IERARHIA DIGITALĂ SINCRONĂ (SDH)

GENERALITATI

SDH este un standard international pentru transmisiunile digitale sincrone de inalta viteza, pentru retelele de telecomunicatii pe suport de fibre optice sau suport radio. A fost normalizata de catre CCITT din anul 1988 ; CCITT a fost inlocuit din 1993 de ITU-T.

Spre deosebire de PDH, SDH este o tehnica ce beneficiaza de o standardizare internationala; in plus sistemul de transmisiuni SDH are incorporat in mod intrinsec canale de management si control distant al elementelor de retea. Primele echipamente SDH au fost instalate in reteaua franceza in 1993.

  SDH oferă compatibilitate bidirecţională. Este compatibil pe de o parte cu reţelele PDH existente (facilitează trecerea eficientă de la serviciile de bandă largă), putând transporta E1, E3 şi E4. Pe de alta parte SDH este suportul comun de transport pentru reţele B-ISDN, LAN şi MAN de mare viteză. Pe SDH se pot transporta semnale ATM (Asynchronous Transfer Mode)= standardul pentru B-ISDN, FDDI (Fiber Distributed data Interface)= standardul de LAN de mare viteză (100 Mbps) pe fibră optică sau DQDB (Distributed Queue Dual Bus) = standardul MAN. În viitor este de aşteptat ca tehnologia ATM pe SDH (transmisie SDH cu comutare/multiplexare ATM)  să realizeze joncţiunea dintre ’Telecom’ şi ‚Datacom’.

In tehnica SDH se pot multiplexa semnale neomogene (de diferite tipuri) ; semnalele care sunt multiplexate poarta numele de tributari ; semnalul obtinut dupa multiplexare, care se transmite la echipamentul distant poarta numele de agregat.

Topologii de retea SDH

Tipurile fundamentale de topologii de retea sunt:

Topologia liniara – cand cea mai corespunzatoare strucutra a retele este cea liniara (de ex retele de acces intr-o retea de viteza mare) si cand nu este necesara o protectie mare la defectiuni; folosita pe cale ferata, autostrazi, etc; usor de manevrat si administrat si cost-effective

Topologia inel – cea mai des utilizata; asigura o flexibilitare de gestionare mare a retelei si o buna protectie; sunt reliable insa serviciile de mentenant sunt relativ dificile

Topologia mesh – fiecare nod este conectat cu un numar de alte noduri; flexibilitate de management foarte mare, protectie la defectiuni foarte mare dar in acelasi timp si redundanta foarte mare a canalelor fizice de legaturi dintre noduri; folosite in retele cu mult trafic; high reliable

Topologia stea – utilizata pentru conectarea unor puncte mai indepartate si mai putin importante; asigura protectie redusa la defectiuni; folosite in access networks sau in retelele rurale unde serviciile nu sunt foarte importante; dezavantaj daca pica nodul central

Exemplu de structura de retea SDH formata dintr-un inel cuadruplu (retea cu patru inele, adica doua inele pentru transmisie intr-un sens si doua inele pentru celalalt sens):

MOD DE FUNCTIONARE SI SCHEME BLOC

Reteaua SDH este formata din:

Linii de comunicaţie (legături) – formate din secţiuni de fibră optică şi regeneratoare (dacă e cazul)

Noduri, ce pot conţine unul sau mai multe echipamente SDH.

Tipurile de multiplexoare utilizare in sistemele SDH

Caracteristicile de baza are multiplexoarelor din SDH sunt:

Asigura accesul direct la fluxurile de baza multiplexate Multiplexarea in fluxul de iesire a unor fluxuri de intrare cu debite si structuri diferite Asigurarea unei flexibilitati sporite pentru gestionarea capacitatii de transmisie Unele multiplexoare SDH efectueaza si operatii de comutare, asigurand transferul

unor fluxuri elementare intre fluxurile multiplexate de viteza mare

Categorii de multiplexoare (Optical Network Elements)

