multiplexagem feita bit a bit, nos nveis
hierrquicos superiores a um (8 Mbps para cima no sistema europeu,
por exemplo), o que torna praticamente impossvel identificar a
existncia de um canal de 64 kbits depois de multiplexado. A Figura
1 mostra as operaes necessrias em PDH para retirar um tributrio de
2 Mbps de um sinal de 140 Mbps a fim de poder isolar, a partir
deste, um canal de voz de 64 kbps, e a colocao novamente na linha
do canal de 2 Mbps agora modificado;
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Figura 1: Demultiplexao em PDH
Espao insuficiente para transportar informao de gesto, manuteno
e monitorao do estado da rede. Os quadros PDH no prevem em nenhum
dos seus nveis, nmero suficiente de bits de reserva, sendo
necessrio criar para a funo uma rede parte (fora da banda passante)
e com equipamento prprio, logo de dispendiosa manuteno, para
transmitir estas informaes; No h normas definidas para transmisso
ptica dos sinais. Os padres existentes so apenas para interfaces
eltricas. Deste modo um equipamento de fibra ptica de um fabricante
pode vir a no comunicar com outro de fabricante diferente, devido a
inexistncia de normas comuns para a sua construo;
2 Hierarquia Digital Sncrona Com o aparecimento de novos servios
de telecomunicaes, e dada incapacidade da estrutura existente para
fazer face s exigncias do novo mercado, a ITU-T (International
Telecommunication Union - Telecommunication Sector) publicou em
1988, com base nas especificaes da rede digital sncrona norte
americana "Synchronous Optical Digital Network" (SONET), um novo
padro internacional, designado por "Hierarquia Digital Sncrona" -
SDH. Tratam-se de uma nova forma de multiplexar e transportar os
sinais ao longo da linha de transmisso, que alm de permitir tambm o
transporte de sinais oriundos do PDH, vem resolver os diversos
problemas evidenciados por aquele sistema de transmisso digital de
dados. Em particular, agora possvel extrair sinais (tambm
designados por tributrios) de baixo nvel, (ou ordem hierrquica)
diretamente a partir de sinais de ordem superior, sem necessidade
de efetuar todo o ciclo de demultiplexagem descrito para a
hierarquia PDH. Atualmente encontram-se normalizadas as seguintes
velocidades de transmisso: Hierarquia Digital Sncrona Nveis
Velocidade (Mbps) STM-1 155,52 STM-4 622,08 STM-16 2488,32 STM-64
9953,28 Uma das diferenas fundamentais entre o PDH e o SDH, que
neste novo sistema, todos os quadros tm igual durao, de 125 s,
qualquer que seja a velocidade selecionada para a sua transmisso.
Esta durao de quadro corresponde ao seu envio para a linha de
transmisso, ao ritmo de 8000 quadros por segundo. O quadro bsico do
SDH, designado por STM-1 ("Synchronous Transport Module" nvel 1),
encontra-se organizado em 9 conjuntos de 270 bytes , que se seguem
uns aos outros, sendo conforme foi dito, o tempo total para a sua
transmisso de 125 s. Cada um destes blocos de 270 bytes por sua vez
constitudo por 9 bytes de cabealho (section overhead) e de 261
outros destinados a transportar informao, ou carga til (payload).
Por uma questo de comodidade, costume fazer uma representao
bidimensional do quadro, tal como se mostra na Figura 2, sendo os
blocos referidos colocados empilhados uns em cima dos outros, dando
assim origem a 9 linhas, cada uma das quais com 270 bytes.
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Figura 2 Representao Bidimensional do quadro STM-1 2.1 O Quadro
STM - 1 em SDH Este quadro o que corresponde menor velocidade de
transmisso possvel em SDH, ou seja, cerca de 155 Mbps. Para este
bit rate ainda possvel transmiti-lo utilizando sinais eltricos. ,
contudo freqente a sua transmisso utilizando fibras pticas, tal
como se torna obrigatrio proceder para os quadros de ordem superior
de 620 Mbps, 2,4 Gbps e 10 Gbps. Ele formado por 2430 bytes que
para efeitos de fcil representao grfica, se dispem na Figura 3 em 9
linhas de 270 bytes cada. Devemos reparar que na sua constituio
existe uma seo de cabealho ("Section Overhead") composta por (9 x
9) = 81 bytes e uma seo destinada a transportar a informao til,
espao de carga (ou "Payload").
Figura 3: Estrutura do Quadro STM-1 No cabealho podemos
identificar 3 regies distintas, tendo em conta as 3 diferentes
misses desempenhadas pelos bytes que as integram. De igual modo, no
espao de carga, existe uma regio com o tamanho de 9 bytes (na
figura evidenciada em amarelo), que para efeitos prticos funciona
como se fosse um "rtulo", com informaes sobre a carga transportada
e o caminho por ela seguido. Os 6 primeiros bytes do quadro,
designados por A1 (11110110) e A2 (00101000), e que so tambm os
primeiros a ser transmitidos, so de 2 tipos diferentes,
repetindo-se 3 vezes cada um. Permitem, tal como em PDH, efetuar o
que se designa por "alinhamento de quadro". Esta operao consiste na
deteco por parte do equipamento receptor, da seqncia de 48 bits
referida, permitindo-lhe assim saber quando comea cada quadro
STM-1, e identificando-o deste modo no meio da "corrente de bits"
que se encontra a receber. Os quadros repetem-se tal como j foi
referido, ao ritmo de 8000 por segundo. Assim e fazendo umas contas
simples, teremos: 9x270 = 2430 bytes por quadro, 2430 x 8 = 19.440
bits enviados em 125 us, ou seja, um bit rate de 19440 : (125 x10
-6)=155 520 000 bps, cerca de 155 Mbps em nmeros redondos. Podemos
tambm notar que cada byte (o evidenciado a preto na Figura 4, por
exemplo) corresponde a um canal de 64 Kbps, podendo corresponder a
um canal de voz. Na verdade, teremos, fazendo agora as contas de
modo diferente, mas equivalente:
41 byte (a preto na Figura 4)= 8 bits enviado em cada quadro,
uma vez que so enviadas 8000 quadros por segundo, isto significa
8000 bytes "pretos" por segundo, ou seja 64 000 bps. A importncia
deste fato est em que, conforme acabamos de ver, podemos retirar
diretamente um canal de voz de 64 Kbps deste quadro sem ter de
proceder a demoradas (e caras) operaes de demultiplexagem,
bastando-nos para tal saber a sua localizao dentro do quadro
STM-1.
Figura 4: Freqncia de amostragem no STM-1 2.2 Elementos bsicos
de uma Rede SDH Uma Rede SDH em geral formada pelos equipamentos
(em geral designados por "Elementos de Rede"), mostrados na Figura
5 e que a seguir se descriminam:
Figura 5: Elementos de Rede SDH
Multiplexers Terminais de Linha (SDH TMUX) - A funo destes
Elementos de Rede ("Network Elements NEs") a de combinarem sinais,
tanto plesicronos como sncronos (tributrios SDH, por exemplo),
dando origem formao de sinais STM de ordem superior. So em geral
equipamentos "de acesso" rede SDH. 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 ptica de transporte do tipo
STM - 4 . As interfaces pticas mais comuns so os de 1310 e de 1550
nm. Regeneradores SDH (REG) - Estes Elementos de Rede atuam como
repetidores, extraindo o seu sinal de relgio, bem como a energia
necessria ao seu funcionamento, do fluxo de dados que recebem.
Regeneram tambm o sinal, tanto no que se refere amplitude, como ao
"desvio de fase", ou alterao do perodo do clock devido disperso de
sinal nas fibras pticas, e correspondente distoro. O espaamento
entre si dos regeneradores, tipicamente na ordem dos 50 Km,
depende, sobretudo, do comprimento de onda utilizado (as fibras
pticas para 1550 nm, sendo mais caras, so, contudo mais
transparentes), da potncia do sinal na emisso, e da sensibilidade
do receptor. Para longas distncias, torna-se compensador utilizar
as fibras que utilizam o comprimento de onda de 1550 nm, dado serem
necessrios menos regeneradores, e isto apesar do custo mais elevado
dos lasers utilizados.
