OTN: a evolução das redes de transporte

Transcrição

Rodrigo Bernardo*, Tania Regina Tronco, Carmen Lúcia Avelar Lessa, Eduardo Mobilon
Este artigo apresenta uma breve revisão da evolução das redes de transporte desde a PDH até a OTN,
bem como os principais benefícios de sua utilização nos serviços de telecomunicações atuais e suas
principais características técnicas, como, por exemplo, taxas de transmissão, estrutura de multiplexação,
sinais de manutenção e monitoramento, métodos de mapeamento de clientes e códigos corretores de
erro.
Palavras-chave: Redes de transporte. Mapeamento de clientes. Redes ópticas. Estrutura de
multiplexação de tributários. Código corretor de erro.
Introdução
As primeiras redes de transporte eram
analógicas e utilizavam cabos coaxiais para
transmissão. Na década de 70, surgiram os
sistemas de transmissão digital utilizando a
técnica TDM (Time Division Multiplexing), os
quais proporcionaram uma melhoria na relação
sinal-ruído, aumentando de forma significativa as
distâncias de transmissão. A técnica TDM foi
concebida para o transporte de voz nas redes
PSTN (Public Switched Telephone Network),
utilizando a tecnologia PDH (Plesyochronous
Digital Hierarchy). A PDH é uma rede hierárquica
de vários níveis (ordens) na qual o sinal
agregado de cada ordem é formado pela junção
de quatro sinais, denominados tributários, da
ordem imediatamente inferior mediante o
entrelaçamento de bits; ou seja, um bit do feixe 1
é seguido por um bit do feixe 2, e assim por
diante. A Tabela 1 ilustra os níveis e as taxas da
PDH.
Tabela 1 Taxas da PDH
Ordem
Taxa
No de
Meio de
Nível da
nominal
canais transmissão
hierarquia
(kb/s)
1
E1
2.048
30
Cobre
2
E2
8.448
120
Cobre
2
E3
34.368
480
Fibra/Rádio
4
E4
139.264
1920
Fibra/Rádio
As
hierarquias
de
multiplexação
PDH
desenvolveram-se independentemente umas das
outras na América do Norte (padrão ANSI), no
Japão e na Europa (padrão ITU-T, utilizado no
Brasil). A principal dificuldade do sistema PDH é
que, a partir do segundo nível hierárquico E2,
como os canais são entrelaçados, há uma
dificuldade de inserção/derivação dos tributários
em trechos intermediários da rede. Com isso,
para inserir e/ou derivar canais tributários de um
sistema PDH, é necessário demultiplexar o feixe
agregado, o que torna esse padrão pouco flexível
e de alto custo. Além disso, a PDH apresenta
pouca capacidade de gerenciamento de rede e
falta de padronização, o que faz com que a
interconexão de sistemas de fornecedores
diferentes se torne cara e ineficiente.
Em decorrência desses problemas operacionais,
um sistema mais flexível, com maior capacidade
de gerenciamento e compatível com a tecnologia
PDH, foi padronizado pelo ITU-T na década de
1980. Esse sistema foi denominado hierarquia
digital síncrona (Synchronous Digital Hierarchy –
SDH) (TRONCO, 2006).
Os primeiros esforços de desenvolvimento dessa
nova hierarquia de transmissão foram feitos no
Bellcore (Bell Communications Research) por
meio
do
sistema
denominado
SONET
(Synchronous Optical Network). O primeiro nível
hierárquico do SONET foi padronizado à taxa de
51,84 Mb/s, ligeiramente superior à dos sistemas
PDH americanos de 45 Mb/s (terceiro nível) que
eram amplamente difundidos nos EUA. A seguir,
o ITU-T padronizou o SDH, inicialmente, à taxa
primária de 155 Mb/s e compatível com o
SONET a partir do terceiro nível (51 Mb/s x 3 =~
155 Mb/s). Na sequência, a interface de 51 Mb/s
também foi padronizada na SDH.
A hierarquia SDH pôde prover às redes de
transporte altas taxas de bits e a possibilidade de
gerenciamento de forma muito ampla e eficiente,
tornando-as altamente confiáveis. Além disso, os
equipamentos da SDH puderam ser integrados
aos sistemas de transmissão óptica, uma vez
que foram totalmente padronizados pelo ITU-T.
As taxas padronizadas do SONET/SDH são
ilustradas na Tabela 2.
*Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: [email protected].
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 7, n. 2, p. 75-86, jul./dez. 2011
Tabela 2 Taxas da SDH
Nível da SDH
Taxa nominal (Mb/s)
STM-0
51,84
STM-1
155,52
STM-4
622,08
STM-16
2.488,32
STM-64
9.953,28
STM-256
39.813,12
As interfaces da SDH foram projetadas
basicamente para transportar o tráfego telefônico
legado e, consequentemente, há muita
ineficiência para o transporte de dados nesse
sistema, tanto do ponto de vista de OPEX (custo
de operação) quanto de CAPEX (custo de
capitalização), conforme Tabela 3.
Tabela 3 Ineficiência da SDH para o transporte de
dados
Ethernet
Sinal
Taxa
nominal
Eficiência
de banda
10 Base T
(10 Mb/s)
STM-0
51,840 Mb/s
81,00%
100 Base T
(100 Mb/s)
STM-1
155,520 Mb/s
36,00%
Gigabit
(1 Gb/s)
STM-16
2,5 Gb/s
60,00%
Com o surgimento e a popularização das redes
de pacotes, em especial a Ethernet, os sistemas
SDH foram sendo adaptados para realizar o
transporte também desse tipo de tráfego.
Consequentemente, surgiram novos tipos de
equipamentos SDH, denominados SDH-NG
(Next Generation). Esses equipamentos incluem
diversos mecanismos para adaptação do tráfego
de dados, entre os quais se destacam:
a) VCAT
(Virtual
Concatenation):
funcionalidade que permite a agregação
de vários canais, a fim de compor um
canal de maior velocidade;
b) LCAS
(Link
Capacity
Adjustment
Scheme): método de aprovisionamento e
configuração dinâmica de canais TDM
para adequar as necessidades de banda
do usuário;
c) GFP (Generic Framing Procedure):
protocolo de adaptação de qualquer tipo
de tráfego de dados (Ethernet, IP, etc.)
para SDH.
Com o desenvolvimento e a maturidade das
tecnologias ópticas e o aumento significativo do
tráfego de dados, tornou-se essencial melhorar a
integração entre as redes de dados e as redes
ópticas. Essa integração já vinha ocorrendo no
Plano de controle, por meio do protocolo GMPLS
(Generic Multiprotocol Label Switching), utilizado
tanto nas redes de dados como nas redes
ópticas, e precisava ocorrer também no plano de
dados. Assim, na década de 90, iniciaram-se os
estudos de um novo padrão, denominado OTN
(Optical Transport Network), para maximizar a
eficiência dos sistemas de transmissão e
propiciar a sonhada integração IP/WDM.
