Objetivos - Grupo de Ingeniería Telemática

Tema 1: Jerarquía Digital Síncrona, SDH
Tecnologías de red de transporte de
operadora
MÁSTER EN INGENIERÍA TELEMÁTICA
Profesor: Juan José Alcaraz Espín
1
Objetivos
„
„
Tener una visión general de las redes de
transporte SDH.
Conocer la tecnología en un grado de
detalle suficiente como para poder
manejar manuales de equipos de red, de
equipos de medida y de operación y
mantenimiento.
2
Contenido
Limitaciones de las redes PDH.
Ventajas de las redes SDH.
Arquitectura funcional de las redes SDH.
Multiplexación SDH
La trama STM-1
„
„
„
„
„
{
{
{
Contenedores
Contenedores Virtuales
TU y TUG
Ejemplo de multiplexación en SDH
Seguridad en SDH
Gestión y monitorización de red en SDH
Conclusiones
„
„
„
„
3
Bibliografía I
„
„
„
„
„
„
„
Integrated Broadband Networks. Byeong Gi Lee, Woojune
Kim. Ed. Artech House.
Jerarquías Digitales de Multiplexión, PDH y SDH,
Sincronización de Redes. José Manuel Caballero Artigas,
Andreu Guimera. L&M Data Communications.
http://www.trendcomms.com/
http://www.rares.com.ar/interest.htm
Test solutions for digital networks. Roland Kiefer. Ed. Hüthig.
Broadband networking : ATM, SDH and SONET. Mike Sexton,
Andy Reid. Ed. Artech House.
Rec. De la ITU-T:
{
{
{
G-707
G-803
G-841
4
Bibliografía II
„
„
„
„
„
Network Recovery. Jean-Philippe Vasseur, Mario Pickavet,
Piet Demeester. Ed. Morgan Kaufmann.
SDH/SONET Explained in Functional Models. Huub van
Helvoort. Ed. John Wiley and Sons.
Next Generation SDH/SONET. Huub van Helvoort. Ed. John
Wiley and Sons.
Connection-oriented Networks. Harry G. Perros. Ed. John
Wiley and Sons.
Transmission Systems Design for Wireless Networks. Harvey
Lehpamer. Ed. Artech Haouse.
5
Limitaciones de la red PDH
Los sucesivos
procesos de
multiplexación bit a
bit y simultánea
justificación
dispersa los bits en
las jerarquías de
orden superior
6
Limitaciones de la red PDH
El problema de la segregación de canales
Acceder a canales individuales a partir de señales de orden
jerárquico superior exige la demultiplexación y posterior
multiplexación completa y por tanto un encarecimiento de los
equipos donde se deseé extraer e insertar canales.
7
Limitaciones de la red PDH
Incompatibilidad. Los interfaces empleados en las
distintas jerarquías son diferentes, lo que requiere
equipos adicionales para la interconexión entre
operadores.
8
Ventajas y desventajas de la red SDH
VENTAJAS
„ Interworking directo entre fabricantes.
„ Permite integrar redes existentes. (PDH, RDSI, ATM, IP)
„ Velocidades estandarizadas de hasta 40 Gb/s.
„ En cualquier señal se puede extraer un tributario
„ Aporta mecanismos de protección.
„ Mayor soporte para mecanismos de gestión
DESVENTAJA
„Requiere la distribución de una señal de sincronismo (2
Mbit/s) a todos los nodos de la red Æ plan de sincronismo
9
Arquitectura funcional de SDH
Conexión STM-16
Conexión STM-4
Conexión VC-4
Conexión VC-12
CONCEPTO BÁSICO: Modelo en capas de la red de transporte
10
Arquitectura funcional de SDH
Modelo de referencia
Modelo de referencia de una red SDH.
11
Arquitectura funcional de SDH
139 264 kbit/s Æ VC-4
44 736 kbit/s, 34 368 kbit/s Æ VC-3
6312 kbit/s Æ VC-2
2048 kbit/s : 31 × 64 kbit/s Æ VC-12
1544 kbit/s : 24 × 64 kbit/s Æ VC-11
Redes de capa de circuito
VC-11
VC-12
VC-2
VC-3
Capa de trayecto
de Orden Inferior
LOP
Capa de
Trayecto
VC-3
155 Mbit/s
4x155 Mbit/s
16x155 Mbit/s
64x155 Mbit/s
256x155 Mbit/s
VC-4
Capa de trayecto de
Orden Superior
HOP
Capas de
transporte
SDH
Capa de sección multiplexora: MS
Capa de
Sección
Capa de sección regeneradora: RS
Capa de Medios
de Transmisión
Capa del medio físco
12
CONCEPTO BÁSICO: Información característica de cada capa
Arquitectura funcional de SDH
Niveles y equipos: Ejemplo
Conexión de camino (path)
Sección de multiplexación
Secc. Reg.
