SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

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1 SDH (Synchronous Digital Hierarchy) Il problema dei SONET è che sono stati progettati per lo standard americano, perché è partito dai Digital System americani. Gli europei si sono resi conto dell importanza del Sonet per le reti ottiche, ma era anche vero che lo standard Sonet non si adattava bene allo standard europeo. Ciò è dovuto al fatto che l STS-1 ha un bit-rate di 51,84 Mbit/s, mentre lo standard europeo corrispondente è il 34 Mbit/s, quindi se inseriamo questi 34 Mbit/s nell Envelope della trama STS-1 abbiamo un notevole spreco di banda! Per questo motivo l ente di standardizzazione europeo (ETSI) ha deciso di adattare i Sonet allo standard europeo, creando uno standard chiamato SDH che è valido sia per gli standard europei che per quelli americani. Osserviamo che, in generale, lo motivazioni che hanno portato alla creazione del Sonet, sono le stesse di quelle che portano alla creazione dello standard SDH e sono riassunte nello schema seguente: La flessibilità ed efficienza di cui si accennava prima è dovuta anche alla presenza dei multiplatori ADD-DROP (ADM) che inseriscono e prelevano i tributari da un flusso aggregato. Le loro due interfacce di linea, East e West, permettono di inserire questi ADM lungo un collegamento trasmissivo. Osserviamo dalla figura che questi ADM hanno due possibilità di collegamento: il collegamento di esercizio, utilizzato per trasportare aggregati e il collegamento di protezione che è un collegamento di riserva nel caso in cui il primo collegamento si guasti. Un altro importante apparato che si ha nelle reti SDH è il cosiddetto RED (ripartitore elettronico digitale) o Digital Cross Connect (DXC) che permuta i flussi contenuti negli aggregati ad alta velocità e gli eventuali tributari attestati localmente. --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 104

2 La permutazione automatica dei nodi, la ridondanza della capacità installata e la rete magliata consentono la creazione agevole dei percorsi trasmissivi (path) e, nel caso di malfunzionamenti, il ripristino della connessione attraverso un percorso alternativo. La comunicazione è resa flessibile e sicura! Come già accennato prima i vantaggi dell SDH sono simili a quelli dei Sonet: - Flessibilità di gestione dei flussi trasmissivi - Interfacce ottiche standard - Protezione automatica del traffico - Funzioni evolute di esercizio e manutenzione Per garantire la compatibilità trasversale (Multi-Vendor e Multi-Operator environment ) fra apparati di diversi costruttori, sono state specificate le caratteristiche trasmissive (Racc. ITU-T G.957); ad esempio: lunghezza d onda, larghezza spettrale, dispersione, riflessione,sensibilità del ricevitore (cioè minima potenza accettabile dal ricevitore per garantire una BER=10-10 ) e saturazione del ricevitore (ossia la massima potenza accettabile per garantire una BER=10-10 ). Nel PDH le informazioni di overhead sono molto ridotte. Sono disponibili soltanto alcuni bit di allarmistica e di controllo della qualità, non associati ai singoli tributari, ma al flusso aggregato. Nel PDH, inoltre, sono state sviluppate sovrastrutture di supervisione degli allarmi e di misura della qualità (per esempio BER sulla parola di allineamento) non standard e di difficile gestione. Nell SDH le informazioni di allarmistica, controllo della qualità e di supervisione sono molto complete e associate anche ai singoli tributari. Si dispone anche di indicativi anagrafici del percorso e delle caratteristiche di equipaggiamento del flusso per verifiche di congruenza da parte degli apparati attraversati. Tutto l Overhead è inserito nella trama SDH senza sovrastrutture. In generale, quindi, l SDH presenta i seguenti vantaggi: - Struttura stratificata della rete trasmissiva - Multiplazione di flussi di capacità diversa e con standard differenti - Efficienti funzioni di Add-Drop e Cross-Connect - Funzioni di supervisione evolute - Protezione automatica del traffico - Compatibilità trasversale (un unico standard mondiale) - E stato concepito per una rete trasmissiva, mentre PDH per un collegamento - La crescita verso velocità superiori è stata facilitata da modularità e parallelismo permesso dal sincronismo Tra gli svantaggi,invece, ricordiamo: - Trasporto di 63 flussi a 2 Mbit/s, o 4 flussi a 34 Mbit/s nella trama STM-1 rispetto a 64 flussi a 2 Mbit/s o 4 flussi a 34 Mbit/ trasportati nella trama a 140 Mbit/s - NNNecessità di distribuire i cronosegnali di sincronizzazione Osserviamo che anche l SDH ha una struttura stratificata. --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 105

