Pdh Vs Sdh 3z1e4i

REDES Y SERVICIOS

PANORÁMICA DE LAS TELECOMUNICACIONES

TEMA 4. PRINCIPIOS DE TRANSMISIÓN (II)

MULTIPLEXIÓN

1. TÉCNICAS DE MULTIPLEXIÓN 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.5

INTRODUCCIÓN CONCEPTO DE MULTIPLEXIÓN NECESIDAD DE MULTIPLEXIÓN PROBLEMAS A RESOLVER MULTIPLEXIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA (FDM) FUNDAMENTOS POSIBLES USOS NORMALIZACIÓN PARA TELEFONÍA ANALÓGICA MULTIPLEXIÓN POR DIVISIÓN DE TIEMPO (TDM) FUNDAMENTOS NORMALIZACIÓN MULTIPLEXIÓN POR DIVISIÓN DE CÓDIGO (CDMA) MULTIPLEXIÓN ESTADÍSTICA POR DIVISIÓN DE TIEMPO

3 3 3 3 4 6 6 6 6 9 9 11 13 13

2. PDH

16

2.1 INTRODUCCIÓN 2.2 JERARQUÍAS 2.2.1 EUROPEA 2.2.2 AMERICANA 2.2.3 JAPONESA

16 16 17 17 18

3. SDH

19

3.1 3.2

19 19

INTRODUCCIÓN MULTIPLEXADO

4. PDH V.S. SDH

21

2

Multiplexión

Redes y Servicios

Panorámica de las telecomunicaciones

1º Ingeniero Electrónico

Multiplexión

Panorámica de las telecomunicaciones 3

1.

TÉCNICAS DE MULTIPLEXIÓN

1.1

Introducción

1.1.1 Concepto de multiplexión Se denomina multiplexar a repartir un canal de comunicación, con capacidad C, entre varios subcanales que requieran capacidades inferiores. Demultiplexar consistirá en realizar la operación inversa, es decir, volver a obtener cada uno de los subcanales que se están transmitiendo sobre el mismo canal.

MUX

MUX

La finalidad de la multiplexión de la capacidad disponible será utilizar el mismo medio físico para la transmisión de varias comunicaciones, sin que estas se interfieran entre si. Así se aprovecha la totalidad de la capacidad disponible y el uso del canal es mucho más eficiente, lo que supone un ahorro considerable de costes. Esta tarea puede realizarse de forma distribuida, son los terminales implicados los que se encargan de la multiplexión. También puede estar centralizada en equipos que realicen esta función, éstos reciben el nombre de multiplexores. Estos equipos multiplexarán los subcanales a la entrada del circuito de datos y los demultiplexarán a la salida del mismo, todo ello de forma transparente a la fuente y al sumidero de datos. En ningún momento interpretan la información que pasa por ellos, de manera que no tienen porqué conocer cómo la utilizarán los equipos entre los que es intercambiada. Esto facilita el que los canales que comparten el medio de transmisión puedan prestar servicios diferentes y transportar tráfico de distinta naturaleza. Es usual que en el mismo nodo de red se realicen tareas de multiplexión y conmutación.

1.1.2 Necesidad de multiplexión Hay muchos motivos que justifican la utilización de técnicas de multiplexión:

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4

Multiplexión

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El caso más claro sería, quizá, la necesidad de transmitir información simultánea entre dos puntos, con varios terminales en cada uno, a través de un medio físico compartido. Compartir el medio físico entre los terminales que conforman redes que utilicen la técnica de difusión, como redes de área local de tipo ethernet o token ring. Si se utiliza la red telefónica conmutada, compartir un canal vocal entre varias comunicaciones que requieran un ancho de banda inferior al de un canal telefónico analógico (3100 Hz). Por ejemplo transmisiones de datos a baja velocidad. Si se empleara un canal vocal para cada una de estas transmisiones el ancho de banda disponible estaría muy infrautilizado. Usar un canal de banda ancha, es decir con capacidad del orden de Mbps, para la transmisión de varias comunicaciones simultáneas con velocidades inferiores. Se podrían multiplexar, por ejemplo, varios canales vocales, o combinar canales que presten servicios diversos y así simultanear transmisión de datos, voz, imágenes... Combinar comunicaciones que necesiten distinta capacidad sobre un mismo enlace. Y, por supuesto, el ahorro en los costes de transmisión al utilizar circuitos de mayor capacidad. Teniendo muy en cuenta que el coste de instalar y mantener medios de transmisión de baja capacidad viene a ser igual que el de medios de alta capacidad.

1.1.3 Problem as a resolver Se plantean dos problemas principales a la hora de realizar el reparto de la capacidad ofrecida por el medio. Se debe especificar cómo se divide el canal en subcanales y como se asignan estos subcanales a las comunicaciones que pretendan utilizar el medio físico.

