RETI DI TELECOMUNICAZIONI

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1 Corso di Studi in Ing. delle Telecomunicazioni LAUREA in INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI RETI DI TELECOMUNICAZIONI Stefano Giordano Lezione n.8n Multiplazione in reti Sonet e SDH; Tecniche di protezione; commutatori Gruppo di Ricerca in Reti di Telecomunicazioni Dipartimento di Ingegneria della Informazione: Elettronica, Informatica, Telecomunicazioni Slide 1

2 Costruzione della trama OC-N DS3 Client Signal DS3 Circuit Layer DS3 Payload Mapping STS-1 POH Insertion STS-1 SPE STS Path Layer Line Layer STS-1 Pointer Insertion LOH Generation for each STS-1 Map SPE & N LOHs into internal STS-N Section Layer SOH Generation for each STS-1 Map N SOHs into internal STS-N Physical Media Layer OC-N Phys. Ifc. (E/O conversion) OC-3 Slide 2

3 Il processo di multiplazione nei sistema SONET STS-3c STS-3c STS-3 STS-3 SPE SPE X 1 E-4 E Mbit/s E Mbit/s E-3 STS-N STS-N X N STS-1 STS-1 STS-1 STS-1 SPE SPE X 7 DS-3 DS Mbit/s VT Group VT Group X 1 VT-6 VT-6 VT6 VT6 SPE SPE DS-2 DS Mbit/s MAPPAGGIO MULTIPLAZIONE ALLINEAMENTO X 4 X 3 VT-6 VT-6 VT2 VT2 SPE SPE E-1 E Mbit/s ELABORAZIONE DEL PUNTATORE VT-6 VT-6 VT-1.5 VT-1.5 SPE SPE DS-1 DS Mbit/s Slide 3

4 Componenti fondamentali di una rete SONET/SDH STM-N RIGENERATORE STM-N PDH SDH TM STM-N ADM STM-N STM-N STM-N DXC PDH SDH Network Clock 140 Mbit/s 34 Mbit/s 2 Mbit/s Network Clock Network Clock Slide 4 STM-N 140 Mbit/s 34 Mbit/s 2 Mbit/s

5 SDH Layers STM-n STM-n STM-n STM-n STM-n MUX. Tributaries Tributaries. Multiplexing Section MSOH Path Layer Connection POH DXC Reg Reg Reg DXC Reg. Section Reg. Section RSOH RSOH Reg. Section RSOH Mux Section MSOH Slide 5

6 SDH Layers Circuit Circuit Layer PATH Higher Order Higher Order Lower Order Lower Order Path Layer SECTION Multiplexer Section Multiplexer Section Regeneration Section Regeneration Section Physical Medium Physical Medium Transmission media Layer Slide 6

7 Functions of the layers Transmission Media Layer: trasporto sincrono di segnali digitali tra elementi SDH attraverso il mezzo fisico. I suoi sublayer sono: SECTION LAYER (suddiviso nel regenerator section e multiplexer section) PHYSICAL MEDIUM LAYER Path Layer: trasporto di segnali digitali tra elementi di rete. (Con riferimento alle velocità trasmissive del segnale multiplato si distingue un lower-order path, higher-order path) Circuit Layer: Fornisce servizi di comunicazione end-to-end Slide 7

8 STM-n Frame Structure 270 x n columns 9 x n bytes 261 x n bytes 9 rows 3 bytes 1 byte RSOH (Reg. Sec. Overhead) AU-PTR STM-n payload 5 bytes MSOH (Multip. Sec. Overhead) P O H Virtual Container-n 1 byte Slide 8

9 Azione dei puntatori in AU-3/AU AU-PTR µsec 4 AU-PTR µsec Mbit/s signal capacity Mbit/s payload for higher order paths Slide 9

10 STM-1 Headers A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 X X B1 D D E1 D F1 X X D1 D D D2 D D3 H1 H1 H1 H2 H2 H2 H3 H3 H3 B2 B2 B2 K1 K2 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 S1 M1 E2 X X RSOH AU-PTR MSOH J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1 POH Slide 10

11 STM-1 Headers Alignment Regenerator section Trace Two voice channel 64Kbit/s Parity Check after scrambling 1 2 A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 X X B1 D D E1 D F1 X X RSOH Data 192 Kbit/s at the Reg. Sec. 3 4 D1 D D D2 D D3 H1 H1 H1 H2 H2 H2 H3 H3 H3 AU-PTR Parity Check excl. RSOH 5 6 B2 B2 B2 K1 K2 D4 D5 D6 Protection Switching Data 576 Kbit/s at the MUX Sec D7 D8 D9 D10 D11 D12 S1 M1 E2 X X MSOH voice channel 64Kbit/s Type of Clock National Use Number of Errors detected at the Multiplexer Section by means of B2 Slide 11