A primeira versão do padrão OTN foi publicada
na década de 90 pelo ITU-T (G.709). Esse
padrão especificava um envelope digital para
76
encapsular diversos protocolos, como, por
exemplo, SDH, ATM e Ethernet, e transportá-los
na OTN. No entanto, com o crescente
desenvolvimento
da
tecnologia
Ethernet,
especialmente o desenvolvimento da tecnologia
de 40 e 100 Gigabit Ethernet (GbE), os estudos
em OTN foram reiniciados e uma nova versão da
norma G.709 foi aprovada em dezembro de 2009
(ITU-T, 2009). Nessa nova versão, são propostas
novas capacidades e o suporte para altas taxas
da Ethernet (JONES, 2010).
Uma das principais vantagens da utilização da
OTN é possibilitar o uso eficiente dos
comprimentos de onda dos sistemas WDM
(Wavelength Division Multiplexing), efetuando a
agregação de diversos tipos de tráfego, menores
que um comprimento de onda (sub-λs), em um
único comprimento de onda, de forma bastante
flexível
e
otimizada.
Antes
da
OTN,
equipamentos denominados muxponders eram
utilizados para efetuar essa agregação.
O problema é que a solução com muxponders é
restrita a um conjunto fixo de combinações de
tráfego sub-λs. Por exemplo, um muxponder de
100 G com duas entradas de 40 G e duas de
10 G pode prover a combinação de sinais de
40 GbE, STM-256, 10 GbE e STM-64.
No entanto, se a demanda da operadora for um
sinal de 40 GbE e 3 STM-64, será necessária a
utilização de dois equipamentos muxponders,
mesmo se o tráfego total for da ordem de 70 G,
resultando em uma utilização ineficiente dos
comprimentos
de
onda
e
na
adição
desnecessária de equipamentos à rede. Já a
OTN, por meio de sua hierarquia de
multiplexação (ver Seção 5), permitem uma
ampla gama de combinações e variações de
sub-λs, tornando a rede bastante flexível e
facilitando a integração com os sistemas WDM.
Além disso, os equipamentos da OTN possuem
internamente comutadores de tráfego de baixa
capacidade (sub-λ) e/ou de alta capacidade,
configurados dinamicamente, que possibilitam a
adição e a derivação de tráfego em qualquer
ponto da rede. Dessa forma, os recursos de rede
podem ser agregados dinamicamente, de forma
similar ao efetuado nas redes em malha SDH.
Rearranjos periódicos de tráfego podem prover
uma melhor utilização dos comprimentos de
onda.
Outra vantagem da OTN é que o número de
conversões
eletro-ópticas
é
menor,
se
comparado aos sistemas SDH. No SDH, é
necessária a adição de transponders nas saídas
dos
equipamentos
para
transladar
os
comprimentos de onda, uma vez que o SDH
trabalha com somente alguns comprimentos de
onda padronizados pelo ITU-T. Na OTN, o
conceito de canal óptico, com diversos
comprimentos de onda, já está embutido na
tecnologia.
Por fim, a OTN possibilita o transporte de
serviços de dados com granularidade bastante
fina, como, por exemplo, VLANs Ethernet, LSPs
(Label Switched Paths) e MPLS. Com isso, é
possível criar rotas fim a fim, que se originam na
rede de dados, passam pela rede óptica e
terminam na rede de dados, por meio de um
mecanismo similar ao GFP do SDH.
As principais características da OTN são
descritas nas Seções de 1 a 6. Na Seção 7, são
descritos alguns aspectos de tendências de
evolução desse padrão e, por fim, é apresentada
a conclusão do trabalho.
1
Hierarquia da OTN
A OTN é estruturada de forma hierárquica em
três camadas de rede: OCh (Optical Channel),
OMS (Optical Multiplex Section) e OTS (Optical
Transmission Section), conforme Figura 1.
Camada de rede
OCh
Camada de rede
OMS
Camada de rede
OTS
Figura 1 Associação em camadas da rede de
transporte óptico
A camada OCh fornece conectividade fim a fim
para os canais ópticos, para então transmitir, de
forma transparente, as informações do cliente
em vários formatos, como, por exemplo, STM-N,
PDH, Ethernet, etc. A camada OMS fornece
funcionalidade de rede de um sinal óptico de
múltiplos
comprimentos
de
onda
(cor),
assegurando a integridade dos diversos
comprimentos de onda das informações da
OMS. Já a camada OTS fornece funcionalidade
para transmissão de sinais ópticos em meios
ópticos de diferentes tipos (por exemplo, fibras
específicas). Dessa forma, diversos canais
podem ser mapeados dentro da OMS e, então,
transportados via camada OTS.
A Recomendação ITU-T G.709 define também
um conjunto de subcamadas na hierarquia OTN,
conforme Figura 2.
As subcamadas OPUk (Optical Payload Unit),
ODUk (Optical Data Unit) e OTUk (Optical
Transport Unit) – onde k = 1, 2, 3 e 4 indica a
taxa de operação, também identificado como
quadros – estão no domínio elétrico. As demais,
como a OCh, estão no domínio óptico.
O OPUk origina o ponto no qual o sinal do cliente
é encapsulado dentro de um sinal OTN e termina
onde o sinal do cliente é extraído; sendo assim, o
OPUk expande a OTN fim a fim.
O ODUk se origina e termina nos pontos onde o
OPUk se origina e termina, assim o ODUk
expande de uma extremidade à outra na OTN.
Um subconjunto de cabeçalho (overhead – OH)
ODUk destina-se a fornecer monitoramento e
suporte
operacional
entre
os
pontos
intermediários ao longo da conexão ODUk.
O OTUk é gerado e terminado em todos os
pontos por onde o sinal observa uma conversão
eletro-óptica ou optoelétrica. Com isso, o OTUk
OH se estende a todos os pontos de conversão.
O sinal OTUk é, então, convertido dentro de um
sinal óptico, chamado sinal do canal óptico
(OCh).
Conforme ilustrado na Figura 3, duas estruturas
OTM (Optical Transport Module) também são
definidas:
a) interface OTM com funcionalidade
completa, responsável pelo transporte de
cada sinal óptico em um determinado
comprimento de onda com uma faixa
adicional para um canal de supervisão
óptica; e
b) interface OTM com funcionalidade
reduzida, definida como processamento
3R (Regeneração, Reformatação e
Retemporização) em cada extremidade
da interface onde não existe canal de
supervisão óptica.
O sinal OPS (Optical Physical Section) está
presente na interface OTM com funcionalidade
reduzida. Dessa forma, o canal reduzido (OChr)
é transportado via camada OPS.
A Figura 2 mostra como a estrutura em camadas
da OTN é usada dentro de uma rede.