Multiplexor (Line Terminal – LT): colecteaza mai multe interfete ale clientului si le multiplexeaza pe o singura linie cu o matrice de switch; are capacitati de zeci de Gb; folosit in aplicatii point-to-point

Regenerator: alcatuit din doua linii si face conversia O-E-O pentru a regenera semnalul (se foloseste atunci cand distanta dintre doua MUX-uri este prea mare)

ADM – ADD/DROP MULTIPLEXER: echipamente cu interfete de linie sincrone si plesiocrone si cu o linie speciala (Add bus + Drop Bus) care permite inserare si/sau extragerea fluxurilor elementare in/din cadrele STM-N; -

Unul dintre cele mai mari avantaje ale SDH este capacitatea de a face Add/Drop tributarelor direct din agregate de ordin superior. Desi elementele de retea (NE) sunt compatibile la nivel STM-N, ele pot avea trasaturi diferite de la vendor la vendor. La un site add/drop, doar acele semnale ce trebuie sa fie accesate sunt dropate sau inserate, restul traficului continuand calea prin NE-ul respectiv fara sa aiba nevoie speciala de unitati de pass-through sau alt tip de procesare de semnal.

Multiplexoarele cross-connect – reprezinta o matrice de comutare echipata cu un numar mare de porturi (module de interfata) care pot fi interfete de linie sau de abonat.- Semnalele digitale receptionate pe un anumit port de intrare pot fi conectate prin

matricea de comutatie la un port de iesire si in plus semnalele multiplexate pot fi dezasamblate in semnale individuale si trimise la diferite porturi de iesire;

- Semnalul STM-N receptionat si semnalele sosite de la interfetele de abonat sunt dezasamblate in fluxuri de baza STM-1 si transmise catre modulele de intrare, unde acestea sunt dezasamblate in unita de baza independente (containere), unitati care se trimit prin matricea de comutatie catre modulele de iesire, unde se reasambleaza cadrele STM-1.

Diferenta majora intre intre un cross-connect si un ADM este aceea ca un cross-connect poate fi folosit pentru a interconecta un numar mult mai mare de STM-1. Cross-connect-ul poate fi folosit pentru a consolida sau a separa fluxurile de STM-1 sau pentru managementul traficului de broadband. De exemplu, poate fi folosit pentru a separa traficul de banda inalta de traficul de banda joasa si sa le trimita separat catre switch-ul de banda inalta (de exemplu pentru video) si catre switc-ul de banda joasa (vocea).

Algoritmul de multiplexare SDH

Schema completa de multiplexare SDH

Asa cum se poate vedea din figura de mai sus exista containere de diferite tipuri in functie de tipul tributarilor care se multiplexeaza; de exemplu pentru tributarii E1 (2.048 Mbit/s) sunt folosite containerele de tip C-12

Fiecarui container i se asociaza un POH (Path OverHead); acest POH este necesar pentru operarea si administrarea containerului in reteaua SDH; prin adaugarea unui POH la un container se obtine un VC (virtual container)

Virtual Container-ele sunt entitatile care se transporta in reteaua SDH; avem doua tipuri de VC-uri: de nivel inferior (pana la nivelul 3 inclusiv) si de nivel superior (VC3 si VC4); de remarcat ca VC3 se incadreaza in ambele niveluri; deosebirea consta in faptul ca un VC de ordin inferior poate fi format numai din containerul corespunzator plus POH-ul lui pe cand un

VC de ordin superior se poate forma din containerul corespunzator sau poate ingloba VC-uri de ordin inferior

La VC-urile de ordin inferior se mai adauga un pointer formandu-se astfel un TU (unitate tributara); pointerul este cel care indica pozitia VC-ului in interiorul cadrului STM-1; prin multiplexarea unui grup omogen de TU-uri (TU1, TU2 sau TU3) se obtine un grup de unitati tributare TUG La VC-urile de ordin superior se adauga un administrative unit pointer obtinandu-se un AU (administrative unit).

