Synchronous Digital Hierarchy

Apresentação em tema: "Synchronous Digital Hierarchy"— Transcrição da apresentação:

1 Synchronous Digital Hierarchy
Organização da Apresentação: 1ª Parte - António Silva Introdução ao SDH Modelo Estrutura da Trama Estrutura de Multiplexagem 2ª Parte - José Pinho Comparação PDH / SDH Mecanismos de Protecção Equipamentos e Topologias de Rede Exemplo de Aplicação - ANEL Fim - Conclusões por ambos NOTAS :

2 Synchronous Digital Hierarchy
NOTAS : Apresentação do Trabalho de Rede Digital de Acesso Mestrado Electrónica e Computadores - FEUP António Manuel Silva - mee98040

3 Introdução ao SDH Standard ITU para a Rede de Transporte.
Permite Criar uma Infra-estrutura de Telecomunicações Unificada Definido para ser usado com infra-estruturas existentes : Fibra Óptica ( distancias longas ) Links Satélite, Radio. Interfaces Eléctricas ( ligação entre equipamentos ) Maior Flexibilidade e Largura de Banda : Numero de equipamentos   Fiabilidade  Infra-estrutura para Gestão Manutenção e Protecção (Overheads específicos ) Totalmente Standard  Ligação entre Equipamentos multi-fabricante Arquitectura Flexível  integração de diversas aplicações com diferentes taxas de Transmissão NOTAS : Os primeiros sistemas sobre fibra-óptica nas redes de Telecomunicações eram proprietários a todos os níveis - mecanismos de gestão, manutenção, na sua arquitectura, mecanismos de multiplexagem, codificação de linha, etc.. Tal fazia com que houvesse problemas de dependência dos operadores em relação a um fabricante, problemas na interligação da sua rede com outras, etc.. Junho 2000 Apresentação SDH

4 “Razão de nascer” As limitações da tecnologia de transporte anterior PDH : Incapacidade de distinção de um canal numa hierarquia superior Banda insuficiente para Informação de Gestão de Rede. Sistemas de Gestão e Manutenção proprietários O standard só define Taxas de Transmissão até 140 Mbit/s Necessidade de Solução para rede de Transporte a ‘longo termo’ Elevadas Taxas de Transmissão : até 10 Gbits/s standard. Interconectividade, Expansibilidade, Disponibilidade, Gestão Compatibilidade entre equipamento multi-fabricante Fiabilidade, Protecção Função de Add&Drop Simples Sincrono vrs Pleosincrono : Um nível de Multiplexagem vrs Vários níveis de Multiplexagem Menor Complexidade vrs Maior Complexidade Menor custo vrs Maior custo NOTAS : Síncrono  As transições digitais nos sinais acontecem exactamente à mesma taxa. Pode no entanto haver diferenças de fase entre 2 sinais. Numa rede síncrona, todos os sinais de relógio estão referenciados a um único. Pleosíncrono  Dois sinais dizem-se pleosíncronos se as suas transições ocorrem quase ao mesmo tempo, sendo qualquer variação restringida a limites estritos. Por exemplo, se duas redes necessitam interagir e derivam de fontes de relógio diferentes, apesar de esses relógios serem extremamente precisos, existe sempre alguma diferença, esta diferença diz-e pleosíncrona. Um sistema PDH é Pleosíncrono. A sua estrutura de multiplexagem é hierárquica, implicando que para aceder a um sinal de uma hierarquia inferior seja necessário desmultiplexar. Junho 2000 Apresentação SDH

5 Modelo em Camadas Meio de Transmissão Caminho ‘PATH’ Físico Secção
Meio de Transmissão físico, ex.: Óptico, Radio, Satélite, etc.. Secção Regeneração : Transferência de informação entre elementos regeneradores e pontos de encaminhamento e terminação de caminhos Multiplexagem : Transferência de informação extremo-a-extremo entre elementos de encaminhamento ou terminação de caminho Caminho ‘PATH’ VC - Contentor Virtual : Estrutura de informação constituída por ‘payload’+Overhead de caminho (POH). Alta Ordem [ VC-4, VC-3 ] : Contém apenas um contentor ou um conjunto de unidades tributários (VC de baixa ordem mais apontador) juntamente com o Overhead respectivo. Baixa Ordem [ VC-11, VC-12, VC-2, VC-3 ] : Contém apenas um contentor de informação mais o respectivo overhead. NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