Sección de multiplexación
Secc. Reg.
Secc. Reg.
Secc. Reg.
Caminos
Secciones
Multiplexor terminal
Regenerador
Multiplexor
Regenerador
Multiplexor terminal
13
Arquitectura funcional de SDH
En el paso de una capa a otra se
introduce información adicional de
cabecera (Over Head)
LOP
LOP-OH
Función de adaptación: Modifica la
señal de la capa cliente para que pueda
ser trasportada por la capa servidora
HOP
HOP-OH
MS
MS-OH
Función de terminación: Añade
información a la capa cliente para
monitorizar la calidad de la conexión
RS
14
RS-OH
Multiplexación SDH
Mapa de multiplexión SDH. Obsérvese que la capacidad de una trama
básica STM- 1 puede ser cargada con diversas combinaciones de afluentes.
Por ejemplo: un canal ATM a 149 Mbit/s, 63 circuitos E1 (3x7x3); un circuito
E3 y 42 E1; dos circuitos T3 y veintiuno T1.
15
La trama STM-1
La trama STM-1
RSOH
MSOH
16
La trama STM-1
La trama STM-1
Formación de un STM-1 a partir de un VC-4:
17
Multiplexación SDH
Caso ideal de sincronización perfercta.
Caso real de sincronización imperfecta.
CONCEPTO BÁSICO: Necesidad de punteros
18
Multiplexación SDH
VC-4 Payload
OverHead
9 bytes
261 bytes
VC-4
Floating phase
AU Pointer
RSOH
AU-4
MSOH
Fixed
Phase
AUG
19
Multiplexación SDH
La trama STM-1: cabecera
Sinchronous Transport Module (STM)
A1, A1, A1, A2, A2, A2: palabra de alineamiento.
J0: Byte de traza de sección: Es un código que identifica
el camino (el STM-1) en la sección de regeneración
B1: Byte de monitorización de error en la sección de
regeneración. Mecanismo empleado BIP-8 (Bit Interleaved
Parity 8), que da 8 bits de paridad independientes.
E1: Engineering Order Wire (EOW): es un canal telefónico
entre regeneradores
F1: Canal de mantenimiento (indica errores en el B1 en el
otro sentido, identificando el regenerador)
D1, D2, D3: Canal de comunicación de datos (DCC), para
mensajes de O&M intercambiados con los regeneradores.
B2: Monitorización de error en la MS (BIP-24)
K1 y K2: bytes para el protocolo de Conmutación Automática de Protección (APS)
D4, D5, … D12: DCC de la MS. (576 kb/s)
E2: EOW de la MS.
S1: Synchronization Status: Informa de la calidad de la referencia de reloj.
M1: Byte para envío señales de error en el otro sentido.
21
Multiplexación SDH
RS
Añade RSOH
Añade Alineamiento.
*
MS
Añade MSOH
Procesa punteros
Añade canales
Añade cabecera de protección
HO-POH
HOP
Adaptación:
- Multiplexa
- Procesa punteros
- Ajusta velocidades
Añade cabecera de protección
LO-POH
LOP
Adapta el flujo de datos de usuario
22
Multiplexación SDH
C12
LO-POH
LOP
VC12
Multiplexa y añade punteros
Ajusta velocidades
DCC (O&M)
Canal usuario EOW
Info Sincronismo
Mensajes de error
TUG-3
HOP
VC4
PTR
VC4
BIP-24, K1 y K2
HO-POH
PTR+VC4 = AU4
MS
DCC (O&M)
Canal usuario EOW
Alarmas
BIP-8
MS-POH
RS
RS-POH
Palabra de alineamiento
J0
Aleatorización
Señal aleatorizada
OS
23
Multiplexación SDH
Multiplexación de una señal E1 en un STM-1
Recordemos el mapa de multiplexación
Contenedores C-3, C-2, C-12 and C-11
Contenedor
Transporta señal a
C-11
1.544 Mbit/s
C-12
2.048 Mbit/s
C-2
6.312 Mbit/s
C-3
34.368 Mbit/s y 44.736 Mbit/s
C-4
139.264 Mbit/s
Capacidades de transporte de cada contenedor
24
Multiplexación SDH
Paso 1: El tributario se hace corresponder con un C-12
Tributario E1 Síncrono
Tributario E1 Asíncrono
Bits de control
de justificación
(+/N/-)
Bits de justificación
25
Multiplexación SDH
Paso 2: Correspondencia C-12 a VC-12.
Se añade relleno y el POH
Bits de la cabecera POH
Overhead
Traza del trayecto (VC-12)
Monitor Conexiones Tandem
Algoritmos de Protección
26
Multiplexación SDH
Paso 3: Se crea el TU-12: VC-12 + puntero
H4 es un byte del POH del VC-4
V1
V2
V3
Relleno
Carga
Información
El puntero en un TU-12 tomará valores entre 0 y 139 (=35x4-1) bytes
Relleno
Relleno
Carga
Justo antes de incrementar el puntero se invierten los bits “I” y se
añade justificación positiva.
