CONSULTORÍA ESTRATÉGICA EN TECNOLOGÍAS
DE LA INFORMACIÓN Y COMUNICACIONES

CONSULTORIA EN REDES Y SERVICIOS DE TELECOMUNICACIONES


La tecnología líder del transporte óptico: SDH (I)

Autor: Ramón Jesús Millán Tejedor

Publicado en Comunicaciones World nº 156, IDG Communications S.A., 2001

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IntroducciÓn

Durante los últimos años diversos factores han propiciado el importante desarrollo tecnológico de todos los equipos y servicios relacionados con el mundo de las telecomunicaciones: grandes avances técnicos, liberalización del sector, crecimiento de la red Internet y de la telefonía móvil personal, reducción de las barreras culturales, fuertes crecimientos de las economías de los países desarrollados, etc.

Pero de todos estos fenómenos, el de mayor éxito es, sin lugar a dudas, el acceso a Internet, con unas tasas de crecimiento del número de usuarios y del tráfico superiores al 100% y 200% anuales, respectivamente; y según datos de Nielsen/Neta Ratings, con alrededor de 407 millones de usuarios actualmente en el mundo, de los cuales 4,6 millones pertenecen a España. Pero, por otro lado, la aparición y proliferación de novedosas tecnologías de acceso (Gigabit Ethernet, cablemódems, ATM, RDSI, ADSL, LMDS, UMTS, etc.), que permitirán ofrecer a los usuarios servicios interactivos y multimedia de diversa índole (videoconferencia, televisión digital de alta definición, transmisión de grandes cantidades de datos entre computadoras y terminales móviles remotos, etc.); supondrán un incremento de la demanda de ancho de banda de más del 300% de 8 a 10 años, según un reciente estudio de RHK.

Para soportar este enorme tráfico de banda ancha, es totalmente necesario incrementar la capacidad de las actuales redes de troncales de telecomunicaciones. La misión de estas redes troncales es transportar el tráfico de las diferentes fuentes mediante la compartición de los sistemas de transmisión y de conmutación entre los distintos usuarios. Es decir, concentran y distribuyen el tráfico generado por todos los usuarios a través de sus redes de acceso.

En nuestros días se utilizan diferentes tecnologías en las redes de troncales, basadas todas ellas en la fibra óptica como medio de transmisión. El atractivo de la fibra óptica, y en particular de la fibra óptica monomodo, se basa en su baja atenuación, alto ancho de banda, fácil instalación, inmunidad a interferencias, alta seguridad de la señal, aislamiento eléctrico, y posibilidad de integración.

Mercado de SDH

En estos momentos, los operadores de telecomunicaciones, tras varias pruebas piloto durante los primeros años de 1990s, están introduciendo ampliamente sistemas SONET/SDH en sus redes. El mercado de sistemas SDH/SONET se estima que pasará de los 11.890 millones de dólares del año 1999 a los 31.260 millones de dólares en el 2004, de acuerdo con el grupo Cahners In-Stat. De los 11.890 millones de dólares en 1999, el mercado europeo totalizó alrededor de 4.600 millones de dólares.

Entre los principales fabricantes y suministradores de sistemas SDH están: Alcatel, Fujitsu, Lucent, Marconi, Nortel, Ericsson, Siemens y Tellabs. La cuota de mercado mundial de sistemas SONET/SDH de cada uno de ellos durante el año 1999, según datos de Probe Research, se muestra en la Figura 1. Los principales suministradores actuales de sistemas SDH en España, son: Alcatel, Ericsson y Lucent. Estos tres fabricantes son los únicos proveedores de la red SDH más importante de nuestro país, la construida por Telefónica de España, con más de 15.000 sistemas de hasta 2,5 Gbps en servicio. Telefónica fue, además, una de las primeras operadoras del mundo en introducir sistemas SDH de 2,5 Gbps; pues sus pruebas en campo con esta tecnología empezaron durante 1990, con el fin de prepararse ante la demanda de ancho de banda que los medios de comunicación iban a requerir durante los Juegos Olímpicos de Barcelona en 1992. Durante el año 2001, Telefónica ha empezado a introducir en sus redes SDH los sistemas trabajando a 10 Gbps. Por otro lado, Alcatel también suministra principalmente a Ono y a Uni2, Ericsson a R y a Canarias Telecom , y Lucent a Madritel y a Supercable.

Mercado de SDH por suministradores en 1999

Figura 1: Mercado de SONET/SDH en 1999 por fabricantes.

El mercado de SONET/SDH continuará creciendo en los próximos años, aunque las tecnologías competitivas ganarán cuota de mercado, sobre todo la DWDM a partir del año 2003. El mercado de la DWDM alcanzará los 21.500 millones de dólares en el año 2004, partiendo de los más de 4.000 millones de dólares en 1999, según Cahners In-Stat.

