jerarquia digital sincrona sdh 4681 completo

8/6/2019 Jerarquia Digital Sincrona Sdh 4681 Completo

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Jerarqua Digital Sncrona (SDH)Autor: Jose Maria Domnguez Picazo

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Presentacin del curso

SDH es el estandar internacional de comunicaciones aceptado por la UIT para redesde transmisin de alta capacidad. Tecnologas como ATM, IP/MPLS o ADSL seapoyan en SDH para alcanzar la ansiada banda ancha.

Con este curso podremos ver como funciona y como poder entender este estandar

de comunicacin, el cual se est utilizando para las conexiones actuales.

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1. Introduccin a SDH

Introduccin:

SDH y el equivalente norteamericano SONET son las tecnologas dominantes en lacapa fsica de transporte de las actuales redes de fibra ptica de banda ancha. Sumisin es transportar y gestionar gran cantidad de tipos de trafico diferentes sobre

la infraestructura fsica.Esencialmente, SDH es un protocolo de transporte (primera capa en el modelo OSI)basado en la existencia de una referencia temporal comn (Reloj primario), quemultiplexa diferentes seales dentro de una jerarqua comn flexible, y gestiona sutransmisin de forma eficiente a travs de fibra ptica, con mecanismos internos deproteccin.

Usando como referencia el modelo OSI, SDH es comnmente visto como unprotocolo de nivel uno, es decir, un protocolo de la capa fsica de transporte. Eneste papel, acta como el portador fsico de aplicaciones de nivel 2 a 4, esto es, es

el camino en el cual trfico de superiores niveles tales como IP o ATM estransportado. En palabras simples, podemos considerar a las transmisiones SDHcomo tuberas las cuales portan trfico en forma de paquetes de informacin. Estospaquetes son de aplicaciones tales como PDH, ATM o IP.

SDH permite el transporte de muchos tipos de trfico tales como voz, video,multimedia, y paquetes de datos como los que genera IP. Para ello, su papel es,esencialmente, el mismo: gestionar la utilizacin de la infraestructura de fibra. Estosignifica gestionar el ancho de banda eficientemente mientras porta varios tipos detrfico, detectar fallos y recuperar de ellos la transmisin de forma transparentepara las capas superiores.

Las principales caractersticas que encontramos en cualquier sistema de red detransporte SDH implementado a da de hoy son las siguientes:

- Multiplexin digital: ste trmino fue introducido hace 20 aos y permiti que lasseales de comunicaciones analgicas sean portadas en formato digital sobre la red.El trfico digital puede ser portado mucho mas eficientemente y permitemonitorizacin de errores, para propsitos de calidad.

- Fibra ptica: ste es el medio fsico comnmente desplegado en las redes detransporte actuales. Tiene una mucho mayor capacidad de portar trfico que loscoaxiales o los pares de cobre lo que conduce a una disminucin de los costesasociados al transporte de trfico.

- Esquemas de proteccin: stos han sido estandarizados para asegurar ladisponibilidad del trfico. Si ocurriera una falla o una rotura de fibra, el trficopodra ser conmutado a una ruta alternativa, de modo que el usuario final nosufriera disrupcin alguna en el servicio.

- Topologas en anillo: stas estn siendo desplegadas cada vez en mayor nmero.Esto es porque, si un enlace se perdiera, hay un camino de trfico alternativo por elotro lado del anillo. Los operadores pueden minimizar el nmero de enlaces y fibraptica desplegada en la red. Esto es muy importante ya que el coste de colocar

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nuevos cables de fibra ptica sobre el terreno es muy caro.

- Gestin de red: La gestin de estas redes desde un nico lugar remoto es unaprestacin importante para los operadores. Se ha desarrollado software que permitegestionar todos los nodos y caminos de trfico desde un nico computador. Unoperador puede ahora gestionar una variedad grande de funciones tales como elprovisionamiento de capacidad en respuesta a la demanda de clientes y lamonitorizacin de la calidad de una red.

- Sincronizacin: Operadores de red deben proporcionar temporizacinsincronizada a todos los elementos de la red para asegurarse que la informacinque pasa de un nodo a otro no se pierda. La sincronizacin es de creciente conciertoentre los operadores, con avances tecnolgicos cada vez ms sensibles al tiempo.La sincronizacin se est convirtiendo en un punto crtico, proveyendo a SDH uncamino ideal de filosofa de red.

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2. Origen del SDH

Los sistemas de transmisin sncronos han sido desarrollados de modo que losoperadores puedan desplegar redes flexibles y resistentes. La insercin y extraccinde canales puede ser realizada en un simple multiplexor. La provisin de lacapacidad de gestin de la red es definida en el estndar. De hecho, un granesfuerzo de concordia ha tenido lugar en el desarrollo de SDH. La oportunidad dedefinir este conjunto de estndares ha sido usado para dirigir una buena cantidadde otros problemas. Por ejemplo, la necesidad de definir interfaces estndar entreequipamientos de diferentes fabricantes y la necesidad de facilitar interconexin deredes entre jerarquas de transmisin de Norte Amrica y de Europa.

Este estndar culmin en 1989 en las recomendaciones de la ITU-T G.707, G.708, yG.709 que definen la Jerarqua Digital Sncrona. En Norte Amrica, ANSI public suestndar SONET, el cual es conocido a lo largo del resto del mundo como estndar SDSDH.

Las recomendaciones de la UIT-T definen un nmero de tasas bsicas detransmisin que se pueden emplear en SDH. La primera de estas tasas es 155.52

Mbps, normalmente referidas como un STM-1 (donde STM significa Mdulo deTransporte Sncrono). Mayores tasas de transmisin como el STM-4, el STM-16, yel STM-64 (622.08 Mbps, 2488.32 Mbps y 9953.28 Mbps respectivamente) estntambin definidas.

Las recomendaciones tambin definen una estructura de multiplexacin donde unaseal STM-1 puede portar un nmero de seales de menor tasa de transmisinformando parte de su carga til. Las seales existentes PDH pueden ser portadassobre la red SDH como carga til.

El nuevo estndar sncrono presentaba una serie de ventajas que lo hacan ptimocon respecto al anterior estndar pleusncrono:

- Operaciones de multiplexin y demultiplexin ms sencillas y flexibles,permitiendo extraer e insertar circuitos sin tener que desmontar la seal.

- Fcil de migrar hacia rdenes superiores de multiplexacin, ya que emplean lamisma filosofa de trabajo.

- Las cabeceras permiten mejorar los procedimientos de operacin, administracin ymantenimiento de la red (OAM).

- Pueden transportar seales PDH G.702, ATM, etc.

- Cuenta con mecanismos integrados de proteccin.

- Define un interfaz ptico abierto para permitir la interconexin con otros equipos.

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3. Conceptos bsicos

Una red de transporte puede ser vista como los enlaces y equipos asociados quehabilitan trfico para ser portado entre dos clientes o nodos en una red. A estosnodos se les puede asociar trfico de una funcin de una capa superior, tales comoun switching o un routing.

Los elementos de red son equipos localizados en cada nodo de la red de transporte SSDH , los cuales realizan funciones sobre el trfico tales como multiplexin orouting.

Un tributario es un flujo de trfico el cual es combinado con otros flujos tributariosmediante la funcin de multiplexacin para dar lugar a un menor nmero de flujosde trfico salientes. Una seal de agregado es el trmino asociado con ese flujo desalida generado.

Los tributarios de un elemento de red SDH son los interfaces de trfico en la red SDHSDH. Estos elementos de red soportan diferentes tipos de tributario no SDHpermitiendo el transporte eficiente de trficos de diverso origen. Por ejemplo en

capas inferiores o de acceso a la red, un elemento de red puede aceptar alguno delos siguientes trficos tributarios para portarlos directamente en su estructura detrama:

- Interfaces de trfico PDH, tales como 2 Mbps, 34 Mbps, y 140 Mbps.- Interfaces de voz analgicos.- Interfaces Ethernet que toman datos IP o datos provenientes de LAN.- Interfaces RDSI/ADSL

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4. El mdulo de transporte sncrono

La duda que ahora nos surge es, cmo estas seales tributarias convergen entrfico SDH? En este punto mostraremos cmo la informacin es empaquetada enun mdulo de transporte sncrono de modo que este pueda ser transportado ygestionado a travs de la red.

Un Contenedor es el elemento bsico de una seal SDH. ste est formado por losbits de informacin de una seal PDH la cual ser empaquetada dentro delcontenedor. Existen diferentes tipos de contenedores, cada uno de los cualescorresponde con una seal PDH de diferente tasa de transmisin.

La Cabecera de Ruta (Path Overhead): Cada contenedor tiene algn tipo de controlsobre la informacin asociada a l. Esta informacin es generada en el nodooriginario de la ruta y es terminada en el nodo final del camino. Esta informacinpermite al operador etiquetar el trfico as como trazar la seal a travs de la red(envo de trazas) e identificarla para propsitos de protecciones y monitorizacin decuentas de errores.

El Contenedor Virtual se refiere al conjunto de un contenedor y a su cabecera deruta asociada. Volviendo a la analoga con una tubera, el contenedor virtual puedeser visto como el paquete de trfico PDH el cual es portado a travs de la tuberaSDH.