3 Il livello di percorso, il cosiddetto Path Layer, è l insieme delle risorse trasmissive che vanno dal primo terminale SDH che riceve il tributario VC, Virtual Container, all ultimo terminale SDH che restituisce il flusso tributario. Ricordiamo che i terminali SDH suddetti sono o un multiplatore, terminale o Add-Drop, o un RED sincrono. Il livello di sezione trasmissiva, il cosiddetto Section Layer, è definito fra interfacce che trattano flussi aggregati ed è suddiviso in : - Strato della sezione di multiplazione (Multiplexer Section Layer), porzione compresa tra due terminali SDH. - Strato della sezione di Rigenerazione (Regenerator Section Layer), porzione di collegamento compresa tra un terminale SDH e un rigeneratore oppure tra due rigeneratori. La multiplazione SDH definisce quattro livelli (Racc. ITU-T G.707) tutti basati su trame di durata 125 µs. Le trame e i segnali dei vari livelli gerarchici SDH sono detti STM-N (Synchronous Transport Module di livello N), mentre i segnali dei vari livelli gerarchici SONET sono detti STS-N (Synchronous Transport Signal di livello N) o anche OC-N (Optical Carrier di livello N). Nella tabella seguente vediamo la corrispondenza tra livelli SDH e livelli SONET ed i corrispettivi bit-rate. Ultimamente si è arrivati anche al livello STM-256 con bit-rate pari a circa 40 Gbit/s. Abbiamo quindi visto che l SDH non è altro che un Sonet adattato per soddisfare lo standard europeo. Si parte da una trama che è composta da 3x90 colonne (poiché STM-1 corrisponde ad STS-3), cioè 270 colonne e 9 righe; la durata resta 125 µs. --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 106

4 I byte si leggono sempre da sinistra verso destra e dall alto verso il basso, cioè la sequenza di emissione ha proprio questo ordine. Come si vede nella figura, i byte di allineamento sono 6, mentre nell STS-1 erano 2, e sono ripetuti ogni 125 µs. Anche qui la trama può essere suddivisa in due parti: Overhead e Payload. Il Section Overhead è suddiviso in due parti: le prime 3 righe (Regeneration Section OverHead), la IV riga che contiene i puntatori (AU, unità amministrativa) e le rimanenti 5 righe (Multiplexing Section OverHead). Il RSOH svolge funzioni di allineamento di trama, monitoraggio delle prestazioni, trasporto di informazioni di gestione, mentre il puntatore AU indica dove leggere il carico pagante. Ricordiamo che l Overhead è di due tipi: il PathOverhead (POH) che è l informazione associata al livello di percorso (VC), creata all ingresso della rete SDH ed esaminata all uscita, e il Section Overhead (SOH), di cui abbiamo parlato prima e che è associato all aggregato SDH. Di seguito vediamo uno schema che descrive il Section Overhead dell STM-1. I byte vuoti sono lasciati per applicazioni future, mentre i byte dipendenti dal mezzo, identificano il mezzo che è stato usato per la trasmissione di quella trama: questa informazione è utile in alcune applicazioni. Tra le strutture numeriche, i Virtual Container sono il mattone di base e l elemento più innovativo rispetto al PDH: il nome, Virtual Container, deriva dal fatto che sono delle strutture logiche, cioè esistono solo all interno dell STM-N e contengono informazioni degli strati clienti. Un VC è un insieme strutturato di byte nel quale è possibile inserire i bit di un tributario (per esempio un flusso PDH) o altre strutture numeriche. L accesso ai VC individuale ed indipendente ed è legato alla presenza di un puntatore associato ad essi. --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 107

5 Esistono contenitori virtuali di livello più basso e contenitori virtuali di livello più alto: i primi sono i VC1, VC2, VC3, mentre il VC4 è un virtual container di livello più alto. Il puntatore AU è utilizzato per specificare l offset del carico utile di un VC di ordine superiore rispetto alla struttura di trama di multiplazione che lo contiene: per esempio, il puntatore AU-4 indica la posizione del primo byte del VC4, libero di muoversi all interno della trama. Il puntatore TU è usato per specificare l offset del carico utile di un VC di ordine inferiore rispetto alla trama del VC di ordine superiore in cui è inserito. Il VC4 è quello che contiene il payload che riempie la trama di 125 µs. I VC possono avere fase variabile rispetto alla struttura numerica che li contiene: occorre pertanto effettuare l allineamento dinamico per compensare questi disallineamenti; questo compito è svolto dai puntatori H1,H2, H3. In particolare i campi indicati con I e D stanno ad indicare rispettivamente la giustificazione positiva e la giustificazione negativa. La giustificazione consiste nello spostare il payload all interno della trama in modo da compensare gli eventuali disallineamenti. Per esempio, nella giustificazione positiva, i 3 byte accanto ad H3 non sono più byte di informazione ma byte di giustificazione, mentre nella giustificazione negativa (trama anticipata), i byte H3 vengono utilizzati come byte di informazione. Lo schema di sotto sintetizza le regole di giustificazione sopra citate. --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 108