6 Modelo em Camadas Junho 2000 Apresentação SDH NOTAS :
Diferentes serviços de rede são suportados pelas camadas de transporte SDH. O esquema em cima apresentado mostra as relações entre as camadas SDH. Essas relações são hierárquicas, sendo cada camada cliente da sua inferior e servidora da sua superior - Modelo Cliente-Servidor . Junho 2000 Apresentação SDH

7 Estrutura da Trama STM-N
STM-N : Estrutura de informação de nível N para SDH Secção de Overhead de Informação Apontadores para Unidade/s Administrativas Informação ‘payload’ Organizado num bloco que se repete de 125us em 125us. Representação Bidimensional. NOTAS : A trama SDH é uma estrutura repetitiva com um período de 125us (o mesmo existente em sistemas PCM), e está organizado numa matriz bidimensional de nove linhas e múltiplos de 270 colunas dependendo da taxa de transmissão utilizada. O N pode variar pelos valores [ 1, 4, 16 ,64 ] sendo referente as taxas de transmissão [ 155Mbit/s, 622Mbit/s, 2.5Gbit/s, 10Gbit/s ], constituindo assim as tramas STM1, STM4, STM16 e STM64. Existe ainda a trama STM0 referente a uma taxa de transmissão de 51Mbit/s, que difere ligeiramente da estruturação acima definida. No caso da trama STM-1 temos 9 linhas e 270 colunas de bytes, sendo cada byte correspondente a um canal de 64KBit/s. As primeiras 9 colunas contém informação de Overhead de secção, para funções de framming, gestão, etc. As restantes colunas são o payload que podem transportar os sinais pretendidos, por exemplo 2MBit/s PDH. Cada sinal transportado contém a si associado overheads, que são utilizados para gestão, manutenção, transporte do mesmo. Junho 2000 Apresentação SDH

8 Contentores Virtuais - VC
Pacotes de dados independentes. Transporte de sinais com características diferentes. Transportados dentro do Payload da trama STM-N. Endereçados por apontadores e valores de offset. Podem flutuar dentro do payload da Trama. Tipos de VC: Alta ordem  Nível de multiplexagem superior [VC4,VC3] Baixa Ordem  Nível de multiplexagem inferior [VC2,VC3,VC11,VC12] NOTAS : Um contentor virtual pode ser visto como uma entidade que circula através da rede, sendo criado e desmantelado num ponto de terminação de serviço. Sinais PDH são mapeados em VC de tamanho apropriado usando ponteiros e técnicas de justificação para alinhar o seu relógio ao do VC. Overheads são adicionados para gestão criando o VC. Contentores Virtuais e sua capacidade Junho 2000 Apresentação SDH

9 Overhead SOH - Overhead de Secção Sincronização de Trama
A1,A2 - Alinhamento de Trama B1,B2 - Monit. de Qualidade e Paridade D1 .. D12 - Gestão de Rede E1,E2 - Canais de Voz J0 (C1) - Identificador de percurso K1,K2 - Controlo de Protecção S1,E2 - Indicador de Qualidade de Relógio X - Uso nacional  - Uso dependente do Link (Físico) Sincronização de Trama Gestão e Manutenção Pertencente a um sistema de transporte individual RSOH - Overhead de Secção de Regeneração MSOH - Overhead de Secção de Multiplexagem NOTAS : O overhead de secção de regeneração contém informação necessária aos elementos localizados ao fim de uma secção, que poderão ser 2 regeneradores, ou equipamentos que fazem terminação da linha. O overhead de secção de multiplexagem contém informação necessária aos equipamentos que executam acções de multiplexagem, basicamente todos os equipamentos SDH excepto os regeneradores. Junho 2000 Apresentação SDH