Dintr-un AU-4 se obtine cadrul STM-1 prin adaugarea unui SOH (Section OverHead); semnalul afluent plesiocron cu debitul de 139,264Mbps este asamblat într-un container C-4 → se generează VC-4 prin adăugarea POH → se adaugă poantorul AU la VC-4 şi se obţine AU-4 → unitatea administrativă AU-4 este convertită într-o structură AUG, structură ce cuprinde blocul de 9 rânduri, 261 coloane şi în rândul 4 un număr de 9 octeţi adiţionali pentru poantorul AU → AUG se inserează într-un STM-1.

SOH acesta este format din doua parti RSOH si MSOH asa cum se poate vedea in figura de mai jos :

Cei 2430 byte ai cadrului STM-1 sunt organizati in 9 randuri a cate 270 byte.

In frame-ul de STM-1 partea ce se ocupa de monitorizarea informatiei se numeste „overhead” iar partea care contine informatii de trafic de client se numeste „payload”.

Containerele sunt unitatile de payload de baza dintr-un SDH; ele transporta informatii de user si au diferite capacitati, ceea ce le fac compatibile cu diferite variatii ale ratei de bit ale sistemelor plesiocrone.

Containerul virtual (VC) adauga overheads unui container sau unui grup de unitati tributare, care furnizeaza facilitati de supervizare si mentenant pe end to end paths.

VC-urile transporta informatii end to end pentru un punct de acces bi-directional peste sistemul SDH; VC-urile sunt create astfel incat sa transporte si sa faca switch pentru payload-uri sub-SDH:

VC12 (C12 + POH)

VC11 (C11 + POH)

VC2 (C2 + POH)

VC3 (C3 + POH)

VC4 (C2 + POH)

Caracteristicile cadrului STM-1 sunt:

LUNGIME : 2430 byteDURATA : 125 μsDEBIT : 155.520 Mbit/sCAPACITATE UTILA : 2340 byte

Debit Abreviere Codare Capacitate51.84 Mbit/s 51 Mbit/s STM-0 21 E1155.520 Mbit/s 155 Mbit/s STM-1 63 E1 or 1 E4622.080 Mbit/s 622 Mbit/s STM-4 252 E1 or 4 E42488.320 Mbit/s 2.4 Gbit/s STM-16 1008 E1 or 16 E49953.280 Mbit/s 10 Gbit/s STM-64 4032 E1 or 64 E4

Descriere SOH:

Semnificatiile celor mai importanti byte-i ai RSOH: A1, A2 formeaza un cuvantul de sincronizare A1 = 1 1 1 1 0 1 1 0 A2 = 0 0 1 0 1 0 0 0 J0 foloseste la realizarea unei trase a fiecarei sectiuni de regenerare B1 este folosit pentru monitorizarea erorilor pe sectiunea de regenerare E1, F1 sunt folositi la realizarea a doua canale de serviciu (voce si date) D1 – D3 realizeaza canalul de date DCCR cu un debit de 192 Kbit/s

Semnificatiile celor mai importanti byte-i ai MSOH: B2 este folosit pentru monitorizarea erorilor pe sectiunea de multiplexare K1, K2 realizeaza functia de Automatic Protection Switching (APS)D4 – D12 formeaza canalul de date DCCM cu un debit de 576 Kbit/s S1 marker pentru starea sincronizarii E2 realizeaza un canal de serviciu de 64 Kbit/s M1 transmite echipamentului distant al sectiunii de multiplexare numarul de erori detectate prin byte-ul B2

Structura cadrului STM-1

Fiecare unitate TU12 are o adresa (K, L, M) unde K=numarul de TUG3 (de la 1 la 3), L=numarul de TUG2 (de la 1 la 7) si M=numarul de TU12 (de la 1 la 3)

Exemplu STM-1 in outil-urile Bouygues:

Exemplu de placa de acces pentru 1650SMC si 1660SM

Tipuri de protectie

1. Multiplex Section-Shared Protection Rings (MS-SPRings):

Exista doua tipuri de MS-SPRings: cu doua fibre si respectiv cu 4 fibre optice. 2-fiber MS-SPRings impart serviciile si protectia in mod egal dar nu sunt necesare decat 2 fibre optice. In cazul 4-fibre MS-SPRings, nodurile de pe ambele parti ale caii cu defectiune vor face switch si vor folosi a doua pereche de fibre ca si noua ruta.

