Engineering and Telecom services
1
SDH transmission Network Jacques BAUDRON iXTEL Edition 7 - décembre 2004
[email protected] Réseau de transmission
Sommaire Engineering and Telecom services
2
Réseaux de transmission
3
Réseaux SDH
9
La sécurité de fonctionnement dans les réseaux SDH
29
Synchronization des réseaux SDH
52
Architecture des réseaux SDH
62
L’exploitation des réseaux SDH
69
SDH Next Generation
78
Le multiplexage en longueurs d’onde
91
Abbreviations
109
Glossary
114 Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
3
Réseau de transmission
Réseau de transmission
Réseau de transmission Engineering and Telecom services
Central Office
Central Office
Modem
4
Modem Lignes louées
• Réseau de transmission : réseau de liens permanents entre nœuds d’un réseau de services. • Les routes sont préétablies et configurées dans les nœuds du réseau de transmission • Le transport est totalement transparent au service transporté Réseau de transmission
Packet multiplexing, time division multiplexing Engineering and Telecom services
5
Packet multiplexing:
Sce : A Des : B
A
L’information est insérée dans un paquet où figurent les informations de source et de destination. Le paquet est routé au travers du réseau
Payload
B
Information
Time Division multiplexing: L’information est insérée dans un lien permanent en point à point dont les extrémités correspondent à la source et à la destination.
A
B
Réseau de transmission
Multiplexage statistique, multiplexage hiérarchique Engineering and Telecom services
6
Vers B Vers C
Vers A
Vers A
B
A Sce : Des : A
B
Données
Sce : Des : A
Données
C Sce : Des :
C
A
Données
C
Multiplexage statistique : la bande passante n’est consommée que lorsque l’on s’en sert Vers B Vers C
Vers A
A
Vers A
B
C
Multiplexage hiérarchique : la bande passante est monopolisée en permanence
Réseau de transmission
La qualité dans les réseaux à multiplexage statistique Engineering and Telecom services
Pour les services « temps réel » : (voix …) •
Le délai de transit des différents paquets dans le réseau doit être constant
7
A 1 2 3 45
Variation lente : Wander Variation rapide : Jitter
•
Le délai de transit des différents paquets dans le réseau doit être inférieur à un seuil. Ce seuil est variable suivant le service transporté
•
L’ordre dans lequel sont transmis les paquets doit être respecté
B
Multiplexage statistique
Occupation aléatoire de la bande passante
Temps de transit non garanti
Multiplexage hiérarchique
Occupation permanente de la bande passante
Temps de transit déterminé
1 2 43 5
Délai de transit
Réseau de transmission
En bref : les réseaux de transmission Engineering and Telecom services
8
Les réseaux de transmission proposent des liaisons (semi-) permanentes en point à point. Les technologies de multiplexage par paquets et de multiplexage par réservation de bande passante offrent chacune leur avantage : • Optimisation de la bande passante • Optimisation de la synchronisation Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
9
Réseau SDH
Réseau de transmission
Avant : le multiplexage plésiochrone PDH Engineering and Telecom services
10
Jusqu’aux années 80 : multiplexage plésiochrone • Multiplexage de liens à partir de 2 Mbit/s dans des conduits de tailles supérieures : 8 Mbit/s, 34 Mbit/s, 140 Mbit/s et 560 Mbit/s.
• Multiplexage dans le temps bit à bit. • Multiplexage hiérarchique : chaque débit est transporté dans un débit immédiatement supérieur.
Réseau de transmission
Le multiplexage plésiochrone PDH Engineering and Telecom services
2 Mbit/s
11
8 Mbit/s
34 Mbit/s
140 Mbit/s
Réseau de transmission
Le transport d’un conduit en PDH Engineering and Telecom services A->C
A->C
A
12
C 2 Mbit/s
2 Mbit/s
2/8
2/8
8/34
8/34
34/140
34/140 140 Mbit/s
L’insertion du site B amène à un démultiplexage complet de la trame avant de la reconstituer.
140 Mbit/s A->C
B->C
A
B->C
B 2 Mbit/s
A->C
C 2 Mbit/s
2 Mbit/s
2 Mbit/s
2/8
2/8
2/8
2/8
8/34
8/34
34/140
34/140
8 Mbit/s
8/34
8/34 34 Mbit/s
34/140
34/140 140 Mbit/s
140 Mbit/s
Réseau de transmission
Les motivations pour la SDH Engineering and Telecom services
13
Les motivations pour la SDH (Synchronous Digital Hierarchy) • La simplification du multiplexage • L’exploitation centralisée • La mesure de la qualité • La sécurisation • L’interopérabilité Réseau de transmission
Le multiplexage en SDH Engineering and Telecom services
14 Informations de gestion : le SOH (Section OverHead)
Début de trame
125 µs
Pointeur
La trame arrive à une cadence régulière : 8000 trames par seconde, soit une toutes les 125 µs.
Le mécanisme de pointeurs suppose que l’ensemble des nœuds d’un réseau SDH fonctionne exactement sur la même horloge
Chaque conduit (2, 34, 140 Mbit/s) est repéré par sa position dans la trame grâce au pointeur.