1.1.3.1 División en subcanales Las comunicaciones deberán utilizar subcanales dentro del medio físico compartido. Será imprescindible saber extraer, cuando sea necesario, la información de cualquiera de las comunicaciones que se están transmitiendo por el canal. Las técnicas de multiplexión se pueden clasificar según la característica, o características, de la señal que se utilicen para discriminar una comunicación de las restantes. Algunas de las más empleadas son: Multiplexado por división de frecuencia (FDM o Frequency Division Multiplexing). Cada subcanal utiliza una región del espectro determinada dentro del ancho de banda total del canal de comunicación. Multiplexado por división de tiempo (TDM o Time Division Multiplexing). Cada subcanal aparece en el canal sólo durante un intervalo de tiempo determinado. Multiplexado por división de código (CDMA o Code Division Multiple Access). Cada subcanal utiliza un código determinado para la transmisión de su información. Redes y Servicios

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Multiplexión

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Multiplexado por polarización. Cada subcanal se transmite con una polarización determinada. También se pueden combinar las técnicas anteriores, de manera que una comunicación se distingue de las demás por variar en más de una característica. Por ejemplo, se transmiten en distinta zona del espectro y además en distintos intervalos de tiempo.

1.1.3.2 A signación de subcanales Habrá que asignar los subcanales creados a las comunicaciones que necesitan ser transmitidas por el medio físico a compartir. Así se realiza el reparto de la capacidad del canal, que es lo que se está persiguiendo. Se podrían distinguir dos formas básicas asignación:

A signación estática o determinista Es la forma más sencilla de realizar el reparto. Consistiría en hacerlo de forma estática, es decir, para cada comunicación se reserva un subcanal que ésta utiliza de forma exclusiva. Esta técnica se ha venido utilizando tradicionalmente, por ejemplo, para compartir troncales telefónicas. Sin embargo el tráfico generado en una comunicación en concreto puede comportarse de forma muy distinta. Así, un terminal podría generar datos con un régimen binario constante, asignarle de forma estática un subcanal con la capacidad que necesita sería fácil y eficiente. Pero puede que el tráfico generado sea a ráfagas, es decir, se genere información durante cierto tiempo pero de forma discontinua, asignar un subcanal estáticamente resulta entonces derrochador. Hay que tener en cuenta que la suma de capacidades de las comunicaciones que comparten el canal no supera, en ningún momento, la capacidad del canal que se está repartiendo.

A signación dinámica o estadística El reparto de la capacidad del medio se hará de forma dinámica, es decir, se asigna a una comunicación sólo cuando sea necesario transmitir información. Esta técnica es más compleja y existen muchas variantes para conseguirlo. La asignación de capacidad puede estar en manos de los que compiten por ella, como ocurre en redes de área local. Pero también podría haber algún elemento que se encargara de la asignación, por ejemplo un nodo de conmutación que pasa al siguiente enlace los datos según cierto orden de preferencia. Los sistemas en los que pueden ocurrir conflictos a la hora del reparto, provocándose colisiones en el medio físico, se suelen conocer como sistemas de contienda. En esta ocasión la suma de capacidades de las comunicaciones que comparten el canal puede superar, aunque sólo instantáneamente, la capacidad del canal que se está repartiendo. Se utilizan memorias o buffers para almacenar la información hasta que le sea asignado el subcanal apropiado.

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Multiplexión

1.2

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Multiplexión por división de frecuencia (FDM)

1.2.1 Fundam entos Esta técnica consistirá en repartir el ancho de banda de un único canal de comunicación entre varios subcanales independientes entre sí. De esta manera a cada subcanal se le asigna un rango de frecuencias distinto y, por supuesto, comprendido en el ancho de banda total disponible en el canal a repartir. Normalmente cada subcanal se separa del siguiente por una banda de protección o seguridad. Esta banda de guarda evitará que si la frecuencia central de un canal se desplaza, por ejemplo por imperfecciones en los relojes utilizados para generar las portadoras, los subcanales adyacentes se solapen, evitando así el denominado ruido de intermodulación. Se suele utilizar esta técnica cuando las señales multiplexadas son de naturaleza analógica, así como la señal resultante transmitida por la línea, de modo que éstas varían de forma continua con el tiempo. En consecuencia será necesario proteger la señal transmitida para mantener tales variaciones intentando evitar o compensar efectos como el ruido, interferencias electromagnéticas o la atenuación sufrida por la distancia.

1.2.2 Posibles usos La multiplexión en frecuencia se ha venido utilizando, tradicionalmente, para transmitir varios canales de frecuencia vocal por un único medio de comunicación. Al incorporar técnicas digitales en las troncales telefónicas este uso cada vez es menos frecuente. Se suele utilizar en radioenlaces y en la interfaz radio de redes de telefonía móvil sobretodo en combinación con otras técnicas de multiplexión, como TDM o CDMA. Así en GSM se utiliza multiplexión de frecuencia y dentro de cada frecuencia se utiliza multiplexión por división en el tiempo. Para UMTS está en proceso de normalización una técnica que combina multiplexión de frecuencia y de código.