1.1 2-fiber MS-SPRings

In cazul acesta o fibra optica este folosita ca si ruta principala si cealalata FO ca si ruta de protectie.

Bitii SDH K1, K2 si K3 poarta informatia despre modul in care se face switch-ul in cazul protectiei MS-SPRing. Fiecare nod monitorizeaza bitii K pentru a determina cand sa comute semnalul SDH pe o cale fizica alternativa. Bitii K comunica failure conditions si actiunile efectuate intre nodurile din retea.

Daca are loc o intrerupere pe una dintre FO, traficul ce era destinat unui nod aflat dupa intrerupere va face switch pe lungimea de unda de protectie de pe cea de-a doua fibra. Traficul va merge in directia opusa pe calea de protectie pana cand ajunge la nodul de destinatie, iar in acel punct va face switch inapoi pe calea principala.

1.2 4-fiber MS-SPRings

Se dubleaza capacitatea fata de cazul anterior. Deoarece permite si span switching si ring switching, protectia 4-fiber MS-SPRings sporeste increderea si flexibilitatea. Doua fibre sunt alocate pentru traficul normal si doua pentru protectie. Pentru a putea implementa o protectie 4-fiber MS-SPRing, trebuie sa instalezi 4 carduri STM-1 sau 4 carduri STM-64 la fiecare nod din MS-SPRing.

Comutarea de control (span switching) are loc atunci cand o cale normala pica. Traficul va trece (face switch) pe fibrele de protectie intre cele doua noduri si apoi se intoarce fibrele normale care nu au picat. Comutarea de control intre mai multe noduri in acelasi timp este posibila.

Comutarea inel (ring swithing) are loc atunci cand o comutare de control nu poate recupera traficul, de exemplu atunci cand ambele fibre pica pe aceasi cale (acelasi span). In acest caz traficul va fi rutat pe fibrele de protectie pe intreg inelul.

Exemple de conexiuni:

4 noduri, doua fibre MS-SPRing

Intotdeauna se va conecta conectorul Tx al unui card STM-N al unui nod in conectorul Rx al unui card STM-N al nodului adiacent.

MS-SPRing 4-fibre foloseste acealsi model de conectare cu east-west pentru fibrele working si de protectie. Este foarte important sa nu se „amestece” conexiunile intre cardurile de protectie si cele normale, deoarece MS-SPRing nu va functiona daca un un card destinat caii normale va fi conectat cu un card destinat caii de protectie. In figura de mai jos Slot 5 (west) si Slot 12 (east) poarta traficul normal iar Slot 6 (west) si Slot 13 (east) poarta traficul de protecie.

2. Protectia liniara

2.1. Protectia 1+1: sursa face in permanenta punte cu calea de protectie, iar traficul merge pe ambele cai, MAIN si PROTECT

Protectia 1:1: traficul merge doar pe MAIN iar pe SPARE poate merge alt trafic, cu prioritate scazuta.

Protectia 1:N: exista o singura cale de protectie pentru N circuite lucratoare.

3. Multiplex Section Protection (MSP) folosita intre doua noduri si protejeaza traficul de defectiunile fizice. Traficul este trimis pe doua cai paralele dar el este receptionat de la o singura linie. In caz de defectiune, una dintre linii este inca disponibila. MSP nu este o protectie end-to-end.

4. Sub Network Connection Protection (SNCP)

Este folosita pentru a proteja traficul end-to-end; se comporta ca si MSP si este folosita de regula in retele configurate in topoligie ring

Segmentele retelei SDH

Regenerator Section: segmentul de baza in reteaua SDH. Este cea mai mica entitate pe care se poate face management; fiecare repetor monitorizeaza defectiuni cum ar fi: Loss of Signal, Loss of Frame, B1 errored blocks. Atunci cand trece printr-un repetor R-SOH este recalculat integral.