Hay diferentes tipos de contenedores virtuales (VC). Un VC-12 es construido deun contenedor C - 1 2, el cual contiene una seal PDH de 2 Mbps. Un V C - 3 porta uncontenedor C - 3 que contiene una seal PDH de 34 Mbps y un VC-4 porta una sealPDH de 140 Mbps en un contenedor C - 4. Un contenedor virtual puede contenerotros contenedores virtuales, proceso que denotamos como anidamiento. Porejemplo un V C - 4 puede ser conformado con 63 VC-12s. Esto simplifica eltransporte y gestin de estas seales a travs de la red.

El mdulo de transporte sncrono: Una seal es introducida en un contenedorvirtual, pero cmo es transportada en un enlace ptico? El contenedor virtual esportado sobre la red junto a algunos otros contenedores ubicados en un mdulo detransporte sncrono o STM (Synchronous Transport Module).

El contenedor virtual est ubicado en el rea de carga til del STM (Payload Area).Volviendo atrs en la analoga inicial, los STMs pueden ser vistos como tuberascon las cuales se confecciona la red y el contenedor virtual como los paquetes queson portados a travs de las tuberas.

La unidad bsica de SDH es la estructura STM-1. Cuatro marcos STM-1 sonconcatenados o multiplexados para dar un STM-4 el cual tiene una mayor tasa de

transmisin. STM -16 y STM-64 ofrecen mayores tasas de transmisin y soportanun mayor numero de seales en su rea de carga til. As, los STM-4, STM-16 ySTM-64 pueden ser vistos como tuberas ms gruesas.

La Cabecera de Seccin (Section Overhead): Los bytes de informacin son aadidosa la estructura STM provisionando un canal de comunicacin entre nodosadyacentes habilitando el control de la transmisin sobre el enlace. Esto permite alos dos nodos "hablar" con el otro cuando aparece un evento de fallo en la seccin,como por ejemplo, cuando ocurre una conmutacin de proteccin.

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Un camino oruta es el trmino usado para referirnos a un circuito punto a puntopara el trfico,es decir, sta es la trayectoria seguida por un contenedor virtual atravs de la red.Una seccin es definida como el enlace de transporte entre dosnodos adyacentes. Un camino est compuesto por un nmero concreto de secciones.

Volviendo a la analoga inicial de una tubera, la seccin puede ser vista como lalongitud de una tubera entre dos nodos de red y el camino como la ruta que tomalos contenedores virtuales sobre esas secciones de tuberas.

El trfico de los usuarios finales ser transportado en contenedores virtuales por undeterminado camino, sobre varias secciones. (Esto es una definicin simplista eintroductoria. De hecho, caminos y secciones son diferentes capas de la red detransporte como ms adelante describiremos).

Un STM est dedicado a una nica seccin, de ah que la cabecera de seccin seaprocesada en cada nodo y un nuevo STM con nuevas cabeceras es construido parala siguiente seccin. El contenedor virtual, por el contrario, sigue un camino sobrediversas secciones, de modo que la cabecera de camino permanece con elcontenedor de extremo a extremo del camino.

Resumiendo lo expuesto hasta ahora, la informacin entrar en la red SDH como unflujo digital de informacin. La informacin de estas seales es mapeada en uncontenedor, y cada contenedor, por lo tanto, tiene algo de informacin de controlaadida, conocida como cabecera de camino. La combinacin de estas seales y lacabecera es conocida como contenedor virtual. Los contenedores virtuales forman elrea de carga til del mdulo de transporte sncrono (STM) el cual tambin tieneinformacin de control llamada cabecera de seccin.

La informacin entra en la red como flujos digitales de 2 Mbps que sernacomodados en contenedores virtuales VC-12.Un elemento de red SDHmultiplexar esta seal junto con otras seales de tributario en una seal agregadade mayor tasa de transmisin. En el ejemplo, esto es una sealSTM -1 de 155Mbps. Esto es en la red local SDH. Esta seal puede entonces ser de nuevomultiplexada para dar una seal STM-4 a 622 Mbps en el siguiente nivel, llegando aalcanzar el STM-64 cuando son portadas a 10 Gbps. En este flujo de mayor tasa detransmisin son transportadas muchas seales en una nica fibra, en lo que esconocido como red troncal o backbone de la red y transportar la informacin a undeterminado punto geogrfico.

La seal de 2 Mbps puede ser extrada y entregada en su destino o si su destino esun equipo terminal, la seal agregada es demultiplexada descendiendo hasta laseal de 2 Mbps. La estructura de multiplexin SDH define el camino estndar paramapear las seales contenidas en un STM, cuya unidad bsica es una estructuraSTM-1 (155 Mbps). El valor de otras tasas de transmisin bsicas es definidomediante el uso de un factor de multiplicacin de cuatro. Estos son los 622 Mbpsconocido como STM-4, 2.5 Gbps conocidos como STM-16 y los 10 Gbps o STM -64.

Pero Porqu incrementamos la tasa de transmisin de STM-1 a STM-16 o STM- 4?Transportar informacin de un punto a otro requiere una fibra ptica ubicada de unlugar al otro. Esta instalacin es costosa, as que se limita el nmero de fibrasinstaladas, intentando portar en una fibra tanta informacin como fuera posible, yesto es posible, mediante el transporte de una tasa de transmisin mayor como esSTM-64.

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5. La estructura de multiplesacin SDH:

La estructura de multiplexin SDH define cmo la informacin es estructurada paraconstruir un marco STM-1. Este modo de mapeo de contenedores en una sealSTM-N es definido por las recomendaciones de la ITU-T, hechas publicas desde1989.

Anteriormente hemos dicho que los contenedores son empaquetados en STMs porelementos de red. Para que los elementos de red en el extremo contrario extraiganun contenedor virtual, ste debe conocer la localizacin exacta del contenedorvirtual dentro del rea de carga til delSTM. Un puntero denota esta ubicacin. Enuna red sincrona todo el equipamiento est sincronizado mediante un reloj nicopara toda la red. La temporizacin de una seal pleusncrona colocada dentro de uncontenedor virtual puede variar en frecuencia o fase con respecto al reloj de red.Como resultado de esto, la localizacin de un contenedor virtual en una estructuraST

STMpuede no ser fija, por lo que el puntero asociado con cada contenedor virtualindica su posicin dentro del rea de carga til del STM.

La estructura SDH: La seal STM-1, el elemento bsico del SDH, comprende 2430bytes de informacin. Esto est distribuido en 270 columnas por 9 filas. Dentro deellos estn contenidos la carga til del STM-1, los punteros y las cabeceras deseccin.

La construccin del rea de carga STM es definida por la estructura mapeada SDH.Las tasas de transmisin de los clientes son mapeadas en contenedores ( C ) y una

cabecera de camino (POH) aadida para dar lugar a un contenedor virtual (VC). Estosformarn Unidades Tributarias (Tributary Units o TU) las cuales consisten encontenedores virtuales ms el puntero. El puntero indica la posicin de contenedorvirtual dentro de la unidad tributaria.

La unidad tributaria es empaquetada en Grupos de Unidades Tributarias (TributaryUnits Groups o TUGs) y finalmente en Grupos de Unidades Administrativas(Administrative Unit Groups o AUGs) de acuerdo a las reglas de estructura demultiplexin SDH que podemos observar en la figura 3.13. Resaltar que este

empaquetado secuencial puede realizarse anidando pequeos contenedoresvirtuales junto con otros mayores.

Las reglas SDH de multiplexin aseguran que la posicin exacta de un contenedorvirtual contenido en el rea de carga til puede ser identificado por cada nodo. Estotiene la ventaja de que cada nodo puede directamente acceder a un contenedor

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virtual de la carga til sin necesitar desmontar y volver a construir la estructura decarga. Las montaas de multiplexores que aparecan en las redesPDH no sonrequeridas.

Siguiendo estas reglas de multiplexin, una seal STM-1 puede ser constituida de

diferentes modos. Los V C - 4 que formarn la carga til de la estructura STM puedencontener una seal PDH de 140 Mbps, tres seales PDH de 34 Mbps , sesenta y tresseales PDH de 2 Mbps o combinaciones de ellas, de modo que la capacidad total nosea excedida. Cuando son necesarias tasas de transmisin mayores que STM-1,stas son obtenidas usando un simple esquema de concatenacin de bytes,alcanzando tasas de 622 Mbps (STM-4), 2.5 Gbps (STM-16) y 10 Gbps (STM-64).

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6. La trama STM-1

Los sistemas de transmisin pleusncronos permiten a los tributarios desviarse deuna tasa de bits predefinida. Los mtodos de justificacin entonces llevan a todoslos tributarios a la misma tasa de bits antes de la multiplexacin. El mtodo de

justificacin usando bits extra de relleno en el flujo de datos hace imposible laidentificacin de un canal tributario especfico interno a un canal multiplexado.

En sistemas sncronos todos los elementos del sistema estn sincronizados almismo reloj maestro por lo que la justificacin no es necesaria para tener una tasade bits comn previa a la multiplexin.