12 Container & Virtual Container Container: struttura numerica fondamentale dell SDH. Quattro classi di container sono state definite: C1: C-11 C-12 C2, C3, C4 (DS-1) (DS1-E) (DS-2) (DS-3, DS-3) (DS-4, DS-4) Virtual Container: unità informativa di trasporto scambiata sul path layer connection (container+poh); VC1, VC2, VC3, VC4 ordine inferiore, ordine superiore Periodo di Ripetizione: ordine inferiore VCs 500 µsec ordine superiore VCs 125 µsec Slide 12

13 Tributary Unit, Tributary Unit group Tributary Unit: elemento di multiplazione che abilita un VC ad essere trasportato un una classe più alta mantenendo un accesso diretto ad ognuno delle classi più basse. TU-1 (TU-11, TU-12), TU-2 and TU-3 Tributary Unit Group: assembla insieme più TU senza nessun overhead (interallacciamento di byte nel payload del VC di ordine più alto). Slide 13

14 Admin. Unit, Administrative Unit Group Administrative Unit: elemento di multiplazione che permette ad un VC di ordine più alto di essere trasportato su un multiplexer section layer: VC ordine elevato + AU-Pointer Administrative Unit Group: assembla insieme più AU senza nessun overhead (interallacciamento di byte nel payload del segnale STM-n). Slide 14

15 Relazione tra elementi di multiplexing C-i Container C-i (i=1,2) POH C-i Virtual Container VC-i (i=1,2) TU-PTR VC-i Tributary Unit TU-i 1... i... X 1... i... X Tributary TUG-i Unit Group POH C-i Virtual Container VC-j (j=3,4) AU-PTR VC-j Administrative Unit AU-j 1... j... Z 1... j... Z Administrative Unit Group AUG SOH n n Synchronous Transport Module STM-n Slide 15

16 Il processo di multiplazione nei sistema SDH STM-N STM-N X N AUG AUG X 1 AU-4 AU-4 VC-4 VC-4 C-4 C Mbit/s xN Mbit/s TUG-3 TUG-3 X 1 TU-3 TU-3 VC-3 VC-3 X 3 X 7 STM-0 STM Mbit/s AU-3 AU-3 VC-3 VC-3 X 7 C-3 C Mbit/s TUG-2 TUG-2 X 1 TU-2 TU-2 VC-2 VC-2 C-2 C Mbit/s MAPPAGGIO MULTIPLAZIONE ALLINEAMENTO X 4 X 3 TU-12 TU-12 VC-12 VC-12 C-12 C Mbit/s ELABORAZIONE DEL PUNTATORE TU-11 TU-11 VC-11 VC-11 C-11 C Mbit/s Slide 16

17 Path Overhead VC-3/VC-4 1st colums VC-4 payload Parity Check on previous VC Other miscellaneous operations J1 Path Trace B3 Type of load carried by the VC C2 G1 POH F2 H4 Position indicator of lower order VCs F3 K3 Automatic protection switching at VC-3/VC-4 level N1 VC-11/VC-12 and VC 2 (lower order paths) carry their POH as their first byte Slide 17

18 Le tecnologie fotoniche e la rete di trasporto completamente ottica 100nm 18 Terahertz m m m Basso tasso d errore e lunghe distanze Basse perdite: 0.2db/km, km senza repeater Bit Error Rate (Rame ) Elevatissima larghezza di banda (33 tonnellate di rame per trasmettere la stessa quantità d informazioni trasportate da ¼ pound di fibra ottica) Larghezza di banda di una singola fibra Commerciale: 1.6Tbps usando 169 canali Lab: 10 Tbps (Teorico: 150Tbps) Affidabilità (Basso rumore, passivo) Slide 18

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20 Photonic transport networks 2.5 Gigabit/s OC-48=STM-16=32000 chiamate voce 200 lambdas 200 OC-192 = 200 STM-64 = 25 milioni di chiamate voce OC-192 = 10 Gigabit/s Slide 20

21 OXC OXC Rete Nazionale Rete Regionale OADM OXC OXC OADM OADM OADM OADM OADM Collegamento DWDM Canale ottico rosso Convertitore elettro-ottico che genera/termina il canale ottico rosso OXC OADM Optical Cross-Connect Optical Add-drop Multiplexer ADM ADM Slide 21

22 Rete Ottica di Trasporto SDH Ring TMN SDH OXC O-ADM Router O-ADM WLT WDM Ring WDM O-ADM ATM Switch O-ADM O-ADM Optical Add Drop Mux OXC Optical Cross-Connect GbE Gigabit Ethernet ATM Asynchronous Transfer Mode WLT Wavelength Line Terminal WDM Wavelength Division Multiplexing TMN Telecommunications Management Network Slide 22

23 Le reti ottiche oggi forniscono circuiti end-to-end Cella Pacchetto TDM 1 TDM n Lambda 1 Lambda n Fibra 1 Fiber Bundle Su tali circuiti logici è possibile trasferire informazione a commutazione di cella o di pacchetto Fibra n Slide 23