En efecto, el mercado de SONET/SDH está compuesto por un gran número de suministradores de equipos que se han visto favorecidos por la liberalización del mercado de las telecomunicaciones y las necesidades crecientes de ancho de banda. No obstante, una vez estabilizado el mercado, los ganadores de los contratos de suministros de equipos SONET/SDH serán aquellos que hayan conseguido en los próximos años:

  • Reducir significativamente el tamaño y coste de los equipos.
  • Soportar de forma eficiente no sólo transmisiones de voz, sino también de datos y de vídeo.
  • Integrar la gestión de las redes SDH con la de las redes DWDM.
  • Proporcionar un servicio de suministro y puesta en marcha rápido y fiable a los clientes.
  • Llegar el primero al mercado con productos de calidad.

EvoluciÓn

En los primeros años, donde el único servicio ofrecido a los abonados era el de la telefonía analógica, se utilizaba la multiplexación por división en frecuencia o FDM (Frecuency Division Multiplexing) para transportar un largo número de canales telefónicos (de 4 KHz) sobre un único cable coaxial. La idea era modular cada canal telefónico en una frecuencia portadora distinta para desplazar las señales a rangos de frecuencia distintos.

Con el advenimiento de los circuitos semiconductores y la creciente demanda de capacidad telefónica, apareció un nuevo método de transmisión denominado MIC (Modulación de Impulsos Codificados) o PCM (Pulse Code Modulation) en los 1960s. Mediante PCM fue posible la utilización múltiple de una única línea por medio de la multiplexación por división en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing), consistente en segregar muestras de cada señal en ranuras temporales que el receptor puede seleccionar mediante un reloj correctamente sincronizado con el transmisor. Para ello, la señal telefónica es digitalizada, es decir, convertida en una rista de bits para su transmisión por el cable de cobre. La señal vocal analógica es limitada en la banda de 0,3 a 3,4 KHz (su ancho de banda es, por lo tanto, de 3,1 KHz), muestreada a una frecuencia de 8 KHz (es decir, se toma una muestra cada 125 microsegundos), cuantificada, codificada, y después transmitida a una tasa binaria de 64 Kbps. La tasa binaria de 2.048 Kbps (2 Mbps ó E1) es el resultado de multiplexar 30 canales en la misma trama con la necesaria información de señalización. Esta es la denominada tasa primaria y es utilizada en todo el mundo. Sólo en Estados Unidos, Canadá y Japón, se utiliza una tasa primaria de 1.544 Kbps (1,5 Mbps ó T1), que resulta de la combinación de 24 canales en vez de 30.

El primer estándar de transmisión digital fue PDH (Plesicronus Digital Hierarchy) o JDP (Jerarquía Digital Plesiócrona), apareció durante los últimos años 60 y primeros 70. Los equipos PDH han copado el mercado de la transmisión, aún a principios de 1990, estando actualmente en pleno declive frente a SDH y DWDM, salvo en sistemas vía radio.

La tasa de bit de transmisión mínima o primaria utilizada era de 2 Mbps en Europa y 1,5 Mbps en USA y Japón, lo cual corresponde a 30 y 24 circuitos telefónicos, respectivamente. También eran posibles tasas de bit superiores multiplexando dichas señales, como se muestra en la Figura 2 para las normas europea, norteamericana y japonesa. Las tasas de bit en cada una de las normas no coinciden, y las superiores a 140 Mbps, como por ejemplo los 565 Mbps de la norma europea, son en todas ellas propietarias; es decir, no han sido estandarizadas.

Por otro, los códigos de línea son específicos de cada suministrador, de forma que equipos de diferentes fabricantes son incompatibles entre sí. Esta falta de compatibilidad entre las distintas normas PDH y la adopción de estándares propietarios por parte de los fabricantes, dificultaba la interconexión entre redes de incluso un mismo operador y es una de las principales limitaciones que presentaba PDH.

El método de multiplexación en PDH se basa en entrelazado de bit. Por otro lado, la red de PDH es plesiócrona (casi síncrona), es decir, no todas las señales multiplexadas proceden de equipos que transmiten a la misma velocidad debido a variaciones en los tiempos de propagación, falta de sincronización entre las fuentes, etc.; lo cual obligaba a implantar complicadas y caras técnicas de relleno, consistentes en la reserva de una capacidad de transmisión superior a la requerida, para eliminar la falta de sincronismo. Para ello, se utilizan bits de justificación, de modo que añadiendo o quitando estos bits, se pueden igualar las velocidades de las fuentes.

La operación de inserción y extracción, se realiza al multiplexar y demultiplexar en cada uno de los niveles de la jerarquía. Esto supone que para extraer una señal de 64 Kbps dentro de una trama de nivel superior, se deban demultiplexar todos los niveles uno a uno, identificando los bits de relleno, hasta el nivel inferior; de la misma forma, para insertar una señal nueva de 64 Kbps se debe demultiplexar toda la trama nivel a nivel, añadir la nueva señal, y multiplexar de nuevo todos los niveles, añadiendo o quitando los bits de justificación. La baja eficiencia de este proceso, suponía el uso de un elevado número de equipos, una baja flexibilidad en la asignación del ancho de banda y una mayor lentitud en el procesamiento de las señales por parte de los equipos.