Importance du réseau de synchronisation en SDH Réseau de transmission
Le transport d’un conduit en SDH : ajout d’un site intermédiaire Engineering and Telecom services
15 A->C
B->C
A
B->C
B 2 Mbit/s
A->C
C 2 Mbit/s
2 Mbit/s
2 Mbit/s
SDH Add & Drop Multiplexer (ADM)
SDH Add & Drop Multiplexer (ADM) 155 Mbit/s
SDH Add & Drop Multiplexer (ADM) 155 Mbit/s
Réseau de transmission
Ajustement de pointeur Engineering and Telecom services
16
PRC
PRC
Primary reference clock
Primary reference clock 2048 MHz + ε
2048 MHz - ε
2 Mbit/s
Quand il y a de légères différences entre les horloges, la valeur du pointeur évolue pour le compenser. L’ajustement de pointeur décale le conteneur de trois octets. Réseau de transmission
Les « OverHead » Engineering and Telecom services
• Les « OverHead » sont des canaux inclus dans la bande passante. Ils transportent :
17
– Des calculs de parité pour mesures de qualité – Des informations d’exploitation (commandes, relevés de l’état du réseau) – Les pointeurs – …
• Les « OverHead » sont associés à toute unité de transport : conduit (Path OverHead POH), section de multiplexage entre deux éléments de réseaux (Section OverHead SOH) • Il n’y a pas d’informations de routage dans les « OverHead ». Réseau de transmission
La trame SDH Engineering and Telecom services
2 Mbit/s
POH
VC-12
18
x 63 VC-4
POH 34 Mbit/s POH
POH
x3
VC-3
Payload VC-4
140 Mbit/s POH SOH
VC-4
STM-n
VC-n : Virtual Container = 1 path + 1 POH AU-4 : Administrative Unit = 1 VC-4 + pointer TU-12 or TU 3 : Tributary Unit = 1 VC-12 or VC-3 + pointer POH : Path OverHead SOH : Section OverHead STM : Synchronous Transfer Mode Multiplex Section (MS) : fiber between equipments
SOH
n : quantity of VC-4 STM - 1 155 Mbit/s STM - 4 622 Mbit/s STM – 16 2,5 Gbit/s STM – 64 10 Gbit/s Réseau de transmission
La trame STM-1 Engineering and Telecom services
270 columns 9 columns
A1 Multiplex Section OverHead Pointer
Regenation Section OverHead
A1
A1
A2
A2
A2
261 columns
J0
Z0
Z0
B1
E1
F1
J1
D1
D2
D3
B3
H1
H1
H1
H2
H2
H2
H3
H3
H3
K1
K2
G1
D4
D5
D6
F2
D7
D8
D9
H4
D10
D11
D12
F3
Z1
Z1
Z2
Z2
M1
E2
x
x
VC-12
C2
B2
S1
19
VC-4 payload
K3 N1
Media dependant use (radio-link, satellite)
Réseau de transmission
OverHead Engineering and Telecom services
20 Path indication Quality monitoring Container format Transmission error acknowledgment Maintenance Superframe indication Maintenance Automatic protection switching Tandem connection monitoring
Path OverHead
J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1
Section OverHead
A1, A2 B1, B2 D1 . . . D3 D4 . . . D12 E1, E2 F1 J0 (C1) K1, K2 S1 M1
V5 J2 N2 K4
Indication and error monitoring Path indication tandem connection monitoring Automatic protection switching
Frame alignment Quality monitoring, parity bytes QECC network management QECC network management Voice connection Maintenance Trace identifier Automatic protection switching (APS) control Clock quality indicator Transmission error acknowledgment
Réseau de transmission
Bit interleaved parity Engineering and Telecom services
21
Réseau de transmission
La trame STM-n Engineering and Telecom services
22 First SOH for STM-n frame
SOH pointer
Payload
SOH Not used
SOH pointer
Payload
SOH SOH pointer
Payload
Dans un STM-n, le SOH du premier STM est utilisé pour tout les STM. Les autres SOH ne sont pas utilisés.
SOH SOH pointer
Payload
SOH
Réseau de transmission
La mesure de qualité en SDH Engineering and Telecom services
23 Réseau de services
Réseau SDH Section de multiplexage Point de terminaison du conduit
Section de multiplexage Mesure de qualité de la section Mesure de qualité VC-4 Mesure de qualité VC-12
A chaque trame de chaque entité (VC-n, STM-n) on associe la parité de la trame qui est vérifiée à la réception
Les mesures de qualité sont envoyées au système d’exploitation centralisé via les SOH Réseau de transmission
SDH SONET Engineering and Telecom services
STM-256
40 Gbit/s
OC-768
STM-64
10 Gbit/s
OC-192
STM-16 2.5 Gbit/s STM-4 OverHead
OverHead
622 Mbit/s 155 Mbit/s
24
OC-48 OC-12 OverHead
45 Mbit/s
34 Mbit/s OverHead
OU 34 Mbit/s
63 x VC-12
OverHead
34 Mbit/s
STM-1
STM-1
SDH Mécanisme totalement normalisé
OverHead
45 Mbit/s
52 Mbit/s
OverHead
OverHead
45 Mbit/s
45 Mbit/s
OC-3
OC-1
ITU-T Autres qu’Etats Unis
Tous les équipements suivent les mêmes spécifications
SONET
28 x 1,5 Mbit/s
ANSI Etats Unis
Tous les réseaux peuvent être interconnectés Réseau de transmission
La protection Engineering and Telecom services
25
• La qualité de l’ensemble des ressources de transport et des services transportés est surveillée en permanence. • Les mesures de qualité ont été associées à une messagerie transmise par les « OverHead » pour déclencher les mécanismes de cicatrisation automatique.