T
3R
A
OTS
OTS
OMS
OCh
OTU
3R
OTS
OMS
OCh
OTU
ODU
OPU
A
OTS
T
OTS
OMS
OCh
OTU
Sinal do Cliente
T = Ponto de acesso do cliente
A = Amplificador óptico
3R = Regeneração, Reformatação e Retemporização
Figura 2 Estrutura das camadas da OTN
Conforme ilustrado na Figura 2, o sistema é
composto por equipamentos, como, por exemplo,
amplificadores ópticos, terminais de linha ópticos
e regeneradores do tipo 3R. Esses equipamentos
interconectados proveem conexão entre as
camadas OTS, OMS, OCh, OTU, ODU, OPU e
cliente.
Em relação às subcamadas, para a criação do
OPUk, um cabeçalho é adicionado ao sinal do
cliente a ser transportado, conforme Figura 3.
77
Tabela 5 Taxas de transmissão dos quadros
ODUk
Cliente
OPUk
OH
ODUk
OH
OTUk
OH
Tipo
Taxa nominal (kb/s)
Tolerância
ODU0
1.244,16
+/-20 ppm
ODU1
(239/238) x 2.488,32
+/-20 ppm
ODU2
(239/237) x 9.953,28
+/-20 ppm
ODU3
(239/236) x 39.813,12
+/-20 ppm
ODU4
(239/227) x 99.532,80
+/-20 ppm
ODU2e
(239/237) x 10.312,50
+/-100 ppm
ODUflex
(239/238) x taxa do cliente
cliente
Informação
Informação
Informação
FEC
Figura 3 Hierarquia entre as camadas do quadro
OTN no domínio elétrico
Esse cabeçalho consiste em um identificador do
tipo da informação (payload) que está sendo
transportada na OPUk e em bits referentes ao
processo de mapeamento do sinal do cliente na
estrutura OTN, como, por exemplo, bits de
justificação para compensar diferenças entre
taxas de transmissão. A Seção 2 descreve em
detalhes os campos deste e dos demais
cabeçalhos. As taxas padronizadas para os
OPUs, de acordo com a G.709, estão indicadas
na Tabela 4, com a inclusão de algumas
variantes (ABOU-SHABAN, 2009; HUTCHEON,
2011):
a) quadro OPU2e, onde “e” significa
extended ou over-clocked, que opera
com a taxa base do padrão 10 GbE;
b) OPU0, que é utilizado para mapeamento
de quadros 1 GbE; e
c) ODUflex, que pode ser utilizado para
mapear outros tipos de cliente.
A seguir, mais bytes de OH e FEC (Forward Error
Correction) são adicionados ao ODU, criando a
estrutura denominada OTU, conforme Figura 3.
A implementação de FEC possibilita a detecção
e a correção de erros no enlace óptico, reduzindo
o número de regeneradores na rede e,
consequentemente,
seu
custo,
conforme
apresentado na Seção 6. O overhead da OTU
apresenta também o sinal de alinhamento de
quadro (Frame Alignment Signal – FAS), utilizado
para indicar o início dessa estrutura dentro de
uma estrutura maior.
A Tabela 6 apresenta as diferentes taxas e a
tolerância do quadro OTUk.
Tabela 6 Taxas de transmissão dos quadros OTUk
Tabela 4 Taxas de transmissão de payload OPUk
Tipo
Taxa nominal (kb/s)
Tolerância
OPU0
(238/239) x 1.244,16
+/-20 ppm
OPU1
2.488,32
+/-20 ppm
OPU2
(238/237) x 9.953,28
+/-20 ppm
OPU3
(238/236) x 39.813,12
+/-20 ppm
OPU4
(238/227) x 99.532,80
+/-20 ppm
OPU2e
(238/237) x 10.312,50
+/-100 ppm
OPUflex
taxa do cliente
cliente
Taxa nominal (kb/s)
Tolerância
OTU1
(255/238) x 2.488,32
+/-20 ppm
OTU2
(255/237) x 9.953,28
+/-20 ppm
OTU3
(255/236) x 39.813,12
+/-20 ppm
OTU4
(255/227) x 99.532,80
+/-20 ppm
Note que as variantes extended, 0 e flex foram
especificadas somente para as camadas OPUk e
ODUk. Para a subcamada OTUk, essas
extensões não são especificadas e, quando
utilizadas, são consideradas implementações
proprietárias sem garantia de interoperabilidade.
Associando um comprimento de onda (cor) ao
OTUk (quadro OTN), cria-se o canal óptico.
O OCh contém uma subcamada OPU, uma ODU
e uma OTU, conforme Figura 4.
Em seguida, adicionando outro OH ao OPU,
cria-se a estrutura denominada ODU, conforme
Figura 3. Por intermédio do OH da ODU, é
possível fazer o monitoramento da via (OPU) fim
a fim na rede, de modo similar ao monitoramento
de desempenho dos contêineres virtuais na SDH.
Também é possível monitorar erros de
transmissão, falhas, defeitos e erros de
configuração e fazer a comutação automática de
proteção em caso de falhas para cada ODU.
A Tabela 5 apresenta as taxas de transmissão
dos quadros ODUk.
78
Tipo
1
1
14
OTUk
2
3
ODUk
16 17
O
P
U
k
Bytes
3824
Informação
4080
FEC
4
Figura 4 Formato do quadro OTN
Após a criação do OCh, mais overheads são
adicionados para possibilitar o gerenciamento de
múltiplos comprimentos de onda na OTN. Esses
OHs são inseridos em um comprimento de onda
separado e utilizado para monitorar a rede óptica
(gerência), evitando o processamento elétrico
nos equipamentos do núcleo da rede; ou seja, o
quadro no domínio elétrico não precisa ser
desmontado para inserir/retirar os OHs. Então, o
núcleo da rede passa a ser totalmente óptico.
Dessa forma, são construídas a OMS (Optical
Multiplex Section) e a OTS (Optical Transmission
Section), conforme Figura 2.
Há também o conceito de alta ordem (High Order
– HO) e baixa ordem (Low Order – LO). No caso
de uma subcamada OPUk ou ODUk ser
mapeada em uma subcamada de ordem superior
(k+1), esta é denominada como de baixa ordem,
e a superior, se operar na taxa de transmissão
do quadro OTN, como de alta ordem. Portanto,
as subcamadas OPU0/ODU0, OPU/ODU2e e
OPU/ODUflex são consideradas de baixa ordem,
uma
vez
que
são
geralmente
mapeadas/multiplexadas em subcamadas de alta
ordem (T-PACK, 2010). Por exemplo, ao mapear
dois quadros ODU0 em um ODU1 com
transmissão em 2,5 Gb/s, a ODU0 será
considerada como de baixa ordem e a ODU1 de
alta ordem.
2
Detalhamento das funções e descrição
dos campos de cabeçalho
O cabeçalho OTUk é dividido em duas áreas:
dados de alinhamento e informações sobre
identificação/status do quadro, e é utilizado tanto
nos terminais de regeneração como nos de
terminação. Na Figura 5, é possível visualizar a
palavra de alinhamento, em (a), ocupando os
primeiros 6 bytes (OA1 e OA2 – Optical
Alignment), utilizada para alinhamento do quadro
no receptor, com o acréscimo do campo MFAS
(Multi-Frame Alignment Signal).
a)
1
2
3
4
5
6
OA1
OA1
OA1
OA2
OA2
OA2
11110110
b)
7
00101000
8
9
10
TTI
BIP8
(i)
MFAS
00000000
:
11111111
11
12
13
GCC0
um multiquadro.