10 Overhead POH - Overhead de Caminho Monitorização da Qualidade
Tipo do Contentor High-Order POH - Overhead para Contentores de alta ordem Low-Order POH - Overhead para Contentores de baixa ordem V5 - Indicação e Monitorização de Erros BIP-2 - Paridade REI - Indicação de erro remoto RFI - Indicação de falha remota RDI - Indicação de defeito remoto Signal Label - etiqueta de sinal de VC J1 - Indicação de Caminho K4 - Sinal de protecção automática N2 - Monitorização de Conexão ‘Tandem’ J1 - Indicação de Caminho B3 - Monitorização de Qualidade C2 - Formato do Contentor G1 - ACK de Erro de Transmissão F2, F3 - Manutenção H4 - Indicação de SuperTrama K3 - Sinal de protecção automática N1 - Monitorização de Conexão ‘Tandem’ NOTAS : O overhead de caminho é referente ao VC, sendo transportado com o mesmo, desde o instante em que é criado pelo equipamento de terminação de caminho até ao payload dele ser desmantelado, para o sinal por ele transportado ser retirado. Junho 2000 Apresentação SDH

11 Apontadores Identificam a localização de contentores virtuais (VC) no ‘payload’ de uma trama STM-N. Seguem uma base trama-a-trama, indicando o offset entre o ‘payload’ de um VC e a trama STM, identificando o primeiro byte. H1 e H2 : apontador de ‘payload’ de VC, justificação de frequência e concatenação STM-1. H3 : justificação de frequência e controlo de ‘stuffing’ Tipos de apontadores: Payload : Usado para compensar uma diferença de fase ou frequência. Indica onde o VC começa dentro do payload. Justificação Positiva : Se o VC é mais lento que a Trama STM-1, de vez em quando executa-se ‘stuffing’ a um byte do fluxo dando um delay de um byte ao fluxo do VC. Justificação Negativa : Se o VC é mais rápido que a Trama STM-1, de vez em quando utiliza-se um byte do Overhead para payload dando um byte de avanço ao fluxo do VC. NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

12 Apontadores - Justificação
Justificação Positiva Justificação Negativa NOTAS : Bytes extra permitem que o VC deslize para trás no tempo. Um byte de ‘stuff’ segue imediatamente a seguir ao byte H3 O VC deslize para a frente no tempo quando um byte é ‘stuffed’ para o H3. Dados do payload actual são escritos no byte H3. Junho 2000 Apresentação SDH

13 Estrutura de Multiplexagem
Processos chave envolvidos: Mapeamento Processo Usado para adaptar Tributários aos contentores virtuais (VC) adicionando bits de justificação e informação de caminho (POH). Alinhamento Processo de colocar um apontador num TU ou AU, permitindo a localização do primeiro byte do VC. Multiplexar Processo usado para concatenar múltiplos sinais de baixa-ordem em um de alta-ordem ou vário de alta-ordem numa secção de multiplexagem. ‘Stuffing’ Os sinais tributários são alinhados e multiplexados, alguma banda é disponibilizada para suportar taxas diferentes dos mesmos. Assim em alguns pontos da hierarquia de multiplexagem esta banda é preenchida com ‘fixed stuffing’, bits que não contém informação. NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

14 Estrutura de Multiplexagem
NOTAS : A figura ilustra a estrutura de multiplexagem definida em ITU-T G707. A nível mais baixo, C-contentores, são sinais para os VC. O propósito desta função é criar um conteúdo uniforme para o VC, usando técnicas de bit-sttufing para que todos os sinais tenham uma taxa de transmissão comum e possam ser multiplexados de modo síncrono. A seguir os VC’s são alinhados em unidades tributários - TU, onde operações de processamento de ponteiros são executadas. Estas funções iniciais permitem que o payload seja multiplexado em grupos de TU - TUG. O próximo passo é multiplexar os TUG em em VC’s de alto nível. Esses VC’s são multiplexados com o mecanismo byte-stuffing fixo de modo a formar a unidades administrativas - AU, que são finalmente multiplexadas em grupos. O resultante forma o payload de uma trama STM-N. STM - SynchronousTransport Module TUG - Unidade de Grupo de Tributários VC - Contentor Virtual AU - Unidade Administrativa TU - Unidade Tributário C - Contentor Junho 2000 Apresentação SDH