La tasa de transmisin bsica de SDH estndar es 155,520 Mbps (STM-1). La tramaSTM-1 consiste en 2430 bytes, los cuales corresponden con una duracin de 125us. tambin estn definidas tres tasas de bits de mayor velocidad como son 622,08Mbps (STM-4), 2488,32 Mbps (STM-16) y 9953,28 Mbps (STM-64).

La trama STM-1 est estructurada como 270 columnas (bytes) por 9 filas en las quelas nueve primeras columnas de la estructura corresponden con la cabecera deseccin, y las restantes 261 columnas son el rea de payload.

La jerarqua digital sincrona elimina la necesidad de un nmero de niveles menoresde multiplexin definido en PDH. Los tributarios de 2 Mbps son multiplexados anivel de STM-1 en un solo paso. De todos modos, para mantener la compatibilidadcon equipos no sncronos, las recomendaciones SDH definen mtodos de

subdivisin del rea de payload de la trama STM-1 de varias formas, de modo quepuedan portar diversas combinaciones de seales tributarias, tanto sncronas comoasncronas. Usando este mtodo, los sistemas de transmisin sncrona puedenacomodar seales generadas por equipamiento de varios niveles de jerarqua digitalpleusncrona.

Una trama STM-1 consta de 2430 bytes, los cuales pueden dividirse en tres reasprincipales:- Area de payload (2349 bytes).- rea de puntero de Unidad Administrativa (9 bytes).

- rea de cabecera de seccin (72 bytes).

El rea de Payload: Seales de todos los niveles de PDH pueden ser acomodadasen SDH empaquetndolas juntas en el rea de payload de la trama STM-1. Elproceso de empaquetado de seales PSH es un proceso multipaso que involucra unnmero de diferentes estructuras.

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Los tributarios pleusncronos estn mapeados en un contenedor de tamaoapropiado, y un nmero de bytes conocido como cabecera de camino (PathOverhead o POH) es aadido al mismo para formar el contenedor virtual (VC) en elque se basa esta trama. La cabecera de camino proporciona informacin para su usoen la gestin extremo a extremo de un camino sncrono. La informacin de lacabecera de camino asociado con un VC-1/VC-2 difiere a la recogida en la cabeceraasociada a los VC-3/VC-4. Veamos la informacin que encontraremos en cada una

de ellas:

La cabecera de camino para los VC-1/VC-2 recogen los bytes V5, J2, Z6 y Z7. Elbyte V5 es el octeto posicionado al inicio del contenedor virtual. La funcin devarios de los bits de este byte se describe a continuacin:

- BIP-2: Los bits 1 y 2 son usados para monitorizar errores usando bits de paridadconcatenada (BIP) comprobando todos los bytes en el VC-1/ VC-2 previo.- REI: El bit 3 es el indicador remoto de error o REI del camino. Ser puesto a 1binario y enviado en direccin opuesta al recibido hacia el extremo original del

VC-1/VC-2 si uno o ms errores son detectados al chequear el BIP-2.- RFI: El bit 4 es el indicador remoto de fallo o RFI y es puesto a 1 binario y enviadoen direccin opuesta a la recibida por el ensamblador del VC-1/VC-2 si se detectaun fallo.- Etiqueta de seal: Indica el tipo de carga del contenedor virtual. Estascodificaciones pueden ser "camino inequipado", "mapeado asncrono", "mapeado debyte sncrono", o camino equipadopor ser definido.- RDI: El bit 8 es el indicador de defecto remoto o RDI en el camino. Este bit escolocado a 1 binario y enviado hacia atrs por el ensamblador de VC-1/VC-2.

La cabecera de camino para contenedores VC-4 est ubicada en la primera columnade las nueve filas por las 261 columnas de la estructura V C - 4. Para los VC-3, lacabecera de camino est colocada en la primera columna de las nueve filas para laestructura de 85 columnas. . La funcin de cada byte la vemos a continuacin:

J1: Traza de ruta: Este byte verifica la conexin del camino VC-3/VC-4.B3: BIP-8 de ruta: Este byte proporciona monitorizacin de bits con error sobre laruta, usando un cdigo de paridad par BIP-8.C2: Etiqueta de seal: Este byte indica la composicin de la carga VC3/VC-4.G1: Estatus del camino: Este byte permite que el estatus de la seal recibida sea

enviada de vuelta al extremo transmisor del camino desde el extremo receptor.F2, Z3: Canales de usuario: Este byte proporciona un canal de comunicacin para elusuario.H 4: Indicador de posicin: Este byte proporciona un indicador de posicingeneralizado de payload y puede ser usado como un indicador de posicin demultitrama para VC-2/VC-1.K3 (bits 1- 4): APS: Estos bits son empleados para la conmutacin automtica deproteccin (APS) para la proteccin a nivel de camino de alto nivel.K3 (bits 5- 8): Spare: Estos bits estn reservados para uso futuro.

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Z5: Operador nacional: Este byte esta empleado para propsitos de gestinespecfica as como mantenimiento de conexin tandem.

El Puntero de Unidad Administrativa: Tras aadir la cabecera de camino alcontenedor virtual, se le posiciona en una unidad tributaria (TU) o una unidadadministrativa (AU) con un puntero indicando al comienzo del contenedor virtualrelativo al TU o al AU, segn sea el caso. Los VC-1s y VC-2s son posicionados en TU

mientras que los VC-4 son posicionados en un AU tal y como veamos en la figura3.13. En Europa, los VC-3 son posicionados en TU-3 mientras que en SONET sonposicionados en AU-3. Los AUs y los TUs son empaquetados en sus respectivosgrupos; grupos de unidades tributarias (TUGs) para unidades tributarias y gruposde unidades administrativas para AUs. Los TUGs son multiplexados encontenedores virtuales de alto nivel. Los cuales, en su turno, son posicionados enAUs con un puntero indicando al inicio del contenedor virtual relativo al AU. Es elpuntero AU el cual indica la posicin del AU con relacin a la trama STM-1 y formaparte del rea de cabecera de seccin de la trama.

El rea de payload de la trama STM-1 contiene un VC-4 o tres VC-3 con la posicindel primer byte siendo indicada por el respectivo puntero AU. El uso de punteros enla trama STM-1 significa que las seales pleusncronas pueden ser acomodadas enel seno de la red sincrona sin necesidad de emplear buffers.

Esto es porque la seal puede ser empaquetada en un contenedor virtual e insertadaen la trama en cierta posicin de modo que el puntero indique esta posicin. Usar e lmtodo de punteros es posible al definir los contenedores virtuales sncronosligeramente mayores que la carga til que portan. Esto permite a la carga deslizarseun tiempo relativo a la trama STM-1 en la cual est contenido. El ajuste de puntero

tambin es posible ante la ocurrencia de cambios de frecuencia o fase comoconsecuencia de variaciones de retardo de propagacin.

El resultado de esto es que, para cualquier flujo de datos, es posible identificar suscanales tributarios individuales, e insertar o extraer informacin, y de este modosuperar uno de los principales inconvenientes del PDH.

La Cabecera de Seccin: Los bytes de la cabecera de seccin (SOH) son usados parala comunicacin entre elementos adyacentes de equipos sncronos. De este modo,adems de ser utilizados para la sincronizacin de trama, tambin realizan una gran

variedad de facilidades de gestin y administracin.

Esta estructura de cabecera de seccin STM-1se detalla a continuacin:

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A1, A2: Enganche de trama.J0: Traza de la seccin de regeneracin.D1 a D12: Los bytes D1 a D3 forman un canal de comunicacin de datos de 192Kbps para la seccin de regeneracin. Los bytes D4 a D12 forman un canal decomunicacin de datos para la seccin de multiplexacin. El uso de ambos canalesde comunicacin es para gestin de red.E1, E2: Canales de instaladores. Empleado para comunicaciones directas entrenodos de equipos.

F1: Canales para usuario.B1, B2: Estos bytes son comprobaciones de paridad simple para deteccin deerrores.K1, K2 (bit1 a bit5): Canal dedicado a la conmutacin de proteccin automtica.K2 (bit6 s bit8): Indicador de RDI para la seccin de multiplexacin.S1 (bit5 a bit8): Indicador de estatus de sincronizacin.M 1: Indicador de REI para la seccin de multiplexacin.Z1, Z2: An por definir, sin uso.

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7. Elementos de un sistema de transmisin sncrona

Existen tres funciones bsicas en los equipos de transmisin SDH: Terminacin delnea, multiplexin y cross-conexin. En el pasado, estas funciones eranproporcionadas por piezas diferentes e independientes del equipo, pero con laintroduccin de SDH es posible combinar estas funciones en un simple elemento dered.

Funcionalidad de un Elemento de Red:

Multiplexin: Es la combinacin de diversas seales de baja velocidad en una nicaseal de alta velocidad, con lo cual se consigue una mxima utilizacin de lainfraestructura fsica. Los sistemas de transmisin sncronos emplean laMultiplexin por Divisin en el Tiempo (TDM).