Información
Información
Justo antes de decrementar el puntero se invierten los bits “D” y
se añade justificación negativa.
27
Multiplexación SDH
Ejemplo de funcionamiento de la justificación con puntero
VC-12 completo
INCREMENTO
DECREMENTO
V1
V1
V1
V2
V5
V2
V5
V2
V3
V3
relleno
V3
V3
V4
V4
V4
V4
V4
V4
V1
V1
V1
V1
V1
V1
V2
V5
V2
V2
V5
V2
V5
V2
V5
V5
Posición 0
Se invierten
los bits I
V5
Posición 1
V1
V1
V2
V5
V2
V5
V2
V5
Posición 0
V1
V5
V2
V3
Se invierten
los bits D
28
Posición 139
Multiplexación SDH
Paso 4: Se multiplexa el TU-12 con otros 2 dando lugar al TUG-2
29
Multiplexación SDH
Paso 5: Se multiplexan 7 TUG-2 byte a byte dando lugar al TUG-3
NPI: Null Pointer Indicator. Para diferenciarlo de un TUG-3
que contenga un VC-3 (Ya que un VC-3 + puntero = TUG-3)
Se añade relleno para ajustarlo al tamaño de 86 bytes de longitud
V1/2/3/4 del primer TU-12
V1/2/3/4 del segundo TU-12
V2 apuntará a V5 (que es flotante)
30
Multiplexación SDH
Paso 6: Se multiplexan 3 TUG-3 byte a byte dando lugar a la carga del VC-4
#1
2 columnas de relleno
#2
#3
El byte H4 de la HO-POH del VC-4 indica
en que parte de la multitrama (para los VC31
n del LOP) nos encontramos
#1 #2 #3
Multiplexación SDH
Paso 7: Se añade el POH Æ VC-4
Veamos con más detalle la cabecera del VC-4
Identificador (traza) del camino (del VC-4). Se reparte en 16 tramas.
BIP-8 del VC-4
Indica de qué tipo es el contenido (qué mapeo se emplea)
Indica que errores se detectan en el otro sentido
A disposición del operador
Indica qué parte de la multitrama se está enviando
A disposición del operador
Canal para el protocolo APS a nivel de VC-4
Monitorización de conexiones tandem: hace la misma función que el B3
cuando el VC-4 atraviesa distintos operadores (cada operador reescribe
su B3, pero no modifica el N1)
Multiplexación SDH
Paso 8: Se añade el punteroÆ AU-4
Paso 9: Se configura el STM-1
Floating phase
AU Pointer
RSOH
AU-4
MSOH
Fixed
Phase
AUG
33
Multiplexación SDH
Resumen multiplexación (y mapeo) de un E1 en un STM-1
34
Multiplexación SDH
incrementa
decrementa
El VC-4 también
puede experimentar
un proceso de
desplazamiento de
carga en el STM-1
El puntero señaliza de
3 en 3 bytes
35
Multiplexación SDH
El STM-1 puede estar también constituido por tres tramas VC-3 y en
ese caso se disponen tres punteros, uno para cada VC-3. En ambos casos la
secuencia de transmisión es de izquierda a derecha y de arriba abajo.
Tramas STM-N
tramas STM-N
Trama
Tasa binaria (kbits/s)
Tasa redondeada
STM-1
155.520
155 Mbit/s
STM-4
155.520 x 4 = 622.080
622 Mbit/s
STM-16 155.520 x 16 = 2.488.320
2.5 Gbit/s
STM-64 155.520 x 64 = 9.953.280
10 Gbit/s
Módulos de Transporte Síncrono
37
Tramas STM-N
Formación de las tramas STM-N
Multiplexión de N AUG en una trama STM-N, el multiplexado se realiza byte a byte.
38
Tramas STM-N
Formación de las tramas STM-N
Multiplexación directa e indirecta para un STM16
39
Tramas STM-N
Ejemplo de cabecera de un STM-4.
Sólo se cuadruplican los A1s y los B2s. El resto de la cabecera se genera nueva
40
Elementos de red
Elementos de red
„
Regeneradores: Son los responsables de
mantener las características físicas de la señal a
lo largo de toda la red supervisando la calidad de
la señal recibida.
„
Multiplexores terminales de línea (LTMUX ó PTE) Permiten insertar
señales plesiócronas ó síncronas (llamadas afluentes) de tramas síncronas de
nivel superior (llamadas señales agregadas). En la nomenclatura ITU se
denominan Elementos de Terminación de Trayecto (PTE).