Os campos TTI, BIP8, BEI/BIAE, BDI e IAE, em
(b), formam a seção de monitoramento (SM).
O TTI (Trail Trace Identifier) é especificado para
transportar mensagens de 64 bytes entre
terminais de regeneração e/ou terminação. Como
o multiquadro possui 256 frames e o campo TTI
possui 64 bytes, a mensagem é repetida 4 vezes
durante a transmissão do conjunto. A indexação
da mensagem do campo TTI é realizada pelo
valor do MFAS presente no quadro atual.
O conteúdo da mensagem inclui o endereço do
ponto de início (Source Access Point Identifier –
SAPI) e destino (Destination Access Point
Identifier – DAPI) da subcamada OTUk com
16 bytes cada, mais um campo de 32 bytes que a
operadora pode utilizar para informações
específicas.
No campo BIP8 (Bit-Interleaved Parity level 8), é
armazenado, em 1 byte, o valor do cálculo de
paridade da subcamada OPUk sempre de dois
quadros à frente transmitidos, para que haja
tempo hábil de checagem no dispositivo receptor.
No
campo
BEI/BIAE
(Backward
Error
Indication/Backward Incoming Alignment Error), é
relatado no sentido do transmissor (upstream) o
número recebido de bits de BIP8 com erros. Se o
valor '1011' for enviado, indicará falha de
alinhamento de quadro – nesse caso, a
contagem de erros é ignorada.
Já o bit IAE (Incoming Alignment Error) indica
que houve falha de alinhamento de quadro para
o terminal à frente.
O BDI (Backward Defect Indicator) indica, no
sentido upstream, falhas recebidas do tipo LOS
(Loss of Signal), LOF (Loss of Frame), detecção
de AIS (Alarm Indication Signal), LOM (Loss of
Multi-frame) e TIM (Trail trace Identifier
Mismatch).
Por fim, os 2 bytes do campo GCC0 (General
Communications Channel) podem ser utilizados
como um canal de comunicação entre os
terminais.
A Figura 6 ilustra os campos referentes ao
cabeçalho ODUk.
14
Reservado
0
15
16
31
32
63
2
3
4
5
1
(i)
2
3
4
BEI/BIAE
5
6
B
D
I
I
A
E
7
8
bits
Res
TCM2
Figura 5 Cabeçalho OTUk: a) Alinhamento; b)
Identificação e Status
Uma sequência de 256 quadros OTN formam 1
multiquadro, e o campo MFAS é utilizado para
identificar o seu início e indexar as informações
transmitidas pelo conjunto de frames, uma vez
que o MFAS é incrementado a cada quadro de
1
8
9
10
TCM1
63
(i)
3
BIP8
(ii)
:
0
15
16
31
32
DAPI
Operadora
2
EXP
2
TTI
b) PM
SAPI
1
14
FTFL
Reservado
1
(i)
13
PM
3
BIP8
12
TCM4
:
0
15
16
31
32
11
TCM5
APS/PCC
2
TTI
a) TCMn
7
TCM6
GCC2
GCC1
DAPI
6
TCM
ACT
TCM3
SAPI
Operadora
1
Reservado
:
63
3
BEI/BIAE
4
5
B
D
I
6
7
STAT
8 bits
SAPI
DAPI
Operadora
1
(ii)
2
3
BEI
4
5
B
D
I
6
7
8
bits
STAT
Figura 6 Cabeçalho ODUk: a) Campos TCMn;
b) Campo PM
79
No cabeçalho ODUk, os campos TCM (Tandem
Connection Monitoring) – que somam 6, ao todo
– são utilizados para monitoramento da
qualidade dos enlaces de rede em que os
quadros são transmitidos até o destino final.
Os subcampos TTI, BIP8, BEI/BIAE e BDI do
campo TCM possuem as mesmas características
empregadas no cabeçalho OTUk, mas se
referem ao status da subcamada ODUk. O único
subcampo que difere é o STAT (Status), que é
utilizado para identificar o tipo do quadro. Já o
campo PM (Path Monitoring) é utilizado para
monitoramento fim a fim do sinal transmitido; ou
seja, o campo só será monitorado ao atingir o
terminal final e não entre aqueles espalhados
pela rede. A única diferença entre os campos PM
e TCM é o subcampo BEI, que não acomoda a
função BIAE.
Assim como o OTUk, o cabeçalho ODUk
também possui canais de comunicação (GCC1 e
GCC2).
O TCM/ACT é previsto para ser utilizado como
ativação e desativação dos campos TCM.
O campo FTFL (Fault Type and Fault Location
channel) é composto por uma mensagem de
256 bytes relacionada ao tipo e local de uma
determinada falha que é indexada pelo contador
MFAS, cujos primeiros 128 bytes são aplicados
no sentido downstream, e o restante, no
upstream. Atualmente os tipos especificados são:
sem falha (00H), sinal com falha (01H) e sinal
degradado (02H).
Os dois bytes do campo EXP (Experimental) são
definidos para fins de testes e não serão
padronizados no futuro.
Por fim, o campo APS/PCC (Automatic
Protection Switching/Protection Communication
Channel) é previsto para armazenar sinais de
controle e de comunicação para um canal de
proteção, se utilizado.
Com relação ao cabeçalho da subcamada OPUk,
a Figura 7 apresenta os campos definidos.
15
16
JC
Res.
JC
PSI
NJO
1
2
3
4
5
6
7
Reservado
8 bits
JC
JC
PJO
:
0
PT
1
Res.
2
1
2
4
5
6
7
8 bits
Porta do tributário
Tipo
Porta do tributário
MSI
17
18
3
Tipo
:
Res.
255
Figura 7 Campos do cabeçalho OPUk
O campo PSI (Payload Structure Identifier) é
definido para transportar uma mensagem de
256 bytes também indexada pelo contador
80
MFAS. O primeiro byte dessa mensagem é
utilizado para identificar o tipo de informação
(Payload Type – PT) que está sendo
transportada. Os bytes 2 a 17 formam o campo
MSI (Multiplex Structure Identifier), que identifica
o tipo e a localização de cada tributário que o
quadro OPUk está transportando quando o
processo de multiplexação é utilizado. Para o
restante dos bytes, não há especificação.
Já os dois bits do campo JC (Justification
Control) são utilizados para controle de
justificação negativa (Negative Justification
Opportunity – NJO) e positiva (Positive
Justification Opportunity – PJO); e o voto
majoritário (melhor de 3) é usado para evitar uma
tomada de decisão errada no caso de erro de bit
no campo.
Por fim, os campos NJO e PJO podem abrigar
respectivamente um byte de informação ou
justificação (idle) se a taxa de dados do cliente
for maior ou menor que a taxa que o quadro
OPUk pode acomodar.