15 Estrutura de Multiplexagem
Contentores C Payload de VC uniforme bit-stuffing  bit-rate comum Preparação para a multiplexagem síncrona Unidades Tributários TU Conjunto de um VC de baixa ordem e um apontador TU Multiplexados em Grupos  TUG Grupos de TU Multiplexados em VC’s de alta ordem Unidades Administrativas AU VC de alta ordem mais apontador Multiplexados em Grupos  AUG Grupos de AU  multiplexados em STM-n NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

16 Multiplexagem de Tributários
Dois Métodos Possíveis Unidades TU  TUG Multitrama TU Melhora eficiência do canal em 4 vezes - menor Overhead de TU. Estrutura de 4 Tramas VC consecutivas (500us) A sua ocorrência e a sua fase é indicada pelo POH de VC-n byte H4  Indicador de Multitrama Overhead Multitrama - 4 bytes V1,V2,V3 e V4 V1 e V2  Apontadores V3  Sincronização de multitrama V4  Reservado Estrutura MultiTrama TU NOTAS : A informação de fase necessária para definir um VC de baixa ordem na sua unidade de suporte TU é similar á necessária a por um VC de alta ordem na sua unidade de suporte AU. Dois bytes por unidade TU, equivalentes ao H1 e H2 do AU que forma o apontador TU, mais um terceiro byte equivalente ao H3 usado para justificação. Isto foi considerado exagerado em realação ao tamanho da unidade TU, além disso provocava dificuldades de compatibilidade numérica. Definiu-se então que as unidades TU são baseadas numa multitrama de 4 tramas consecutivas correlacionadas entre si. Deste modo a eficiência melhora de um factor 4. A ocorrência de multitrama é identificada por um padrão de 2bits do byte H4 do POH de VC’s de alta ordem (VC3 ou VC4). Assim apenas um byte por TU em cada VC de alta ordem é necessário, sendo carregado no carregado nos bytes iniciais do respectivo TUG. Sendo designados por V1,V2,V3,V4 carregados pela trama 1, 2, 3 e 4 respectivamente. Junho 2000 Apresentação SDH

17 Alarmes, Anomalias, Defeitos e Falhas
Os overheads fornecem informação de Manutenção Indicação de Alarmes Detecção ou Transmissão Monitorização de Performance e Erros Indicação remota de erros, defeitos e falhas Alarmes Remotos Estado de Sincronização e de caminho , etc. NOTAS : Anomalia  A mínima discrepância que pode ser observável entre o actual e o desejado. Defeito  A densidade de anomalias atingiu o limite a partir do qual deixa de ser possível executar determinada função. Falha  A incapacidade de uma função executar uma determinada acção dentro de um tempo limite Alarme  Sinal usado para indicar ao equipamento par que um defeito ou falha foi detectado. Junho 2000 Apresentação SDH

18 Mecanismos de Protecção Automático APS
Capacidade de um sistema de transmissão detectar uma falha e comutar de modo a recuperar o trafego. Apenas a secção de Multiplexagem é protegida. Bytes K1 e K2 do MSOH Modo automático Protocolo Protecção de Secção de Multiplexagem - MSP Comutação feita em resultado de : Alarme de Falha Alarme de degradação Comandos do Gestor de Rede ou Outros. Dois modos de funcionamento do APS Protecção 1+1 1 unidade de Backup por cada unidade de trabalho Protecção 1+n 1 unidade de Backup por n unidades de trabalho NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

19 Equipamentos de Rede Multiplexor Terminal. Regenerador
Ponto Terminal de Rede SDH. Concentrador de sinais Tributários ( E1, E3, etc.) Regenerador Ligações de longas distâncias Recuperação de sincronismo Preenchimento da secção de regeneração nos campos de Overhead Multiplexor Add&Drop Capacidade de adicionar e retirar Tributários a um sinal STM-N e deixar passar transparentemente outros Tributários. Possibilidade de configuração em ANEL Protegido Caminhos Alternativos Possibilidade de Drop&Continue: Ligações Ponto-Multiponto ( Difusão de TV/Video ). NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