5 "Add and Drop" Multiplexers (SDH ADD MUX) - So multiplexers
que permitem, estando, por exemplo, inseridos num anel SDH, retirar
(Drop) ou inserir (Add) tributrios de ordem inferior, sem serem
necessrios a "cascata" de desmultiplexers e multiplexers que o PDH
exigia para o mesmo efeito final. "Cross Connectors Digitais
Sncronos (SDH SDXC) - Conhecidos em lngua inglesa por "Synchronous
Digital Cross Connectors" so sem sombra de dvida a unidade mais
complexa e evoluda de entre todos os elementos duma Rede SDH. Tm
funes algo semelhantes aos dos comutadores digitais, podendo
nomeadamente passar tributrios sncronos ou plesicronos, dos mais
diversos nveis hierrquicos (at mesmo canais de 64 kbps), de um anel
para outro, sob a ao de comando remoto centralizado. Mais
importante ainda, podem ser rapidamente configurveis por software,
para o estabelecimento de linhas dedicadas digitais de largura de
banda varivel, eliminando a quantidade, por vezes infernal, de
ligaes ponto a ponto estabelecidas para o efeito em repartidores
adequados (DDFs), e existentes nas redes PDH. Deste modo so
eliminados muitos dos problemas que resultavam de trocas de ligaes
fsicas entre linhas nos ditos "repartidores". A Figura 5 apresenta
aplicaes tpicas dos "Elementos de Rede (NE) citados.
2.3 Arquiteturas de Rede SDH A Figura 6 apresenta uma configurao
tpica de uma Rede SDH. Em primeiro lugar poderemos ver na "Rede de
Acesso", que designamos aqui por "Rede Local", tributrios (sinais,
ou "portadoras" de mais baixo dbito) no sncronos, provenientes por
exemplo, de uma Rede PDH. Os "ADD & Drop Multiplexers" que
fazem a ligao entre a rede regional e a rede local desempenham
funes de "Gateway" entre as 2 redes, ou seja, garantem a
conectividade entre elas. A mistura de tributrios de diversos tipos
(sncronos e plesicronos) usual em redes SDH. Um sinal de 2 Mbps,
que viajasse de A at B, por exemplo, teria de percorrer toda a
estrutura de multiplexers da rede de acesso (normalmente
plesicrona), sendo depois incorporado num anel SDH sncrono, do tipo
STM-1, por exemplo, por meio de um "ADD & DROP Multiplexer".
Passaria depois da rede local para uma rede regional de dbito
superior (eventualmente STM-4), e desta, atravs de SDXC, ou
"comutadores sncronos cruzados" (Syncronous Digital Cross
Conectors) para a rede "Backbone" que seria o "esqueleto dorsal" de
toda a rede. de notar que os ADD MUX incorporam e permitem a sada
de sinais das 2 hierarquias (PDH e SDH) e com dbitos diferentes, a
partir dos anis em que esto incorporados. comum existirem 2 anis,
para garantirem a continuidade de servio, mesmo no caso de avaria
de funcionamento de um deles (anel de reserva ou de backup). A
estrutura de rede em anel muito freqente em SDH, sendo os mesmos em
geral de fibra ptica, podendo eventualmente comportar
"Regeneradores" de sinal (no assinalados na Figura 6). No mais alto
nvel, contudo, a rede apresenta uma tipologia tipo "malha" (mesh)
em que cada "n" da rede tem ligaes com diversos outros (ver rede
"esqueleto dorsal" ou "backbone"). Assim se garante uma
confiabilidade elevada no seu funcionamento, visto existir sempre
mais do que um caminho possvel para o sinal atingir o seu
destino.
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Figura 6: Arquitetura Tpica de Rede SDH 2.4 Os "Contineres" na
Rede SDH Ao incluir a informao no "espao de carga" (payload) de um
quadro STM-N, os dados tm de ser "arrumados" na zona disponvel para
tal. Assim foram definidos para a funo, diversos tipos de
"contineres" com lugar para acomodar as vrias cargas sncronas ou
plesicronas normalizadas. O tamanho do continer medido em bytes
representa a capacidade que ele tem para transportar informao til
no intervalo de tempo do quadro que de 125 s. As capacidades
estabelecidas e normalizadas correspondem aos sinais tributrios
plesicronos mais usuais, recebendo assim os contineres distintas
designaes, que se referem: Contineres em SDH Designao C-11 C-12 C-2
C-3 C-4 Sinal PDH a transportar 1544 kbps 2048 Kbps 6312 Kbps 44736
Kbps ou 34368 Kbps 139264 kbps Capacidade do "continer 1600 Kbps
2176 Kbps 6784 Kbps 48384 Kbps 149760 Kbps
Conforme podemos verificar, no se encontra definido nenhum
continer para o sinal plesicrono de 8 Mbps existente nas redes
europias, razo pela qual este ter de ser multiplexado na rede
plesicrona, em conjunto com outros, numa portadora de maior ordem
(34 Mbps, por exemplo) antes de poder ser "arrumado" no espao de
carga de um continer adequado (C-3 ou C-4). Para determinarmos a
capacidade possvel de carga de um continer C-4 (Figura 7), por
exemplo, basta-nos verificar que ele cabe exatamente no espao de
carga (payload) de um quadro STM-1, sendo por isso constitudo por
260 x 9 bytes, ou seja, 18720 bits. Dado que estes bits tm de ser
transmitidos em 125 s (durao do quadro STM-1), teremos uma
capacidade de carga de: 18720 : (125 x 10 - 6 ) = 149 760 000 bps,
ou seja, 149 760 Kbps para este continer.
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Figura 7: Continer C-4 em STM-1 Para acomodar a informao dos
sinais plesicronos referidos, dentro do continer, este ter assim,
de ser completado com bytes de enchimento de natureza fixa
("stuffing bits"), que permitam o seu "alinhamento" ou seja,
adaptao do ritmo de transporte plesicrono ao dbito mais elevado
correspondente a cada tipo de continer. Para "acerto final" e como
"regulao fina", haver ainda lugar a bits de justificao, que podem
ser de 2 tipos: Bits de Oportunidade de Justificao. Designa-se
deste modo os bits de justificao propriamente ditos, que podem (ou
no) transportar consigo informao (data). Neste ltimo caso, no so
lidos pelo receptor, e comportam-se como simples bits de
enchimento. Bits de Controle de Justificao. Estes bits indicam se
os bits de "Oportunidade de Justificao" transportam ou no consigo
informao vlida no espao de carga do continer. operao descrita de
"arrumao" de uma carga plesicrona em lugares bem definidos dentro
de um continer SDH d-se o nome de "Mapeamento" (ou "Mapping" em
lngua inglesa). 2.5 O Continer Virtual "VC" A cada "Continer"
acrescentado um cabealho (regio indicada em amarelo na Figura 8),
que se designa em lngua inglesa por "POH", ou "Path Overhead", e
que contm informao sobre o percurso do continer (PATH) e outros
dados relativos ao seu contedo. importante notar que este cabealho
acompanha sempre o continer at ao seu destino final, momento em que
ele desmembrado e a sua carga abandona a rede SDH. O conjunto
"Continer + POH" recebe agora a designao de "Continer Virtual". A
ttulo de exemplo, apresenta-se na Figura 8 o Continer Virtual VC4.
Todos os outros contineres normalizados pela ITU-T, tm uma
estrutura semelhante, ou seja, uma regio para transporte de
informao, com os respectivos dados ocupando posies fixas bem
definidas no espao de carga ("Continer" propriamente dito), e outra
de cabealho (POH). Se quisermos proceder a uma analogia, podemos
pensar no Continer SDH como um continer real (ou uma encomenda). O
contedo da encomenda ser no nosso caso a informao que pretendemos
transportar at ao destino, e o POH uma etiqueta ou "guia de
encomenda" com indicaes diversas sobre o caminho percorrido e o seu
contedo.
8Figura 8: Continer Virtual VC-4 Se considerarmos a Hierarquia
de Multiplexagem SDH europia (da ETSI), podemos classificar os
contineres virtuais em 2 famlias distintas: Contineres Virtuais de
ordem baixa (low order) - Encontra-se neste caso os contineres
VC-12 , VC-2 e VC-3; Contineres Virtuais de ordem elevada (high
order) - Caso do continer VC-4. 2.6 Estrutura de Multiplexagem da
Rede SDH A recomendao da Unio Internacional de Telecomunicaes (
ITU-T ) G-707 prope um mapeamento (distribuio e arrumao) dos sinais
para efeitos de transporte atravs da rede, conforme definido na
Figura 9. Podemos notar que atribudo um continer de formato bem
definido a cada tipo de carga plessicrona, a partir do qual um
Continer Virtual construdo, por meio da juno de um cabealho (POH).
Este continer transmitido, conforme j foi referido, sem quaisquer
alteraes atravs de toda a rede SDH, num caminho definido (PATH), at
ao seu destino final. Para localizar corretamente o continer
virtual de baixa ordem dentro do espao de carga do continer virtual
de ordem mais elevada que o transporta, necessrio criar um
"ponteiro". Este ponteiro (na verdade uma indicao de posio de
memria), e inserido numa unidade tributria ou administrativa (em
verde na Figura 9), vai ocupar uma posio fixa dentro do espao de
carga do continer virtual de ordem mais elevada em que se aloja, e
indicar em princpio, a distncia que o separa do incio do continer
virtual de ordem mais baixa.