3
Manutenção e monitoramento do
protocolo OTN
No protocolo OTN, nas subcamadas OPU, ODU
e OTU, as funcionalidades de manutenção e
monitoramento estão embutidas nos quadros de
informação, ou seja, não há um canal específico
para essas funções, o que torna menor o custo
operacional dessa arquitetura (ITU-T, 2006).
3.1 Sinais de manutenção
São especificados 3 tipos de quadros de
manutenção:
a) sinal OCI (Open Connection Indication):
é processado na subcamada ODU e
indica para o ponto de terminação que
não há conexão estabelecida e que a
ausência de sinal é intencional. Assim, o
terminal receptor não irá gerar alarmes
em relação a essa ocorrência. Esse sinal
é detectado pelo monitoramento do
subcampo STAT dos campos PM e
TCM. Toda subcamada ODU do quadro
ODUk-OCI é preenchida pelo valor 66H;
b) sinal AIS: é enviado nas subcamadas
OTU e ODU no sentido downstream em
resposta às falhas ocorridas na recepção
dos sinais. O quadro ODUk-AIS é
preenchido por '1s' e detectado também
pelo monitoramento do campo STAT. Já
o quadro OTUk-AIS é formado por uma
sequência pseudoaleatória gerada pelo
polinômio 1+x^9+x^11. Um sistema de
detecção desse polinômio é utilizado
para identificação do quadro; e
c) sinal LCK (Locked condition): indica que
não haverá transmissão de sinal entre os
terminais fonte e destino previamente
configurados. Assim como no primeiro
caso, a subcamada ODU do quadro
ODUk-LCK é preenchida pelo valor 55H,
e o monitoramento, feito pelo subcampo
STAT.
Além dos quadros, os sinais ilustrados na Figura
8 também são considerados de manutenção, e a
interação entre eles pode ser visualizada.
Detecçã o
OCh
Gera çã o
OTU
ODU
LOS
LOF
AIS
LOM
BIP-8
SM BIP-8
SM BEI
BEI
TIM
SM TTI
SM BDI
SM IAE
SM BIAE
OTU-AIS
AIS
BDI
IAE
BIAE
SM BIP-8
SM BEI
BIP-8
BEI
TIM
SM TTI
SM BDI
SM STAT
BDI
OCI
ODU-AIS
Figura 8 Interação entre os sinais de manutenção
Os sinais da camada OCh (Optical Channel)
correspondem à camada física.
Na Figura 8, é possível notar em quais camadas
os sinais são detectados ou gerados e o sentido
em que eles são encaminhados – downstream
ou upstream.
3.2 Monitoramento do sinal
Conforme mencionado, os campos TCM e PM
são utilizados para monitoramento da qualidade
do sinal na rede. A Figura 10 apresenta um
exemplo de aplicação.
Conforme já descrito, o campo PM é utilizado
para monitoramento fim a fim da rede, ou seja,
ele só será processado no terminal de destino.
O exemplo também mostra uma rede aninhada
em outra; nesse caso, faz-se o uso de duas
camadas TCM. A camada TCM1 é utilizada pelos
terminais da operadora responsável por entregar
os dados ao cliente final, e o canal TCM2,
somente pela rede confinada.
Pelo fato de existirem 6 canais de
monitoramento, diversas configurações contendo
diferentes redes são passíveis de serem
implementadas na arquitetura OTN.
4
Métodos de mapeamento de clientes em
quadros OTN
Pelo fato de a OTN ser uma rede de transporte,
seu uso se justifica pela necessidade de
transmissão de dados (tributários de vários
protocolos) a longas distâncias. Com isso, esses
dados precisam ser mapeados no quadro OTN
(na subcamada OPUk, especificamente) para,
então, serem transmitidos.
No processo de mapeamento de tributários,
deve-se levar em conta a diferença entre as
taxas de transmissão da subcamada OPUk e do
protocolo do cliente a ser mapeado, uma vez
que, na maioria dos casos, essa diferença de
fato existe. As técnicas frequentemente utilizadas
para mapeamento são: AMP (Asynchronous
Mapping Procedure), BMP (Bit-synchronous
Mapping Procedure) e GMP (Generic Mapping
Procedure).
No método assíncrono (AMP), os sinais de
relógio do cliente a ser mapeado e do quadro
OPUk são independentes, portanto, é necessário
o uso de justificação de bit para absorção da
diferença entre eles.
Quando utilizado o método síncrono (BMP), o
sinal de relógio do quadro OPUk é derivado do
sinal do tributário a ser mapeado. Portanto, como
os sinais estão relacionados em fase e
frequência, não há necessidade de justificação.
A Tabela 7 apresenta a composição dos campos
JC, NJO e PJO do cabeçalho OPUk, quando o
método de mapeamento utilizado é o assíncrono.
Conforme já descrito, os bits 7 e 8 do campo JC
são utilizados para informar qual tipo de dado os
campos NJO e PJO estão transportando.
Quando a justificação não for necessária – ou
seja, o sinal de relógio do cliente estiver dentro
do esperado –, o campo NJO é preenchido com
zeros e o PJO, com um byte de informação
(dados). Se, por algum motivo, o sinal de relógio
do cliente for maior que o da geração do quadro
OPUk (descontada a diferença que deve haver
entre eles), o byte NJO deve ser preenchido com
informação. E, no caso de o sinal de relógio estar
abaixo do esperado, o campo PJO é preenchido
com zeros. Essa é a forma como é feita a
justificação no método AMP.
Tabela 7 Composição dos campos JC, NJO e PJO
para mapeamento assíncrono
JC bits
NJO
PJO
00
Byte de justificação
Byte de informação
01
10
Não aplicável
Não aplicável
11
A composição dos campos JC, NJO e PJO para
o método síncrono é apresentada na Tabela 8.
Como não existem diferenças entre os sinais de
relógio do cliente a ser mapeado e do quadro
OPUk além da relação entre as taxas de
transmissão, não há necessidade de justificação.
Portanto, o campo NJO sempre acomodará um
byte de justificação e o PJO, de informação.
81
Para o mapeamento de um CBR40G (STM-256)
em um quadro OPU3, o procedimento
empregado é apresentado na Figura 11.
A diferença para o caso anterior é que são
utilizados 128 bytes de preenchimento (zeros)
entre as colunas 1265-1280 e 2545-2560 do
payload do quadro OPU3.
Tabela 8 Composição dos campos JC, NJO e PJO
para mapeamento síncrono
JC bits
NJO
PJO
00
01
Não aplicável
Não aplicável
10
Não aplicável
Não aplicável
11
Não aplicável
Não aplicável
15
Para evitar que o valor dos bits JC seja
processado incorretamente, ele é transmitido três
vezes dentro do cabeçalho OPUk, permitindo
assim o uso do método “melhor de 3” para
extração do valor correto.