1.2.3 Normalización para telefonía analógica Si una señal vocal, con ancho de banda entre 0.3 y 3.4 KHz, modula en amplitud una portadora de fi KHz, se traslada ésta a la banda comprendida entre fi –3.4 y fi – 0.3 KHz, conteniendo la misma información inicial pero desplazada a otra región del espectro. Si se modulan distintas comunicaciones con portadoras, separadas convenientemente en el espectro, se obtendrá un conjunto de señales agrupadas o multiplexadas en un único ancho de banda lo que permitirá su transmisión a través de un mismo medio portador.

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Multiplexión

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f1 f1 - 3.4 KHz f1 - 300Hz f1 + 300Hz

f1 + 3.4 KHz

f2 f2 - 3.4 KHz f2 - 300Hz f2 + 300Hz

f2 + 3.4 KHz

f3 f3 - 3.4 KHz f3 - 300Hz f3 + 300Hz

300 Hz 3.4 KHz

f3 + 3.4 KHz

f4 f4 - 3.4 KHz f4 - 300Hz f4 + 300Hz

f4 + 3.4 KHz

frecuencia

Las compañías telefónicas han venido utilizando, mientras las redes aún eran analógicas, esta técnica de multiplexión. Para facilitarles tanto este aprovechamiento de medios de transmisión como las conexiones internacionales el CCITT, que ahora forma parte del UIT-T, normalizó los parámetros involucrados. Fija los valores de las frecuencias portadoras, el número de comunicaciones que alberga cada conjunto y, consecuentemente, el ancho de banda necesario para la transmisión. El objetivo de las istraciones telefónicas se centraba en aprovechar al máximo el mismo portador, aun teniendo que instalar equipos de repetición, siempre que los análisis económicos así lo aconsejasen. En consecuencia se extendió la fabricación de equipos multicanales que se encargan de desarrollar modulaciones y demodulaciones de orden superior y que se sitúan en los extremos de los medios portadores. Los equipos multiplexores unirán normalmente nodos de conmutación telefónicos de alto tráfico, transmitidos por un único medio de transmisión. Los canales de frecuencia de voz, a los que se les añade cierta información de señalización, se acomodan en canales típicos de 4kHz de ancho de banda. La tabla muestra el esquema de multiplexación de la UIT-T para 2700 canales analógicos de voz

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8

Multiplexión

Panorámica de las telecomunicaciones

Canal vocal

Ancho de banda (KHz)

1

0-4

2

4-8

3

8-12

1 (12 can.)

4

12-16

2 (12 can.)

1 (60 can.)

5

16-20

3 (12 can.)

2 (60 can.)

1 (300 can.)

6

20-24

4 (12 can.)

3 (60 can.)

2 (300 can.)

1 (900 can.)

7

24-28

5 (12 can.)

4 (60 can.)

3 (300 can.)

2 (900 can.)

8

28-32

9

32-36

10

36-40

11

40-44

12

44-48

Grupo Primario Ancho de Banda 48 Khz 60-108 Khz

5 (60 can.)

3 (900 can.)

60 canales 300 canales 900 canales 2700 canales Grupo Secundario

Grupo Terciario

Grupo Cuaternario

Grupo Quinario

Ancho de Banda

Ancho de Banda

Ancho de Banda

Ancho de Banda

240 Khz 312-552 Khz

1200 Khz 312-1512 Khz

3716 Khz 312-4028 Khz

12026 Khz 312-12338 Khz

Esta normalización establece varios niveles de multiplexión, cada uno de ellos formado a partir del anterior. El primer nivel de multiplexión está compuesto por 12 canales telefónicos de 4Khz (0,3-3,4 KHz, + señalización + banda de seguridad) que modulan 12 portadoras y conforman el denominado grupo primario en la banda 60-108KHz. A partir de 5 grupos primarios, que modulan otras tantas portadoras, se forma un grupo secundario o supergrupo. Éste contiene, por tanto, 60 canales vocales y está comprendido en la banda 312-552 KHz. El siguiente nivel, denominado grupo terciario, se forma con 5 grupos secundarios que modulan 5 portadoras. Transporta 300 canales en la banda de frecuencias 812-2044 KHz Al multiplexar 3 grupos terciarios se forma el grupo cuaternario, con 900 canales, en la banda 8516-12388KHz. Por último al agrupar 3 grupos cuaternarios se forma el grupo quinario, en la banda de 312 a 12338 KHz. Este último grupo contiene 2700 canales vocales.