Figura 9: Estrutura ITU-T de Multiplexagem SDH Ao conjunto
"Continer Virtual de baixa ordem + Ponteiro" d-se o nome de
"Unidade Tributria" (TU). operao descrita de atribuio de uma "fase"
ou deslocao relativa de posio de um continer em relao ao outro por
meio de um ponteiro d-se o nome de "alinhamento". 2.7 Grupos de
Unidades Tributrias e Unidades Administrativas As Unidades
Tributrias (TUs) viajam sempre em conjunto, pois tero de ser
agrupadas para cumprir sua funo. A uma ou mais "TUs", ocupando
posies fixas e bem definidas no espao de carga de um VC de ordem
superior, d-se o nome de Grupo de Unidades Tributrias (TUG). Numa
TUG s so permitidas unidades tributrias do mesmo tipo. Assim, por
exemplo, 3 TU-12 multiplexadas, do origem a uma "TUG-2". Do mesmo
modo, se estivermos a lidar com contineres de "ordem superior",
teremos de os localizar devidamente no espao de carga que ocupam,
necessitando tambm de ponteiros. Tratando-se de contineres de ordem
superior, ao conjunto "VC + Ponteiro" d-se a designao de Unidade
Administrativa (AU).
9A ETSI, European Telecommunication Standardization Institute,
estabeleceu para a Europa uma estrutura mais leve do que a definida
pela ITU-T, mas inteiramente compatvel com esta, que se representa
na figura anexa. Conforme se pode ver, alm do transporte de cargas
sncronas SDH, apenas se encontra prevista a incorporao e transporte
de tributrios em uso na rede PDH europia, embora sejam tambm
suportadas cargas "ATM". Nota-se que o continer VC-3, quando
transporta uma carga de 34 Mbps da hierarquia PDH europia, no
considerado de "ordem superior", pois origina, em conjunto com o
seu ponteiro, uma Unidade Tributria, em vez de uma Unidade
Administrativa. Na Figura 10 apresenta-se um exemplo conceitual do
transporte de sinais PDH de 2 Mbps num quadro STM-1 da rede SDH
Europia. Poderemos notar, entre outros detalhes: 1. O agrupamento
de 3 TU-12 (VC-12 + Ponteiros) numa TUG-2 2. O agrupamento de 7
TUG-2 numa TUG-3 3. O agrupamento de 3 TUG-3 num Continer VC-4 4.
Os ponteiros das TU-12 apontando para os VC-12 (quadradinhos
vermelhos no topo) 5. O ponteiro da Unidade Administrativa AU-4
apontando para o incio do continer VC-4.
Figura 10: Estrutura ETSI de Multiplexagem SDH As unidades
tributrias TU-12 no se representam nesta figura a fim de no a
sobrecarregarmos excessivamente. Elas so constitudas, como sabemos,
pelos contineres VC-12 e pelos seus ponteiros. Assim elas esto
presentes em cada um dos TUG-2, sendo estes formados como resultado
da multiplexagem byte a byte de cada um dos 3 VC-12, que os
constituem, depois de adicionados os respectivos ponteiros. No caso
dos VC-12, e como veremos posteriormente, os ponteiros so
constitudos por um nico byte, assim se justificando a presena no
desenho dos 3 ponteiros (3 bytes) em cada uma das TUG-2. 2.8 Ainda
sobre as Estruturas de Multiplexagem em SDH Quando uma ou mais
Unidades Administrativas ocupam posies fixas e bem definidas no
interior de um quadro STM-N dizemos que estamos em presena de um
"Grupo de Unidades Administrativas (AUG)". No caso de um quadro
STM-1, de acordo com a estrutura de multiplexagem europia da ETSI,
a AUG corresponde, logicamente, a uma nica Unidade Administrativa.
No caso da estrutura de multiplexagem tal como definida pela UIT, e
utilizada na rede americana, por exemplo, a AUG pode resultar das
multiplexagem de 3 AU-3. Em SDH, e em resumo, podemos considerar a
existncia das seguintes operaes: Mapeamento Alinhamento
Multiplexagem Concatenao Processamento de Ponteiros
10As trs primeiras j so nossas conhecidas, passaremos a
descrever em que consiste cada uma das restantes operaes:
Concatenao Consiste na associao de vrios contineres virtuais de
ordem superior ( VC4s, por exemplo ), de modo a que se portem na
rede SDH como um nico continer virtual, s podendo ser separados aps
a sua chegada ao destino final. frequentementemente utilizada
sempre que existem grandes quantidades de dados a transmitir como
que formando um nico bloco, caso do trfego de sinais de televiso,
por exemplo. Processamento de Ponteiros Esta operao permite o
"realinhamento" do trfego SDH, isto atualiza o valor dos ponteiros
dos diversos tributrios, de modo a "alinhar" no seu comeo as
"seqncias de alinhamento de quadro" (bytes A1 e A2 anteriormente
estudados). So assim sincronizados entre si os diversos sinais,
antes de se proceder sua multiplexagem. Convm notar, que mesmo em
SDH, pode haver defasagem entre diversos tributrios devido s suas
diferentes origens, atrasos de propagao esses muitas vezes
motivados por variaes de temperatura ambiente durante o percurso
anteriormente seguido pelo sinal. Os sinais STM-1 de cerca de 155
Mbps so por vezes do tipo eltrico, e conseqentemente sujeitos s
alteraes referidas. Tambm nos sinais pticos aparecem perturbaes
semelhantes devido a fenmenos de disperso no interior das fibras. A
Figura 11 pretende dar uma idia da operao a efetuar. Devemos ter
presente que os primeiros dados a sair so os bytes de alinhamento
de quadro (designados por "A"). No devemos ser induzidos em erro
pelo desenho. Podemos notar que os ponteiros (em amarelo no
desenho) tm agora outro valor (diferente "offset" da informao em
relao ao incio do quadro). , contudo claro que a posio relativa da
informao de cada tributrio STM-1 se mantm constante. Dada a
"sincronizao" efetuada, a multiplexagem que se segue destes 4
tributrios STM-1 num sinal STM-4, vai permitir ter juntado, em
posies bem definidas, os cabealhos dos referidos quadros.
Figura 11: Sincronizao e Ajuste de Ponteiro Formao STM-4 2.9
Estrutura de um quadro STM-4 Aps alinhamento (ou sincronizao) dos 4
sinais STM-1, 0s quadros do entrada num multiplexer sncrono, sendo
a mutiplexagem efetuada byte a byte. A velocidade de transmisso
agora rigorosamente 4 vezes superior de cada quadro STM-1, ou seja,
4 x 155 520 = 622 080 Kbps, cerca de 622 Mbps. Na verdade o espao
de carga de um quadro STM-4 resulta da multiplexagem byte a byte de
4 contineres VC4, devendo, portanto comportar 4 x 261 = 1044
colunas por 9 linhas de altura, em representao bidimensional, ou
seja, 9396 bytes. O cabealho "de seo", (como se designam em STM)
ter 4 x 9 = 36 colunas e 9 linhas de extenso, o que perfaz 324
bytes. No total o quadro , pois composto por 9720 bytes, ou seja,
77 760 bits. Se considerarmos que estes bits so enviados em 125 s,
podemos facilmente achar a velocidade de transmisso de um sinal
STM-4, achando o mesmo valor acima indicado. Repare que o cabealho
reconstrudo pelo multiplexer, sendo por isso novo na sua formao.
Como havemos de ver posteriormente, muitos dos seus bytes tm funes
especficas, podendo mudar de valor durante o percurso (PATH) a
efetuar pelo quadro.
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Figura 12: Formao do Quadro STM-4 No de mais recordar, com
respeito aos contineres virtuais, que estes permanecem unos e
indivisveis, s sendo desmantelados chegada, ou seja, ao deixarem a
rede SDH. Do mesmo modo, ainda possvel, apesar da velocidade
elevada de transporte, retirar um canal de 64 kbps, ou seja,
acessar a um dos seus bytes, sem haver necessidade de submeter o
quadro STM-4 cascata de (de)multiplexers que seria necessrio
utilizar numa rede PDH. Isto possvel fundamentalmente por 2 razes:
1. Multiplexagem sncrona byte a byte dos quadros STM-1 (sem haver
lugar ao acrescento de bits de justificao); 2. Acomodao perfeita
das cargas no quadro STM-1, tendo presente: O uso de contineres
virtuais para o transporte das cargas em posies bem definidas no
seu interior; A utilizao de Unidades Tributrias (TUs e TUGs), que
funcionando como verdadeiros miniquadros dentro do quadro STM-1,
ocupam uma posio fixa dentro do continer de ordem mais elevada; O
uso de ponteiros de valor ajustvel de modo a compensar qualquer
"deslize" dos contineres de baixa ordem em relao a TU ou TUG; O uso
de um ponteiro ajustvel de Unidade Administrativa para referenciar
a posio do continer de ordem superior na estrutura do quadro STM-1.