Como exemplo do uso dos métodos AMP e BMP
para mapeamento de tributários em quadros
OPUk, podemos citar os protocolos SDH
(STM-16, STM-64 e STM-256), Gigabit Ethernet
(10 G LAN) e Fibre Channel (10 G). Esses
tributários são geralmente tratados como CBRs
(Constant Bit Rate).
Na Figura 9, um CBR2G5, que se refere ao
cliente STM-16, é mapeado em um quadro OPU1
em que os campos JC, NJO e PJO são utilizados
para justificação síncrona ou assíncrona e os
dados (overhead + payload) do tributário,
posicionados no campo de informação do quadro
OPU.
15
17
1
RES
JC
2
RES
JC
Bytes
3824
RES
JC
4
PSI
NJO
Informação
PJO
Figura 9 Mapeando um CBR2G5 em OPU1
Note que a relação entre as taxas do cliente, no
caso STM-16, e do quadro OPU1 deve
considerar os 8 bytes adicionais do cabeçalho
OPUk. No mapeamento assíncrono, caso haja
diferença entre as taxas além dessa relação, a
justificação positiva ou negativa será empregada.
A Figura 10 ilustra como deve ser realizado o
mapeamento de um CBR10G, no caso um
STM-64, em um quadro OPU2. Para compensar
a maior taxa do OPU2 em relação à do STM-64,
são incluídos 64 bytes de preenchimento (Fixed
Stuff – FS) entre as colunas 1905 e 1920 das 4
linhas do quadro OPU2. O restante das colunas
deve ser ocupado pelo pacote do cliente.
15
17
1
RES
JC
2
RES
JC
3
RES
JC
4
PSI
NJO
1904
Bytes
1921
3824
16FS
Informação
16FS
Informação
16FS
PJO
16FS
Figura 10 Mapeando um CBR10G em OPU2
1264
1281
2544
2561
1
JC
16FS
16FS
2
RES
JC
16FS
16FS
3
RES
JC
16FS
16FS
4
PSI
NJO
16FS
16FS
PJO
3824
Figura 11 Mapeando um CBR40G em OPU3
O mapeamento de clientes 10 GbE, referenciado
como CBR10G3, só é possível se a taxa do
quadro OPU2 for maior que a do tributário em
questão. Para isso, é utilizado um quadro
OPU2e, que apresenta taxa de transmissão mais
alta (ITU-T, 2008). Na Figura 12, é possível notar
que o uso de bytes de preenchimento é o mesmo
para o mapeamento de um CBR10G,
apresentando diferença apenas no tipo de
quadro em que o cliente é mapeado. Como o
método de mapeamento assíncrono (AMP)
suporta justificação de clientes com tolerância de
até +/-40 ppm, o processo de mapeamento de
clientes Ethernet de modo transparente deve ser
somente síncrono (BMP).
15
3
82
17
RES
17
1
RES
JC
2
RES
JC
3
RES
JC
4
PSI
NJO
1904
Bytes
1921
3824
16FS
Informação
16FS
Informação
16FS
PJO
16FS
Figura 12 Mapeando um CBR10G3 em OPU2e
Outra abordagem para o mapeamento de
CBR10G3 é não utilizar os bytes de
preenchimento e, assim, diminuir a taxa de
transmissão do quadro OPU. Essa abordagem
não é especificada na G.709, e o quadro se
denominaria OPU1e em vez de OPU2e.
Já no caso do Fibre Channel 10 G, como a taxa
de transmissão é maior que de um tributário
classificado como CBR10G3, um processo de
compressão na taxa é necessário. Ao comprimir
a taxa do tributário para o mesmo valor de um
CBR10G3, o processo de mapeamento se torna
o mesmo de um cliente 10 GbE.
É possível notar que, até o momento, os
tributários utilizados como exemplo possuem
taxa de transmissão, considerando o processo
de compressão, bem próxima da taxa do quadro
OPUk. Com isso, podemos dizer que o método
assíncrono (AMP), por possuir apenas 1 byte de
justificação positiva e negativa, é geralmente
utilizado quando as taxas do tributário e do
quadro OPUk são bem próximas e a tolerância,
não
maior
que
+/-40 ppm.
Bytes
de
preenchimento predefinidos também podem ser
empregados para adequar taxas não próximas
do quadro no qual será mapeado.
Para permitir o mapeamento de tributários com
taxas diferentes de uma forma genérica, que não
requer bytes de preenchimento predefinidos, é
utilizado o método GMP. A desvantagem desse
método é que ele só permite justificação positiva.
Assim, a taxa do cliente tem que ser sempre
menor que a do quadro no qual será mapeado.
Esse método é muito utilizado para mapeamento
de diferentes ODUs de baixa ordem em um único
OPU de alta ordem. Ele foi especificado
posteriormente ao AMP e vem sendo
amplamente empregado, uma vez que permite o
mapeamento de clientes de diferentes taxas até
então não possíveis, como, por exemplo, o
ODUflex,
provendo maior flexibilidade e
diversificação à rede de transporte.
A Figura 13 ilustra a forma como é realizado o
mapeamento GMP de quadros ODUk, ODUflex,
e outros (LO) em um quadro ODTU (Optical Data
Tributary Unit), para mapeamento em time slots
(ts) de um OPUk (HO).
ODUk, ODUflex, ...
‘0’
‘0’
OH
Cm
ODTU
‘0’
Justificação Positiva
‘0’
‘0’
‘0’
Figura 13 Procedimento de mapeamento genérico
(GMP)
O procedimento de justificação empregado é o
sigma-delta, que é representado pela seguinte
regra:
a) os dados (palavras) de informação são
adicionados ao ODTU se o resultado da
equação (j x Cm) mod ODTU for menor
que o valor de Cm; e
b) bytes de preenchimento (zeros) são
adicionados se o resultado da equação
(j x Cm) mod ODTU for maior ou igual ao
valor de Cm, onde j varia de 1 até o
tamanho do ODTU, e Cm é um valor
inteiro definido pela relação entre as
taxas envolvidas.
O valor do Cm é localizado no cabeçalho do
quadro ODTU para demapeamento dos quadros
ODUs. Assim como no método AMP, ao alterar a
relação entre as taxas envolvidas – cliente e OTN
–, o valor de Cm compensa essa diferença
adicionando mais ou menos bytes de
preenchimento.
Ao mapear o ODTU formado pelo método GMP
em um quadro OPUk, o cabeçalho é posicionado
nos 3 campos JC do overhead do quadro de alta
ordem e o campo de informação, distribuído em
time slots.
Uma outra alternativa além de BMP, AMP e GMP
para mapeamento de tributários em quadros da
OTN é o protocolo GFP (Generic Framing
Procedure). O GFP da OTN é um protocolo que
suporta vários tipos de tráfego, como, por
exemplo: Ethernet, DVB, Fibre Channel, Escon e
Ficon. Há dois modos de mapear os serviços no
GFP: o GFP-F e o GFP-T. No GFP-F (Frame
Mapped), o quadro completo do cliente é
mapeado no quadro GFP. É, também, otimizado
para protocolos com tamanho de quadro variável,
como, por exemplo, o Ethernet, mas provoca
atrasos no serviço, uma vez que é necessário
esperar a chegada de todo o quadro antes do
envio. Já no GFP-T (Transparent), o serviço é
decodificado e inserido num quadro GFP de
tamanho fixo; os bytes são inseridos
imediatamente, não sendo necessário aguardar a
chegada do quadro completo para a transmissão.