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Multiplexión

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Para formar el grupo primario existen dos opciones: 1. Sistema de pregrupos con traslación Combina tres canales de 4KHz, que son modulados en banda lateral con supresión de portadora. Este procedimiento ofrece las ventajas de reducir el ruido y facilita el procedimiento de demodulación en el receptor. Así formamos lo que se llama pregrupo. Se combinan ahora cuatro pregrupos, separados cada uno de ellos 12 KHz (3x4), sobre portadoras en las frecuencias de 84, 96, 108 y 120 KHz. Así se forma el grupo básico que se transporta en un ancho de banda comprendido entre 60 y108KHz. 2. Traslación de canales simples Ahora cada canal de 4KHz se modula en amplitud sobre una portadora diferente para cada uno de los 12 canales que forman el grupo primario. Así para el canal ubicado en la frecuencia más baja de la banda se usa una portadora de 64KHz, al generar una doble banda lateral, ocuparía 4KHz arriba y debajo de esta frecuencia. Luego se filtra la banda superior y la inferior es la que se coloca en el grupo primario, así ocupa sólo 4KHz. Aquí se ahorra un paso respecto al esquema que usa la UIT-T, que es el que se vio anteriormente. Este es el utilizado en EEUU y algunos países asiáticos La aparición de la fibra óptica y la introducción de técnicas de modulación digital desbancan a los sistema de multiplexión por división de frecuencia, que están siendo sustituidos por los de multiplexión por división de tiempo. 1.3

Multiplexión por división de tiempo (TDM)

1.3.1 Fundam entos Esta técnica consiste en dividir el tiempo de transmisión de un canal de comunicación, en subcanales independientes entre sí. De forma que a cada subcanal se le asigna un intervalo de tiempo, dentro del tiempo de transmisión total, durante el cual la única información que se transmite por el medio pertenece a este subcanal. Se asigna toda la capacidad a transmitir un subcanal concreto durante el intervalo de tiempo reservado para él. En el canal de transmisión se crean ranuras o intervalos de tiempo y será el equipo multiplexor el encargado de adjudicar cada una de estas ranuras a un subcanal o señal de entrada. Cada subcanal de comunicación recibe la señal de datos de un equipo terminal distinto. De esta manera, en el medio físico compartido, se forma una trama con los datos aportados por los diferentes subcanales. El tamaño de la trama se suele indicar en función del tiempo necesario para transmitirla por el canal, por supuesto la capacidad que se necesita en el medio de transmisión dependerá del número de subcanales que la conforman y del número de bits asignados a cada uno. En el otro extremo de la conexión se separará nuevamente la trama para que cada terminal reciba la señal de datos de su equipo interlocutor. Redes y Servicios

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Multiplexión telecomunicaciones

Panorámica de las

10

4

3

2

1

C bps

4

3

2

1

C bps

4

3

2

1

MUX

4444333322221111

C bps

tiempo 0 +4∆

4

3

2

1

0 +3∆ 0 +2∆

0 +∆

C *4 bps

0

C bps tiempo

0 +4∆

0 +3∆

0 +2∆

0 +∆

0

Una de las ventajas de la multiplexión por división de tiempo es que se puede aprovechar el tiempo existente entre la transmisión de dos muestras consecutivas del mismo subcanal. Si se toma una muestra de una señal analógica cada 125µs, se podrán muestrear, durante el resto del tiempo, otros canales diferentes. Se podría ver como si se estuviera utilizando un conmutador rotativo en el transmisor. Éste tomará secuencialmente muestras de cada señal, correspondiente a cada subcanal, que se transmitirán por el medio, utilizando éste de forma exclusiva. En el receptor existirá otro conmutador rotativo similar, sincronizado con el del transmisor, para pasar las muestras al equipo apropiado. Para el armado de las tramas y el sincronismo existen dos formas de adjudicar las ranuras de tiempo. 1. Entrelazado o entramado de bits (dígitos). Cada intervalo de tiempo se ajusta para que transporte un solo bit de cada terminal. Se utiliza especialmente cuando se combinan flujos de datos provenientes de terminales semejantes. Es sencilla y económica en cuanto a la electrónica ya que no requiere almacenamiento de cada carácter ni funciones adicionales. 2. Entramado o entrelazado de octetos (caracteres) Se usa cuando las señales están compuestas por un grupo de octetos o caracteres que, por razones operativas, es conveniente preservar en su integridad. El conmutador rotativo del multiplexor deberá detenerse en cada canal mientras está siendo transferido el carácter. Si los datos llegan continuamente será necesario algún tipo de almacenamiento local para acumular las señales mientras se espera la siguiente transferencia.

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La multiplexión por división de tiempo facilita la multiplexión de subcanales con distintas capacidades, ya que existen variantes en las que la asignación del intervalo de tiempo es ponderada, de modo que algunos canales utilizan más intervalos que otros por necesitar mayor capacidad.