41
Elementos de red
Multiplexores de inserción y extracción (ADM)
Permiten insertar y extraer señales plesiócronas o
síncronas (afluentes) en (o de) tramas síncronas de
nivel superior (agregadas). Son el elemento básico
de las redes con topología en anillo, muy adecuadas
para configuraciones redundantes y tolerantes a
fallos.
„
ƒDistribuidores-Multiplexores (DXC)
Permite realizar conmutación, inserción y extracción de
señales plesiócronas o síncronas a varios niveles.
Permitirá el mapeo de señales plesiócronas en
afluentes síncronos llamados contenedores virtuales,
así como la conmutación entre estos, desde el
conmutador virtual de menor nivel hasta el de nivel
superior.
42
Elementos de red explicados en
componentes funcionales
43
Topologías
Topologías de red
Punto a Punto: Permiten el transporte de señales entre dos ubicaciones,
por ejemplo entre dos LTMUX.
Punto a Multipunto ó en Bus: Sigue la estructura básica punto a punto
pero incorpora multiplexores ADM, de forma que las funciones de inserción
y extracción de señales afluentes quedan incorporadas en puntos
intermedios entre las ubicaciones extremas.
Anillo: Esta topología permite insertar y extraer afluentes en cada nodo de
la red. Proporcionan circuitos de reserva para el caso de caídas de línea o
fallo de equipos.
Estrella / Hub / Mallada: Topología que facilita la concentración de tráfico,
optimizando el uso de las señales SDH. Se realiza a través de elementos
DXC.
44
Topologías
Punto a Punto
Mallada
Punto a Multipunto
Anillo
45
Servicios de seguridad en SDH
Protección
Se asignan a priori medios para la recuperación de circuitos
ante fallos. Recuperación controlada desde los propios
elementos de red. Recomendación ITU-T G-841:
1. Protección de camino SDH
Protección lineal
Protección en anillo
Unidireccional
Bidireccional
2. Protección de conexión de subred SDH (SNCP)
46
Servicios de seguridad en SDH
Protección dedicada
Protección lineal 1+1
Protección compartida
Se puede hacer en cualquier
nivel: MS, HOP o LOP
Protección lineal N:M
47
Servicios de seguridad en SDH
MS-DP (Multiplex Section-Dedicated Protection Ring)
MS-USHR (Multiplex Section-Unidirectional Self Healing Ring
48
Servicios de seguridad en SDH
MS-DP (Multiplex Section-Dedicated Protection Ring)
MS-USHR (Multiplex Section-Unidirectional Self Healing Ring
49
Servicios de seguridad en SDH
MS-SP (Multiplex Section-Shared Protection Ring)
MS-BSHR (Multiplex Section-Bi-directional Self Healing Ring
(MS-BSHR/2, MS-BSHR/4)
50
Servicios de seguridad en SDH
El protocolo APS pone todos los
nodos (excepto B y C) en estado
de “pass through”
51
Servicios de seguridad en SDH
Anillo con protección del tipo SNCP: Cada circuito se encamina por dos
caminos, y en recepción se escoge el mejor.
Equivale a MS-DP (MS-USHR).
No está limitado a 16 Nodos, porque no se emplea el protocolo APS.
52
Servicios de seguridad en SDH
Ejemplo de SNCP
Drop and Continue se implementa
entre equipos que interconectan
anillos entre sí
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Ejemplo de SNCP con Drop and Continue
Servicios de seguridad en SDH
Diversificación:
Diversificación en dos rutas de los
circuitos entre los nodos C1 y C2
+2
+2
Restauración: ejemplo con
cuatro nodos. Se interrumpen
por avería los circuitos entre los
nodos A y B. El resto de
secciones ceden sus circuitos de
reserva para paliar la avería
54
Gestión de red SDH
„
Según OSI gestión de red engloba FCAPS:
„
Fault
„
Configuration
„
Accounting
„
Performance
„
Security
Distintos tipos de Incidencias:
„
Anomalías: Errores no persistentes, el servicio puede seguir
„
Defectos: Densidad elevada de anomalías. Se interrumpe
temporalmente el servicio
„
Fallo: Cuando la interrupción del servicio supera un
determinado umbral de tiempo
„
55
Gestión de red SDH
* * * * * * * * *
Las taras de sección de regeneración
(RSOH) y de multiplexión (MSOH) están
siempre presentes en la cabecera de la
trama STM-1 y son monitorizadas por la
sección de regeneración y la de
multiplexación respectivamente.
Bytes K1 y K2 se emplean para transmitir
la condición de RDI y los mensajes de los
protocolos de protección automática
(APS)
Byte M1 se emplea para emitir el REI
(además lleva un contador de errores BIP
en los bits 2 al 8)
*
56
Gestión de red SDH
Interacción entre defectos y alarmas para ambas direcciones, a través de las capas SDH
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