La jerarquía digital síncrona —abreviado como SDH, del inglés Synchronous Digital Hierarchy— es un conjunto de protocolos de transmisión de datos. Se puede considerar como la revolución de los sistemas de transmisión, como consecuencia de la utilización de la fibra óptica como medio de transmisión, así como de la necesidad de sistemas más flexibles y que soporten anchos de banda elevados. La jerarquía SDH se desarrolló en EE.UU. bajo el nombre de SONET o ANSI T1X1 y posteriormente el CCITT (Hoy UIT-T) en 1989 publicó una serie de recomendaciones donde quedaba definida con el nombre de SDH.
Uno de los objetivos de esta jerarquía estaba en el proceso de adaptación del sistema PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), ya que el nuevo sistema jerárquico se implantaría paulatinamente y debía convivir con la jerarquía plesiócrona instalada. Ésta es la razón por la que la ITU-T normalizó el proceso de transportar las antiguas tramas en la nueva. La trama básica de SDH es el STM-1 (Synchronous Transport Module level 1), con una velocidad de 155 Mbit/s.
Cada trama va encapsulada en un tipo especial de estructura denominado contenedor. Una vez encapsulados se añaden cabeceras de control que identifican el contenido de la estructura (el contenedor) y el conjunto, después de un proceso de multiplexación, se integra dentro de la estructura STM-1. Los niveles superiores se forman a partir de multiplexar a nivel de byte varias estructuras STM-1, dando lugar a los niveles STM-4, STM-16, STM-64 y STM-256.
Estructura de la trama STM-1 miniaturadeimagen|450px|Estructura de trama STM-1. Las tramas contienen información de cada uno de los componentes de la red: trayecto, línea y sección, además de la información de usuario. Los datos son encapsulados en contenedores específicos para cada tipo de señal tributaria. A estos contenedores se les añade una información adicional denominada "tara de trayecto" (Path overhead), que consiste en una serie de bytes utilizados con fines de mantenimiento de red, y que dan lugar a la formación de los denominados contenedores virtuales (VC). El resultado de la multiplexación es una trama formada por 9 filas de 270 octetos cada una (270 columnas de 9 octetos). La transmisión se realiza bit a bit en el sentido de izquierda a derecha y de arriba abajo. La trama se transmite a razón de 8000 veces por segundo (cada trama se transmite en 125 μs). Por lo tanto, el régimen binario (Rb) para cada uno de los niveles es:
STM-1 = 8000 * (270 columnas * 9 filas * 8 bits)= 155 Mbit/s STM-4 = 4 * 8000 * (270 columnas * 9 filas * 8 bits)= 622 Mbit/s STM-16 = 16 * 8000 * (270 columnas * 9 filas * 8 bits)= 2.5 Gbit/s STM-64 = 64 * 8000 * (270 columnas * 9 filas * 8 bits)= 10 Gbit/s STM-256 = 256 * 8000 * (270 columnas * 9 filas * 8 bits)= 40 Gbit/s
De las 270 columnas que forman la trama STM-1, las 9 primeras forman la denominada "tara o cabecera" (overhead), independiente de la tara de trayecto de los contenedores virtuales antes mencionados, mientras que las 261 restantes constituyen la carga útil (Payload). SOH (Section Overhead) El SOH (Section Overhead) se divide en dos partes: El R-SOH y el M-SOH. El primero de ellos(R-SOH) es utilizado para aplicaciones entre repetidores, los cuales están comprendidos por los bytes de las filas 1 a 3, en tanto que para el uso entre terminales de multiplexación (M-SOH) corresponden a los bytes de las filas 5 a 9. A continuación se detalla las funciones de cada uno de los bytes que componen el SOH. 500px|miniaturadeimagen|Fig. 1 Bytes del SOH a) Señal de alineamiento de trama A1, A2: A1 y A2 son patrones fijos de sincronización de trama. A1 está dispuesto en 11110110 y A2 en 00101000. b) Traza de sección de regenerador J0: El uso de J0 está aún bajo estudio. c) Monitoreo de errores B1, B2:' Los errores de transmisión son monitoreados en las secciones de regenerador y multiplexor. B1 es para la sección de regenerador y B2 para la de multiplexor. d) Canal de