Jerarquia Digital Plesiòcrona

De Viquipèdia

La Jerarquia Digital Plesiòcrona, coneguda com PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), és una tecnologia utilitzada a les telecomunicacions, tradicionalment en telefonia, que permet enviar dades sobre un mateix medi (ja sigui cable coaxial, ràdio o microones) utilitzant tècniques de multiplexació per divisió de temps i equips digitals de transmissió.

Actualment, molts equips basats en la jerarquia PDH estan sent reemplaçats per els de la Jerarquia Digital Síncrona, coneguda també com SDH, degut a les majors capacitats de transmissió i a les seves millors condicions per a la operació i manteniment centralitzat.

Taula de continguts

1 Introducció
2 Evolució de la Jerarquia Digital Plesiòcrona
3 Jerarquies europees, americanes i japoneses
4 Jerarquia Europea
5 Jerarquia Americana i Japonesa
6 Limitacions de PDH
7 Enllaços externs

[edita] Introducció

El terme plesiòcron prové del grec antic plesio, que significa a prop, i chronos, temps. Es refereixen al fet de que a les xarxes PDH no existeix un únic senyal comú de sincronisme sobre el qual es regeix tots els elements de la xarxa, si no que les diferents parts de la xarxa estan casi, encara que no perfectament, sincronitzades.

La jerarquia PDH utilitza tècniques de multiplexació per temps TDMA (Time Division Multiple Acces) i permet la transmissió de corrents de dades entre dos punts que nominalment ho fan a la mateixa velocitat, però permetent petites variacions sobre el seu valor nominal. Així, aquesta jerarquia permet que dos rellotges que treballen a la mateixa velocitat, però que no tenen cap enllaç de sincronisme entre ells, puguin treballar conjuntament.

Aquest patró jeràrquic es va desenvolupar amb l'objectiu de reduir el cost dels sistemes de transmissió. Es va veure la necessitat de multiplexar varies senyals primàries per a obtenir una senyal de velocitat superior. Es va fer servir una tècnica d'entrellaçat de bit, en lloc d'entrellaçat de byte, i un funcionament plesiòcron per donar lloc a el que es va denominar Jerarquia Digital Plesiòcrona (PDH).

[edita] Evolució de la Jerarquia Digital Plesiòcrona

Any d'aparició dels diferents nivells de multiplexació de la Jerarquia Digital Plesiòcrona europea:

Any	Velocitat
1966	2,048 Mbits/s
1970	8,448 Mbits/s
1973	34,368 Mbits/s
1980	139,264 Mbits/s
1985	565 Mbits/s

La seqüència històrica demostra el creixement exponencial de la tecnologia en quant a la velocitat de treball.

[edita] Jerarquies europees, americanes i japoneses

Existeixen tres jerarquies PDH: l'europea, l'americana i la japonesa. Totes tres es basen en la transmissió de canals de 64 Kbits/s. A cada nivell de multiplexació es van augmentant el número de canals sobre el medi físic. Es per això que les trames de diferents nivells tenen estructures i duracions diferents. A més de canals d'informació, a cada trama viatja informació de control que s'afegeix a cada nivell de multiplexació (OverHead), per la qual cosa el número de canals transportats en nivells superiors es múltiple del transportat en nivells inferiors, però no passa el mateix amb el règim binari.

En la taula que segueix es mostren els diferents nivells de multiplexació PDH utilitzats a Amèrica del Nord (Estats Units i Canadà), Europa i Japó.

Amèrica del Nord			Europa			Japó
Denominació	Circuits	Mbits/s	Denominació	Circuits	Mbits/s	Denominació	Circuits	Mbits/s
T1	24	1,544	E1	30	2,048	J1	24	1,544
T2	96	6,312	E2	120	8,448	J2	96	6,312
T3	672	44,736	E3	480	34,368	J3	480	32,064
T4	2016	274,176	E4	1920	139,264	J4	1440	97,728

[edita] Jerarquia Europea

Aquesta jerarquia es basa en l'estàndard ITU-T G.711 amb quantificació llei A, encara que, formalment, no es troba inclòs en dita jerarquia.

ITU-T G.711 quantificació llei A:

Estàndard de la ITU-T per a la transmissió, fonamentalment, de senyals de veu, que especifica una quantificació de 8 bits per mostra, i un ample de banda màxim de la senyal d'àudio de 4 Khz (suficient per a telefonia), per tal de generar com a resultat una senyal de freqüència de 8 Khz, segons el càlcul:

                                 (8 bits / mostra) * (8000 mostres / segon) = 64 Kbit/s

L'algoritme llei A és un sistema de quantificació logarítmica de senyals d'àudio que basa el seu funcionament en un procés de compressió i expansió anomenat companding. S'aplica una compressió/expansió de les amplituds i posteriorment una quantificació uniforme. Les amplituds de les senyals d'àudio petites s'expandeixen i les amplituds més elevades es comprimeixen.