Terminacin de lnea/Transmisin: En una direccin la seal digital tributaria esterminada, multiplexada y transmitida en una seal de mayor velocidad. En ladireccin opuesta, la seal de mayor tasa de transmisin es terminada,demultiplexada y reconstruida la seal digital de tributario. Esta es la tarea determinales de lnea. Las redes de transmisin sncrona usan tpicamente fibra pticacomo enlaces de transporte fsico as que esto requiere la terminacin y transmisinde seales pticas.

En sistemas PDH las tareas de terminacin, multiplexin y transmisin requierendiferentes mdulos independientes de equipamiento, pero en SDH estas funcionespueden ser combinadas en un nico elemento de red.

Cross-Conexiones: Las cross-conexiones en una red sncrona suponen elestablecer interconexiones semi-permanentes entre diferentes canales en unelemento de red. Esto permite que el trfico sea enviado a nivel de contenedorvirtual. Si el operador necesita cambiar los circuitos de trfico en la red, elencaminamiento puede conseguirse cambiando conexiones.

Esta descripcin podra sugerir que una cross-conexin es s imilar a unaconmutacin de circuito, pero hay diferencias fundamentales entre ellas. La principal

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diferencia es que una conmutacin trabaja como una conexin temporal la cual serealiza bajo el control de un usuario final, mientras que una cross-conexin es unatcnica de transmisin usada para establecer conexiones semi-permanentes bajo elcontrol del operador, a travs de su sistema de gestin de red. El operador cambiaresta conexin semi-permanente segn cambie el patrn del trfico.

La funcin de cross-conexin no significa la necesidad de bloques de equipamientoindependientes. La funcionalidad de cross-conexin SDH puede residir en casicualquier elemento de red, siendo el ms obvio el multiplexor add-drop.

Otros trminos empleados en las funcionalidades de los elementos de red SDH sonla consolidacin y la agregacin.

La consolidacin se produce cuando trfico en rutas parcialmente ocupadas puedeser reorganizado en un simple camino con mayor carga de densidad de trfico.

El grooming se produce cuando el trfico incidente, el cual es dirigido hacia diversosdestinos es reorganizado. El trfico para destinos especficos es reordenado encaminos junto con otro trfico para ese destino. Por ejemplo, el trfico de un tipoespecfico como el ATM o trfico de datos con diferentes destinos puede ser

separado del trfico PSTN (Public Switching Telephone Network o red telefnicaconmutada) y ser transportado por una ruta diferente.

Tipos de Conexiones:

En un sistema SDH podemos establecer diferentes tipos de conexiones entreelementos, como son las siguientes:

- Unidireccional es una conexin de una va a travs de los elementos de red SDH ,

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por ejemplo enviar trfico nicamente.

- Bidireccional es una conexin de dos vas a travs de los elementos de red,teniendo funciones de envo y de recepcin de informacin.

- Extrae y contina(Drop & Continue) es una conexin donde la seal es bajada aun tributario del elemento de red pero sta tambin contina por la seal deagregado hacia otro elemento de red. Este tipo de conexiones puede ser usado paradifusiones y mecanismos de proteccin.

- Difusin(Broadcast) es una conexin donde un contenedor virtual entrante es

llevado a ms de un contenedor virtual de salida. En esencia, una seal entrante alelemento de red puede ser transmitida a varios lugares desde el contenedor virtual.Este tipo de conexin puede ser empleado para difusiones de vdeo por ejemplo.

Tipos de Elementos de Red: La recomendacin de la ITU-T G.782 identificaejemplos de equipos SDH a travs de combinaciones de funciones SDH. Estnclasificados en multiplexores (de los cuales hay siete variantes) y cross-conectores(donde hay tres variantes). Para simplificar, solamente se considerarn tres tipos deelementos de red SDH: Sistemas de lnea, multiplexores add-drop (ADM) ycross-conectores digitales.

Terminales de Lnea: Es el tipo de elemento de red SDH ms simple. steimplementar nicamente la terminacin de lnea y la funcin de multiplexin, demodo que su utilizacin es tpica en configuraciones punto a punto. Algunos flujostributarios sern combinados en el terminal de lnea para generar un flujo agregadode mayor velocidad y esto ser transmitido a un enlace ptico. Elementos de red sonrequeridos en los dos puntos finales de este enlace y una conexin fija de circuitosde cliente es establecida entre estos dos puntos terminales.

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Multiplexores Add-Drop (ADM): Estos equipos ofrecen la funcin decross-conexiones junto con la de terminal de lnea y multiplexin. En SDH esposible extraer (Drop) un contenedor virtual e insertar en sentido contrario (Add)

otro contenedor virtual a la seal STM directamente sin necesidad de despeinarlasegn vimos anteriormente. Esta ventaja fundamental de los sistemas sncronossignifica que es posible conectar flexiblemente seales entre interfaces deelementos de red (agregados o tributarios). Esta capacidad de enrutamiento permiteque la funcin de cross-conexin sea distribuida por la red, resultando mejor queconcentrarla en un enorme cross-conector dedicado.

En el caso del terminal de lnea, los enlaces establecidos eran circuitos fijos punto a

punto. La funcionalidad aadida a un ADM permite que sea establecida una red msflexible en la cual los circuitos de cliente que transiten la red puedan ser masfcilmente variados.

Esta flexibilidad puede ser demostrada por una red de ADMs encadenados.Considerando el enlace de transporte como una lnea de bus, en cada parada (ADM)el pasaje (circuitos de trfico) podr elegir entre descender o mantenerse en eltransporte.

En un ADM circuitos de trfico individuales pueden ser llevados fuera del flujoagregado mientras que el resto del trfico contina pasando a lo largo de la cadenade elementos. Esto crea una estructura en bus, en la cual una seal puede bajar omantenerse en el bus en cada punto ADM.

Varios ADMs pueden ser conectados por el bus y la conectividad de cada ADM serdonde los circuitos de trfico son bajados o pasarn, propiedad que puede sercambiada por el operador en funcin de las necesidades de trfico. As, unaconexin flexible entre algunos puntos es creada, como si fuera una lnea fija entrecada uno de esos puntos. Si un cliente quiere portar su circuito de trfico hacia unnodo diferente, esta peticin puede ser enviada remotamente al equipo,reconfigurando a distancia las conexiones en el ADM.

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Diferentes tipos de multiplexores ofrecen diferentes niveles de cross-conectividad.Un ADM como los descritos realizar la funcin add-drop simple en la que algunoscontenedores virtuales pueden ser extrados, otros pueden ser insertados y el

remanente es pasado a travs sin cambio alguno. ADMs tambin pueden ofrecerintercambio de intervalo de tiempo, mediante una cross-conexin de un contenedorvirtual de un lugar en el lado Este a un lugar diferente en el lado Oeste.

Tambin se puede realizar conexiones entre puertos tributarios, de modo queproveen funcionalidad de cross-conexin entre tributarios, tambin conocida como"horquillado".

Los ADM son particularmente tiles para crear redes en anillo. Las seales sonintroducidas en el anillo va interfaces tributarios de los ADM, los cuales sonacoplados en la seal agregada de mayor velocidad de transmisin dentro del anillopara transportarlas a los otros nodos.

Los anillos son la configuracin comn de red porque pueden incrementar lasupervivencia de la red. Las redes pueden ser objeto de fallo de nodos o roturas deenlaces por lo que es requerida una resistencia que prevenga la prdida de trfico.

Pero, Cmo se lleva esto a cabo? En una red punto a punto cada enlace debe serduplicado para proporcionar un camino alternativo para el trfico que podra estarafectado por el fallo. En un anillo, el trfico puede ser simplemente divergido por el

otro camino en torno al anillo. En SDH esta reconfiguracin puede llevarse a cabopor accin de un elemento de red sin la intervencin de un elemento de gestin dered externo.

Un ADM pude ser configurado como un concentrador para usar en aplicaciones de

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red multi-site. El propsito de estos concentradores es consolidar diferentesterminales en el agregado ptico de mayor capacidad. Este arreglo elimina el coste yla complejidad de las configuraciones multi-terminal y cross-conexionesredundantes

Tipos de Multiplexores: Los multiplexores pueden ser clasificados de diferentesmaneras, por ejemplo, por el tipo y flexibilidad de conexiones que pueden serhechas. Los Multiplexores son comnmente clasificados por la tasa de bits de laseal agregada soportada. Por ejemplo, un "Multiplexor STM-4" aceptar tributariosde una variedad de tasas PDH y SDH (2 Mbps, 34 Mbps, 140 Mbps, y STM-1) ymultiplexa estos en una seal agregada STM-4.

Los multiplexores pueden ser tambin clasificados como parciales y completossistemas de acceso. Un ADM de acceso completo puede acceder a cualquier trficocontenido en su carga dentro del agregado STM-N. Esto es, todo el trfico agregado

puede ser conectado internamente y pasado a puertos tributarios. En contraste, unmultiplexor de acceso parcial nicamente puede acceder y conectar a sus puertostributarios una porcin de su trafico agregado, siendo el resto de trfico conectadodirectamente a travs del multiplexor a la seal agregada.