A formao de quadros de ordem "STM-N , como os quadros STM-16 e
STM-64, faz-se de modo semelhante ao indicado para o STM-4, por
multiplexagem sncrona de 4 quadros STM-4 ou STM-16,
respectivamente. O tempo de transmisso de cada quadro sempre para
todos eles de 125 s. 2.10 A Rede SDH vista de diversos nveis.
semelhana de outras tecnologias, existe interesse em considerar a
repartio de responsabilidades por uma transmisso correta dos dados
na rede SDH, tendo em conta as diversas fases e operaes envolvidas.
Criaram-se para isso, um modelo em camadas ou nveis, cada um deles
com as suas funes especficas, desempenhadas por um mesmo tipo de
equipamento de rede. A camada mais baixa a camada fsica,
representada pelo meio de transmisso utilizado, em geral um link em
fibra ptica. Os tributrios de 155 Mbps de ordem mais baixa na
hierarquia SDH podem tambm ser transportados em cabo de cobre,
sendo ento utilizado um sinal eltrico. Ao longo deste meio de
transmisso, vrios equipamentos desempenham um papel preponderante,
tendo presente o objetivo comum de fazer chegar o sinal ao destino
em boas condies. Assim, cada equipamento, ou elemento de rede
(Network Element - NE), responsvel pela criao do seu prprio
"cabealho de seo" (Section Overhead), dialogando com o prximo
elemento de rede do mesmo nvel existente no percurso a percorrer
pelo sinal. Dentre os vrios equipamentos de rede que estudamos,
encontramos os Regeneradores, que geram o seu prprio cabealho,
transportado pela quadro STM-1 em local prprio. Este cabealho
designa-se por "RSOH" (Regenerator Section OverHead), e formado por
27 bytes. (Ver formato geral do quadro STM1). O percurso percorrido
pelo sinal entre 2 regeneradores consecutivos (ou entre um
regenerador e outro elemento de rede que tambm regenere o sinal)
designado por "Seo de Regenerao". Assim, na Figura 13, podemos
notar que se encontram tambm definidas como "Sees de Regenerao" os
percursos compreendidos entre regeneradores e multiplexers, ou
ainda entre regeneradores e SDXCs, visto estes equipamentos
procederem tambm localmente regenerao dos sinais.
12
Figura 13: Componentes de uma Rede Sncrona SDH A parte
compreendida entre 2 multiplexers, ou equipamentos que desempenhem
tambm essa funo (SDXC , por exemplo), designa-se por "Seo de
Multiplexers". Estes equipamentos tambm trocam diretamente
informaes entre si, usando para a funo o "Cabealho de Seo de
Multiplexers - MSOH", ou "Multiplexer Section OverHead" (Ver
localizao deste cabealho no quadro STM-1). Finalmente, o percurso
compreendido entre os multiplexers da ponta, ou seja, entre o
elemento de rede onde se forma o quadro SDH e o elemento em que
este abandona esta rede, designa-se por "Caminho" ou "PATH". Dados
relativos ao "Path" so apenas lidos ou modificados nos equipamentos
anteriormente indicados e constam da zona reservada para a funo em
cada continer designada por "Path OverHead - POH" (Ver localizao
deste cabealho no quadro STM-1). Dentro de cada nvel, ou camada
referida, (Regeneradores, Multiplexer e Path) os equipamentos de
rede (NEs) trocam informaes entre si, relativas a erros detectados
ou a alarmes de funcionamento, permitindo assim monitorar
remotamente o estado geral da rede SDH, e tomar as medidas
necessrias para a mant-la em bom funcionamento. 2.11 Deteco de
Erros, Alarmes e Gesto da rede SDH A Figura 14 representa a quadro
STM-1. Nela podemos observar alm do espao de carga ocupado por um
continer C 4, e o seu POH, mais 3 zonas distintas: O Cabealho da
Seo de Regeneradores (RSOH), composto por 27 bytes, dispostos em 3
linhas e 9 colunas. O Cabealho da Seo de Multiplexers (MSOH),
composto por 45 bytes, dispostos em 5 linhas e 9 colunas. O
Ponteiro da AU, constitudo por 9 bytes, dispostos em linha, entre
os 2 cabealhos de seo. De certa forma o Ponteiro da AU faz parte da
seo de Multiplexers, como por vezes tambm considerado, visto que so
equipamentos deste tipo que so responsveis pela sua criao e pelas
alteraes que lhe so introduzidas. O conjunto "Continer C4 + POH"
forma como sabemos o Continer Virtual VC4. A colocao deste continer
em posio definida dentro do quadro STM-1 d origem, ao adicionar-se
o ponteiro necessrio para o localizar, Unidade Administrativa AU-4.
O ponteiro da AU-4 indica o "alinhamento de fase" ou por outras
palavras a posio relativa da carga em relao ao incio da seo de
multiplexagem (Ver alinhamento de contineres virtuais). Vejamos o
papel desempenhado por cada byte dos vrios cabealhos referidos,
tendo presente que eles correspondem na figura aos quadrados
assinalados, e na transmisso do quadro, a um canal de 64 Kbps.
13
Figura 14: SOH1 Quadro STM-1 Comecemos pela "Seo dos
Regeneradores": Os bytes A1 e A2, tm o significado j anteriormente
referido, servindo para alinhamento do quadro STM-1. Notar que este
quadro o nico que precisa de sincronizao ou alinhamento, pois os
sinais SDH de ordem superior (STM-4 e STM-16, por exemplo), no o
necessitam, em virtude de resultarem de multiplexagem inteiramente
sncrona de tributrios de ordem inferior. O byte J0 (Section Access
Point Identifier), transporta durante 16 quadros consecutivos, uma
"string" ASCII que identifica univocamente a presente ligao entre
emissor e receptor. Esta identificao revela-se conveniente, visto
que o receptor pode estar a receber quadros de diversas
provenincias (s quais correspondero seqncias identificadoras de 16
bytes diferentes umas das outras). Em verses anteriores do SDH este
byte, designado por C1, era um identificador que referia o tipo de
quadro STM em causa, ou seja, se estvamos em presena de uma STM-1,
STM-4 ou STM-16. O byte B1 permite aferir a qualidade da
transmisso, pois se trata de um clculo do tipo "bit de paridade
par", que permite em certa medida, detectar a existncia de erros de
transmisso motivada por troca de bits. Tambm pode ser determinado
por meio de uma "soma sem transporte" ou checksum, calculada sobre
todos os bits do quadro anterior, depois destes terem sido
baralhados de um modo pseudo-aleatrio num "scrambler". Nota: A ao
do scrambler (existente em todas as transmisses de quadros STM-4 e
de ordem superior), tem como sabemos, por finalidade baralhar os
bits de modo a evitar longas seqncias de "0s" ou de "1s", que
tornariam difcil a extrao do sinal de relgio do sinal que chega por
parte do regenerador. Os bits so assim todos embaralhados antes de
serem enviados, com exceo dos relativos aos da linha do cabealho em
que se encontram os bytes A1 e A2, a fim de permitir o alinhamento
de quadro chegada. A soma sem transporte feita longitudinalmente,
ou seja, os bits 1 so somados com os bits 1, os bits 2 com os bits
2... e os bits 8 com os bits 8 de todos os bytes do quadro, dando
finalmente origem ao byte B1 que colocado no local assinalado na
seo de regeneradores do quadro em questo. Este procedimento
designado por "Bit Interleaved Parity check (BIP-8)". No NE
(elemento de rede) seguinte, aps ser efetuado o alinhamento de
quadro (deteco dos bytes A1 e A2), novamente calculado o BIP-8, o
qual comparado com o indicado no RSOH, para verificao de erros de
transmisso, sendo ento o quadro desembaralhado. No devemos esquecer
que estando este byte na seo dos regeneradores, isto significa que
este controle de erros efetuado em todos os regeneradores por onde
o sinal passa. O byte E1 constitui um canal telefnico de servio
entre regeneradores, ou seja, um canal de voz destinado a permitir
a troca de impresses entre operadores relacionados com o servio de
gesto ou de administrao da rede. O byte F1 constitui um canal
telefnico para comunicao entre utilizadores, ou seja, um canal de
voz reservado a utilizadores especficos como o administrador da
rede, por exemplo. para todos os efeitos um canal telefnico de
manuteno. Os bytes D1, D2 e D3 constituem um canal de transmisso de
dados de 3 x 64 = 192 Kbps. Podem ser utilizados, por exemplo, para
controlar e monitorar o funcionamento de diversos equipamentos de
rede sncronos existentes.
