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1.1. Multiplexação PDH

Na multiplexação PDH, os espaços de carga previstos nos quadros de 8, 34 e 140 Mbit/s são ligeiramente maiores que o estritamente necessário para transportar todos os bits da carga plesiócrona a ser mapeada nos mesmos, ainda quando essa carga está no limite superior admissível de velocidade e o relógio do multiplex no limite inferior admissível.
Quando a defasagem acumulada alcança um bit, o multiplex deixa de copiar um bit de informação numa posição específica do quadro multiplexado, ao mesmo tempo avisando ao demultiplex que esse bit não deve ser
considerado como parte da carga.
Com isso, a defasagem é corrigida, voltando a acumular-se até que seja necessária a correção seguinte.

Para exemplificar esse processo, podemos examinar um quadro de 8448 kbit/s.
Esse quadro repete-se nominalmente 9962,264 vezes por segundo, e contém 206 bits no espaço de carga reservado para cada tributário (de 2048 kbit/s nominais).
Ao mapear um tributário em um dos espaços de carga, se fossem usados os 206 bits em todos os quadros seria possível transportar 206 x 9962,264 ~ 2252 kbit/s; se fossem usados só 205 bits de carga em todos os quadros, seria possível transportar 205 x 9962,264 ~ 2042 kbit/s.
Como a carga tem 2048 kbit/s, cerca de 53% dos quadros transportam 206 bits e 47% 205 bits.
Pequenas variações nos relógios plesiócronos são acomodadas por uma variação pequena da taxa de justificação. O processo de justificação da PDH afeta a estabilidade em curto prazo do relógio do sinal demultiplexado.
Ao receber um quadro de 8 Mbit/s, o demultiplex tem que oscilar no período de um quadro 205 ou 206 vezes na porta de saída de 2 Mbit/s, segundo tenha recebido 205 ou 206 bits de informação nesse quadro.
Constantemente, o relógio do sinal demultiplexado está sendo corrigido, ou seja, contém um certo jitter (1) de fase. Com um oscilador que tenha uma constante de tempo grande, é possível eliminar as componentes de alta freqüência desse jitter, só restando as de baixa freqüência.
Resumindo, é possível recuperar sem maiores problemas a temporização do sinal original quando a rede de transporte é PDH, desde que o número de multiplexações e demultiplexações sucessivas não seja superior a dois, pois o jitter de baixa freqüência acumula-se e é muito difícil de eliminar.

(1) Jitter é o desvio de fase/tempo de um sinal digital recebido.

1.2. Multiplexação SDH

As redes de transporte baseadas em SDH apresentam uma problemática bastante distinta à das redes PDH.
A premissa das redes SDH é de que não será necessário justificar os tributários dos contêineres virtuais (VC) nas áreas de carga, pois os tributários devem, em princípio, ser síncronos ao espaço de carga.

Segundo SCHULTZ (2002), a razão de haver feito essa premissa é de que as redes SDH foram desenvolvidas com o objetivo de construir anéis e barramentos que permitissem copiar tributários para e desde o sinal de linha de alta velocidade ao longo do trajeto.
As redes SDH trabalham com muitos multiplexadores de extração e inserção (ADMs) ao longo das rotas de fibra ou rádio de alta capacidade.
Cada ADM equivale a uma cadeia completa de demultiplexadores e de multiplexadores.
Em cada ADM, o sinal é demultiplexado virtualmente para permitir o acesso aos tributários.
Alguns tributários são ponteados, voltando a ser mapeados no quadro Módulo de Transporte Síncrono (STM-1) que é gerado para diante para seguir um trecho mais.
Outros tributários são derivados em algum ADM ao longo da rota.
E alguns tributários novos são inseridos nos ADMs ao longo da rota.
Para passar de um sinal STM-1 a outro, os cross-connects realizam a demultiplexação virtual dos sinais de linha entrantes para mapear seus tributários nos sinais de linha, gerados localmente.
Em ambos casos, o que se faz é uma espécie de comutação temporal dos sinais tributários.

Ou seja, em redes SDH o sinal de linha é virtualmente demultiplexado e multiplexado ao passar por um ADM ou cross-connect. A acumulação do jitter de baixa freqüência é o que impede a utilização de um processo de justificação como o adotado na PDH. Se o processo de justificação fosse o mesmo adotado na PDH, o
número de ADMs e cross-connects dos anéis e barramentos SDH estaria limitado devido à acumulação desse jitter, e a idéia básica da SDH é justamente contar com um grande número desses equipamentos ao longo da rota.