Los multiplexores pueden ser actualizados. Esto tpicamente se refiere alremplazamiento de puertos agregados con puertos agregados que puedantransmitir a una velocidad mayor. Por ejemplo, un multiplexor STM-1 puederemplazar su tarjeta agregado por una tarjeta STM-4. La velocidad de la seal

agregada del multiplexor se incrementar a STM-4, pero slo una porcin deltrafico agregado podr ser conectado a los puertos tributarios de dicho multiplexor.En este caso, el multiplexor se convertira en un equipo de acceso parcial.

La capacidad de actualizar los multiplexores a agregados de mayor capacidadpermite a los operadores de red actualizar sus enlaces a mayores velocidades amedida que la capacidad de trfico demandado se incrementa. La flexibilidad es, detodos modos, parcial, ya que nicamente una porcin de trfico agregado puede seraccedido por el multiplexor. Las conexiones de trfico entre agregados y tributariosest limitada y hace ms difcil acomodar los cambios de patrones de trfico.

Algunos cross-conectores estn diseados para que la capacidad de cross-conexinefectiva incremente, es decir que las conexiones son incrementadas al seractualizada la velocidad de transmisin del agregado.

Cross-Conectores Dedicados: Tal y como describimos anteriormente, lacross-conectividad de los ADMs permite que la funcin de cross-conexin seadistribuida a lo largo de red, pero tambin es posible tener un nico equipo

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cross-conector. Los cross-conectores digitales (DXC) son los ms complejos ycostosos equipamientos SDH.

No es la inclusin de bloques con funciones de cross-conexin lo que distingue alos DXCs de los ADMs, pero la presencia de supervisin de las conexiones en mayor

o menor orden si que lo hace. Esto es, la caracterstica distintiva de un DXC es sucapacidad de proporcionar supervisin de las conexiones.

Todos los DXC proporcionan funcionalidad de cross-conexin y sera inusualimplementar un DXC sin cross-conexin completa entre todas las entradas ysalidas. Los DXCs tambin incorporan esas funciones de multiplexin y terminacinde lnea, las cuales son esenciales como interfaz entre la matriz de cross-conexin yel resto de la red.

Hay dos tipos de cross-conectores SDH dedicados, generalmente conocidos como4/1 DXCs y 4/4 DXCs.

4/1 DXCs puede normalmente aceptar combinaciones de entradas de 2, 155 y 622Mbps y cross-conectar VC-12s, incluso algunos podrn tambin cross-conectar

VC-2s, VC-3s, y VC-4s. Estos mdulos de equipamiento ms complejos sonconocidos como 4/3/1 DXCs. 4/1 DXCs son, de todos modos, instalados en lospuntos de red donde:

Sea necesaria una reorganizacin de la ruta principal y de circuitos, como porejemplo entre el ncleo de la red y redes regionales.

Sea necesaria supervisin de las conexiones, como por ejemplo, en la pasarela conotra red.

Los cross-conectores 4/1 extrae contenedores virtuales de una variedad de enlacesSDH (principalmente STM-1, STM-4 y STM-16) y los reenruta.

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4/4 DXCs son normalmente diseados para aceptar entradas de 140, 155, o 622Mbps y estn optimizados para conmutar nicamente VC-4s. Los cross-conectores4/4 son componentes de ncleo de red y proporcionan capacidades tales comogestin de ruta de alto nivel y restauracin de red.

Tres factores limitan la capacidad de trfico de un DXC: el nmero y tamao de lospuertos tributarios y el tamao del ncleo interno de conmutacin. En la prctica, lacapacidad del puerto tiende a ser exhaustivo ante la capacidad de conmutacin delncleo, y es la principal razn para la actualizacin del cross-conector.

La flexibilidad de losDXCs

significa que pueden implementarse en cualquierconfiguracin. La provisin de supervisin, de todos modos, convierte al DXC en uncomplejo y caro elemento de red y la inclusin de protocolos de auto-curado deanillo incrementan la complejidad. Esto es, que para construir anillosauto-recuperables es ms usual emplear ADMs donde aadir protocolos de anillo esmenos complejo al no estar presente funciones de supervisin de conexiones.

Regeneradores y Repetidores: Los elementos de red tambin pueden serconfigurados para extender la longitud de los tramos entre nodos , y por tantorealicen funciones de intercambio de trfico.

Las seales que viajan a lo largo de un enlace de transmisin acumulan degradaciny ruido. Los multiplexores configurados como regeneradores convierten la sealptica en elctrica, la cual es regenerada ("limpiada"). La seal regenerada es

convertida de nuevo a seal ptica agregada y transmitida.

Por ejemplo, un enlace troncal STM-16 entre dos ciudades donde los ADMs estnsituados en ambos puntos, pero el tramo intermedio es demasiado largo y la sealpuede estar degradada hasta el punto que el ADM receptor no pueda llegar areconstruir la seal transmitida. Un ADM configurado como regenerador se

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introducir en una localizacin intermedia entre las dos ciudades para reconstruir laseal y eliminar as la posible introduccin de errores.

Los amplificadores pticos son otra opcin para extender el alcance de las sealespticas. Estos trabajan como repetidores, reimpulsando la seal. La seal no sufre

ninguna transformacin a elctrica.

De este modo, el tramo se ampla por potencia inyectada en la seal que no estlimpia de degradaciones ni ruido, as que dependiendo de la longitud del enlace, ytipo de fibra, puede que sea requerido un regenerador tambin.

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8. Esquemas de proteccin

La gran capacidad de los enlaces SDH hace que un simple fallo de enlace puedatener un impacto nocivo en los servicios proporcionados por la red si no se disponede una proteccin adecuada. Una red resistente que asegure el trfico que porta yque puede restaurarlo automticamente ante cualquier evento de fallo es de vitalimportancia. Los sistemas de transmisin SDH permiten desplegar esquemas deproteccin estndar.

Terminologa Bsica:

Subred: Una nica red puede ser vista como la interconexin de mltiples subredes.Un anillo es un simple ejemplo de subred. Estas subredes pueden estar organizadasen diferentes reas geogrficas o a travs de diferentes operadores.

Supervivencia: Una red puede ser descrita como superviviente si no hay un puntosingular de fallo entre dos nodos. La provisin de una ruta principal y otraalternativa entre dos nodos finales de la red significa que la red es superviviente enpresencia de un punto de fallo nico.

Disponibilidad: Es la medida de la proporcin de tiempo que la red est disponible

para proporcionar servicios al cliente final. Indica con que frecuencia o consistenciala red puede proporcionar funciones de transporte en los cuales el servicio requeridoes perfectamente empleable por el cliente final. Como esto es importante para elcliente, este factor contribuir a la definicin de nivel de servicio garantizado (SLA).El SLA es tpicamente medido como un porcentaje de tiempo de una conexin enfuncionamiento. Esto da cuenta de la supervivencia de una red, de la tasa de fallosde sus componentes y de los tiempos de reparacin. Este trmino refleja la calidadde servicio promedio que un cliente final puede esperar de un operador.

Para conseguir esta disponibilidad podemos tomar alguno de los siguientes caminos:

- Proteccin de equipamiento: La disponibilidad del equipamiento puede serimplementada mediante aplicacin de protecciones locales en el propio elemento de

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red. Por ejemplo, las alimentaciones, sistemas de reloj, o unidades tributariaspueden ser duplicadas. Una tarjeta en fallo ser reemplazada por su proteccinautomticamente donde este esquema de proteccin est presente.

- Resistencia de red: Para incrementar la supervivencia de la red y por tanto la

disponibilidad, los enlaces de red pueden ser protegidos. Procedimientos sonaplicados para asegurar que el fallo de un enlace de transporte sea reemplazado porotro enlace en produccin y que hay un camino alternativo ante la existencia de unfallo total de un nodo. Hay dos tipos de mecanismos utilizados para asegurar queel servicio pueda ser recuperado de esta manera:

- Restauracin: Esto es un proceso lento automtico o manual la cual empleacapacidad extra libre entre nodos finales para recuperar trfico despus de laprdida de servicio. Al detectarse el fallo, el trfico es reenrutado por un camino

alternativo. El camino alternativo se encuentra de acuerdo con algoritmospredefinidos y generalmente emplea cross-conexiones digitales. Este procesopuede tomar algunos minutos.

- Proteccin: En contraste, la proteccin abarca mecanismos automticos conelementos de red, los cuales aseguran que los fallos sean detectados ycompensados antes de que ocurra una prdida de servicios. La proteccin hace usode capacidad pre-asignada entre nodos y es preferible a la restauracin porque lacapacidad de reserva siempre estar disponible pudiendo ser accesible mucho msrpido.

Causas de Fallo: Las fuentes fsicas de fallo en redes de transmisiones SDH puedenser clasificadas en las siguientes categoras:

- Fibras y cables: La principal causa de fallo de fibras y cables es el dao causadopor agentes externos como los trabajos de ingeniera civil y los efectos del entornocomo rayos o terremotos.

- Equipamiento puede fallar debido a efectos del envejecimiento, forzado de

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componentes o la aparicin de humedad. Rigurosos test son, de todos modos,realizados normalmente para eliminar fallos en la juventud de los equipamientos.