É adequado para serviços de tamanho fixo,
como, por exemplo: Escon, Ficon e Fibre
Channel.
5
Estrutura de multiplexação de tributários
Uma característica da OTN é permitir o
mapeamento de quadros ODU de baixa ordem
em um quadro OPU de alta ordem. Esse
processo é conhecido como estrutura de
multiplexação de tributários. O intuito dessa
funcionalidade é prover granularidade à rede, ou
seja, é possível transportar diferentes tipos de
tributários em um único quadro OTN (cor).
Quando esse processo é utilizado, os ODUs de
baixa ordem são mapeados em quadros ODTUs,
que, por sua vez, são multiplexados em OPUs de
alta ordem.
A Figura 14 ilustra a estrutura de multiplexação
empregada para o transporte de tributários
(clientes) na OTN (GORSHE, 2010).
Clientes
ODUs
1GbE
STM-1/4
FC-100
CBR2,5G
STM-16
FC-200
CBRx
Da dos GFP
CBR10G
STM-64
10GbE
FC 1200
CBR40G
STM-256
40GE
ODUs
Baixa Ordem
ODU0
ODU1
ODUflex
ODU2
ODU2e
ODUs
Alta Ordem
2x
8x
32x
80x
ODU1
nx
nx
10x
ODU2
OTU2
nx
3x
10x
ODU3
OTU1
4x
16x
40x
4x
OTUs
ODU3
OTU3
2x
ODU4
100GbE
ODU4
OTU4
AMP, BMP ou GFP‐F
GMP
Figura 14 Estrutura de multiplexação da OTN
Essa estrutura de multiplexação indica o
seguinte:
a) quadro ODU0: capaz de transportar 1
GbE; STM-1; STM-4; FC-100 (Fibre
83
Channel);
b) quadro ODU1: capaz de transportar
CBR2,5G; STM-16; FC-200;
c) quadro ODUflex: capaz de transportar
dados à taxa fixa (CBR); dados à taxa
variável via GFP;
d) quadro ODU2: capaz de transportar
CBR10G; STM-64;
e) quadro ODU2e: capaz de transportar 10
GbE; FC1200;
f) quadro ODU3: capaz de transportar
CBR40G; STM-256; 40 GbE; e
g) quadro ODU4: capaz de transportar 100
GbE.
Os quadros de alta ordem são divididos em time
slots de 1,25 Gb/s ou 2,5 Gb/s, dependendo do
tipo de tributário a ser mapeado, e o número de
time slots utilizados para cada ODU também
depende da taxa do tributário. Time slots de
2,5 G só são utilizados para multiplexação de
quadros ODU1 e ODU2. Para os demais tipos de
quadros, como ODU0 e ODUflex, são utilizados
time slots de 1,25 G. Quadros ODU1 e ODU2
também podem ser multiplexados em time slots
de 1,25 G.
Esse conceito de estruturação do quadro de alta
ordem garante granularidade à rede. Como
exemplo, temos a multiplexação dos tributários
1 GbE (1,25 G) e 8 G Fibre Channel (8,5 G) em
um OPU2 de alta ordem. Nesse caso, o tributário
1 GbE é mapeado em um quadro ODU0 e o
8 G FC em um ODUflex, uma vez que ele é
capaz de mapear clientes de qualquer taxa.
Ambos são mapeados e justificados em seu
respectivo ODU para, então, serem alocados em
time slots. Como os tributários foram mapeados
em ODU0 e ODUflex, o quadro de alta ordem é
dividido em 8 slots de 1,25 G. Com isso, ODU0
irá ocupar 1 time slot e o ODUflex, 7 time slots.
Se não houvesse o conceito de granularidade, no
exemplo citado, ao mapear um cliente de
8,5 Gb/s
em
um
quadro
OPU2
e,
consequentemente, em OTU2 que opera na taxa
de 10 Gb/s, o canal de transmissão seria
subutilizado.
6
Código corretor de erro em OTN
Em sistemas de comunicação, o receptor deve
ter a capacidade de não apenas detectar, mas
também corrigir possíveis erros gerados por
ruído no canal de comunicação. Essa técnica é
denominada FEC, que poderia ser traduzida
como correção de erro à frente, o que denota a
capacidade que o receptor possui de corrigir
erros sem a necessidade de notificar o
transmissor ou solicitar retransmissão.
Existem basicamente dois tipos de códigos
corretores de erros utilizados na técnica FEC: os
códigos de bloco e os códigos convolucionais.
Nos códigos de bloco, a codificação da
informação é realizada em duas etapas
84
(LIN, 1970):
a) a sequência de informação é dividida em
blocos de mensagem, com k dígitos
sucessivos de informação;
b) o codificador transforma, então, cada
bloco de mensagem em um bloco maior
com n (n > k) dígitos binários (uma
ênupla binária), de acordo com uma
dada regra de codificação. Esse novo
bloco é denominado palavra-código.
Adicionalmente, é possível definir um processo
de codificação em que os k dígitos iniciais de
cada palavra-código sejam exatamente os
mesmos k dígitos de cada bloco de mensagem,
enquanto os n-k dígitos restantes serão os
dígitos de redundância. Um código desse tipo é
chamado de código sistemático e sua estrutura é
representada na Tabela 9.
Tabela 9 Estrutura da palavra-código em um
código sistemático
Palavra-código
Bloco de mensagem
Dígitos de redundância
k
n-k
Os códigos cíclicos, também conhecidos como
códigos polinomiais, são uma subclasse dos
códigos de bloco lineares e se destacam,
principalmente, pela facilidade de codificação,
por meio do uso de registradores de
deslocamento realimentados, além de sua
considerável
estrutura
algébrica
inerente
(WIGGERT, 1979).
Códigos Reed-Solomon (RS), descobertos por
Reed e Solomon, em 1960, formam uma
importante subclasse dos códigos cíclicos que
operam de forma não binária. Nesses códigos,
os bits da sequência de informação são
primeiramente “empacotados” em pequenos
blocos, que serão, então, tratados como novos
símbolos pelo codificador. O novo conjunto de k
símbolos obtido será posteriormente agrupado
para formar um super bloco de código com n
símbolos. Isso assegura ao decodificador a
capacidade de corrigir um bloco completo. Como
resultado imediato, essa técnica de codificação
permite a correção de erros agrupados em
rajadas (burst errors), muito comuns em
sistemas de telefonia celular (em decorrência do
efeito de fading causado pelo movimento do
usuário), em sistemas de armazenamento de
dados (em decorrência de sujeira ou riscos na
superfície de um CD, por exemplo) e em
sistemas de comunicações ópticas (em
decorrência da interferência intersimbólica ou de
efeitos de propagação não lineares, por
exemplo).