1.3.2 Normalización Como en el caso anterior también la UIT-T normaliza la forma de realizar esta multiplexión. También se establecen jerarquías de multiplexión, en este caso existen dos jerarquías muy diferencias. La más antigua es la jerarquía digital plesiócrona (PDH) y la más actual es la jerarquía digital síncrona (SDH). Posteriormente se verán ambas jerarquías más en detalle. Existen dos formas de obtener un grupo básico. 1. G.732 (Europa) En esta filosofía de transmisión el grupo básico está constituido por 32 circuitos o canales de 64 Kbps cada uno, lo cual corresponde a una velocidad total de 2048Kbps. Se le denomina, en forma simplificada, como un sistema de 2Mbps de 30 canales, ya que 2 están dedicados a funciones de supervisión y control, canal 0 para sincronismo y canal 16 para señalización, por lo que no transportan realmente información entre equipos terminales. Las características principales de esta norma son: La velocidad de muestreo de cada canal es de 8Khz. Cada muestra está compuesta de 8 bits. El grupo básico contiene 30 canales telefónicos numerados del 1 al 30 y 2 de señalización y sincronización, el 16 y el 0 respectivamente. De lo anterior se deduce que una trama contiene 256 bits. La duración de la trama es de 125µs. Así que la velocidad de transmisión del grupo básico es de 2048 Kbps, 32 canales a 64 Kbps cada uno. La cuantificación utilizada en cada canal es no uniforme y se utiliza la ley de compresión A con 13 segmentos de compresión. En cada trama se tienen 32 intervalos de tiempo. Por tanto el tiempo asignado a cada canal dentro de una trama es 3,9µs durante los que se transmitirán los 8 bits correspondientes a la muestra de ese canal.

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Panorámica de las

12

1

125µs

C = 64 Kbps 2

C = 64 Kbps

MUX MIC Primario

3,9µs I0

I1

I2

I16

I29

I30

C = 2,048 Mbps

29

Señalización

Alineación de trama

C = 64 Kbps 30

C = 64 Kbps

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

B8

*

0

0

1

1

0

1

1

*

1

X

*

*

*

*

*

Tramas alternas

2. G.733 (EEUU, Canadá, Japón y otros países asiáticos) Consiste en un sistema de 24 canales vocales. Algunas de las características de esta norma son: La frecuencia de muestreo es, como en la norma anterior, de 8KHz. Ahora cada muestra se codifica con 7 bits. En la trama se transmiten 24 canales de voz. La velocidad de transmisión del grupo básico resulta 1,544 Mbps. La duración de la trama también coincide con la norma anteiror, 125 µs. Cada trama contiene 193 bits. La cuantificación es también no uniforme, pero aquí se utiliza la ley de compresión µ, con 15 segmentos de compresión. En cada trama hay 24 intervalos de tiempo. En cada intervalo de tiempo, 5,2µs, se transmite una muestra y un bit para señalización (8 bits). El formato de la trama será 193 bits organizados en 24 conjuntos de 8 bits por canal, siete de datos y uno de señalización. Más un bit, el 193, denominado código de trama En la transmisión de señales digitales los grupos básicos se pueden combinar y formar ordenamientos de mayor jerarquía que permitan la transmisión de un mayor número de canales o la transmisión de señales que, como las de vídeo, necesitan un mayor ancho de banda. La forma de agrupar la cantidad de canales y por lo tanto de multiplexar las señales para permitir la transmisión por anchos de banda mayores, depende del tipo de medio de comunicación que se pretenda usar.

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13

1.4

Multiplexión por división de código (CDMA)

En esta ocasión cada comunicación que se transmite sobre el mismo medio utiliza un código distinto. Así se podrá extraer la señal deseada, que será la que esté codificada de un modo concreto, y rechazar todo lo demás como si se tratara de un ruido superpuesto. Cada tiempo de bit se subdivide en m intervalos más cortos. El número de intervalos en cada bit dependerá del número de comunicaciones que se pretendan transmitir sobre el mismo medio. Cada comunicación tiene asignada una secuencia código concreta con m dígitos, que servirá para codificar un 1 lógico. Cuando quiera transmitir un 1 envía esta secuencia y cuando quiera transmitir un 0 envía la secuencia complementaria. Estas secuencias tienen la particularidad de ser ortogonales en pares. Así que el producto escalar normalizado de dos secuencias distintas de chips siempre resultará 0. Cuando se transmiten simultáneamente varias comunicaciones sus señales se suman linealmente. Para recuperar información de una comunicación en concreto el receptor debe conocer la secuencia de chips de su interlocutor. El receptor calcula el producto escalar normalizado de la secuencia de chips recibida, que será la superposición de todas las transmitidas, con la secuencia código del transmisor. Esto, por la propiedad de linealidad, equivale a realizar el producto de cada secuencia transmitida por separado y luego sumar los resultados. Si se realizara por separado el producto de la secuencia de cada comunicación con la secuencia código daría 0 en todos los casos en los que no coincidieran ambas. Por tanto si el resultado del producto escalar que realiza el receptor es 0 se transmitió un 0, si el resultado es 1 se transmitió un 1. Para conseguir que este método funcione bien lo primero será conseguir una correcta sincronización de las transmisiones involucradas. Habrá también que limitar los efectos del ruido, por ejemplo utilizando secuencias de chips suficientemente largas y usando códigos correctores de errores. Por último, señalar que los niveles de potencia recibidos de todas las comunicaciones deben ser iguales. Esta potencia dependerá de la distancia entre emisor y receptor. Si se utiliza CDMA en el enlace radio de una red de telefonía móvil, el móvil tendrá que modificar la potencia con la que emite en función de la distancia que lo separa de la estación base. 1.5