Réseau de transmission
Les équipements SDH Engineering and Telecom services
Trafic HO en transit
STM-n
VC-4
VC-4
VC-4
VC-4
VC-4
VC-4
Matrice de connexion HO
HPC
Equipements construits autour de deux matrices : STM-n HPC : High Order Path Connection
Protection HO
Matrice de connexion LO Trafic LO en transit LPC 2 Mbit/s
26
Protection LO
Connection de conduits HO (High Order) : VC-4 LPC : Low Order Path Connection Connection de conduits LO (Low Order) : VC-3, VC-12
La configuration des matrices est fournie par le système d’exploitation centralisé via le SOH Réseau de transmission
La modélisation des équipements SDH Engineering and Telecom services
Brassage de VC-4
STM-n
TTF S P I
R M M M S S S S T T P A
HPC HUG
TTF HUG
HPOM
HPOM
27
TTF M M M R S S S S A P T T
S P I
STM-n
Interface SDH
HPT HPA LUG
SEMF
MCF
SETS
SETPI
LPOM LPC
OHA
Contrôleur de l’équipement et interface exploitation Système de synchronisation
Exemple d’un ADM
LPT
Traitement des OverHeads
LPA PPI
Brassage de VC-3 et de VC-12
G.703 Réseau de transmission
En bref : les réseaux SDH Engineering and Telecom services
28
La technologie SDH est aujourd’hui largement utilisée par les opérateurs en télécoms Elle permet d’atteindre des objectifs de Qualité Interfonctionnement entre réseaux Protection du trafic Facilité d’administration
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
29
La sécurité de fonctionnement dans les réseaux SDH
Réseau de transmission
Types de défauts Engineering and Telecom services
30
Défauts
Dus à une défaillance dans le réseau
Mécanismes d’auto cicatrisation
Dus à un défaut de composant électronique
Redondance des équipements
Dus à une mauvaise commande
Applications dans le système d’exploitation
Réseau de transmission
Type de protection, type de défaut Engineering and Telecom services
31
Protection
Restauration
La route de secours est établie dès l’origine
La route de secours est établie après le défaut
Sur alarme de section :
défaut fibre
Sur alarme de conduit :
défaut sur signal transporté
Réseau de transmission
Protection / Restauration Engineering and Telecom services
32
3 Rapport : alarmes et nouvelle configuration
2 Réaction locale
3
Rapport : alarmes
1
Nouvelle configuration
2
2 Réaction locale
Défaut
1 Défaut
Protection :
temps de réaction court (<50 ms) Occupation des ressources importante (duplication)
Restauration :
temps de réaction important (qq secondes) Occupation des ressources faible (20 à 30 %) Réseau de transmission
Les protections SDH Engineering and Telecom services
33
Protection provoquée par alarmes de
conduit
Le conduit en défaut est remplacé par un conduit de secours Le conduit n’est pas terminé Inherent monitoring
Non intrusive monitoring
SNCP-I
SNCP-N
Le conduit est terminé
provoquée par alarmes de
section
La section en défaut est remplacée par une section de secours Réseau linéaire
Réseau en anneau
Partage des protections
VC-Trail Linear MSP MS Spring Protection
Protections dédiées
MS Dpring
Réseau de transmission
Le protocole de signalisation d’erreur Engineering and Telecom services
Working No Request
Working
34
Signal Failure Protect No Request
Protect No Request
Automatic Protection Switching protocol - Circule sur les octets K1 K2 du SOH.
Working Signal Failure Protect Reverse Request
- Circule sur la voie de secours. - L'octet K1 envoie des commandes, l'octet K2 des états.
Working Signal Failure Protect Reverse Request
Réseau de transmission
SNCP, VC-Trail protection Engineering and Telecom services
35
Réseau SDH
Conduit non terminé : SubNetwork Connection Protection SNCP I : (Inherent) uniquement AIS et LOP SNCP N : (Non intrusive ) id + performance monitoring
Diffusion à l’émission, sélection à la réception
Conduit terminé : VC-Trail protection
Réseau de transmission
MS-SPRING Engineering and Telecom services
DA
DA
CA
CA
36
Ressources de transport A
A E
nt ut e
Ressources de protection
B
a Déf B A et
re
D DA
D
C
DA
Les deux conduits partagent la même protection
CA
Déf a A e ut en tE tr
B
E
C DA
CA
CA
A
e
Avantage : gain en bande passante
B
E
D DA
C CA
Réseau de transmission
MS-SPRING: les « misconnections » Engineering and Telecom services
DA
CA
Ressources de transport
DA
Bouclages du trafic
A E
A
Ressources de protection
Défaut sur A
E
B D
DA Lorsque deux défauts sont simultanés …
37
CA
C
B D
CA
DA
… plusieurs services cherchent à accéder simultanément à la ressource de protection partagée …
C CA
… Le défaut en A engendre une connexion non désirée entre C et D. C’est une « Misconnection ». Réseau de transmission
MS-SPRING: les « misconnections » Engineering and Telecom services
38 La solution consiste à disposer d’une messagerie entre les nœuds. Sur apparition d’un défaut : • L’alarme est diffusée à tous les nœuds • Le défaut est localisé par chacun des noeuds • Les conduits « High Order » (VC-4) terminés dans le nœud en défaut sont identifiés • Ces conduits « High Order » identifiés sont mis en alarme
Réseau de transmission
MS-SPRING: les « misconnections » Engineering and Telecom services
bits 1 - 4
Byte K1 SOH
Request
@ dest
L/S : long or short
bit 5
bits 6 - 8
@ source 1 Long path
L/S Status
39
Signal Fail (Protection) LP-S @ destination Forced Switch (Span) FS-S Forced Switch (Ring) FS-R Signal Fail (Span) SF-S Signal Fail (Ring) SF-R Signal Degrade (Protection) SD-P Signal Degrade (Span) SD-S Signal Degrade (Ring) SD-R Manual Switch (Span) MS-S Manual Switch (Ring) MS-R Wait-To-Restore WTR Exerciser (Span) EXER-S Exerciser (Ring) EXER-R *Reverse Request (Span) RR-S *Reverse Request (Ring) RR-R No Request NR
bits 1 - 4
Byte K2 SOH
@ sce
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
bits 5 - 8
0
Short path
111 110 101 100 011 010 001 000
MS-AIS MS-RDI Reserved for future use Reserved for future use Extra traffic on protect. channels Bridged and Switched Bridged Idle
Réseau de transmission
MS-SPRING: les « misconnections » Engineering and Telecom services
DA
CA Après l’apparition du défaut sur A : • E et B envoient à destination de A le message « Signal Fail » en empruntant les deux directions
A
E B
D
DA
40
C
• E et B, sur reception des messages de B et E, concluent que le nœud A est défaillant • Le nœud E, connaissant la table des conduits, insère un signal d’alarme dans le conduit DA. • B fait de même avec CA.
CA
Réseau de transmission
MS-SPRING: les « misconnections » Engineering and Telecom services
41
Cas du trafic en transit dans un nœud de service Commutateur ATM, routeur IP, matrice LO …
A E
B D
La sécurisation des services n’est pas garantie
A E
C
B D
C
Dans cet exemple, le service entre C et D n’est plus assuré alors que le réseau dispose d’une autre route. Réseau de transmission
MS-SPRING : les « misconnections » Engineering and Telecom services
42
• Les conduits DA et CA utilisent le même n° de VC-4. • Ils partagent la même ressource de protection • Si deux défauts arrivent simultanément ou si le nœud commun défaille, une « misconnection » sera créée entre C et D.