- Fallos de alimentacin apagan el nodo cuando aparecen y que estn fuera delcontrol del operador. Los sistemas principales son provistos de reservas mediante

sistemas de alimentacin secundarios, pero los efectos transitorios en la sealpueden ocurrir mientras se conmuta al sistema de back-up.

- Mantenimientos: Mantenimientos no programados y errores realizados durante elmantenimiento pueden afectar a la disponibilidad del servicio.

- Desastres causados por la accin del entorno o humana, generalmente de granalcance y con severos efectos, tales como la destruccin de componentesprincipales de la red.

Proteccin de Equipamiento:

Los objetivos de calidad son establecidos para los elementos en una red SDH y estoafecta a la medida de disponibilidad de la red. Para alcanzar los requerimientos dedisponibilidad es necesario en ocasiones duplicar mdulos en los elementos de red.

Cada componente de los elementos de red tiene asociado una tasa de fallo con l.Esto es usado junto con la informacin contemplada de interaccin de componentespara calcular la tasa de fallos para tarjetas de circuitos. De manera similar las tasasde fallos de las tarjetas y la informacin de interaccin son usadas para calcular latasa de fallo de los elementos de red. Tomando en cuenta los tiempos de reparaciny los fallos de software, se calcula una medida general de disponibilidad para los

elementos de red.

La disponibilidad puede ser mejorada provisionando un componente en stand-byque emplear en caso de fallo. Esta proteccin local es comnmente aplicada enalgunas unidades como son las de alimentacin, generacin de reloj, matriz decross-conexin y tarjetas tributarias.

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As, una tarjeta tributaria puede ser provisionada en stand-by en un elemento dered. Ante un evento de fallo de la tarjeta tributaria que se encuentra trabajando, e ltrfico es automticamente conmutado a la tarjeta de reserva de modo que no hayauna interrupcin de servicio para el usuario final.

Fallos de tarjetas no son la nica razn para proteccin de tributarios. Las tarjetasde reserva tambin pueden ser usadas durante rutinas de mantenimiento. El trficopuede ser manualmente conmutado a la tarjeta de backup mientras la tarjetaprimaria sigue funcionando. Esto tambin posibilita que la tarjeta en servicio seaactualizada mientras el elemento de red est en servicio sin interrupcin de servicioal usuario final.

Hay diferentes esquemas estndar para protecciones de equipamiento. Por ejemplo,

si una tarjeta en stand-by se incluye por cada tarjeta en funcionamiento, estastarjetas tienen protecciones 1+1.

Es tambin comn provisionar una tarjeta de proteccin para diversas tarjetasoperativas. Ante un evento de fallo en alguna de las tarjetas en produccin, eltrfico es normalmente conmutado hacia la tarjeta de proteccin. A este sistema sele denomina proteccin 1:n.

Por ejemplo, en un multiplexor STM16, la proteccin 1:16 podra ser implementadaen tarjetas tributarias STM1. Diecisis tarjetas STM1 elctricas podran ser instaladasen el armario para soportar a los diecisis tributarios STM1. Una decimosptimatarjeta podra ser instalada como tarjeta en stand-by. Ante un evento de fallo enuna de las tarjetas STM1e, el trfico puede ser conmutado a la tarjeta en stand-byde proteccin.

La proteccin de equipamiento incrementa la disponibilidad de los elementos de redindividuales pero no protege el sistema contra prdidas de elementos de redenteros. Para asegurarse que el trfico puede ser reenrutado si un elemento de redes perdido, los esquemas de proteccin han de implementarse para incrementar lasupervivencia de la red. La resistencia de la red frente a la proteccin local deequipamiento es requerida para proteger contra fallos de un nodo o prdida de unenlace.

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Restauracin:

La restauracin concierne a la disponibilidad de rutas de servicio extremo a extremo.Trabaja a travs de la red entera y reenruta trfico para mantener el servicio. Unporcentaje de la capacidad de la red es asignado para la restauracin. Despus de ladeteccin de una prdida de seal, el trfico es reenrutado a travs de la capacidadde repuesto. Los algoritmos de reenrutamiento son programados en el software delos elementos de red. El camino alternativo puede ser buscado descartando trficode menor prioridad o usando capacidad extra entre nodos.

En contraste con los procedimientos de proteccin de equipos, la capacidad usada

para restaurar necesita ser preasignada. En algunos esquemas de proteccin, unenlace es dedicado como enlace de proteccin para los enlaces en produccin. steno es el caso de la restauracin, donde la capacidad libre puede ser compartida.

As, esta estrategia ofrece gran flexibilidad, presentndose un considerable nmerode opciones de reenrutamiento, por lo que los algoritmos son relativamentecomplejos. El tiempo de procesamiento necesario para encontrar una ruta de trficoalternativo se presenta como una dificultad para la rpida restauracin del trficoafectado. Tambin se ha de tener en cuenta que la restauracin es iniciada

nicamente tras la deteccin de prdida de seal por parte del sistema de gestinde red, no cuando el fallo ocurre. Esto lleva a que los tiempos de restauracin seanrelativamente lentos, del orden de segundos o minutos hasta horas. Este proceso serelata a continuacin:

Se detectan alarmas de la red por medio del sistema de gestinSe analizan las alarmas para determinar su causa.Conexin de la subred alternativa para restaurar el camino

Camino implementado por cambio de conexiones.Camino validado.

En una red protegida, los elementos detectan un fallo tan pronto como ocurre ytoma acciones correctivas de acuerdo con los procedimientos predefinidos, sininstrucciones del sistema de gestin de red. Restauracin es un proceso lento yhace que la disrupcin de servicio experimentada por el cliente final sea grande. Por

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el contrario, en un esquema de proteccin automtica como es la Proteccin de laSeccin de multiplexacin (MSP) o MS-SPRing, el trfico es reenrutado en menos de50 ms, as que el cliente final no detecta disrupcin de servicios.

La restauracin no ha sido estandarizada an. Los diferentes productos que han sidodesarrollados presentan las especificaciones internas de varios operadores.

Proteccin de Red:

Los procedimientos de proteccin de red son empleados para auto-recuperarse defallos de red del estilo de un fallo de enlace o elemento de red. Lo queefectivamente ocurre es que un elemento de red detectar un fallo o una prdida detrfico e iniciar acciones correctivas sin involucrar al sistema de gestin de red.

Hay muchos mecanismos de proteccin definidos por los organismos deestandarizacin. Estos esquemas pueden ser subdivididos en aquellos que protegenla capa de seccin y en aquellos que protegen la capa de camino o subred:

- La proteccin de la capa de seccin involucra la conmutacin de todo el trfico deuna seccin a otra seccin de fibra alternativa.

- La proteccin de la capa de camino involucra la proteccin de un contenedorvirtual de un extremo a otro del camino en la subred. Ante un evento de fallo,nicamente el contenedor virtual en cuestin es conmutado a un camino alternativo.

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El tipo de esquema de proteccin empleado viene usualmente dictado por laarquitectura de red.

Proteccin Camino / Ruta VC Dedicada:

Este tipo de proteccin implica duplicar el trfico en forma de contenedoresvirtuales los cuales son introducidos en la red y transmitiendo esta sealsimultneamente en dos direcciones a travs de la red.

Un camino de proteccin dedicado porta el trfico en una direccin y el caminooperativo porta la seal a travs de otra ruta diferente. El elemento de red que recibelas seales compara la calidad de los dos caminos y la seal de mayor calidad esseleccionada. sta ser nombrada como la ruta activa. Ante un evento de fallo en laruta activa el extremo receptor conmutar al otro camino, a la ruta de proteccin.

Esto proteger a los mismos enlaces por s mismos, pero tambin proteger contrafallos de un nodo intermedio. Un ejemplo especial de este tipo de mecanismo es elanillo de camino de proteccin. Segn el trfico entra al anillo es transmitidosimultneamente en ambas direcciones en torno al anillo. La seleccin es hecha porel nodo de salida de la mejor de las dos conexiones.

El mecanismo puede ser aplicado a anillos y tambin circuitos punto a punto atravs de redes malladas o mixtas mediante muchos elementos de red y subredesintermedias.

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9. Esquemas de proteccin II

Proteccin de Conexin de Subred (SNCP):

SNCP es similar a camino de proteccin, pero en el cual, el camino de proteccindedicado involucra conmutacin en ambos extremos del camino, mientras que laconmutacin SNCP puede ser iniciada en un extremo de la ruta y llegar hasta unnodo intermedio. La red puede ser descompuesta con un nmero de subredesinterconectadas. Con cada proteccin de subred se proporciona un nivel de ruta y laconmutacin automtica de proteccin entre dos caminos es proporcionada en las

fronteras de subred.

La seleccin de la seal de mayor calidad se realiza, no nicamente por el elementode red en el extremo del camino, sino que tambin en nodos intermedios a la salidade cada subred que es atravesada por la ruta.

El contenedor virtual no termina en el nodo intermedio, en cambio compara lacalidad de la seal en los dos puertos entrantes y selecciona la seal de mejor

calidad.