Durante los años 80 en que tuvo lugar la digitalización de las grandes redes públicas de telecomunicaciones, los equipos PDH se instalaron masivamente por todo el mundo. No obstante, a las limitaciones anteriores pronto se unieron la poca información de gestión y de monitorización de calidad que puede transportarse en las tramas PDH, lo cual dificultaba la supervisión, control y explotación centralizada del sistema; y los grandes avances del hardware y del software, así como la entrada de la fibra óptica como medio de transmisión sustituyendo al cable coaxial de cobre, que no eran aprovechados por los sistemas PDH.

Estructura de PDH en Europa, Norteamérica y Japón

Figura 2: Estructura de PDH en Europa, Norteamérica y Japón.

Concepto de SDH (I)

Todos las carencias presentadas por PDH propiciaron la definición entre 1988 y 1992 de un nuevo estándar mundial para la transmisión digital denominada SDH (Syncronous Digital Hierachy) o JDS (Jerarquía Digital Síncrona) en Europa, y SONET (Syncronous Optical NETwork) en Norte América. Mientras SONET es un estándar concebido por Bellcore y definido por el ANSI para ser utilizado en Norte América, SDH es un estándar definido por el sector de estandarización de telecomunicaciones de la unión internacional de telecomunicaciones ó ITU-T para su uso en todo el mundo y compatible en parte con SONET. Aunque SONET y SDH fueron concebidos originalmente para la transmisión por fibra óptica, existen sistemas radio a tasas compatibles con SONET y SDH.

El principal objetivo en la definición de SDH era la adopción de una verdadera norma mundial que posibilitara una compatibilidad máxima entre diferentes suministradores y operadoras. Este estándar especifica velocidades de transmisión, formato de las señales (tramas de 125 microsegundos), estructura de multiplexación, codificación de línea, parámetros ópticos, etc.; así como normas de funcionamiento de los equipos y de gestión de red. Por otro lado, SDH dotará a la red de una mayor flexibilidad, un mejor aprovechamiento del ancho de banda potencial de la fibra óptica, y más capacidad de monitorización de la calidad y gestión centralizada.

El estándar SDH define interfaces de tráfico que son independientes de los distintos vendedores de equipos, denominadas módulos de transporte síncrono o STM-N (Syncronous Transport Module). El nombre que reciben estas interfaces en SONET son los de señal de transporte síncrono o STS (Syncronous Transport Signal) en la interfaz cobre y contenedor óptico u OC (Optical Carrier) en la interfaz óptica. En SDH se parte de una señal de 155 Mbps denominada módulo de transporte síncrono de primer nivel o STM-1, definida tanto para interfaz óptica como de cobre. En SONET, sin embargo, se parte de una señal de 51,84 Mbps denominada señal de transporte síncrono de primer nivel ó STS-1 en la interfaz cobre, o bien contenedor óptico de primer nivel ó OC-1 en la interfaz óptica.

Los restantes STM-N, definidos exclusivamente para la interfaz óptica, se obtienen mediante el entrelazado de bytes de varias señales STM-1. En la actualidad se encuentran normalizados los valores de: STM-4 (622 Mbps), STM-16 (2,5 Gbps), STM-64 (10 Gbps) y STM-256 (40 Gbps); que, como vemos, son múltiplos enteros de 155 Mbps en una secuencia de n x 4. Seleccionando las opciones adecuadas, un subconjunto de SDH es compatible con un subconjunto de SONET; por consiguiente, es posible la interoperabilidad del tráfico entre nodos de SDH y de SONET. No obstante, no es posible la interoperabilidad de alarmas y la supervisión de calidad entre ambos sistemas.

Las dos tecnologías, PDH y SDH, se basan en multiplexores digitales que, mediante técnicas de TDM, permiten combinar varias señales digitales (denominadas señales de jerarquía inferior o señales tributarias) en una señal digital de velocidad superior. En ambos sistemas, la fibra óptica se utiliza como mero sistema de transmisión, puesto que las funciones de amplificación, encaminamiento, extracción e inserción de señales, etc., se realizan en el dominio eléctrico. La última tecnología de transmisión en aparecer, ha sido la DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), caracterizada por sus altísimas capacidades de transmisión, su transparencia sobre los datos de jerarquías inferiores, y por una transmisión totalmente óptica.

La última tecnología de transmisión en aparecer ha sido DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), caracterizada por sus altísimas capacidades de transmisión, su transparencia sobre los datos de jerarquías inferiores y por una transmisión totalmente óptica. La multiplexación en longitud de onda tiene su origen, en la posibilidad de acoplar las salidas de diferentes fuentes emisoras de luz, cada una a una longitud de onda diferente, sobre una misma fibra óptica. Después de la transmisión a través de la fibra, las señales a cada longitud de onda diferente, pueden ser separadas entre sí hacia diferentes detectores en su extremo final. La máxima capacidad soportada actualmente por DWDM sobre una fibra óptica es de 1,6 Tbps (correspondientes a la multiplexación de 160 señales de 10 Gbps) y el factor de multiplexación es de 100 Mbps.

Formato de trama STM-1

Figura 3: Representación esquemática de una trama STM-1.

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