20 Equipamentos de Rede WideBand Digital Cross-Connect
Acede a um conjunto de Sinais STM-N cruzando ao nível dos canais Tributários (TU). Apenas os canais Tributários a serem cruzados é que são Mux/DeMux Usado quando o acesso aos canais TU é necessário. BroadBand Digital Cross-Connect. Acede a um conjunto de Sinais STM-N cruzando ao nível das unidades administrativas (AU). Usado para Encaminhamento de Tráfego NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

21 Topologias de Rede Ponto a Ponto Ponto Multiponto Simples
Transporte ‘end-to-end’ de Links E1, E3, etc Ponto Multiponto Capacidade de fazer Add&Drop de circuitos Possibilidade de cenários de difusão de sinais - Drop&Continue NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

22 Topologias de Rede Arquitectura ‘Mesh’ Anel Escalável
Cross-Connect em ponto Central - Concentração de Tráfego Reconfiguração de Circuitos Anel Bidirecional ou Unidirecional Capacidade de Add&Drop Flexibilidade na Alocução de recursos Capacidade de Protecção NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

23 Conclusões SDH - Uma Rede de Transporte Poderosa
Multiplexagem simples e muito flexível (Apontadores) Standardização até ao nível da fibra (físico) Interconectividade entre equipamentos e redes assegurada Topologias de Rede diversas Capacidade de responder a um diverso conjunto de Aplicações Flexibilidade de crescimento. Convergência de Tecnologias Capacidade de Fornecer Transporte a diversas tecnologias, tais como PDH, ATM, IP na mesma estrutura física. Grandes Capacidades de Gestão e Manutenção Mecanismos para Gestão e Manutenção Integrada de Rede Overheads para detecção de Falhas, defeitos. Mecanismos de Protecção. NOTAS : Junho 2000 Apresentação SDH

24 Referências - Normas ITU
G.701 – Vocabulary of digital transmission and multiplexing and PCM terms G.702 – Digital Hierarchy bit rates G.703 – Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces G.704 – Synchronous frame structures used at 1544, 6312, 2048, 8448, and kbit/s hierarchical levels G.706 – Frame alignment and cyclic redundancy check (CRC) procedures relating to basic frame structures defined in Recommendation G.704 G.707 – Network Node Interface for the SDH G.772 – Protected monitoring points provided on digital transmission systems G.780 – Vocabulary of terms for SDH networks and equipment G.783 – Characteristics of SDH equipment functional blocks G.784 – SDH management G.803 – Architecture of transport networks based on the SDH G.823 – Control of jitter and wander in PDH systems G.825 – Control of jitter and wander in SDH systems G.826 – Error performance parameters and objectives for international, constant bit rate digital paths at or above the primary rate G.827 – Availability parameters and objectives for path elements of international constant bit-rate digital paths at or above the primary rate G.831 – Management capabilities of transport network based on SDH G.841 – Types and characteristics of SDH network protection architectures G.861 – Principles and guidelines for the integration of satellite and radio systems in SDH G.957 – Optical interfaces for equipment and systems relating to the SDH G.958 – Digital line systems based on SDH for use on optical fibre cables I.432 – B-ISDN user-net-work interface – Physical layer specification M.2100 – Performance limits for bringing-into-service and maintenance of inter-national digital paths, sections, and transmission systems M.2101 – Performance limits for BIS and maintenance of SDH paths and multiplex sections O.150 – General requirements for instrumentation for performance measurements on digital transmission equipment O.181 – Equipment to assess error performance on STM-N interfaces F.750 (ITU-R) – Architectures and functional aspects of radio-relay systems for SDH-based networks Outra bibliografia usada: Livros: Advances in Transport Network Tchnologies Ken-Ichi Sato Artech House Publishers Broadband Networking - ATM, SDH and SONET Mike Sexton & Andy Reid Tutorials : SDH- Telecommunications Standard Primer Synchronous Digital Hierarchy Marconi Comunications Web ProForum Tutorials SDH - Pocket Guide Wandel & Golterman Web: http// http// Junho 2000 Apresentação SDH