Un protocole a donc été introduit pour identifier ces cas et introduire un « path AIS » dans les conduits concernés. Chaque nœud a une adresse codée sur 4 bits
Conséquences du protocole
Le protocole doit être terminé en 50 ms
Maximum de 16 nœuds dans l’anneau L’anneau doit faire moins de 1200 km
Le protocole est prévu sur un anneau
L’anneau physique est la seule structure possible
Le protocole ne prend en compte que les conduits HO
Mauvaise voire absence de protection des conduits LO Réseau de transmission
MS-SPRING 4 fibres Engineering and Telecom services
STM-n
STM-n
43
Fibres actives n x VC-4
Fibres de protection Matrice de protection (au niveau VC-4) STM-16 4F = 16 VC-4 actifs et 16 VC-4 de protection STM-4 4F = 4 VC-4 actifs et 4 VC-4 de protection Réseau de transmission
MS-SPRING 2 fibres Engineering and Telecom services
STM-n
STM-n
44
VC-4 actifs VC-4 de protection
n x VC-4
VC-4 actifs VC-4 de protection
Matrice de protection (au niveau VC-4) STM-16 2F = 8 VC-4 actifs et 8 VC-4 de protection STM-4 2F = 2 VC-4 actifs et 2 VC-4 de protection Réseau de transmission
Interconnexion d’anneaux Engineering and Telecom services
45
Un seul nœud
Anneau virtuel
Deux nœuds
Réseau de transmission
Anneaux - mailles Engineering and Telecom services
46
Anneau virtuel sur structure maillée : • Une protection unique sur le réseau • Pas de trafic sur le lien médian
Anneau virtuel
Interconnexion d’anneaux par deux nœuds : • Une protection par maille • Le trafic passe deux fois sur le lien médian
Drop & Continue Réseau de transmission
La fonction Drop & Continue avec la protection de conduit Engineering and Telecom services
Le mécanisme d’interconnexion de deux sous réseaux par deux nœuds est le Drop &
47
Continue
Drop & Continue
Réseau de transmission
La fonction Drop & Continue avec la protection MS-SPRING Engineering and Telecom services
48
MS-SPRING
Remarque : Chaque conduit passant d’un anneau à l’autre utilise 2 VC-4 : 1 VC-4 actif et 1 VC-4 protection
MS-SPRING
Un anneau MS-SPRING STM-n ne peut faire transiter que n/2 conduits contre n pour un anneau SNCP Réseau de transmission
Occupation du réseau Engineering and Telecom services
Types de trafic : Voisin à voisin : chaque nœud n’est relié qu’à son voisin Homogène : chaque nœud échange avec chacun des autres une même quantité de trafic Centralisé : chaque nœud n’est relié qu’à un hub, éventuellement redondant Interconnecté : Trafic sortant de l’anneau par Drop & Continue n : nombre de nœuds dans le réseau
Charge des liens en SNCP
Charge des liens en MS-SPRING
n
2
n x (n-1)
n2 - 1
2
4
n-1
n-1
n
2n
49
(*)
(*) : Charge du lien entre les sites d’interconnexion Réseau de transmission
MS-SPRING ou SNCP ? Engineering and Telecom services
50
Trafic majoritairement voisin à voisin Remplissage VC-4 proche de 100 % Trafic stable
MS-SPRING
Nombre de noeuds important (mais < 16) Peu de trafic interconnecté par deux noeuds
Trafic centralisé Remplissage VC-4 < 90 % Trafic flexible ou inconnu
SNCP
Nombre de noeuds faible
Réseau de transmission
En bref : la sécurité de fonctionnement Engineering and Telecom services
51
Grâce aux mécanismes de protection, les défauts dans le réseau sont cicatrisés en moins de 50 ms. Le choix parmi les mécanismes permet d’obtenir une solution adaptée aux Types de défaut à prendre en compte Types de trafic à sécuriser Flexibilité Coûts Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
52
Synchronisation des réseaux SDH
Réseau de transmission
Le réseau de synchronisation Engineering and Telecom services
53
• Le réseau de synchronisation amène à chacun des nœuds l’horloge SDH. • Ce réseau est sécurisé. • Ce réseau répond à des règles d’ingénierie permettant de maîtriser la dégradation du signal. • Trois niveaux de qualité ont été définis : G 811 : horloge au cesium. (Maître). G 812 : (répéteur) G 81s : horloge interne des équipements
(PRC) (SSU) (SEC)
Réseau de transmission
Les règles d’ingénierie de la synchronisation Engineering and Telecom services
Niveau 1
PRC G.811
SEC
SEC
SEC
G.81s
G.81s
G.81s
SEC
SEC
SEC
G.81s
G.81s
G.81s
SSU
SSU
SSU
G.812
G.812
G.812
SEC
SEC
SEC
G.81s
G.81s
G.81s
SEC
SEC
SEC
G.81s
G.81s
G.81s
SSU
SSU
SSU
G.812
G.812
G.812
SEC
SEC
SEC
G.81s
G.81s
G.81s
SEC
SEC
SEC
G.81s
G.81s
G.81s
20 x SEC max
La qualité de l’horloge se dégrade d’équipement en équipement.
54
Les quantités à ne pas dépasser sont définies par les règles d’ingénierie.
Niveau 2 60 x SEC max 20 x SEC max
Niveau m
20 x SEC max
11 niveaux max
PRC : Primary Reference Clock Horloge maître G.811 SSU : Synchronisation Supply Unit G. 812 SEC : Synchronous Equipment Clock G. 81s
Réseau de transmission
La sélection d’horloge dans les équipements SDH Engineering and Telecom services
Sélection horloge SETS a
Source d’horloge externe T2
g b
T1
55 T4
SETG
f c
d
e
T1
T0
STM - n
STM - n
STM - n
STM - n
STM - n
STM - n
• La fonction de sélection d’horloge est configurée par l’opérateur. • L’ordre de basculement en cas de dégradation permet d’obtenir de la sécurisation SETG : Synchronous Equipment Timing Generator SETS : Synchronous Equipment Timing Source Réseau de transmission
Equipement avec SSU Engineering and Telecom services
56
2 Mhz T4
STM-n
T1
SSU
T3
SETG
T0
Le signal incident du STM-n est « régénéré » par le SSU
Réseau de transmission
La sécurisation de la synchronisation Engineering and Telecom services
Un basculement sans précaution de la source d’horloge en cas de défaillance entraînerait …
57
… l’apparition d’une boucle d’horloge (Timing Loop)
Le rebouclage doit se faire depuis une source valide
Introduction du SSM : Synchronisation Status Message Réseau de transmission
La signalisation de synchronisation SSM Engineering and Telecom services
58
G 811 G 811
Principe : chaque horloge est transmise avec un message spécifiant sa qualité (G 811, G 812, G 81s).