Multiplexing Section: este entitatea delimitata de doua echipamente care proceseaza payload-ul unui frame de STM-N; detecteaza defecte si blocuri eronate si genereaza alarme speciale in ambele directii. Gestioneaza partea de Automatic Protection Switching cu bitii K1 si K2; regenereaza un SOH complet.

VC4 High Path: entitatea care transporta containerele C4 de la un capat la celalalt al retelei; un VC4 poate fi atribuit unui client.

VC12 Low Path: entitatea care transporta un container C12 de la un capat la celalalt al retelei; un VC12 poate fi atribuit unui client.

Atunci cand o problema este detectata, informatia se trimite catre retea dupa cum urmeaza:

Cu rosu: detectarea alarmei si propagarea Cu albastru: detectarea erorilor si propagarea

Atunci cand o alarma este detectata toate echipamentele din retea aflate pe directia inainte sunt informate printr-o alarma de propagare AIS (Alarm Indication Signal). Echipamentele aflate in directia inapoi sunt deaseamanea informate printr-o alarma speciala numita RDI (Remote Defect Indication).

Atunci cand o eroare este dectata, echipamentele retelei din directia inapoi sunt informate si primesc un parametru special de eroare numit REI (Remote Error Indication).

Informatia generata in directia inainte poarta numele de parametri NEAR END iar informatia generata de echipamentele din directia inapoi sunt parametri FAR END.

Propagarea alarmelor in SDH

Tabel general de alarme si erori:

Sincronizarea

O problema majora pentru reteaua SDH o reprezinta sincronizarea, asigurandu-se la nivelul tuturor elementelor din retea acelasi timp pentru transmiterea si receptia datelor.

Toate clock-urile dintr-o retea de telecomunicatii trebuie sa fie sincronizate dupa o aceeasi referinta de ceas primara sau dupa un numar de master clocks atent aliniate conform standardului G.811.

Sincronizarea se face ierarhic, ceea ce inseamna ca fiecare clock este sincronizate de un alt clock de un nivel mai inalt ceea ce il face PRC (Primary Reference Clock).

Conform standerdelor ITU-T s-au definit urmatoarele clock-uri:

Primary Reference Clock (PRC) G.811 Syncronization Supply Unit (SSU-T) slave clock, nod de tranzit G.812 Synchronization Supply Unit (SSU-L) slave clock, nod local G.812 SDH Network Element Clocckk (SEC): G.813.

In anumite conditii este recomandat sa se sa se regenereze clock-ul (sau sa se distribuie acelasi clock catre diferite NE neconectate pe aceeasi linie) folosind un SSU.

Un element de retea poate folosi mai multe surse de sincronizare. Proritatea diferitelor surse este data de un tabel in care sursele sunt listate conform unei selectii manuale si in functie de calitatea semnalului. Pentru cea din urma, se foloseste un byte specific din frame-ul de SDH (S1) pentru a transmitte calitatea semnalului(Synchronization Status Message – SSM).

ECHIPAMENTE:

Noua generatie de echipamente SDH Alcatel Optinex cuprinde urmatoarele tipuri de echipamente MSN Multi Service Node:

-Alcatel 1660 SM (Nod si matrice de conexiuni STM-1/4/16) -Alcatel 1650 SMC (ADM sau multi-terminal compact STM-1/4) -Alcatel 1640 FOX (ADM sau terminal compact STM-1)

Echipamentele OMSN sunt compatibile in retea cu generatiile mai vechi de echipamente Alcatel 1641 SM / 1651 SM. Pot fi folosite in toate tipurile de retele, atat in cele tip lant si inel cat si in retelele tip plasa. Conceptul de placa de tributari este inlocuit de cel de modul de acces iar conceptul de Agregat Est, Agregat West este inlocuit cu conceptul de unitate de port (putem avea una, doua sau mai multe unitati de port) Echipamentele din familia MSN au arhitectura interna simetrica, toate unitatile de port fiind echivalente functional