E1 (ITU-T G.732):

És la base adoptada pel model Europeu de la Jerarquia Digital Plesiòcrona. Va aparèixer sobre l'any 1966. Un E1 és un flux de 2,048 Mbits/s que es pot fer servir per a transmetre trenta canals de veu simultàniament (segons la norma G.711 quantificació llei A) o íntegrament per a usos no vocals, com la transmissió de dades. Concretament, s'agrupen trenta dos canals d'informació de 64 Kbit/s multiplexats a nivell de paraules de vuit bits:

Dos canals s'utilitzen per a sincronisme i senyalització de canal.
Trenta canals per a veu o dades.

                                      (32 canals) * (64 Kbits/s) = 2,048 Mbits/s

La velocitat del flux de dades de l'E1 la controla el rellotge de l'equip que la genera. A aquesta velocitat es permet una tolerància a la vora de ±50 ppm. Això significa que dos fluxos diferents E1 poden estar (i probablement ho estan) funcionant a velocitats lleugerament diferents un de l'altre. La trama té una llargada de 256 bits i una durada de 125 μs.

E2 (ITU-T G.742):

Un flux de 8,448 Mbits/s E2 combina quatre fluxos E1 en un equip multiplexor. La senyal resultant pot tenir una tolerància de ±30 ppm. La trama té una llargada de 848 bits (sumant la informació de cada E1, els bits d'alineació de trama, els de control d'alineació de trama i els de possible justificació de trama), es divideix en quatre blocs de 212 bits i te una durada de 100,379 μs. La multiplexació és a nivell de bit, prenent un bit del primer flux, seguit per un bit del segon flux, després un altre del tercer i finalment un del quart.

El multiplexor introdueix bits addicionals a cada bloc per a permetre al demultiplexor de l'altre extrem descodificar cada flux E1 i així reconstruir correctament els senyals originals:

Bits de justificació: Són bits que serveixen per a compensar les petites variacions de velocitat que es poden donar entre els diferents fluxos de 2,048 Mbits/s E1.El multiplexor assumeix que els quatre fluxos 2,048 Mbits/s E1 treballen a la màxima velocitat permesa. Això significa que, en el cas de que no sigui així, en algun moment el multiplexor buscarà el pròxim bit, però aquest no haurà arribat, per ser la velocitat del flux inferior a la velocitat màxima permesa. En aquest cas, el multiplexor senyalitzarà al demultiplexor, mitjançant els bits de justificació, que falta un bit. Això permet al demultiplexor ignorar aquest bit i poder reconstruir correctament els fluxos originals 2,048 Mbits/s E1. D'aquesta forma, s'assignen mes bits de justificació als tributaris mes lents que als tributaris mes ràpids.

Paraula d'alineació de trama: Combinació fixe d'uns i zeros que es transmet cada cop que es completa el procés de transmissió dels trenta dos canals dels quatre fluxos de 2,048 Mbits/s E1.

E3 (ITU-T G.751):

Per procediments similars s'arriba al nivell tercer (E3), constituït per quatre fluxos 8,448 Mbits/s E2 amb una velocitat final de 34,368 Mbits/s. La informació dels tributaris E2, entrellaçada a nivell de bit, es divideix en quatre blocs. La longitud de la trama total es de 1536 bits (sumant els bits de cada E2, els d'alineació de trama, els de control d'alineació de trama i els de possible justificació de trama) amb una durada de 44,692 μs. El senyal resultant pot tenir una tolerància de ±20 ppm.

E4 (ITU-T G.751):

També per procediments similars s'arriba al quart nivell (E4), format per quatre fluxos 34,368 Mbits/s E3 i una velocitat de 139,264 Mbits/s. Aquest nivell presenta una longitud de trama de 2928 bits (sumant els bits de cada E3, els d'alineació de trama, els de control d'alineació de trama i els de possible justificació de trama) amb una durada de 21,032 μs. La informació dels tributaris es divideix en sis blocs dintre de l'E4. Finalment la senyal te una tolerància resultant de ±15 ppm.