A G 811
E
DNU
DNU
B
G 811
G 811
DNU
D
G 811
G 811
DNU
Lorsqu’une horloge est reçue, un message DNU (Do Not Use) est retourné à la source. Le sélecteur d’horloge balaie les signaux qui lui arrivent dans l’ordre spécifié par l’opérateur et choisit la meilleure qualité (son horloge interne par défaut)
C Réseau de transmission
Cicatrisation de la synchronisation Engineering and Telecom services
G 811
G 811
G 811
Apparition du défaut
G 811 G 811
DNU
DNU
L’équipement ne recevant plus de synchro passe sur son horloge interne et envoie G 81s (ie : « mon horloge
DNU G 811
G 811
G 81s
G 811
Nominal DNU
G 811
DNU
DNU
G 811
est de mauvaise qualité ») G 811
DNU
G 811
G 811
G 811
G 811
G 811
DNU G 811
Sur réception de G 81s, l’équipement bascule sur l’entrée G 811
G 81s
G 811
L’équipement reçoit G 811. Il bascule dessus.
DNU
Transitoire DNU
59
DNU
DNU
G 811
Stable G 811
DNU G 811
DNU
G 811
Tous les équipements sont de nouveau synchronisés Réseau de transmission
Scénario d’apparition de « Timing Loop » Engineering and Telecom services
60 Horloge « normale » Horloge « secours »
Timing Loop
Le « Site 2 », ne recevant plus de signal depuis le « Site 1 » se tourne vers le « Site 10 », générant ainsi une boucle d’horloge. Réseau de transmission
En bref : la synchronisation Engineering and Telecom services
61
La qualité de fonctionnement du réseau SDH dépend de sa synchronisation.
La synchronisation doit respecter les règles d’ingénierie ne pas générer de « Timing Loop » … que ce soit en mode nominal ou après un défaut
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
62
Architecture des réseaux SDH
Réseau de transmission
Exemple de réseau Engineering and Telecom services
Interconnexion de commutateurs
63
Abonnés
Réseau de commutateurs Réseau de transmission
STM-n
Terminal
2 Mbit/s
Réseau de transmission
Exemple de réseau Engineering and Telecom services
Infrastructure régionale
64 Brasseur STM-n
STM-n
Réseaux de services
Bande passante
Réseaux de transmission STM-n
Utilisateurs de services
ADM
STM-n
2 Mbit/s
Réseau de transmission
Architecture de réseau Engineering and Telecom services
65 Site 35
Site 36
Site 33
Site 37
Site 20
Site 13
Site 34
Site 7
Site 38
Site 28
Site 22
Site 10
Site 12
Site 29
6
Site 19
6
Site 8
Site 1
Site 5
6
Site 31
Site 32
Site 21
14 15
Site 3
14 15
Site 26
14 15
Site 25
14 15 2
Site 14
14 15
Site 2
14 30
Site 9
14 15
Site 23
15 16
Site 6
14 15
Site 30
15 16
Site 24
14 15
Site 15
14 15
Site 17
15 15 16 15 16 15 30 15 15 15 15 15
12
Site 16
12 14 14 15 14 15 14 14 14 14 14 14 14
Site 4
Site 27
Site 11
Site 27 Site 11 Site 18 Site 16 Site 4 Site 24 Site 15 Site 17 Site 6 Site 30 Site 2 Site 9 Site 23 Site 26 Site 25 Site 14 Site 32 Site 21 Site 3 Site 1 Site 5 Site 31 Site 29 Site 19 Site 8 Site 12 Site 22 Site 10 Site 7 Site 38 Site 28 Site 20 Site 13 Site 34 Site 33 Site 37 Site 35 Site 36
Site 18
Matrice de trafic 5 5
4
2
4
6
40 2 2
3 2
6
3
80
2
Besoin en flexibilité
6 2 2
40 80 2 2 6 6 6
2 2 2
2 2
2
2
2
2 2 6
2
2 2
2 2
2 2
2 2
2 2
2
2 2
2 2
2 2
2 2 1
5
2 1
3
1 5
Topologie
2 3
1
Besoin en qualité de services …
Besoin en protection
Architecture du réseau Réseau de transmission
Brassage au niveau LO, brassage au niveau HO Engineering and Telecom services
VC-4 n°1
STM-n
66
VC-4 n°1
STM-n HO
VC-4 n°2
STM-n
HO
Site A
Site B LO
LO
Un seul VC-4 entre les matrices …
… ou un seul VC-4 dans la fibre ? VC-4 n°1
STM-n
VC-4 n°1
STM-n HO
STM-n HO
Site A
Site B LO
LO
Réseau de transmission
Dimensionnement du réseau Engineering and Telecom services
67 A
B
H
D
E
G
F
Occupation des liens exprimée en VC-4 MS-SPRING SNCP HO SNCP LO
I
D G
G F
F I
I E
E H
H D
2 3 2
2 3 2
2 3 2
2 3 2
2 3 2
2 3 2
C
Matrice de trafic A
B
C
A
-
40
40
B
40
-
40
C
40
40
-
exprimée en VC-12
A
B
H
D
E
G
F
I
Occupation des liens exprimée en VC-4 MS-SPRING SNCP HO SNCP LO
D G
G F
F I
I E
E H
H D
6 3 2
6 3 2
6 3 2
6 3 2
6 3 2
6 3 2
A
B
C
A
-
1
1
B
1
-
1
C
1
1
-
exprimée en VC-4
C Réseau de transmission
En bref : l’architecture des réseaux SDH Engineering and Telecom services
68
L’architecture de réseau s’effectue à partir de la matrice de trafic et de la description de la topologie … La taille du réseau varie sensiblement avec Le choix de la protection Le besoin en flexibilité Il est souvent utile de connaître le domaine de validité de son architecture
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
69
L’exploitation des réseaux SDH
Réseau de transmission
Exploitation des réseaux SDH Engineering and Telecom services
70
But : pouvoir gérer le réseau (établissement des conduits, surveillance des éléments …) à distance.