6 Gli schemi di multiplazione descrivono le modalità con cui ogni segnale della gerarchia PDH viene inserito nella trama SDH come tributario. La multiplazione sincrona in SDH è basata su regole complesse che combinano diversi mattoncini (strutture numeriche) via via come scatole cinesi secondo lo schema di multiplazione. Le strutture numeriche sono insiemi di byte costruiti in accordo a prefissati formati, aventi dimensione fissa e possono essere inserite una dentro l altra o interlacciate byte a byte. Per capire meglio i passi della multiplazione sincrona SDH basta osservare queste immagini. Il contenitore dove possiamo inserire ogni tipo di informazione, dai pacchetti IP alle celle ATM, tributari PDH. Se a questo contenitore inseriamo un etichetta (POH = PathOverhead), abbiamo un contenitore virtuale di basso livello (VC1-2-3). Raggruppando più virtual container, si realizza un gruppo di unità tributarie. Vari gruppi di unità tributarie costituiscono il payload. Se aggiungiamo un POH al payload otteniamo il cosiddetto VC4, cioè un contenitore virtuale di alto livello. Aggiungendo l unità amministrativa (AU) al VC4 si realizza l STM-1. Il VC è usato per le connessioni dello strato di cammino (tra punti di accesso alla rete SDH, per portare dati di utente); il TU/TUG (Unità tributaria/gruppo di unità tributarie) è usato per adattare i livelli di ordine inferiore (Low Order Path Layer) a quelli di ordine superiore (Higher Order Path Layer); il AU/AUG (Unità Amministrativa/Gruppo di unità amministrative) è usato per adattare i livelli di ordine elevato (Higher Order Path Layer) a quello di sezione di multiplazione. Per quanto riguarda le regole di multiplazione,sono definiti tre tipi di relazioni tra strutture numeriche: - mapping di un carico informativo (es. segnale PDH) in un Container, eventualmente con giustificazione per inserire un segnale con frequenza variabile in un container di dimensione fissa - multiplazione sincrona di uno o più strutture numeriche in un altra con relazione fissa di fase - allineamento di fase di una struttura dentro un altra con codifica della relazione di fase in un puntatore --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 109

7 Gli schemi seguenti descrivono le varie strutture numeriche. I CONTEINER Ecco di seguito elencati i tributari PDH mappabili nello schema ITU-T. --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 110

8 I VIRTUAL CONTEINER I TRIBUTARY UNIT I TRIBUTARY UNIT GROUP TUG-2 TUG SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 111

9 Il VC-11 è quello che contiene il primo livello di Multiplazione Americano (1,544 Mbit/s): sono 24 time slot più un bit, cioè 25 ottetti più un overhead. L unità di tributario corrispondente TU-11 si ottiene aggiungendo il puntatore. Questa riga è rappresentata da 9 righe e tre colonne, per un totale di 27 byte (25 ottetti + 1 overhead + 1 puntatore). Per realizzare il gruppo di unità tributarie 11 devo mettere insieme 4 di queste multiplate tra di loro come in figura (a).si ottiene così un TUG-2 che presenta 27x4 byte=108 byte, con durata sempre di 125 µs. Analogamente per lo standard europeo: abbiamo 32 time slot, in figura 34 + il POH + il puntatore per un totale di 36 ottetti. Realizziamo una trama di 9 righe e 4 colonne per un TU-12 e ne raggruppiamo a gruppi di 4 per ottenere un TUG SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 112

10 UNITA AMMINISTRATIVE Partiamo dai vari flussi plesiocroni (1,544 Mbit/s 139,262 Mbit/s) sia di standard europeo che americano. Partendo ad esempio dallo standard europeo 1,544 Mbit/s otteniamo il Contenitore-11, aggiungendo il POH otteniamo il VC-11 e quindi le TU TU-11 formano il gruppo di unità di unità di tributari-2. Multiplando 7 TUG-2 otteniamo il VC-3; da cui aggiungendo opportunamente il puntatore si ha l unità amministrativa 3. Da questo punto si arriva al corrispondente STM. Lo schema seguente, a differenza del precedente che riuniva sia lo standard europeo che quello americano, è dedicato solo allo standard europeo. --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 113

11 Per concludere, osserviamo che le reti SDH utilizzano degli apparati molto particolari per rendere più flessibili le reti stesse. Tra questi ricordiamo: l amplificatore rigeneratore, il multiplatore STM, l Add Drop Multiplexing, il Digital Cross Connect o RED; questi sono tutti descritti nella figura seguente. La figura seguente è un esempio di rete SDH complessa. --- SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI --- MULTIPLAZIONE SDH 114