Segundo BREGNI (2002), na SDH, portanto, todos os ADMs e cross-connects devem estar amarrados a uma mesma referência única de relógio.
Desta maneira, não será preciso, em princípio, justificar os tributários, pois todos estarão sendo criados, pelo menos em teoria, por relógios sincronizados à mesma velocidade.
Os quadros multiplexados no SDH, no entanto, possuem um método de justificação, que deve obedecer aos seguintes princípios:

a) se, em algum momento, algum nó perder sua referência de relógio, este fato não deve afetar a integridade da carga; ou seja, não se admite que ocorram deslizamentos;

b) mesmo em redes totalmente sincronizadas, há efeitos (que a prática vem demonstrando serem maiores que os originalmente esperados) que afetam a sincronização, ou seja, os sinais sempre conterão um certo jitter e wander (2), causados, entre outras razões, pelo efeito da temperatura sobre a velocidade de propagação na fibra óptica. Se houver algum tributário VC cuja velocidade está momentaneamente distinta à do relógio local, e esse tributário estiver sendo mapeado em um quadro de linha SDH, o método de justificação permite que o mesmo passe pela rede sem ter danificado sua informação. Esse método de justificação vale-se de um espaço extra que cada área de carga possui.

(2) Wander é um Jitter de baixa freqüência

Para exemplificar, tomemos o caso do contêiner virtual de baixa ordem (VC-12) da SDH. O VC-12 apresenta 35 bytes a cada 125 microssegundos.
O espaço de carga para ele, chamado TU-12, também tem 35 bytes a cada 125 microssegundos, mais um byte extra a cada 500 microssegundos.
Se o VC-12 a ser mapeado em um TU-12 estiver sendo gerado com um relógio ligeiramente superior ao da rede (porque, por exemplo, sua fonte perdeu a referência geral de relógio, ou devido ao valor instantâneo de seu wander), digamos que 1 x 10-6 mais rápido vai acumular-se uma defasagem positiva na memória elástica do dispositivo que o está mapeando no quadro gerado localmente.
Quando a defasagem alcançar 8 bits (o que, em nosso exemplo, ocorreria a cada 3,6 segundos), o dispositivo que está mapeando o VC-12 recebido na TU-12 gerada localmente irá enviar o byte extra acumulado no espaço previsto para esse caso.
Naquele período de 125 microssegundos, serão transmitidos 36 bytes em lugar dos tradicionais 35 bytes de carga.
Está claro que uma justificação positiva também é possível (isto é, transmitir 34 em lugar dos tradicionais 35 bytes de carga em um quadro de 125 microssegundos).

Entretanto, os efeitos desta drástica justificação sobre o relógio de carga recuperada ao final do trajeto são grandes.
O demultiplex precisa corrigir uma defasagem instantânea de 8 bits em um intervalo curtíssimo, o que causa um violento salto de fase no sinal transportado no VC-12.
Os fabricantes tratam de contornar esse problema trabalhando com memórias elásticas que suportam mais de uma única justificação, e com osciladores estáveis.
Ao vir uma justificação, o demultiplex pode começar a variar o relógio lentamente para não dar um violento salto de fase, esperando que não venha outra justificação em seguida.
Mas se vem outra, ele deve compensá-la imediatamente porque a memória elástica geralmente não pode acumular uma defasagem de mais de 16 bits, e correria o risco de estourar se viesse outra justificação.

Ao desenvolver a SDH, pensava-se que sincronizando todos os ADMs e cross-connects não haveria praticamente nenhuma justificação (chamada ajuste dos ponteiros) na rede, exceto por falhas na rede de distribuição da referência de sincronização aos nós SDH. A prática, entretanto, demonstrou que mesmo em redes sincronizadas sempre existem justificações, principalmente por efeito de wander. O fato de haver justificações faz com que a carga de 2 Mbit/s transportada na SDH não seja adequada para a distribuição da temporização.

Ao contrário da PDH, que de certa forma, é transparente a temporização de uma carga plesiócrona quando se respeitam certos limites, a SDH não o é.
Um equipamento escravizado a um sinal de 2 Mbit/s contido em um VC-12 que sofreu justificações em seu trajeto pela rede SDH provavelmente se amarraria a esse sinal enquanto ele se mantivesse estável (relógio, realmente, do TU-12 gerado pelo último multiplex SDH pelo qual passou), ignorando os saltos de fase causados pela justificação, e que realmente refletiriam a temporização real do sinal original.

A SDH apresenta, portanto, dois graves problemas do ponto de vista da sincronização:

• Os elementos de rede SDH (ADMs e cross-connects) devem ser síncronos entre si, isto é, estar amarrados a uma referência única de relógio.

• Não é possível utilizar a carga útil transportada pela SDH para transferir temporização.