A "Seo de Multiplexers" nos quadros STM N:
14O byte E2, conforme Figura 15, representa o canal de servio
MSOH e desempenha um papel semelhante ao desempenhado pelo byte E1
na seo de regeneradores. Este canal de voz s est disponvel para
transmisses entre sees de Multiplexers.
Figura 15: Detalhamento das Sees de Regenerao e Multiplex Os
bytes D4 a D12, em nmero de 9, so um canal de transmisso de dados a
576 Kbps (9 x 64 kbps) entre sees de multiplexers, permitindo o
comando remoto, controle e monitorao de equipamentos de rede nestes
locais. Os bytes B2, em nmero de 3, permitem um controle de erros
de transmisso, efetuado de modo semelhante ao utilizado na seo de
regeneradores. A soma de controle (ou checksum) agora calculada
sobre 3 bytes de cada vez, longitudinalmente, (bit 1 com bit 1, bit
2 com bit 2, .... bit 24 com bit 24) dando origem a 3 bytes
(BIP-24) que ocupam a quinta linha da seo de multiplexers do
cabealho (MSOH). O clculo sempre feito sobre os bits do quadro
STM-1 anterior, sendo, contudo excludos da soma de controle os bits
da sua seo de regeneradores. Os bytes K1 e K2 so usados para
"comutao automtica de proteo" tambm designada por APS (Automatic
Protection Switching). Em geral em SDH, h sempre um link de recurso
disponvel para o caso de falha de funcionamento do link principal.
Este fato constitui de resto um dos trunfos do SDH, que o faz
bastante procurado como sistema para transporte de dados, visto que
atualmente os clientes exigem, no s rpidas ligaes, como ligaes
fiveis, trabalhando sem quebras ou interrupes 24 horas por dia. No
caso de falha do link em uso, o receptor envia uma mensagem ao n
anterior da mesma seo de multiplexers, usando para a funo os bytes
k1 e k2 referidos, convidando-o deste modo a restabelecer o link
por outro caminho alternativo, conforme mostra a Figura 16.
Figura 16: Proteo em Rede SDH O byte S1, nomeadamente por meio
dos bits 5 a 8, serve para trocas de mensagens sobre o estado de
sincronizao dos elementos de rede, melhor dizendo, especificando o
nvel de qualidade atingido para o sincronismo.
15O byte M1 utilizado como "Indicao Remota de Erro" (Remote
Error Indication - REI), conforme indicado na Figura 17. No caso de
quadros do tipo STM-1 ou STM-4, este byte utilizado pelo n receptor
para indicar ao n emissor anterior o nmero (de 0 a 24) de bits da
soma de controle que recebeu com erros detectado pelo BIP-24. Para
quadros STM-16 esta operao no realizada, sendo este valor ento
colocado em "FF" (255).
Figura 17: Indicao de Erro REI No demais relembrar que os bytes
acima indicados se encontram na seo de multiplexers do cabealho de
seo, as mensagens referidas so sempre trocadas com elementos de
rede da "seo de multiplexers". H ainda a considerar 6 bytes
designados por "X" que so para utilizao ao nvel nacional, no tendo
sido definida a sua funo e finalmente os restantes bytes das seces
RSOH e MSOH cuja misso aguarda tambm definio futura. 2.12 O
cabealho "POH" nos Contineres de Ordem Elevada A Figura 18
representa um quadro STM-1 evidenciando neste o continer virtual
VC4 com o seu cabealho "POH". Conforme j dissemos este cabealho
formado no NE (normalmente um multiplexer) de acesso rede SDH, e s
desfeito quando o continer deixa a rede SDH. Os bytes que o formam
so assim trocados "ponta a ponta" entre estes 2 ns extremos e so os
que a seguir se referem:
Figura 18: Quadro STM-1 com carga VC-4 Byte J1 - Tem no continer
virtual um papel semelhante ao desempenhado pelo byte J0 na seo de
Regeneradores do Cabealho de Seo. Permite ao receptor validar o
caminho seguido pelos quadros que recebe. Durante um nmero mximo de
16 quadros consecutivos, enviada uma "string" ou conjunto de
caracteres ASCII (terminado pelo caractere correspondente tecla
"enter") , que comparada pelo receptor com as seqncias
anteriormente recebidas, permitindo-lhe assim confirmar que
continua a receber quadros com a mesma provenincia,
identificando-as como vlidas. Byte B3 - Trata-se de um BIP-8 ,
semelhana do existente na seo de regeneradores (byte B1), e
calculado sobre todos os bits do VC4 anterior. Este byte B3 um modo
de detectar erros de transmisso por "checksum" (soma de controle),
e colocado no seu lugar no POH antes dos bits serem baralhados.
16Byte C2 - Indica a composio (tipo de carga) do continer VC
transportado. A ttulo de exemplo, poder indicar o transporte de
dados ATM (C2 =13H), TUG - Grupo de Unidades Tributrias (C2 = 02H),
dados procedentes de uma MAN (C2=14H), FDDI (C2 =15H), carga
assncrona a 140 Mbps, etc. Byte G1 - Tambm designado por "path
status", ele informa, em sentido contrrio ao da progresso do
quadro, mais propriamente ao n de origem, onde o continer foi
construdo, sobre a qualidade ou performance do caminho seguido pelo
continer. Os bits 1 a 4 constituem o chamado REI (Remote Error
Indication), e referem por meio dum nmero entre 0 e 8, a quantidade
de bits trocados detectados no BIP-8" B3. Outro tipo de problemas
detectado na ligao, como por exemplo uma falha do sinal,
transmitida ao "n de origem" ativando o bit 5 deste mesmo byte.
Esta indicao designada por RDI (Remote Defect Indication). Os bits
6 e 7 so reservados para uso opcional e o bit 8 no tem ainda
utilizao definida. Bytes F2 e F3 - A sua utilizao idntica descrita
para o byte F1 do RSOH. Byte H4 - Indicador de Multiquadro.
Conforme se explica em outro local, os quadros SDH quando
transportam tributrios de 2 Mbps (tambm 1,5 Mbps, na verso UIT-T)
fazem-no sempre por meio de conjuntos de 4 contineres VC-12 (ou
VC-11 no caso de cargas de 1,5 Mbps). Estes contineres viajam em
grupo, alojados em "verdadeiros mini-quadros" (TUs) , aos quais por
sua vez so agrupados (TUGs) e arrumados por meio de multiplexagem
no continer virtual de ordem elevada (VC4 neste caso). O byte H4 d
conta desta situao, atribuindo um nmero (de 0 a 3), a cada um dos 4
quadros que formam a multiquadro. Byte K3 - Destina-se a sinalizao
do tipo APS (Comutao Automtica de Proteo), para caminho de ordem
elevada. Byte N1 - Byte de Operador de Rede (Network Operator).
utilizado com funes de gesto e monitorao da rede. 2.13 A funo dos
Ponteiros em SDH Os contineres (VC4 por exemplo), podem comear em
qualquer posio do espao de carga do quadro STM-1. A primeira Figura
19 mostra-nos um incio do continer coincidente com o incio do
quadro, mas nem sempre assim acontece.
Figura 19: Indicao de Ponteiro Incio Coincidente Na zona ocupada
pelo ponteiro da AU-4 (constituda nos desenhos pelos 9 bytes
assinalados em vermelho na quarta linha dos quadros), os bytes H1,
H2 desempenham um papel ativo na localizao precisa do continer
dentro do espao de carga previsto para a funo. Assim, os bytes H1 e
H2 atuam como ponteiros, indicando o "offset" do byte J1, primeiro
byte do continer virtual VC4. Este offset no mais do que a
distncia, medida em conjuntos de 3 bytes, do byte J1 (incio do
continer VC4), ao fim da rea de ponteiros (ltimo byte H3 da rea de
ponteiros). No caso do desenho da Figura 19, por exemplo, os bytes
H1 e H2, teriam de referir, em valor binrio, "o numero 522", visto
que a contagem se faz de 3 em 3 bytes e o offset de 1566 bytes (6
linhas de continer virtual de 261 bytes cada). O valor mximo
possvel para o "offset", indicado pelo ponteiro, deveria ser assim
de 783. Este valor corresponde a 3 x 783 = 2349 bytes, ou seja, ao
tamanho do continer virtual VC4 (9 linhas de 261 bytes cada) .