servicio para Ingeniería E1, E2: El E1 es accesible en regeneradores y multiplexores, el E2 sólo en multiplexores. Cada circuito posee una capacidad de 64Kb/s. e) Canal de usuario F1: Este es un canal de datos de 64 Kb/s que puede utilizar cualquier operador de red para sus propósitos. f) Canal de comunicación de datos D1-3, D4-12: Estos bytes son asignados como canales de comunicación de datos para transmitir información hacia multiplexores y regeneradores y viceversa. g) Señalización de conmutación de protección automática K1, K2: El intercambio de información entre dos extremos en una sección de multiplexor se lleva a cabo a través de los bytes K1 y K2. Parte de K2 también se utiliza para enviar MS-RDI (indicación de defectos remotos en la sección de multiplexor) y MS-AIS (señal de indicación de alarmas en la sección de multiplexor). h) Estado de sincronización S1: El byte S1 comunica a la siguiente estación la calidad de la fuente de referencia de sincronización utilizada por el equipo. Los bits 1 al 4 del byte S1 están reservados para la calidad usada por operadores individuales. Los bits 5 al 8 pueden tomar los siguientes valores: 0000 Calidad desconocida (red de sincronización existente) 0001 Reservados 0010 Señal generada por un equipo que está sincronizado a un reloj según la Rec. ITU-T G.811 0011 Reservados 0100 Señal generada por un equipo que está sincronizado a un reloj del tipo SSU-A 0101 Reservados 0110 Reservados 0111 Reservados 1000 Señal generada por un equipo que está sincronizado a un reloj del tipo SSU-B 1001 Reservados 1010 Reservados 1011 Señal generada por un equipo que está sincronizado a un reloj según la Rec. ITU-T G.813 Option I (SEC) 1100 Reservados 1101 Reservados 1110 Reservados 1111 No utilizar la sincronización de esta señal i) Z1 y Z2 son bytes de reserva. ''j) M1 Byte de indicación de Error en la Sección de multiplexación Remota.
POH (Path Overhead) El POH (Path OverHead) tiene como misión monitorizar la calidad e indicar el tipo de contenedor virtual que se tiene. Está compuesto por el VC (Contenedor Virtual) que es la entidad de carga útil que viaja sin cambios a lo largo de la red, además de algunos bytes que se agregan y se desempaquetan en los distintos puntos terminación del servicio de transporte. Los bytes que se agregan dependerán del tipo de contenedor virtual y se dividen en dos tipos Higher-order Path Layer y Lower-order Path Layer. En la siguiente tabla se muestra los bytes correspondientes al Higher-order Path Layer. Byte Función J1 Usado para transmitir un Higher Order Path Access Point Identifier B3 Para monitoreo de errores en el VC-4 dentro de la trama STM-N C2 Para definir la estructura y clase de información que se lleva en el payload G1 Estatus y performance del camino utilizado por el payload. F2-3 Para canales de voz de uso del usuario H4 Provee un indicador del tipo de multi-trama K3 Señalización APS de protección N1 Para propósitos específicos de administración El segundo tipo de bytes que se agregan son los del tipo Lower-order Path Layer que corresponden a los VC-12. En la siguiente tabla se muestra el funcionamiento de cada uno de ellos. Byte Función V5 Corrección de errores, etiquetado de señal y estatus de ruta de los VC12 (BIP-2, REI, RDI) J2 Usado para transmitir repetidamente un Lower Order Path Access Point Identifier N2 Para propósitos específicos de managment K4 Reservado para un uso futuro