Multiplexión estadística por división de tiempo

Con esta técnica se trata de aprovechar los tiempos muertos de transmisión en las líneas de comunicación. Utilizando la multiplexión por división de tiempo tradicional se desperdicia tiempo de transmisión cuando algún terminal está inactivo, pues esa parte de la trama sigue reservada a ese canal y sin embargo no contendrá información. Este inconveniente se resuelve al utilizar multiplexión estadística, dado que en los tiempos libres se envían muestras de otros terminales que sí se encuentran activos. Los intervalos de tiempo, por tanto, son asignados ahora en forma dinámica y según la demanda de los s y no de forma estática como en la multiplexión por división de tiempo tradicional.

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Panorámica de las

14

La rápida evolución de la tecnología, sobretodo los avances en microprocesadores, permiten ejecutar una serie de funciones adicionales que mejoran las técnicas de multiplexión. Por ejemplo ahora es fácil realizar operaciones como: Asignar tiempos de transmisión solamente a terminales activos, lo que implica que la trama que se forme será ahora distinta cada vez. Incluir mecanismos para la detección y corrección de errores. Otras muchas funciones adicionales, teniendo siempre en cuenta que los multiplexores deben ser transparentes respecto a los datos que encauzan. Se denominan multiplexores estadísticos porque a los terminales se les asigna un tiempo de transmisión en el canal según una base estadística y no igual, por tanto, para cada terminal. Esta base estadística se determinará en función de la actividad que en cada momento tienen los terminales. Mientras que con multiplexión de tiempo las tramas son rígidas y siempre iguales, asignando segmentos de tiempo de transmisión a cada terminal en todas las tramas, aunque no haya actividad en alguno, con la multiplexión estadística los intervalos dentro de la trama se adjudican en función de la demanda. Las tramas formadas son ahora distintas ya que los intervalos no pertenecen en exclusiva a un canal en todas las tramas. Se aprovechan así todos los segmentos de transmisión y además se obtiene una reducción del número de caracteres de sincronismo, siempre que se utilicen tramas suficientemente largas (varias veces las que se usan en la multiplexión tradicional). La multiplexión estadística también se denomina multiplexión asíncrona (ATDM) debido a que se asignan los espacios de tiempo disponibles en las tramas en función de la demanda y en forma dinámica y las tramas no se envían a la línea de transmisión con periodicidad fija (no debe interpretarse que la transmisión sea asíncrona). Esta multiplexión es más eficiente en el uso de los canales de comunicación ya que se asignan los recursos del canal conforme a las necesidades de cada estación. Sin embargo la istración de asignación de ranuras es más complicada. 2

1

C bps

1

C bps

3

2

1

MUX

2

3

1

1

2

1

1

C bps

tiempo 0 +4∆

2

2

1

0 +3∆ 0 +2∆

0 +∆

C *2 bps

0

C bps tiempo

0 +4∆

0 +3∆

0 +2∆

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0 +∆

0

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15

Se observa que el número de ranuras de tiempo que el multiplexor tiene en la trama suele ser menor que el número de terminales a la entrada del medio a compartir. Esto es así porque se cuenta con que no todos los terminales van a transmitir al mismo tiempo. Pero si en un momento determinado todos los equipos quieren enviar simultáneamente datos alguno deberá esperar. Así los datos a enviar deben almacenarse temporalmente en un buffer o memoria tampón. Continuando con la analogía del conmutador rotativo, el multiplexor sondeará estas memorias y armará la trama con los datos almacenados en ellas. Si la cantidad de memorias con datos a enviar fuese menor que el número de ranuras todos los datos que están en ellas son transmitidos. Si fuera mayor se toman los datos hasta que se llena y el resto queda para la siguiente trama. La eficiencia de estos equipos se basa en que no todos transmitirán al mismo tiempo, con lo que no tendrán que esperar demasiado tiempo en esta memoria y al mismo tiempo se evitan los tiempos muertos de transmisión durante los periodos de inactividad. Esta técnica de multiplexión se emplea ampliamente en redes de datos, ya que es la que mejor aprovecha la capacidad del canal, aunque tiene ciertos inconvenientes si el tráfico de los canales que comparten el mismo medio físico es elevado en todos ellos.