Réseau de transmission
L’exploitation des réseaux SDH Engineering and Telecom services
71
Gestion des conduits : établissements des conduits …,
Network Management
Gestion des équipements : états et configuration des différentes cartes …,
Equipment Management
Data Transmission Channel
ethernet : Q3B3
Management functions
X 25 : Q3B2 X 25
Data communication functions
In the frame (D1-D12) : QECC
Réseau de transmission
SDH management Engineering and Telecom services
72
STM - n
Payload SOH
QECC
QECC
MCF Q2
Q3
STM - n SOH
SEMF
F Réseau de transmission
Le transport de l’exploitation dans les réseaux SDH Engineering and Telecom services
73
GNE MCF
MCF
MCF
Ecc STM-n
Q
F
STM-n
Q
F
Q
F
Réseau de transmission
Management Engineering and Telecom services
Configuration Management Fault Management Security Management
Network and system configuration monitoring Installation and configuration Path implementation Network protection
74
Network problems detection, logging and notification Supervision Fault localisation Test Reporting Access to network resources control Simultaneous use of network management resources prevention Use of Network management system Réseau de transmission
Network planning Engineering and Telecom services
INPUT
Traffic forecast
Existing infrastructure Existing traffic Network DataBase
PROCESS
Operational routing
Operational routing
Existing traffic
75
Network forecast List of equipment to be rolled out
Network planning Alarm: no operational route
OR
Description of the route with used equipment
New traffic Existing infrastructure
OUTPUT
Operational routing Behavioral simulation
Network auditing
Report with : •Under or over used equipement list •Path Availability, failure analysis … Réseau de transmission
Simplification … Engineering and Telecom services
76
IP
IP GMPLS
ATM
DWDM
SDH SONET DWDM
… GMPLS
Protocol simplification with GMPLS Réseau de transmission
En bref : l’exploitation des réseaux SDH Engineering and Telecom services
77
L’administration des réseaux s’effectue de manière centralisée
Les systèmes permettent de Récupérer l’état des objets
(éléments de réseau, conduits …)
Configurer le réseau (conduits, protection …)
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
78
SDH Next Generation
Réseau de transmission
Pourquoi une « next generation » ? Engineering and Telecom services
79
SDH / SONET a été conçu pour du trafic voix : Débits : 2 Mbps, 8 Mbps, 34 Mbps, 140 Mbps … Occupation permanente
Le trafic de demain sera dominé par les données : Débits : 100 Mbps, 200 Mbps, 1000 Mbps … Matrice de trafic fluctuante
« Next generation » se doit de proposer une plate forme mixte voix données Réseau de transmission
Containers et virtual containers Engineering and Telecom services
VC-11
1 600 Mbit/s
DS-1
VC-12
2 176 Mbit/s
E1
VC-2
6 784 Mbit/s
E2
VC-3
48 384 Mbit/s
VC-4
149 760 Mbit/s
E4, FDDI, ATM
VC4-4c
599 040 Mbit/s
ATM
DS3 and E3
VC4-16c
2 396 160 Mbit/s
IP, ATM
VC4-64c
9 584 640 Mbit/s
IP, ATM
38 338 560 Mbit/s
IP, ATM
VC4-256c
80
VC-12-nv VC-3-nv VC-4-nv
Virtual Concatenation
Réseau de transmission
SDH NG : fonctions essentielles Engineering and Telecom services
81
•Interfaces avec autres protocoles: Ethernet, MPLS, SAN (fibre channel, Ficon, Escon)
•Granularité : 1 Mbps •Utilisation efficace des capacités de transport •Reel network management : plug and play networking
•Provisioning en quelques secondes •QoS et CoS •Exploitation à distance
Réseau de transmission
SDH NG en trois grandes fonctions Engineering and Telecom services
• Generic Framing Procedure (GFP) :
Transport de paquets de données dans un mode de transport SDH : ITU-T G.7041/Y.1303
82
• Virtual Concatenation (VC) : Les canaux SDH channels sont multiplexés dans un ordre arbitraire : ITU-T G.7042/Y.1305
• Link Capacity Adjustement Scheme (LCAS) : capacité à changer en temps réel la bande passante allouée à un canal concaténé virtuellement : ANSI T1.105a-2002
Réseau de transmission
Generic Frame Procedure Engineering and Telecom services
Adaptée du protocole de delineation de cellules d’ATM
83
• Quantité d’overhead fixe • Un header contient la longueur du paquet et un CRC utilisés pour la delineation contient la taille du paquet et son CRC; • Identification du type de payload • Une Extension du header (optionnelle).
Frame based mapping GFP GFP Transparent mapping GFP
La longueur de la trame est connue Efficient et flexible Tous les codes de la couche physique sont transmis. Faible latence Uniquement en codage 8B/10Bg Réseau de transmission
GFP Engineering and Telecom services
GFP
Packet
Core Header
Destination Source
SDH
Pointer
VC-4 OH
84
GFP Payload
DATA
F C S
F C S
Réseau de transmission
Virtual concatenation Engineering and Telecom services
Seuls les équipements situés aux extrémités du conduit ont à savoir qu’il est concaténé
85
La taille des conduits est multiple de 2 Mbps (VC-12) ou 1.5 Mbps (VC-11 )
SDH Network
Réseau de transmission
Virtual concatenation Engineering and Telecom services
Source equipment
Les sous canaux peuvent emprunter des routes différentes
SDH network
Destination equipment
86
L’alignement de ces sous canaux demande une « bufferisation » à la destination
Réseau de transmission
Avantage de Virtual Concatenation Engineering and Telecom services
87 Service
Bit Rate
Utilisation sans VCAT
Utilisation avec VCAT
Fast Ethernet
100 Mbit/s
VC-4 (67%)
VC-3-2v (100%)
Gigabit Ethernet
1000 Mbit/s
VC-4-16c (42%)
VC-4-7v (95%)
Fibre Channel
200 Mbit/s
VC-4-4c (33%)
VC-3-4v (100%)
Fibre Channel
1000 Mbit/s
VC-4-16c (42%)
VC-4-7v (95%)
ESCON
200 Mbit/s
VC-4-4c (33%)
VC-3-4v (100%)
Réseau de transmission
Link Capacity Adjustement Scheme (LCAS) Engineering and Telecom services
88
Dynamic Bandwidth Allocation 5 sub channels
Lorsque le traffic augmente ….