Ante un evento de dos fallos simultneos, la conmutacin de proteccin debeocurrir en el nodo intermedio A para que el trfico alcance el extremo contrario. SNCPSNCP genera una alta disponibilidad para la conexin que el camino dedicadoporque SNCP permite a la red sobreponerse a dos fallos simultneos cosa que elcamino de proteccin no permite.

En principio, el camino de proteccin extremo a extremo parece tener muchoatractivo; una amplia proteccin en redes extremo a extremo es posible y las rutasindividuales pueden ser selectivamente protegidas. Aun as, es requerido uncomplejo control que asegure realmente diversas rutas.

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Una gran cantidad de capacidad es usada y es muy difcil de coordinar actividadesde mantenimientos programados a lo largo de la red. El camino de proteccin llegaa ser, de todos modos, cuando queda limitado al nivel de subred, es decir,SNCP.SNCP trabaja especialmente bien sobre anillos, porque se aseguran diversas rutas defibra.

La resistencia puede ser ofrecida a un nmero de capas incluyendo el caminoextremo a extremo (trazado), el nivel de subred y el nivel de seccin demultiplexin. Los mecanismos descritos anteriormente ofrecan proteccin a la rutaextremo a extremo y al nivel de subred. Esto involucra la proteccin decontenedores virtuales individuales a travs de una ruta punto a punto. Si existe unevento de fallo, nicamente el contenedor virtual en cuestin es conmutado a unaruta alternativa, as que la proteccin individual para un nico VC es posible. Porejemplo, un cliente puede requerir proteccin para una lnea alquilada, de modo queel camino de este circuito pueda ser protegido a travs de toda la red sin necesidadde proteger el resto de trfico que por ella transita.

Cabe destacar que ambos esquemas, proteccin de camino punto a punto y caminode subred pueden ser aplicados tanto para caminos de alto orden como de bajoorden (tanto para V C - 4 como para VC-12).

Los anteriores ejemplos describan una configuracin extremo simple 1+1. Esto

podra mencionarse que es posible una configuracin extremo doble 1:1,permitiendo a trfico de baja prioridad emplear las rutas de proteccin. Estamencin se ha recogido en la recomendacin ITU-T G.841 pero sin definicin formal.

Proteccin de Lnea de la Seccin de Multiplexacin:

Este procedimiento opera con una seccin de trafico ubicada entre dos nodosadyacentes. Entre estos dos nodos hay dos enlaces separados o dos diferentesfibras: la operativa y la de proteccin. Ante un evento de fallo del enlace, la sealentrante debe ser conmutada de la fibra activa a la de proteccin.

Hay dos tipos diferentes de proteccin de Seccin de multiplexacin (MSP):

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- Proteccin 1:1 es un esquema de doble extremo. El trfico es inicialmente enviadopor el enlace activo nicamente. Se detecta un fallo en el extremo contrario cuandono recibimos trfico por un periodo prolongado de tiempo. Una seal es enviada alextremo transmisor que dispara las conmutaciones de proteccin, enviando eltrfico hacia la lnea de back-up en ambos extremos. Esto significa que trfico de

baja prioridad puede ser portado por el canal de proteccin mientras el trfico viajepor el canal operativo. Este trfico se perder cuando se inicia un proceso deconmutacin de proteccin.

- Proteccin 1:n es similar al tratado 1:1 con la excepcin de que varios canalesoperativos pueden ser protegidos por un nico canal de back-up.

- Proteccin 1+1 MSP donde el trfico es inicialmente enviado tanto por la rutaactiva como por la ruta de proteccin. Si se detecta una prdida de trfico, en elextremo receptor se comienza un proceso de conmutacin hacia el camino deproteccin. No hay necesidad de enviar sealizacin hacia atrs, aunque de todosmodos, la seccin de standby no puede ser utilizada para otro trfico presentandounos altos requerimientos de capacidad de fibra.

MSP protegen trfico entre dos elementos de red adyacentes, pero nicamente elenlace entre esos dos nodos, no aportando proteccin ante un fallo total de unelemento de red. Otra limitacin es que requiere de diversos caminos fsicos parafibra activa y de proteccin. Si ambas fibras se encuentran en la misma conduccin ysta es daada, los dos caminos, el operativo y el de proteccin, se perderan.

Dos rutas alternativas deben ser dispuestas entre dos nodos adyacentes. Estasconsideraciones se han de tener en cuenta cuando desplegamos este tipo deesquema de proteccin.

La proteccin lineal de la seccin de multiplexacin es tpicamente usada para redeslineales malladas. Los diversos caminos fsicos son, sin embargo, requeridoshaciendo que la malla sea incrementalmente ms compleja a medida que crece. Antela escasez de fibra convertida en una situacin crtica muchos operadores han

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optado por el despliegue de anillos. Los anillos aseguran que entre cada par denodos hay un camino fsico diferente que puede ser usado como ruta de proteccin.

Anillos Auto-Recuperables:

Los procedimientos de proteccin de anillos auto-recuperables se estnconvirtiendo rpidamente en comunes, porque proporcionan diversos rutas deproteccin y por tanto, un uso eficiente de la fibra. Hay diferentes tipos deesquemas de anillos de proteccin. Estos pueden ser divididos en los que protegenla capa de seccin y los que protegen la capa de camino. A su vez, estos pueden sersubdivididos en esquemas Uni-direccionales y Bi-direccionales. Dos tipos demecanismos de anillos auto-recuperables sern considerados, puesto que son losms comnmente desplegados en el mercado ETSI:

- Anillos bidireccionales de proteccin de camino (anillos de proteccin dedicada oanillos de proteccin de caminos).

- Anillos bidireccionales de proteccin compartida (SPRings).

Los anillos de proteccin dedicada son un tipo de proteccin de camino dedicado,aplicado a un anillo. Al entrar el trfico al anillo por un nodo A es enviadosimultneamente por ambas direcciones en torno al anillo. Una direccin puede serconsiderada como camino de trabajo "w" y la otra direccin el camino de proteccin"p".

El nodo receptor seleccionara la seal de mayor calidad. Por ejemplo asumimos quela mejor calidad es la de la seal "w"; ante un evento de rotura de fibra ptica entreA y B en "w", B seleccionar el trfico del camino "p".

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Anillos de Proteccin Compartida de la Seccin de Multiplexacin:

Los anillos de proteccin compartida de la seccin de multiplexacin, comnmentellamados "MS-SPRing" son unos mecanismos de proteccin de anillo. A diferenciadel anillo de proteccin dedicado, el trfico es enviado solo por una ruta en torno alanillo. No existe un camino de proteccin dedicado por cada ruta en produccin, en

cambio esta reservada capacidad del anillo para protecciones y esta puede sercompartida para la proteccin de diversos circuitos en produccin. La conmutacinde proteccin es iniciada a nivel de seccin de modo similar a la proteccin linealpara de la seccin de multiplexacin; ante un evento de fallo, todo el trfico de laseccin es conmutado. Este mecanismo se puede llevar a cabo salvando unaimportante cantidad de capacidad frente al mecanismo de anillo de proteccindedicado, permitiendo al operador incrementar el nmero de circuitos activos en elanillo.

La ventaja en capacidad que se puede conseguir con MS-SPRing con respecto a unanillo con proteccin de ruta dedicada no es obvia hasta que no se analiza un

ejemplo simple con diferentes caminos de trfico sobre el anillo, como vamos apasar a presentar. Tomaremos como ejemplo un anillo con seis nodos con unacapacidad STM-16, equivalente a 16 STM-1. Considerando un patrn de trficouniforme en el cual el trfico entrante sale del anillo en el nodo adyacente.

Si todo el trfico existente y entrante a los nodos es posible que disponga de rutasactivas entre todos los nodos adyacentes, esto es, ocho STM-1s son usados paratrfico activo girando en torno a todo el anillo y en cada seccin otros ocho STM1estarn aun disponibles para la proteccin compartida para estas rutas de trabajo.

As, es posible tener rutas activas en cada una de las secciones (w1-w6) y queexistan ocho canales STM-1 para cada seccin, consiguiendo un total de 48 rutas(ocho canales por seis secciones) a establecer, comparados con los diecisis queobtenamos con el anillo de proteccin dedicada.

Este patrn de trfico no es tpico, pero si los clculos son realizados para un

patrn de trfico uniforme, el cual es tpico para circuitos entre grandes ciudades oredes de datos metropolitanas, entonces SPRings puede doblar la capacidad conrespecto a un anillo de proteccin dedicada.

SPRings puede tambin incrementar la capacidad en fibras mediante la reutilizacinde canales reservados para proteccin. En muchas redes hay demanda de servicios

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de trfico de gran ancho de banda de bajo coste donde el coste es prioritario sobrela disponibilidad como es por ejemplo el trfico IP. En un SPRing el ancho de bandaprotegido es establecido dinmicamente ante una rotura de fibra. Esto significa queno se usa permanentemente gran cantidad de ancho de banda innecesariamentepara proteccin y se encuentra disponible para algo de trfico aadido a la cargacompletamente protegida. Esto proporciona una sencilla manera de integrar SPRingscon esquemas de proteccin punto a punto donde la proteccin para el trfico delcamino protegido es portada en los canales de trfico extra compartiendo ancho debanda de proteccin entre la SPRing y la red de camino protegido.