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16

2.

PDH

2.1

Introducción

Panorámica de las

Anteriormente se ha visto como se formaba el grupo básico cuando se utilizaba multiplexión por división de tiempo y se comentó que a partir de este grupo básico se pueden formar más niveles de multiplexión. Los sistemas de multiplexión digital de primera generación se denominan sistemas plesiócronos y se habla de la Jerarquía digital plesiócrona (PDH). En esta jerarquía de multiplexión el número de canales de un orden es siempre múltiplo entero del número de canales en el nivel anterior, sin embargo no ocurre lo mismo con los regímenes binarios medidos en Mbps. La razón radica en que al pasar de un nivel a otro es necesario agregar información de control que es para uso exclusivo del nivel siguiente. De esta forma los relojes usados en un nivel son independientes de los usados en otros niveles. Esto obliga a que para acceder a un canal en concreto sea necesario ir deshaciendo todas las multiplexiones realizadas, recuperando las tramas de cada nivel, hasta llegar de nuevo al grupo básico, donde ya se puede identificar la información de interés. Dentro del mismo nivel de la jerarquía se utilizan relojes con la misma frecuencia nominal, sin embargo la frecuencia instantánea de estos relojes puede variar, es lo que se conoce como deriva de frecuencia. De ahí la denominación de jerarquía plesiócrona que viene a significar casi síncrono. Esto implica que se deben utilizar procedimientos para ajustar estas posibles fluctuaciones en la frecuencia. Para ello se reservan, dentro de la trama de cada nivel, espacios denominados de justificación. El método más sencillo consistirá en asignar a cada afluente, o flujo de menor orden, que conforma el múltiplex una capacidad superior a la nominal. Cuando la frecuencia instantánea supere a la nominal estos bits de justificación contienen información útil, mientras que si no es así simplemente llevan información de relleno. La justificación positiva/nula/negativa es algo más compleja. Se define, dentro de la trama, una zona para justificación positiva, que se utiliza cuando la frecuencia instantánea del afluente es menor que la nominal, enviando información de relleno. Además existe una zona de justificación negativa, en la que se transmite información útil sólo cuando la frecuencia instantánea supera a la nominal. 2.2

Jerarquías

Cada nuevo nivel de la jerarquía se forma mediante la multiplexión de varias señales del nivel inmediatamente inferior, a las que se le denomina afluentes. Se añade también información de control, que usará sólo ese nivel, para tareas como alineación de trama, señalización o justificación... Mientras que el grupo básico se forma por entramado de caracteres los niveles más altos se forman por entramado de bits. Dentro

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de PDH existen tres jerarquías de multiplexión distintas, la europea, la americana y la japonesa.

2.2.1 Europea En la norma europea cada nivel de multiplexión se denomina E1, E2… que significa estándar europeo. La tabla que se presenta a continuación muestra las características de cada uno de los niveles. Se puede observar que la duración de la trama en cada nivel es diferente, cosa que no ocurrirá en la jerarquía síncrona, como se verá más adelante. El grupo básico utilizado es el dado en la recomendación G.732. Los sistemas E5 y E6 son propietarios, ya que no se encuentran normalizados y cada fabricante puede implementarlos como quiera. T.trama µs

NIVEL

CIRCUITOS

VELOCIDAD

COMPOSICIÓN

125

E1

30

2,048Mbps

32 seña. de 64Kbps

100,38

E2

120

8,448Mbps

4 de 2Mbps

44,69

E3

480

34,368Mbps

4 de 8Mbps

20,85

E4

1920

139,264Mbps

4 de 34Mbps

4,7

E5

7680

564,992Mbps

4 de 140Mbps

E6

30720

2,5Gbps

4 de 565Mbps

2.2.2 A mericana En las normas Americana y japonesa cada grupo u orden se denomina T1, T2… El grupo básico utilizado es ahora el dado en la recomendación G.733. NIVEL

CIRCUITOS

VELOCIDAD

T1

24

1,544Mbps

T2

96

6,312Mbps

4

T3

672

44,736Mbps

7

T4

2016

139,264Mbps

3

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Grupos de orden inferior

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Panorámica de las

18

2.2.3 Japonesa NIVEL

CIRCUITOS

VELOCIDAD

T1

24

1,544Mbps

T2

96

6,312Mbps

4

T3

480

32,064Mbps

5

T4

1440

97,728Mbps

3

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Grupos de orden inferior

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Multiplexión

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19

3.