… la quantité de canaux est augmentée
6 sub channels
Réseau de transmission
Link Capacity Adjustement Scheme (LCAS) Engineering and Telecom services
Nouveaux services
89
Restauration Fluctuation saisonnière et ajustement de bande passante
Réseau de transmission
SDH NG en bref Engineering and Telecom services
90
SDH doit transporter à la fois du trafic voix et données
SDH est adapté Generic Frame Procedure Virtual concatenation Link Capacity Adjustement Scheme
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
91
Le multiplexage en longueurs d’onde
Réseau de transmission
Le multiplexage en longueur d’ondes Engineering and Telecom services
Idée de base : une couleur par lien. WDM
n couleurs dans une paire de fibres
92
WDM
Intérêts : n fibres dans une paire de câbles
• Lorsque le nombre de fibres est limité
1 ampli pour n couleurs WDM
WDM
n amplis pour n couleurs
• Lorsque la distance implique l’implantation de répéteurs •… Réseau de transmission
Brassage optique Engineering and Telecom services
93
WDM
WDM
WDM
WDM
WDM
WDM
Intérêt : • Réarrangement dynamique
WDM
WDM
WDM
WDM
Réseau de transmission
Affectation des longueurs d’onde Engineering and Telecom services
94
2 solutions : • Affecter une longueur d’onde à un service transporté • Utiliser des transpondeurs pour changer de fréquences le long du trajet
Réseau de transmission
Les longueurs d’onde Engineering and Telecom services
1552,52 1530,33
1500 nm
Affaiblissement linéique (db/km)
95
1563,86 Zone plate pour l’amplificateur = 30 nm 1600 nm
10 Espacement des canaux : 0,8 nm Plan : 82 canaux optiques centrés sur 1552,52 nm
1
0,1
bande C (1 535-1 560 nm), bande L (1 560-1 610 nm) bande S (1 500-1 530 nm).
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
Longueur d’onde (µm) Réseau de transmission
DWDM : séparation des longueurs d’onde Engineering and Telecom services
96
Gradient d’indice
λ3 λ2 λ1
Réseaux de diffraction λ1 λ2 λ3
λ1 λ2 λ3
λ1 Cavité résonnante formée par deux miroirs Réseau de transmission
CWDM Engineering and Telecom services
97
CWDM : Coarse WDM •
over 20 nm channel spacing
•
short range transmissions
•
No regeneration
•
16 channels
•
Cost effective solution
Réseau de transmission
DWDM Engineering and Telecom services
98
DWDM : Dense WDM •
0,8 nm channel spacing
•
increases transport capacity
•
Unidirectional possible • 320 x 2.5 Gbps (total: 800 Gbps) • 160 x 10 Gbps (total: 1.6 Tbps) • 128 x 40 Gbps (total: 5.12 Tbps)
Réseau de transmission
Multichannel DWDM transmission system Engineering and Telecom services
99
Source : Acterna
Réseau de transmission
Amplificateur optique Engineering and Telecom services
100
Fibre dopée Erbium
Laser pompe
Signal en entrée
Signal en sortie
Réseau de transmission
Quelques facteurs limitants Engineering and Telecom services
101
•Atténuation : dépend de la longueur
Source : Acterna
•Dispersion chromatique : les différentes longueurs d’ondes ne se péplacent pas à la même vitesse. Valeur typique : 17 ps/(nm*km) •Polarization mode dispersion (PMD) : due aux imperfections de la fibre : torsion, imparfaitement cylindrique … La valeur dépend du débit (par exemple : 0,5 ps/(km)-1/2 à 10 Gbit/s) •Self phase modulation : décalage des fréquences. Effet opposé à celui de la dispersion chromatique Réseau de transmission
G.692 Engineering and Telecom services
102
Définition des 80 canaux •espacés de 50 GHz •De 1528,77 nm à 1560,61 nm
Réseau de transmission
Simplification … Engineering and Telecom services
103
IP PPPoE
IP
ATM
ATM
IP
SDH
SDH
SDH
IP
Optique
Optique
Optique
Optique
Réseau de transmission
Architecture d’un équipement MPλS Engineering and Telecom services
104
Réseau de transmission
Réseaux optiques intelligents Engineering and Telecom services
105
Source : Alcatel
Réseau de transmission
Réseaux optiques intelligents Engineering and Telecom services
106
Fonctionnalités SDH
Efficience IP
Routage GMPLS
Réseaux optiques intelligents
• Flexible • Sécurisé • Routage automatique • Acheminement dynamique • Délai d’acheminement optimisé
Réseau de transmission
GMPLS Generalized MPLS Engineering and Telecom services
107
Couplage des plans de commande du réseau optique et des réseaux clients Découverte des voisins : Link Management Protocol (LMP) découvre les équipements du réseau Propagation des états de lien; OSPF modifié pour supporter connaître et diffuser l’état des liens et des équipements Contrôle et gestion des routes : RSVP et LDP modifiés pour prendre en compte autres protocoles : PNNI, SS7 … Gestion des liens : LMP (Link Management Protocole) est une extension de MPLS au plan optique. Protection des liens : protection sur réseaux maillés sur plusieurs chemin.