De este modo protegiendo contra el fallo de un enlace, SPRings protege contra elfallo de algn nodo de la red, caso no posible con la proteccin MSP lineal.

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10. Esquemas de proteccin III

Comparacin entre Esquemas de Proteccin:

Como se puede apreciar en la tabla , los esquemas de proteccin varan significativamente en suscaractersticas. No hay un ptimo esquema de proteccin. La eleccin puede ser determinada por el

diseo de la red, por ejemplo, SPRings tiende a ser usado en una topologa de anillo mientras que larestauracin se emplea en redes malladas de alto nivel con gran cantidad de cross-conexiones.

EsquemadeProteccin

QuProtege?

Dndeaparece laProteccin?

Es unesquemaselectivoa nivelde VC?

Estandarizado? TopologaTiempoTpico deConmutacin

MS-SPRingTodo eltraficode laseccin

Cualquiernodo en elanillo

NO SI Anillo


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menor nivel. Una rotura de esta fibra tendra un impacto mucho mayor que una prdida de seal enuna fibra de bajo nivel. El backbone, por tanto, tiene justificado un esquema de proteccin completacomo el MS-SPRing o el 1+1 MSP.

Los patrones de trfico varan dependiendo del nivel de red en el que nos encontremos. En la capa debackbone el trfico es tpicamente uniforme, portndose entre ciudades grandes, redesmetropolitanas o redes de datos. En esta situacin, una SPRing puede proveer una ventaja de

capacidad sobre la ruta de proteccin. La reutilizacin de capacidad reservada para proteccin estambin una consideracin importante, como si fuera un trfico de anillo extra. En capas debackbone, la fibra puede ser escasa y es crtico hacer un ptimo uso del ancho de banda disponible.

En capas inferiores de la red, el trfico es tpicamente portado a un punto central que lo recolecta y lotransporta al siguiente nivel. Esto es conocido como trfico concentrado. En esta situacin lasventajas de SPRings no son grandes y la necesidad de proteger cada fibra no es crtica. Esquemas deproteccin de ruta selectiva como VC-Trail y proteccinSNCP son ms comunes en esta situacin.Por ejemplo, un cliente puede solicitar la proteccin de sus lneas de 2 Mbps, por lo que estoscaminos VC-12 han de ser selectivamente protegidos con rutas de proteccin.

sta ruta est protegida a nivel VC-12 a travs de toda la red. Si esta ruta estuviera solamenteprotegida a nivel de circuito de alto nivel, es decir, a nivel de VC-4, por MSP o MS-SPRing y hubierauna ruptura en una fibra de bajo nivel, este VC-12 se perdera. Un circuito VC-4 completo, de estemodo, no se perdera, solo que el mecanismo de proteccin a nivel de VC-4 no detectara el fallo. Unoperador, por tanto, no debe considerar nicamente como trabaja su esquema de proteccin, sinocomo se interconexiona con los adyacentes.

Un despliegue efectivo de subredes es interconectando subredes protegidas SNCP y subredesprotegidas MS-SPRings. Por ejemplo, una subred MS-SPRings es ideal para el ncleo de la red,pudiendo ser conectada con redes locales o regionales donde la proteccin de camino de subredestuviera usndose para aplicar proteccin selectiva al trfico.

Interconexin de Esquemas de Proteccin:

A medida que el tamao y la demanda de trfico de una red se incrementa, tambin lo hace sucomplejidad. Un anillo simple o una conexin en cadena raramente sern implementados. Las redesse constituyen a base de un nmero de subredes y cada una puede tener su propio esquema deproteccin. Con la gran cantidad de operadores existentes, la interconexin de redes entre diferentesoperadores se convierte en una difcil cuestin. Estos factores junto con el objetivo de una mayorresistencia de la red, significan que el hecho de la interconexin de varias subredes individualmenteprotegidas es de gran importancia.

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La interconexin de protecciones es donde un esquema de proteccin trabaja cobre una nicaconexin a lo largo de la red. Un simple esquema de proteccin puede no proporcionar la actuacinadecuada, y por tanto, puede ser mejor implementar una proteccin basada en subredes, peroentonces, la interconexin de estos esquemas ha de ser considerada.

Directivas para Interconexin de Esquemas de Proteccin:

- Maximizar la disponibilidad de trfico: Disponibilidad fue definida previamente como laprobabilidad de que una conexin extremo a extremo est funcionando. En una red de variassubredes interconectadas se podra asegurar que la red podra sobrevivir a no solamente fallos en una

nica red, sino tambin a fallos concurrentes, es decir, en diferentes subredes interconectadas. Otraconsideracin es el enlace o enlaces donde estas subredes estn interconectadas. ste debe ser tanrobusto como cualquier otro punto de dichas subredes.

- Mantener independencia de protecciones: Las fronteras entre subredes pueden representarfronteras administrativas o de mantenimiento. Es deseable que un fallo en una subred no influya en laconmutacin de proteccin en una subred interconectada. Por ejemplo, un trabajo de mantenimientoen una subred no debera efectuar conmutacin en una subred interconectada, particularmente siest gestionada por otro operador.

- Subredes interconectadas protegidas a diferentes niveles: Un operador puede adoptar unaaproximacin multicapa mediante la cual haya separado las capas de backbone, trfico regional ytrfico local, cada uno de los cuales consistir en una subred diferente. La administracin en cadacapa puede diferir, por ejemplo el trfico en un circuito administrado a nivel de VC-4, y en el nivelregional administrado en forma de VC-12. La interconexin de trfico y los esquemas de proteccinde interredes ha de ser considerado.

- Redes interconectadas usando diferentes esquemas de proteccin: Un camino extremo aextremo probablemente transitar por varias subredes y en cada una puede tener un esquema deproteccin diferente. Para asegurar que este circuito extremo a extremo est protegido estosesquemas deben trabajar conjuntamente. Esto es particularmente importante en pases donde hayvarios operadores y los circuitos cruzan fronteras entre operadores.

Tipos de Protecciones Interconectivas:

Cuando una simple conexin extremo a extremo pasa a travs de diferentes redes interconectadas,

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hay dos tipos de esquemas de proteccin conjunta que pueden operar: concatenacin (encadenado) oanidamiento.

Concatenacin: La conexin extremo a extremo es protegida mediante el encadenado de variassubredes protegidas independientemente, esto es conectando las subredes en series. En cada subred,un mecanismo de proteccin diferente puede operar en la conexin. Esto es ms fcil de comprendery gestionar que el anidamiento donde la proteccin es modular. Los mecanismos de conmutacin no

interactan y su gestin es simple.

Anidamiento : En este tipo de dominio de protecciones, se producen las superposiciones deesquemas, de modo que dos mecanismos actuarn simultneamente en una nica porcin de laconexin.

Tipos de Interconexin:

Hay diferentes modos de interconectar subredes. Consideremos un esquema concatenado. Lainterconexin de nodo dual indica que dos nodos en cada subred estn conectados. Dos caminosestn establecidos entre cada dos subredes y por tanto una conexin punto a punto es protegidacontra fallos en una de las subredes. Un nodo interconectado es protegido contra un simple fallo enun nodo o la prdida de uno de los enlaces interconectados. El esquema de interconexin de unsimple nodo introduce un punto singular de fallo en la red. Si el enlace interconectado falla o uno delos nodos interconectados falla el trfico se perder. Incluso si se emplea 1+1 MSP en el enlace deinterconexin, los dos nodos podran ser puntos singulares de fallo.

Dentro de la interconexin dual tenemos dos modalidades:

- Anillo virtual: Los caminos operativos y de proteccin son fsicamente diferentes. Pueden estar dosnodos interconectados en cada subred o la interconexin de nodos puede ser compartida a travs desubredes. Este mecanismo es tan robusto como una subred simple, porque hay dos caminos entre lassubredes y no un punto singular de fallo, Si hubiera fallos en subredes en cada lado de lainterconexin, no obstante, el trfico podra perderse.

Extraccin y continuidad (Nodos igualados): sta es una forma ms robusta de interconexin dual.El trfico del primer nodo A es pasado a la segunda subred va nodo B, pero tambin contina a C y espasada a D, por lo que dos copias del trafico son pasadas a la segunda subred. Ante un evento defallo concurrente en cada una de las subredes, el trfico no se pierde.

Este ltimo mtodo es tambin deseable porque la independencia entre subredes se mantiene, lo cualno es el caso de los anillos virtuales. En subredes donde las fronteras representen fronterasadministrativas entre regiones o diferentes operadores de red, esta interconexin previene fallos yante trabajos planeados en una subred la proteccin afectada es conmutada en la subred vecina.

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Extraccin y continuidad es un esquema de interconexin dual que puede ser usado para lassiguientes combinaciones de subredes:

- Subred SNCP con subred SNCP.- MS-SPRing con MS-SPRing- MS-SPRing con subred SNCP.

- MS-SPRing con Anillo de proteccin dedicada MS- Anillo de proteccin dedicada MS con subred SNCP.

De estas combinaciones, las dos ltimas no estn recogidas en los marcos de directrices ETSI.


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