24 Infrastruttura Internet WDM Backbone Network BOCs Quest Sprint AT&T MCI/ WorldCom Router Slide 24

25 Topologia Interoute-21 Slide 25

26 Tecnologie opto-elettroniche per la realizzazione di un O-ADM 2D MEMS optical crossconnect switching Add Input Drop MEMS Micro-Electro-Mechanical System Output Slide 26

27 OXC Optical Cross Connect Matrice ottica Stadio di Multiplazione/Demultiplazione Porta della matrice ottica Interfaccia DWDM bidirezionale Interfaccia di un singolo canale bidirezionale Slide 27

28 MEMS Switches for Optical Cross-Connect Micro Specchi Mobili Slide 28

29 Optical Cross-Connects: Lambda Router Monolithic MEMS Switching Chip Slide 29

30 Optical Cross-Connects: Lambda Router Input Optical Fibre Bundle Input MEMS Array MEMS control cables Output MEMS Array Hermetic Enclosure Output Optical Fibre Bundle Inherently bit-rate and protocol independent fabric Scalable fabric to 1024 x 1024 Cross-connects implemented by re-orienting mirrors Design for low loss, mechanical stability, simplified assembly 0.5 mm Slide 30

31 MEMS Mirror Arrays for 256x256 OXCs and Beyond 2-Axis Tilt Motion 16 Mirror Array 64 Mirror Array 256 Mirror Array +/- 5 o motion on each axis < 5 msec mirror response time negligible chip power consumption Slide 31

32 Optical fiber switch and cross-connect Optical Switch Wavelength Cross-connect Dropped wavelengths Added wavelengths Slide 32

33 IP over WDM Network: Segnalazione e Controllo DCC WDM Optical Network Control Central Control (out-of-band DCC) Slow but elaborate Performance monitoring of WDM network Overall view of network Listen and instruct distributed control Distributed Control (in band WDM) Rapid and reflex-like Packet forwarding using detected optical-label to match local routing table in NE Communicate with Central Control Slide 33

34 MONET Washington DC Field Trial DCC 1510-nm WDM Channels Slide 34

35 Overlay Model (ITU-T G.ASON) IP IP IP IP 1 Layer 5 Nodi IP 6 Link IP DXC DXC DXC ADM ADM ADM 1 Layer 6 Nodi SDH 12 Link WDM WDM Fiber OADM WDM Fiber OXC WDM Fiber WDM Fiber WDM Fiber OADM OADM Totale 1 Layer 5 Nodi OTN 5 Link 16 Nodi 23 Link Slide 35

36 Modello Integrato (IETF) 3 Switch Capabilities 7 Nodi 8 Fibre Slide 36

37 Dorsale Ottica di Trasporto Telecom IT Slide 37

38 Optical transport networks Router Telephone Switch Router Transport Network Telephone Switch Telephone Switch Router Slide 38

39 Back-to-back e Add-Drop Multiplexing Multiplexing Pre-SONET SONET Add-Drop Multiplexing Estrazione / Inserzione di un Tributario ADM Estrazione / Inserzione di un Tributario Slide 39

40 Disposizione lineare di ADM SONET o SDH Dal punto di vista dell utenza si è realizzata una topologia logica a maglia completa Slide 40

41 Protection and Restoration Le tecniche di RECOVERY (recupero da condizioni di guasto) si dividono in - Tecniche di PROTECTION (protezione) Una risorsa di backup dedicata viene allocata per recuperare la condizione di servizio offerto dalla risorsa che potrebbe guastarsi - Tecniche di RESTORATION (re-instaurazione) Le risorse di backup non sono dedicate a specifiche risorse primarie ma un insieme di risorse è mantenuto disponibile per il recupero da condizioni di guasto di diverse risorse che possono guastarsi (l allocazione delle risorse avviene in modo dinamico: è in generale necessario un tempo di recupero più lungo rispetto al caso precedente ma si potrebbe ottenere una migliore utilizzazione delle risorse di rete) Slide 41

42 Disponibilità di un servizio Availability = MTBF MTBF + MTTR MTBF = Mean Time Between Failure MTTR = Mean Time To Repair Regola dei cinque 9 (five nines): Avalilability = % Corrispondenti a 5.25 minuti sul periodo di un anno Slide 42

43 Automatic Protection Switching (APS) Protezione 1+1 Protezione a livello di linea (Multiplexer) Tx Linea principale Rx bridge Tx Linea di protezione Rx Protezione lineare Perdita di segnale Perdita di sincronismo di trama Bit Error Rate sulle due linee Segnali di allarme Slide 43

44 Automatic Protection Switching (APS) Protezione 1:1 Tx Tx Linea principale Segnalazione APS (ottetti K1, K2) Linea di protezione Rx Rx traffico extra a bassa priorità Slide 44

45 Automatic Protection Switching (APS) Protezione 1:N Tx Tx Tx Linea principale 1 Linea principale 2... Linea principale N Rx Rx Rx Tx Linea di protezione Rx traffico extra a bassa priorità Segnalazione APS Slide 45