SDH

3.1

Introducción

La jerarquía digital síncrona viene descrita en la recomendación G.707 de la UIT-T. En esta jerarquía se utiliza la misma base de tiempo para todos niveles. Además la deriva en frecuencia de los relojes del sistema está muy limitada, gracias a la utilización de redes de sincronismo superpuestas que transmiten información de sincronización. Esto facilita algunas tareas, como la extracción e inserción de afluentes en tramas de niveles altos. En esta jerarquía para recuperar una carga en concreto no es necesario deshacer todas las multiplexiones realizadas, alineándose a la trama de cada nivel, ya que se conoce la posición en la que se encuentra esta información, gracias a la utilización de punteros, y se puede acceder directamente a ella. Todas las tramas tienen la misma duración, 125µs, al contrario que ocurría en la jerarquía plesiócrona. SDH puede transportar cargas de cualquier tipo: flujos PDH, desde el nivel más bajo al más alto, flujos ATM, señales de TV… Otra ventaja de la jerarquía síncrona frente a la plesiócrona es el hecho de que la capacidad adicional, o tara, dentro de las tramas permite transportar canales de servicio de gran capacidad. Estos canales se pueden usar para transportar cualquier tipo de información que pudiera ser útil a la red, por ejemplo para tareas de señalización o de mantenimiento y gestión de red.

3.2

Multiplexado

La trama básica se denomina STM-1 y su velocidad es de 155,52 Mbps. Esta señal básica puede transportar distintos tipos de señales, como se expuso anteriormente. Existen tramas de mayor nivel, que se forman con la multiplexión, octeto a octeto, de N tramas básicas, sin incorporar ninguna información adicional, estas tramas se denominan STM-N. La duración de todas las tramas es 125µs y la longitud depende del nivel (N) y será 270 x 9 x N octetos. A continuación se explica, muy brevemente, la formación de la trama básica en SDH. Dentro de la STM-1 existe un espacio de carga, siempre del mismo tamaño (261x9 octetos), reservado para transportar los afluentes que viajan en la trama, que como ya se ha comentado, pueden ser de muy diversa naturaleza. La formación de la STM-1 variará en función de las cargas que se pretende transmitir. Cada flujo se acomoda dentro de un contenedor virtual, cuyo tamaño dependerá del tipo de carga. Así, para cargas PDH de tipo E4 o T3 los contenedores virtuales se denominan VC-4 y VC-3 respectivamente, éstos son los contenedores virtuales de orden alto. Los demás contenedores se denominan de orden bajo y acomodan flujos más lentos, como E1, en el VC-12. A partir de los contenedores de orden bajo se forman unidades tributarias (TU), simplemente añadiendo un puntero que identifica en qué posición se encuentra el contenedor virtual. Redes y Servicios

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Multiplexando, octeto a octeto, distintas TU y sin añadir ninguna información adicional, se obtienen los grupos de unidades tributarias (TUG). Estas TUG se acomodan dentro de contenedores virtuales de orden alto. Si a los contenedores de orden alto se les añade un puntero, que identifica dónde comienza el contenedor virtual dentro del espacio de carga, se forma la denominada unidad istrativa. Multiplexando diversas unidades istrativas se forma un grupo de unidades istrativas, añadiendo las cabeceras necesarias se obtiene el STM-1. La siguiente figura está extraída de la norma y refleja el proceso explicado. xN STM-N

x1 AUG

AU-4

VC-4

C-4

x3

T4

x1 TUG-3

x3 AU-3

TU-3

VC-3

VC-3

C-3 x7

E4

E3 T3

x7 x1

Procesamiento del puntero TUG-2

TU-2

VC-2

C-2

T2

TU-12

VC-12

C-12

E1

TU-11

VC-11

C-11

T1

Multiplexión Alineación

x3

Correspondencia x4

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21

4.

PDH V.S. SDH

La siguiente tabla presenta un resumen, a modo de comparación, de las características de ambas jerarquías. PDH

SDH

Entramado

Octeto a octeto en el nivel Octeto a octeto en todos los básico. Bit a bit en los niveles. posteriores.

Duración de la trama

Distinta en cada nivel

125µs en todos los niveles

Recuperación de carga

Alineándose a la trama de cada nivel y deshaciendo la multiplexión hasta llegar a la carga.

Identificando la posición de la carga, gracias a los punteros. Inserción y extracción rápida de tributarios.

Canales de servicio

Baja capacidad de los canales de servicio. Se forman multitramas para utilizar los bits de reserva.

Canales de servicio de gran capacidad. Útiles para labores de mantenimiento y gestión de red.

Interfaces normalizados

Sólo los eléctricos.

Se definen interfaces ópticos para altas velocidades.

Capacidad de transporte de carga

Limitada.

Muy variada , manejo muy flexible de capacidades diversas: PDH, ATM, TV

Usado preferentemente en enlaces

Internacionales

Nacionales

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5.

Panorámica de las

REFERENCIAS

Redes de Computadoras (Tercera edición). Andrew S. Tanenbaum. Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A.

Teleinformática para Ingenieros en Sistemas de Información. Antonio Ricardo Castro Lechtaler. Editorial Reverté

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