Réseau de transmission
En bref : le multiplexage en longueurs d’onde Engineering and Telecom services
108
Le multiplexage en longueurs d’onde (WDM et DWDM) utilise plusieurs couleurs pour véhiculer plusieurs signaux Les réseaux optiques proposent Transparence du signal Simplicité physique Capacité de transmission
mais nécessitent encore des apports technologiques : Matrice optique Convertisseur de longueurs d’onde
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
109
Abbreviations
Réseau de transmission
Abbreviations Engineering and Telecom services
A A1 A2 ADM AIS APS ATM AU AU-n AUG B B1 B2 B3 BBE BBER BER BIP-2 BIP-N BSHR
RSOH frame synchronization byte; 1111 0110 RSOH frame synchronization byte; 0010 1000 Add/drop multiplexer Alarm indication signal Automatic protection switching (channels K1, K2) Asynchronous transfer mode Administrative unit Administrative unit, level n = 3, 4 Administrative unit group
C C-n C2 CAS CCM CMIP CSES
110
Container, n = 1 to 4 Signal label (VC-3, 4 POH) Channel-associated signaling Cross-connect multiplexing Common management information protocol Consecutive severely errored seconds
D D1–3 196 kbps DCC for regenerator section (RSOH) D4–12 576 kbps DCC for multiplex section (MSOH) DCC Data communication channel BIP-8 parity word in regenerator section (RSOH) DCN Data communication network BIP-N x 24 parity word in multiplex section (MSOH) DWDM Dense wavelength division multiplexing BIP-8 parity word in VC-3, 4 path (POH) DXC Digital cross-connect Background block error (G.826) Background block error ratio (G.826) E Bit error ratio E1 Electrical interface signal, 2048 kbps BIP-2 parity word in VC-1, 2 path (POH) E2 Electrical interface signal, 8448 kbps Bit interleaved parity, N bits E3 Electrical interface signal, 34368 kbps Bidirectional self-healing ring E4 Electrical interface signal, 139264 kbps
Réseau de transmission
Abbreviations Engineering and Telecom services
E E1 E2 EBC ECC EDC EFS ES ESR
Service channel (voice) in regenerator section (RSOH) Service channel (voice) in multiplex section (MSOH) Errored block count Embedded communication channel Error detection code Error-free second Errored second (G.826) Errored seconds ratio (G.826)
F F1 F2 FAS
User channel, for example, for operational service purposes Path user channel for an end-to-end connection (POH) Frame alignment signal
G G1 End-to-end path status (POH° H H1 Pointer byte 1: Bit nos. 1 to 4: New data flag; bit nos. 5, 6: (Unspecified), bit nos. 7, 8: Pointer value (highest 2 bits) H2 Pointer byte 2: Pointer value (lowest 8 bits) H3 Pointer byte 2: Negative justification opportunity H4 Payload indication (POH) HDLC High Level Data Link Control
I IP Internet protocol ISDN Integrated services digital network ISO International standardization organization
111
J J0 Regenerator section trace (RSOH) J1 Path trace (POH in VC-3, 4) J2 Path trace (POH in VC-1, 2) K K1, K2 (MSOH) APS channels for APS signaling and back-up line switching K3, K4 (POH) APS channels for APS signaling and back-up line switching L LAN LO LOF LOM LOP LOS
Local area network Lower order Loss of frame Loss of multiframe Loss of pointer Loss of signal
Réseau de transmission
Abbreviations Engineering and Telecom services
112 M M1 MS-REI byte (MSOH) MI Management information MO Managed object MS Multiplexer section MS-AIS Multiplexer section AIS MSOH Multiplexer section overhead MTIE Maximum time interval error
P PDH PLL POH PoS PPP PRBS PRC
Plesiochronous digital hierarchy Phase-locked loop Path overhead Packet over SONET/SDH Point-to-point protocol Pseudorandom binary sequence Primary reference clock
N N1, 2 Network operator bytes (POH) NDF New data flag NE Network element
Q QoS
Quality of service
O OAM OC-N OH OOF OSI
Operation, administration and management Optical carrier, N = 1; 4; 16 Overhead Out of frame Open system interconnection
R RDI Remote defect indicator REI Remote error indicator ROSE Remote operations service element RSOH Regenerator section overhead
Réseau de transmission
Abbreviations Engineering and Telecom services
113 S S1 Synchronization status byte (MSOH) SDH Synchronous digital hierarchy SEC SDH equipment clock SEP Severely errored period SES Severely errored second SESR Severely errored seconds ratio SHR Self-healing ring SMN SDH management network SMS SDH management subnetwork SOH Section overhead SPRING Shared protection ring STM Synchronous transport module STM-N Synchronous transport module, level N = 1, 4, 16, 64 STS Synchronous transport signal
T TMN Telecommunications management network TU Tributary unit TU-m Tributary unit, level m = 1...3 TUG-m Tributary unit group, level m = 1, 2 U UAS Unavailable second UAT Unavailable time UNEQ Unequipped UI Unit interval V V5 POH byte (VC-1, 2) VC Virtual container VC-n Virtual container, level n = 1, 2, 3, 4 VC-n-Xc Concatenated virtual container, level n, X concatenated VCs VP Virtual path W WDM Wavelength division multiplexing
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
114
Glossary
Réseau de transmission
Glossary Engineering and Telecom services
115 A ADM add-drop multiplexer ANSI American National Standards Institute ATM asynchronous transfer mode; a form of fast short packet switching and multiplex AU administrative unit; a managed entity within the SDH structure B BISDN broadband integrated services digital network C CCITT Comité Consultif International Telegraphique et Telephonique; in English, Consultative Committee on International Telegraphy and Telephony; predecessor of ITU–TS11 D DCC data communications channel; the main management channel inside SDH DCS digital cross-connect system; an electronic multiport switch for digital traffic DXC digital cross-connect; see DCS
E ETSI European Telecommunications Standards Institute F FDDI fiber distributed data interface; a short range 100 Mbps interface used between large computing nodes I IDLC integrated digital loop carrier; a North American system for connecting an exchange/central office to subscribers over a large area via fiber IP Internet protocol; a component of protocol for many computer links including the Internet L LAN
local-area network; a linked group of computers
M MAN metropolitan-area network; an area network for public broadband traffic
Réseau de transmission
Glossary Engineering and Telecom services
116 N NNI network node interface; a defined interface between nodes in the public network
T TU tributary unit; the basic unit of payload together with its management overheads and synchronisation data TUG tributary unit group; a managed group of TU
P PDH plesiochronous digital hierarchy; the widely deployed transmission system which predates SDH U POH path overhead; a group of management communications UNI user-network interface; a defined interface between the facilities in SDH user and the public network S SDH synchronous digital hierarchy SOH section overhead; a group of management communications facilities in SDH SONET synchronous optical network; the North American variant of SDH STM synchronous transport module; the basic unit of transmission in SDH
V VC virtual container; the basic unit of payload together with its management overheads
Réseau de transmission