O código Reed-Solomon, normalmente utilizado
em comunicações ópticas, é o RS(255,239), com
cada símbolo formado por 8 bits ou 1 byte.
Nesse caso, a sequência de bits a ser codificada
é subdividida em 239 bytes. Então, 16 bytes de
verificação de paridade são adicionados para
compor a palavra-código de 255 bytes. Sua
capacidade de correção é de 8 símbolos, o que
significa que o decodificador pode corrigir uma
rajada de até 64 bits por palavra-código.
De maneira geral, códigos de bloco funcionam
melhor quando os erros estão uniformemente e
aleatoriamente distribuídos entre as palavrascódigo recebidas pelo decodificador. Em alguns
sistemas de comunicação ou armazenamento de
dados, no entanto, é possível que os erros
gerados estejam distribuídos em forma de
rajadas.
A técnica de entrelaçamento de blocos
(interleaving) pode ser utilizada, então, para
redistribuir os erros de maneira mais uniforme e
aleatória entre os blocos codificados e aumentar
a eficiência no processo de decodificação. A
Figura 15 ilustra uma forma de se obter o
entrelaçamento,
armazenando
os
blocos
codificados como linhas em uma matriz. Quando
essa matriz estiver completa, uma leitura em
colunas é realizada, redistribuindo os dados
antes da transmissão. Na recepção, o processo
inverso é realizado também através da utilização
da matriz. Dessa vez, porém, erros agrupados
em rajadas serão redistribuídos entre os blocos
antes da decodificação (MOBILON, 2003).
multiplicada pela ordem do entrelaçamento. Para
ordem 16, por exemplo, o código RS(255,239) é
capaz de corrigir uma rajada de até 1024 bits.
A Figura 16 apresenta apenas uma linha de um
quadro OTN completo (conforme Figura 3)
subdividida em 16 linhas de 255 bytes. Obtêmse, dessa forma, 16 palavras-código que serão
processadas
por
16
codificadores
ou
decodificadores RS(255,239). Os campos
designados por FEC correspondem apenas aos
bytes de redundância. Trata-se, portanto, de um
código cíclico sistemático, em que os símbolos
de informação aparecem intactos na palavracódigo (PETERSON; WELDON, 1972).
1
2
239
240
1
1
17
3809
3825
2
2
18
3810
3826
3
3
19
3811
3827
....................
255
4065
.......
4066
4067
4
5
6
7
8
9
10
11
12
C
a
b
e
ç
a
l
h
o
Informação
FEC
13
14
15
16
14
30
15
31
16
32
....................
3822
3838
3823
3839
3824
3840
4078
.......
4079
4080
Figura 16 Uma das linhas de um quadro OTN
Figura 15 Mecanismo de entrelaçamento de
blocos
Pode-se observar que a sequência de bits
superior é inserida na matriz de transmissão,
preenchendo cada uma das linhas. Na etapa
seguinte, os bits são extraídos a partir das
colunas, gerando a sequência inferior que será
transmitida pelo canal de comunicação.
Repetindo esse mesmo processo na recepção, a
sequência original será recuperada, enquanto os
erros eventualmente agrupados em rajadas
serão redistribuídos na sequência original
desentrelaçada. O número de linhas ou colunas
da matriz é conhecido como ordem ou
profundidade do entrelaçamento. Quanto maior
for essa ordem, maior será a imunidade aos
erros agrupados em rajadas.
Aplicando-se a técnica de entrelaçamento de
blocos ao código Reed-Solomon, sua capacidade
de detecção e correção de rajadas de erros é
A subdivisão em 16 linhas é realizada utilizando
entrelaçamento de bytes, o que garante a
redistribuição de erros eventualmente agrupados
em rajadas e aumenta a capacidade de correção
do código (multiplicando-a por 16, nesse caso).
A fundamentação teórica dos códigos corretores
de erro é baseada em conceitos de álgebra
abstrata, como, por exemplo, grupos, anéis e
corpos. Para códigos cíclicos (como o ReedSolomon), utiliza-se a chamada álgebra de
Galois (em homenagem a seu criador, o
matemático
francês
Évariste
Galois).
As arquiteturas de codificação e decodificação
utilizadas para implementação em hardware
seguem, portanto, os preceitos da álgebra de
Galois, cujas operações produzem resultados
que
satisfazem
regras
e
propriedades
específicas.
A recomendação ITU-T G.709 indica, ainda,
alternativas de estruturas de quadro OTN com
campos de FEC estendidos (com redundância
maior), permitindo o uso de códigos corretores
de erro com desempenhos superiores aos do
RS(255,239). Nessa técnica, denominada Super
FEC, tipicamente dois códigos são concatenados
para aumentar a capacidade de correção.
7
Tendências de evolução da OTN
Em termos de evolução da OTN, alguns tópicos
85
atuais de pesquisa e padronização são listados a
seguir:
a) novos tipos de OTUk para taxas de
transmissão acima de 100 Gb/s, como
OTU5, operando em 400 Gb/s;
b) inclusão de mecanismos de VCAT,
similares aos do SDH, para agrupamento
de vários canais;
c) inclusão do mecanismo de LCAS, similar
ao do SDH, para configuração dinâmica
de banda dos canais.
Conclusão
Neste trabalho foram apresentadas as principais
motivações para a utilização da tecnologia OTN,
suas características técnicas, como, por
exemplo, taxas de transmissão, estrutura de
multiplexação, sinais de manutenção e
monitoramento, métodos de mapeamento dos
sinais dos clientes e modo de operação. Dadas
essas características, pode-se concluir que essa
tecnologia desempenha um papel fundamental
nas redes de telecomunicações atuais a fim de
possibilitar uma integração eficiente e flexível
entre a camada de dados e a rede óptica WDM.
Além disso, possui um sistema amplo de
monitoramento, tornando-a altamente confiável,
dentro do padrão requerido pelas operadoras de
telecomunicações. A utilização de FEC nessa
rede também permite a redução do número de
regeneradores, reduzindo o custo de sua
implantação.
Agradecimentos
Os autores agradecem pelo apoio dado a este
trabalho, desenvolvido no âmbito do Projeto de
Tecnologias Ópticas de 100 Gigabit Ethernet,
que contou com recursos do Fundo para o
Desenvolvimento
Tecnológico
das
Telecomunicações (FUNTTEL), do Ministério das
Comunicações,
por
meio
do
convênio
no 01.09.0629.00 com a Financiadora de Estudos
e Projetos (FINEP).
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This work presents a brief review of the transport networks evolution, from PDH to OTN, as well as the
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rates, multiplexing structure, maintenance and monitoring signals, client mapping techniques and error
correcting codes.
Key words: Transport network. Client mapping. Optical network. Tributary multiplexing structure. Forward
error correction.
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OTN: a evolução das redes de transporte

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