Devemos, contudo, lembrarmo-nos que a contagem se inicia em zero
(para o continer que comece logo em frente do ponteiro da AU),
assim teremos de subtrair 1 unidade a este nmero, ou seja poderemos
ter offsets entre 0 e 782. Tal como se pode constatar pelo exposto
na Figura 20 , os contineres podem comear em qualquer posio,
estendendo-se inclusivamente por 2 quadros, e iniciando-se em
qualquer byte do espao de carga.
17
Figura 20: Indicao de Ponteiro Incio no Coincidente O uso de
ponteiros elimina praticamente o uso de buffers nos ns da rede,
visto que qualquer deslize da carga (no tempo), pode ser retificado
por meio de um reajuste do valor do ponteiro que a localiza dentro
do espao de carga do quadro (payload). Devemos notar que para que
isto fosse possvel, os contineres foram criados com espao interior
superior ao realmente exigido pelas cargas PDH para cujo transporte
eles foram criados. Embora o SDH seja uma rede sncrona, temos
sempre de considerar defasamentos ou "escorregamentos no tempo" no
funcionamento dos relgios, devidos fundamentalmente a duas ordens
de razes: 1. Um mesmo clock distribudo na rede SDH, mas tendo de
percorrer distncias longas e diferentes. 2. freqente a existncia de
um clock mestre distribudo para um determinado nmero de ns,
formando aquilo a que normalmente se designa uma "Ilha SDH". O fato
de na sua distribuio, o sinal ter de percorrer distncias
diferentes, origina ainda assim, diversos valores relativos de fase
e de freqncia, originados por atrasos de propagao diferentes nos
referidos percursos.
1. Diferentes freqncias de relgio de sinais procedentes do
PDHConforme sabemos, os sinais em PDH apresentam freqentemente
diferentes valores de freqncia de relgio, embora nominalmente o seu
valor seja o mesmo. Para estas diferenas contribuem as diversas
provenincias do sinal, diferentes condies de propagao, e ainda as
tolerncias de fabrico dos respectivos dispositivos de relgio. Estas
alteraes traduzem-se na prtica por "escorregamentos da carga"
dentro do continer que a aloja, sendo necessrio reajustar o valor
do ponteiro que a localiza, tal como se evidencia na Figura 21.
Figura 21: Ajuste de Ponteiro para Carga PDH Se quisermos fazer
uma analogia, podemos pensar em 2 carruagens de um comboio que se
desloquem mesma velocidade e que transportem cada uma no espao de
carga que possuem o seu continer. Ao iniciar-se o movimento do
conjunto, pode ocorrer duas possibilidades:
181. Os contineres movem-se mesma velocidade que as carruagens;
2. Os contineres movem-se com velocidade diferente das carruagens,
neste caso, eles movem-se mais depressa do que estas, deslizando
dentro das carruagens, o que no caso presente, faz com que o ltimo
continer passe a ocupar mesmo mais do que uma carruagem. Se
pensarmos em termos de quadros SDH (carruagens) e em contineres
virtuais VC4 por exemplo (contineres) , teremos uma idia do que
pode suceder quando a freqncia do clock responsvel pelos contineres
virtuais, superior freqncia do clock responsvel pela transmisso dos
quadros SDH. 2.14 Compensao de Escorregamentos e Ajuste de
Ponteiros em SDH Quando existem diferenas de relgios entre os
sinais tributrios, 2 situaes distintas podem ocorrer: Situao 1 A
soma das velocidades ou "bit rates" dos sinais de entrada superior
velocidade de funcionamento do relgio que controla a sada do
Multiplexer: Neste caso, a quantidade de bits que entra no
multiplexer, sendo superior que o abandona, tem tendncia a
acumular-se. A soluo ser o multiplexer, de quando em quando, enviar
para o exterior mais bits do que o que seria possvel enviar
utilizando apenas o espao interior do continer, evitando-se desta
forma, a perda de dados. Assim, encontra-se disponvel (por estar
reservada para esta funo) a regio ocupada pelos 3 bytes H3, ou
"bytes de ao" como so designados em SDH. Logo que a diferena entre
a quantidade de bits que chega e a que abandona o Multiplexer
atinja os 24 bits (3 bytes), estes so colocados no lugar dos bytes
H3, impedindo a acumulao de bits na entrada. Esta operao designada
por justificao negativa, acompanhada de um ajustamento do ponteiro,
sendo o seu novo valor (offset) escrito nos bytes H1 e H2, reduzido
em 1 unidade (3 bytes). Na Figura 22 d-se conta da operao
realizada, sendo bem visvel que a posio do byte "J1" (e
conseqentemente todo o continer), desliza para uma posio final 3
bytes atrs da anteriormente ocupada.
Figura 22: Justificao Negativa Como evidente, sempre que se
realiza uma justificao de ponteiros como a descrita, o receptor
avisado do fato, a fim de "no se esquecer" de ler tambm os 3 bytes
H3 de informao extra. Durante os quadros anteriores e os que seguem
a esta operao, os bytes H3 transportam bits de enchimento,
ignorados pelo sistema.
Situao 2 Justificao Positiva e Ajuste de Ponteiros em SDH
19De modo semelhante ao anteriormente descrito, pode dar-se o
caso de o ritmo a que chegam os dados ao multiplexer de um
determinado n de rede ser inferior velocidade do clock responsvel
pela sua sada. Para corrigir esta situao, este elemento de rede
ter, periodicamente, de enviar bits suplementares (de enchimento ou
justificao) colocando-os no espao de carga do continer, em local
reservado para esta funo, imediatamente frente dos bytes de ao H3
do "Ponteiro da AU", conforme se evidencia na Figura 23.
Figura 23: Justificao Positiva O ponteiro que indica o incio do
VC4 agora aumentado de 1 unidade (3 bytes) e o elemento de rede
receptor informado da operao realizada atravs de uma operao (que se
encontra normalizada) de inverso de determinados bits que
constituem os bytes H1 e H2. chegada ao n seguinte, os bytes de
justificao (em cinza na Figura 23) sero ignorados, por no
transportarem informao. Para informar o receptor de que deve ler os
bytes H3 (justificao negativa) ou ignorar os 3 bytes de enchimento
(justificao positiva) utilizado o seguinte processo: No caso de uma
justificao negativa, so invertidos os bits 8, 10, 12, 14 e 16 (bits
"D") do conjunto de 16 bits que constituem os bytes H1 e H2, no
quadro em que esta justificao tem lugar, sendo levado a efeito no
quadro seguinte um Decrscimo de 1 unidade no valor do ponteiro. No
caso de uma justificao positiva, so invertidos os bits 7, 9,11,13 e
15 dos bytes H1 e H2. A inverso destes bits, designados por bits
"I" seguida no quadro seguinte por uma operao de Incremento do
ponteiro em 1 unidade. Durante pelo menos os 3 quadros seguintes no
permitida qualquer atualizao de ponteiros. Tanto a operao de
justificao positiva agora descrita, como a de justificao negativa,
anteriormente referida, tem de ser realizadas por um equipamento
com funes do tipo multiplexer, j que as operaes com ponteiros
exigem a leitura e escrita na rea do MSOH. 2.15 Transporte de uma
carga "assncrona" de 140 Mbps num quadro STM-1 A adaptao de cargas
de 140 Mbps (ditas assncronas) provenientes do PDH, ao ritmo de
transporte dos quadros SDH e sua estrutura, comea por uma operao
designada por "mapeamento". Esta operao, que "arruma" o sinal E4
referido, no interior do continer C4, corresponde na prtica a um
aumento da freqncia do sinal oriundo do PDH, o qual conseguido do
seguinte modo: Atravs da incluso de bits de enchimento de
justificao fixa, eleva-se o bit rate at um valor mais prximo do
ritmo de transporte correspondente ao quadro STM-1, que de 155,52
Mbps (alinhamento aproximado dos relgios); Adicionando ao espao de
carga bits de "controle de justificao" e de "oportunidade de
justificao (alinhamento rigoroso com o sinal de relgio do SDH). Os
bits de "controle de justificao" indicam se os "bits de
oportunidade de justificao" transportam com eles (ou no) informao
til. Este ajuste da carga ao espao disponvel do continer por
justificao positiva, permite por assim dizer, uma "regulao fina" do
alinhamento do relgio. Junta-se seguidamente ao continer C4
descrito, um cabealho (POH), que caracteriza de modo inequvoco o
caminho (path) que o continer vai percorrer, bem como o seu
contedo, dando origem ao continer virtual VC4 (ver Figura 24).