Multiplexación SDH Para considerarse un estándar internacional, las diversas interfaces de tasas de bit PDH existentes deben ser acomodadas en la estructura SDH. Esto se hace permitiendo diferentes interfaces para ser mapeadas en la trama SDH. 500px|miniaturadeimagen|Fig. 2 Multiplexación SDH Multiplexación SDH - 2Mbps (E1) Esta multiplexación parte de la unidad básica de PDH que es el E1 (2 Mbit/s) para formar un STM-1. Se pueden transportar 63 señales PDH de 2 Mbit/s. A continuación se detallan los pasos para el mapeo de un STM-1 mediante un E1. Se considera el mapeo de una señal de 2 Mbit/s en la trama SDH, la señal original PDH será 2048 kbit/s, con una variación de 50 ppm. Esto es insertado en un contenedor (C-12), donde la justificación se lleva a cabo utilizando técnicas tradicionales de stuffing (relleno de bits). Esto se hace para compensar las variaciones de frecuencia permitidas en tasas de bits para PDH y SDH. El contenedor se coloca en un contenedor virtual (VC-12) donde el path overhead se añade. Este overhead es llevado con la señal a lo largo de la red, incluso cuando se conectan en forma cruzada en diferentes tramas SDH. Esto permite el mantenimiento y la supervisión de la señal a través de la red. Incluye la detección de errores, indicaciones de alarma, y una etiqueta de señal. Un puntero se agrega al contenedor virtual para formar una unidad tributaria (TU-12). Esto permite que el sistema SDH compense las diferencias de fase a través de la red o entre las redes. Tres TU-12 son multiplexados en un grupo de unidad tributaria (TUG-2). Siete TUG-2 están multiplexados en un TUG-3. Esta es la unidad del mismo tamaño que sería usada para el mapeo, por ejemplo, una señal E3 en una trama SDH. Tres TUG-3 son multiplexados a través de una unidad administrativa (AU-4) y en un grupo de unidad administrativa (AUG) para formar una trama STM-1. Multiplexación SDH - 34Mbps (E3) Para realizar esta multiplexación se ejecutan los pasos anteriores de forma similar. Se pueden transmitir hasta 3 señales de 34Mbit/s. Se adapta la frecuencia mediante byte interleaving (C-3). Se añaden 9 bytes overhead (VC-3). Se agrega el puntero (TUG-3). Tres (TUG-3) son multiplexados a través de (AU-4) y (AUG) para formar una trama STM-1. Multiplexación SDH - 140Mbps (E4) Para multiplexar señales PDH es necesario primero adaptarlas a la velocidad SDH. Los pasos para realizar dicha multiplexación se dan en forma similar a los desarrollados en los puntos anteriores. Se debe incrementar la frecuencia de 140 Mbit/s a 149.76 Mbit/s mediante justificación de bits (C- 4). Añadir una columna de 9 overhead bytes (VC-4). Agregar el puntero (AU-4). Punteros SDH Un sistema síncrono se basa en el hecho de que cada reloj está en fase y frecuencia de sincronismo con el siguiente. En la práctica esto es imposible de lograr, por lo tanto, las desviaciones de fase y frecuencia ocurrirán. Dentro de una red la frecuencia del reloj se extrae de la señal de línea, sin embargo, las variaciones de fase pueden ocurrir a partir de la acumulación del jitter sobre la red. Las variaciones de interfaz de frecuencia en la red pueden ocurrir. La forma en que SDH supera este problema es usando punteros para apuntar a la dirección del principio del contenedor virtual dentro de la trama. El valor del puntero inicial corresponde a la diferencia de fase entre llegada de la unidad tributaria y la unidad tributaria vacía dentro de la trama en el momento que el tributario es mapeado en el contenedor virtual. Si la fase varía entre los relojes de lectura y escritura de tal manera que los buffers de entrada de flujo de terminación digital muestran una tendencia de desbordamiento o de ejecutar vacío, un puntero de ajuste se producirá. En la siguiente tabla se hace una breve descripción de los punteros utilizados para el mapeo de tramas STM-N. Puntero Descripción Localización Valor del puntero AU-4 El puntero AU-n proporciona un método para permitir la alineación flexible y dinámica del VC-n dentro de la trama AU-n. Bytes H1, H2 y H3 - El valor del puntero real está contenido dentro de H1. H2 y H3 se reservan para la justificación negativa. - El valor del puntero AU-4 es un número binario con un rango de 0 a 782 que indica el desplazamiento, en incrementos de tres bytes, entre el puntero y el primer byte del VC-4. AU-3 El puntero AU-n proporciona un método para permitir la alineación flexible y dinámica del VC-n dentro de la trama AU-n. Los tres punteros individuales AU-3 son contenidos en 3 bytes separados H1, H2 y H3.