A partir d'aquest nivell de multiplexació no existeixen patrons normalitzats pels organismes especialitzats UIT i CEPT. Els fluxos generats pels equips d'un fabricant poden ser, i generalment ho seran, incompatibles amb els d'altres. Per tant, la multiplexació de quatre fluxos 139,264 Mbits/s E3 per a crear un de 565 Mbits obligarà a que els terminals estiguin constituïts pel mateix fabricant.

[edita] Jerarquia Americana i Japonesa

Aquestes dues jerarquies comparteixen els dos primers nivells de multiplexació i ambdós es basen en la codificació G.711 segons la quantificació llei Mu per a la transmissió de senyals de veu.

ITU-T G.711 quantificació llei Mu:

                                 (8 bits / mostra) * (8000 mostres / segon) = 64 Kbit/s

L'algoritme llei Mu es un sistema de quantificació logarítmica de senyals d'àudio. L'algoritme explota el factor de que els nivells alts d'amplitud no necessiten tanta resolució com els baixos. Per tant, si donem més nivells de quantificació a les baixes amplituds i menys a les altes aconseguirem més resolució, un error de quantificació inferior i per tant una relació SNR superior que si utilitzéssim directament una quantificació uniforme per a tots els nivells de la senyal.

T1 i J1 (ITU-T G.733):

És el model base adoptat pel model Americà i Japonès. Un flux de 1,544 Mbits/s es pot utilitzar per a transmetre vint-i-quatre canals de veu, segons l'estàndard G.711 llei Mu, o únicament dades.

La trama T1 o J1 consisteix en vint-i-quatre intervals de temps de vuit bits i un bit per trama per alineació de trama i multitrama. Així tindrem una trama de 193 bits, amb una durada de 125 μs. Una multitrama ocupa dotze trames i les paraules d'alineació es transmeten entrellaçades.

                 [(8 bits / mostra * 24 canals) + 1 bit/trama (sincro)] * (8000 mostres / segon)  = 1,544 Mbits/s

Aquest model sorgeix del fet de que la companyia Bell Labs (1960) va intentar mantenir la compatibilitat amb el sistema de vint-i-quatre canals amb multiplexació per freqüència FDMA (Frequency Division Multiple Access). L'origen dels vint-i-quatre canals FDMA sorgeix d'un experiment amb un tub al vuit amb un ample de banda de 96 Khz (equivalent a 24 canals de 4 Khz d'ample de banda).

T2 i J2 (ITU-T G.743):

Ordre superior a T1 o J1 que es composa de quatre fluxos de 1,544 Mbits/s T1 o J1 generant una senyal de 6.312 Kbits/s.

T3 (Jerarquia Americana) (ITU-T G.752):

Ordre superior a T2 o J2 que es composa de set fluxos de 6,312 Mbits/s T2 o J2 generant una senyal de 44,736 Mbits/s.

J3 (Jerarquia Japonesa) (ITU-T G.752):

Ordre superior a T2 o J2 que es composa de cinc fluxos de 6,312 Mbits/s T2 o J2 generant una senyal de 32,064 Mbits/s.

T4 (Jerarquia Americana):

Ordre superior a T3 que es composa de sis fluxos de 44,736 Mbits/s T3 generant una senyal de 274,176 Mbits/s. És un ordre que no es troba normalitzat.

J4 (Jerarquia Japonesa) (ITU-T G.752):

Ordre superior que es composa de tres fluxos de 32,064 Mbits/s J3 generant una senyal de 97,728 Mbits/s.

[edita] Limitacions de PDH

El procés de justificació per una banda, i per un altre el fet de que la temporització vagui lligada a cada nivell jeràrquic, fan que a la pràctica sigui impossible identificar una senyal d'ordre inferior dins d'un flux d'ordre superior sense demultiplexar completament la senyal de línia. Per tant, no és possible extraure un tributari concret.

Les diferents jerarquies plesiòcrones existents, Americana, Europea i Japonesa, fan molt difícil la compatibilitat entre elles. L'escassa normalització ha conduit a que els codis de línia, la modulació o les funcions de supervisió, siguin específiques de cada subministrador, de forma que equips de diferents fabricants son incompatibles entre sí.

Les diferents trames disposen de molt poca capacitat addicional per a informació de gestió i monitorització de la qualitat.

No disposa de mecanismes eficaços per a la protecció de seccions de xarxa o de circuits concrets i no te la flexibilitat suficient per a realitzar reencaminaments en cas de fallida.

Al ser trames diferents hi haurà casos en els que per a poder unir dos enllaços que utilitzen diferent norma hagi que adaptar un al altre, en aquest cas sempre es convertirà la trama al utilitzat per la jerarquia europea.