20
Figura 24: Formao do Continer Virtual VC-4 com Justificao A
operao seguinte consiste na juno de um ponteiro que indique o incio
do continer (byte J1, ou primeiro byte do POH), no espao de carga
do quadro, dando assim origem Unidade Administrativa AU4, operao
esta designada por "alinhamento". Para esta funo so utilizados,
conforme j sabemos, os bytes H1 e H2 do ponteiro. (vide a funo dos
ponteiros em SDH). Finalmente so-lhe acrescentados os cabealhos de
seo RSOH e MSOH que compem o sinal STM-1. 2.16 Transporte de uma
carga "assncrona" de 34 Mbps num quadro STM-1 A transmisso de
cargas "assncronas" de 34 Mbps em SDH, faz-se recorrendo ao
continer C3, cuja capacidade de 9 X 84 = 756 bytes, ou seja de 6048
bits. Dado que o seu envio se faz em 125 s, isto corresponde a um
dbito de 48,384 Mbps, o que permite transportar neste continer, no
s a carga de 34 Mbps do PDH europeu, como (em alternativa) a carga
de 45 Mbps do mesmo nvel hierrquico, usada por exemplo nos Estados
Unidos. Se quisermos fazer as contas de outro modo, podemos
verificar que aos 34,368 Mbps do sinal PDH de nvel 3 (E3), enviados
em 8000 quadros, correspondem 34 368 000 / 8000 = 4296 bits por
quadro, quantidade esta bastante inferior ao tamanho do continer,
que como j vimos de 6048 bits. Assim, a operao de acomodao deste
sinal dentro do continer (mapeamento) faz-se, por um processo
anlogo ao referido para o sinal de 140 Mbps e o continer C4,
recorrendo a bits de enchimento (justificao fixa), e bits de
justificao. A norma prev para esta funo a diviso do continer em 3
partes (referenciadas por T1 na Figura 25). Existem assim,
repartidos por cada uma das 3 partes, 1431 bits de informao, 2 bits
de oportunidade de justificao, 2 conjuntos de 5 bits de controle de
justificao, e ainda bits de overhead e de enchimento num total de
2016 bits. Cada conjunto de 5 bits de controle de justificao (C)
responsvel por um dos bits (num total de 2) de oportunidade de
justificao (bits S). Assim, se os 5 bits "C" tiverem o valor
"00000" o bit "S" correspondente contm informao; se tiverem o valor
"11111" o bit "S" apenas de enchimento. No caso de alguns bits
destas seqncias apresentarem valores diferentes do esperado, a
deciso sobre o significado do bit S tomada por maioria.
21
Figura 25: Transporte de Carga Assncrona de 34 Mbps Para a criao
do continer virtual VC3, acrescentado ao continer C3 assim formado,
um cabealho POH, que acompanhar o continer durante todo o seu
percurso at abandonar a rede SDH, e que tem uma constituio igual
referida para o continer virtual VC4. O transporte de 3 destes
contineres virtuais de "baixa ordem" VC3, no espao de carga do
quadro STM-1 faz-se de acordo com a estrutura de multiplexagem
definida pela ETSI, por meio da adio de um ponteiro de 3 bytes a
cada um, dando assim origem ao que se designa por Unidade Tributria
TU-3. A estes 3 bytes do ponteiro so acrescentados 6 bytes de
justificao fixa, formando-se ento uma TUG-3 ou Grupo de Unidades
Tributrias de 3 nvel. A designao de "Grupo" deve-se ao fato da
TUG-3 poder em alternativa juntar, ao invs do caso presente, em que
temos uma nica unidade tributria (logo um s continer e um s sinal),
diversas unidades tributrias de dimenso inferior (e diversos
sinais), como havemos de ver posteriormente. No caso presente, e
conforme referenciado na Figura 26, teremos TU-3 = TUG-3.
Figura 26: Formao do quadro STM-1 a partir de C-3 assim
permitido ao continer VC3 "deslizar" dentro do espao de carga da
TU-3, como poder por exemplo suceder no caso de variao de fase ou
de perodo do relgio do sinal PDH de 34 Mbps que transporta. De
igual modo poder espraiar-se por mais do que um quadro STM -1.
Conforme podemos observar na Figura 26, o continer virtual VC-3
comporta 9 linhas de 85 bytes cada, sendo que os 3 contineres somam
255 colunas de 9 bytes. Dado que o espao de carga do continer
virtual VC4 de 260 bytes, e que os ponteiros da TU-3 ocupam 3
colunas, foi necessrio prever mais 2 colunas de justificao fixa,
localizadas como se pode ver no desenho, logo a seguir ao POH do
VC4.
22Os ponteiros H1 e H2 pertencentes s unidades tributrias TU-3
definidas, ocupam uma posio fixa dentro do continer VC4, e indicam
dentro de cada TUG-3 a posio exata do incio dos respectivos
contineres VC3 (bytes J1 dos mesmos) Deste modo eles podero indicar
um offset entre 0 e 764, ou seja 765 valores possveis para a posio
dos bytes J1. Na verdade a rea (a cinzento na Figura 26) reservada
para os VC3s de 255 x 9 = 2295 bytes, sendo um tero dessa rea (765
bytes), reservada a ser preenchida por cada um dos 3 contineres
virtuais referidos. No espao de carga do continer VC4 (a cinzento
na figura 26), podero ser transportadas: 3 TUG-3 multiplexadas byte
a byte, logo 3 unidades tributrias TU-3 e conseqentemente 3 sinais
de 34 Mbps; Um ou 2 sinais de 34 Mbps, encaixados numa ou em duas
TU-3/TUG-3 (respectivamente), e outros sinais de ordem inferior
devidamente acomodados, dentro da (s) restante(s) TUG-3; Sinais
tributrios de ordem inferior, com bit rates iguais ou diferentes,
desde que devidamente mapeados em mini-contineres e alinhados em
mini-quadros (unidades tributrias TU-2, TU-12 ou TU-11). Do
exposto, podemos concluir que as unidades tributrias se comportam
como verdadeiros "miniquadros", dentro do continer de ordem elevada
que as transporta (neste caso um VC4), podendo no seu interior,
deslizarem os contineres de baixa ordem devido a flutuaes de fase e
de perodo dos sinais que transportam. 2.17 Transporte de cargas
"assncronas" de 2 Mbps em Quadro STM-1 Como sabemos, os sinais PDH
de 2 Mbps so transportados em quadros com a durao de 125 s e com 32
bytes de extenso, dos quais 30 bytes correspondem a tributrios de
64 Kbps (30 canais de voz por exemplo), um byte a um canal de
alinhamento e sincronismo, e o restante ao canal de sinalizao. Para
efetuar o seu transporte em SDH, foi criado um continer designado
por C-12, com o tamanho de 34 bytes, ou seja, 272 bits,
conseqentemente com capacidade para transportar os 256 bits (32
bytes) que correspondem a quadro E1 de 2 Mbps citado. Informao
suplementar identificadora do caminho a percorrer pelo continer e a
sua carga, fornecida por meio de um cabealho (POH) constitudo por 1
byte, dando assim origem formao do continer virtual VC-12. A
acomodao do sinal de 2 Mbps dentro deste continer (mapeamento)
introduz, a exemplo de situaes anteriormente descritas, bits
suplementares de justificao, fixa e varivel (positiva, negativa ou
nula). Estes bits permitem, como sabemos, elevar o bit rate
relativo ao transporte do sinal e compensar pequenas imprecises do
relgio. Para efetuar o transporte de acordo com a estrutura SDH,
foi estabelecido um "espao" dentro do qual o continer pode
deslizar, compensando-se assim atrasos de propagao de sinais na
rede, com os conseqentes desalinhamentos. Para identificar de modo
preciso a posio do continer virtual VC12 neste espao, e semelhana
do anteriormente descrito para outras cargas, criado um ponteiro
(com o tamanho de 1 byte), que em conjunto com o VC12, d origem a
uma espcie de mini-quadro designado por Unidade Tributria TU-12. A
Figura 27 mostra-nos, em representao bidimensional, o quadro E1 de
2 Mbps, os contineres C12 e VC12, e a Unidade Tributria TU-12.
23
Figura 27: Formao da Unidade Tributria TU-12 a partir de E1
Conforme se pode ver pela estrutura de multiplexagem definida pelo
ETI, possvel transportar 63 sinais PDH de 2 Mbps num continer C4,
situao que se evidencia em "desenho apenas de princpio" apresentado
na Figura 28.
Figura 28: Transporte de Sinais E1 em Quadro STM-1 Notar que o
quadro STM-1 s tem capacidade para transportar 63 tributrios de 2
Mbps, quando a sua homloga E4 de 140 Mbps do PDH transportava 64
sinais deste tipo. Tal fato deve-se necessidade de transportar,
conjuntamente com cada sinal, outras informaes preciosas, como por
exemplo sobre o caminho seguido at ao destino e a "qualidade" dessa
ligao, ponteiros para a sua localizao exata dentro do espao de
carga, e at sinais de erro e de alarme de funcionamento. 2.18
Grupos de Unidades Tributrias TUG-2 e TUG-3 Conforme se pode ver
analisando a Estrutura de Multiplexagem SDH, normalizada pela
Recomendao G. 709 da UIT -T, e tambm referida no modelo do
Instituto de Normalizao Europia de Telecomunicaes ETSI, transcrita
pela Figura 29, o transporte de cargas de 2 Mbps, ditas assncronas
(como freqentemente so designadas) em SDH, passa nomeadamente pelas
seguintes operaes:
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Figura 29: Estrutura de Multiplexagem SDH da ETSI
1. Constituio de Contineres Virtuais VC-12 adequados, e acomodao
do sinal no interior destes(operao de Mapeamento);
2. Formao de Unidades Tributrias TU-12, verdadeiros mini-quadros
de transporte para os 3.contineres de baixa ordem (operao de
alinhamento do relgio do sinal PDH com o relgio da seo de
multiplexers do SDH); Reunio de 3 TU-12 (e, portanto 3 sinais
diferentes de 2 Mbps) e sua Multiplexagem "byte a byte", originando
uma estrutura de transporte em posio fixa dentro do espao de carga
do continer VC-4, designada por Grupo de Unidades Tributrias -
TUG-2. Na Figura 29 podemos ver, de modo simblico, os 3 ponteiros
das TU-12 j localizados nas TUG-2 e apontando para o POH dos VC-12
(bytes V5). Na Figura 30 encontra-se exemplificada a operao de
multiplexagem referida.
Figura 30: Multiplexagem de TU-12 em TUG-2 Nova Multiplexagem
"byte a byte" de 7 TUG-2 numa TUG-3, teremos agora 21 sinais E1 de
2 Mbps em condies de serem acomodados num continer VC4 para
transporte em quadro STM-1, velocidade de 155, 520 Mbps. Na Figura
31 podemos notar que as 21 TU-12, depois de agrupadas em 7 TUG-2, e
multiplexadas, mantm em conjunto na TUG-3 os 21 ponteiros que
apontam para o incio dos contineres virtuais VC-12, permitindo
facilmente a qualquer Elemento de Rede localizar uma determinada
carga pretendida de 2 Mbps.
25Figura 31: Formao de um Grupo de Unidades Tributrias TUG-3
4. Se nos lembrarmos da constituio de uma TUG-3, tal como a
conhecemos do estudo que fizemospara o transporte de cargas E3 do
PDH de 34 Mbps, podemos notar que ela formada por 9 linhas e 86
colunas. Assim, e dado que a multiplexagem das 7 TUG-2 numa TUG-3
conduziu apenas a 7 x 12 = 84 colunas, agora necessrio acrescentar,
no seu topo, mais 2 colunas de 9 bytes, que comportam bytes de
enchimento (justificao fixa). A fim de manter uma estrutura
semelhante para estes 2 tipos de TUG-3 , os 3 primeiros bytes da
primeira coluna, que no caso do transporte de um continer VC-3,
desempenhavam a funo de ponteiro, so agora designados por "NPI"
(Null Pointer Indicator), no desempenhando todavia no caso
presente, qualquer funo relevante. 5. Se dispusermos de 63 sinais
PDH de 2 Mbps e os pretendermos transportar num quadro STM-1,
deveremos agrup-los em 3 Grupos de Unidades Tributrias TUG-3, cada
uma delas comportando 21 sinais, tal como anteriormente descrito, e
entreme-las "byte a byte" (multiplexagem final) para dentro de um
continer virtual VC-4. Esta operao conduz formao de 3 x 86 = 258
colunas de 9 bytes, sero no fim acrescentadas 2 colunas no topo com
bytes de enchimento, um cabealho "de percurso" do VC 4-POH, de modo
a completar a carga do continer VC-4. Na Figura 32, podemos notar,
em cinza, as colunas com bytes de enchimento (justificao fixa)
introduzidos aps multiplexagem das 3 TUG-3, os "falsos ponteiros"
NPI (sem funo atribuda neste caso), e os 63 verdadeiros ponteiros
das TU-12, que indicaro a localizao exata do primeiro byte (V5) do
continer C12 que transporta cada um dos 63 sinais de 2 Mbps do
PDH.
Figura 32: Detalhes do Payload do STM-1 ao Transportar Sinais E1
2.19 O Multi-Quadro VC12 Descrevemos em lio anterior o mtodo de
multiplexagem utilizado para o transporte de sinais de 2 Mbps em
SDH, faltando todavia referir alguns detalhes, por exemplo, o fato
de o transporte se efetuar sempre em grupos de 4 contineres de cada
vez, designando-se a estrutura assim criada por Multi-Quadro VC-12.
Cada um dos 4 contineres referidos comporta 35 bytes, sendo 34
bytes de carga e 1 byte de cabealho (POH). O byte do cabealho
designado por V5 no primeiro continer dos 4 que constituem o
miniquadro VC12 e repete-se a cada 500 s. Estes 4 contineres viajam
sempre em conjunto, formando uma estrutura nica, desde a entrada na
rede SDH at o seu destino final, no faria sentido repetir o mesmo
byte 4 vezes, uma vez que nos outros
263 contineres, o cabealho formado por 3 bytes com diferentes
funes e designados, respectivamente, por J2, N2 e K4, conforme
Figura 33.
Figura 33: Formao do Cabealho Completo de VC-12
Os restantes bytes referenciados na Figura 33 tm o seguinte
significado: R- contm 8 bits de enchimento fixo cada um ; C- contm
2 bits de controle de justificao, 4 de overhead e 2 de enchimento
fixo; S1- contem 2 bits de controle de justificao, 5 bits de
enchimento fixo, e 1 bit de oportunidade de justificao; S2- contem
1 bit de oportunidade de justificao e 7 bits de dados.
O byte J2 tem um significado equivalente ao dos bytes J0 e J1
estudados anteriormente, identificando, de modo inequvoco, o
caminho seguido pelo continer desde que entrou na rede SDH at ao
seu destino final; O byte N2 designado por byte de operador de rede
(Network Operator byte), tem funes de gesto de rede; O byte K4
designado por APS (Automatic Protection Switch) tem, para os
contineres de baixa ordem, funes semelhantes s do byte K3 existente
no POH dos contineres de ordem elevada e descrita anteriormente. O
byte V5 serve para informar remotamente o elemento de rede onde o
VC12 se formou, da deteco de diversos tipos de erros, alm de servir
de "etiqueta" definindo o tipo de mapeamento efetuado. A tabela
seguinte apresenta os 8 bits que compem este byte, e a sua designao
oficial, tal como indicado na Recomendao G-783 da Unio
Internacional de Telecomunicaes (UIT -T). BIP-2 (1) BIP-2 (2) REI
RFI L1 L2 L3 RDI
Os 2 bits mais significativos (BIP-2) representam a somatria
mdulo 2 de controle dos bits do continer anterior (incluindo o
POH): BIP-2 (1) soma dos bits de ordem mpar (1, 3, 5 e 7) e BIP-2
(2) soma dos bits de ordem par (2, 4,6 e 8); O bit 3 seguinte -
"Remote Error Indication", tambm designado por "REI" ativado e
enviado em sentido contrrio ao da progresso do continer VC 12 em
causa, para indicar um erro de paridade detectado pelo BIP-2; O bit
4 - "Remote Failure Indication" ou RFI ativado (colocado a "1")
para indicar uma falha de funcionamento, e tal como no caso
anterior, enviado de volta para o elemento de rede onde o continer
foi formado, dando-lhe conta desta situao; considerada uma falha
digna de ser assinalada por este bit aquela que persiste para alm
do tempo previsto para atuao dos mecanismos normais de proteo do
sistema de transmisso. Os bits 5 , 6 e 7 "Signal Label" so uma
espcie de etiqueta com indicaes sobre o tipo de mapeamento de sinal
efetuado; O bit menos significativo (designado pela norma como bit
8) - Remote Defect Indication ou "RDI", um bit de alarme e indica
uma falha do servidor ou de ligao (ausncia de recepo de sinal, por
exemplo);
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http://www.eppet.pt/data/linkserv/telecom/tm12_21.html
