ing. stefano salsano e-mail: stefano.salsano@uniroma2

1

Reti di Accesso e di Trasporto

Ing. Stefano Salsanoe-mail: [email protected]

AA2010/11 – Blocco 5 – v1

2

Obiettivi della parte di Reti di trasportoObiettivi della parte di Reti di trasporto

• Conoscere le architetture delle reti di trasporto numeriche per la telefonia e per i dati e la loro evoluzione.

• Acquisire una conoscenza delle problematiche del trasporto di IP sulle dorsali di rete e della tecnologia MPLS.

• Comprendere le architetture e i protocolli per il trasporto della Voce su IP, sia dal punto di vista della segnalazione che dal punto di vista del trasporto dei flussi audio.

3

ProgrammaProgramma

• Multiplazione numerica PCM. Multiplazione numerica asincrona (PDH) e sincrona (SDH).

• Il trasporto della voce a circuito, la rete ISDN.

• Evoluzione delle tecnologie di trasporto per i dati: X.25, Frame-relay, ATM.

• Il trasporto di IP sulle dorsali di rete: da IP su ATM a IP su Ottica.

• La tecnologia MPLS.

• Il trasporto della voce su IP. Architetture e protocolli di segnalazione per la voce su IP (H323, SIP).

• Il trasporto dei flussi vocali: cenni alle codifiche vocali (G.711, G.723, iLBC), il protocollo RTP.

4

L’informazione scambiata nelle moderne reti (numeriche) è in forma digitale, cioè come sequenza di cifre binarie 1 o 0 (bit=BInary digiT).

� Informazione intrinsecamente digitale → Dati

� Informazione digitalizzata proveniente da sorgenti analogiche

A/DTras-

duttore0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

t

V

0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

Rete TLC

D/ARipro-duttore

0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

t

V

Rete TLC 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

La Natura Digitale dell’InformazioneLa Natura Digitale dell’Informazione

5

• Vi sono fondamentalmente due modalità per trasferire l’informazione digitale attraverso la rete

modalità a circuito

modalità a pacchetto

Trasferimento dell’informazione digitale nella reteTrasferimento dell’informazione digitale nella rete

Orientata alla connessione

Orientata alla connessione

Senza connessione

6

• Tecniche di multiplazione, PCM e PDH

» Tecniche di multiplazione (FDM, TDM, CDM)

» Multiplazione numerica PCM

» Multiplazioni numeriche, multiplazione plesiocrona, PDH

• SDH, multiplazione, apparati e reti

» Multiplazione sincrona

» Motivazioni per l’SDH

» Stratificazione, Trama SDH

» Puntatori e sincronizzazione

» Apparati, interconnessione in rete e protezione

Dove siamo ?Dove siamo ?

Le slides relative a “Tecniche di multiplazione, PCM e PDH” ed a “SDH, multiplazione,

apparati e reti” sono quasi integralmente tratte dal corso del prof. Andrea Baiocchi, cui vail mio ringraziamento [http://net.infocom.uniroma1.it/corsi/st/st.htm]

7

• Obiettivo: far condividere uno stesso sistema trasmissivo a piùflussi informativi di utente (es. segnali telefonici), mantenendone la separabilità (ortogonalità dei segnali)

• Tecniche di multiplazione» Tecnica a divisione di spazio:

» assegnare a ogni segnale telefonico un singolo portante fisico (es. doppino telefonico)

» Tecnica a divisione di frequenza (FDM)

» Tecnica a divisione di tempo (TDM)

» multiplazione PCM, numerica asincrona e sincrona

» Tecnica a divisione di codice (CDM)

MultiplazioneMultiplazione

8

Tassonomia delle tecniche di multiplazioneTassonomia delle tecniche di multiplazione

9

• Frequency Division Multiplexing, FDM

tempo

Fre

qu

en

za

bande di stazione

bande di guardia

Multiplazione a divisione di frequenzaMultiplazione a divisione di frequenza

10

Nella multiplazione a divisione di frequenza, i flussi tributari sono trasportati

in diverse porzioni dello spettro disponibile sul canale.

Si sfrutta ovviamente il fatto che i segnali elettromagnetici a frequenze

diverse non interagiscono tra di loro.

Il principio è esattamente lo stesso che consente alle diverse emittenti radio o

televisive di trasmettere contemporaneamente “via etere”.

Ogni stazione ad esempio radiofonica trasmette il suo segnale associandolo ad

una frequenza (detta “portante”) diversa.

Il ricevitore (nell’esempio la radio in ascolto) si “sintonizza” sulla portante in

questione ed estrae dall’etere solo il flusso desiderato, de-multiplandolo

dall’insieme dei flussi trasmessi da tutte le stazioni radio.

11

• Nella trasmissione ADSL (sta per Asymmetric Digital Subscriber Line) il modem divide la banda disponibile sul “doppino” telefonico (cioè il cavo in rame che collega l’utente alla centrale telefonica) come segue:

Esempio divisione frequenza: ADSLEsempio divisione frequenza: ADSL

1 Mhz4 khz

Segnale vocale

Upstreamdati

Downstreamdati

Nella parte bassa dello spettro viene trasmesso il segnale vocale, quindi a frequenze crescenti vengono multiplati i dati in “upstream” (cioè dal modem verso la centrale) e poi i dati in “downstream” (cioè dalla centrale verso il modem)

12

Multiplazione a divisione di frequenza: altri esempiMultiplazione a divisione di frequenza: altri esempi

• Nello spettro radio, i diversi sistemi operano a divisione di frequenza tra di loro (es. il broadcast televisivo, le reti cellulari, le reti wifi)

• Nei sistemi trasmissivi ottici, molti canali trasmissivi (es. 40 o 100) possono essere multiplati su una stessa fibra ottica operando con divisione di frequenza, che viene in questo caso chiamata WDM Wavelenght Division Multiplexing

13

• Consideriamo il caso di segnali telefonici in forma analogica tempo-continua (banda B = 4 kHz)

• Consiste nel ripartire la banda disponibile sul mezzo in sotto-bande larghe 4 kHz, una per ogni segnale da multiplare (modulazione di ampiezza a banda laterale unica a portante soppressa)

FDM MUX

4 kHz

4 kHz

4 kHz

4 kHz 4 kHz 4 kHz

f

f

f

f

1

2

3

321

(ricordo storico…) Multiplazione a divisione di frequenza del segnale telefonico

(ricordo storico…) Multiplazione a divisione di frequenza del segnale telefonico

14

• La formazione del segnale multiplex viene effettuata attraverso più stadi di multiplazione

Gruppo Primario48 kHz - 12 canali

Gruppo Secondario60 canali

Gruppo Terziario300 canali

Gruppo Quaternario900 canali

Gruppo Pseudo-quaternario900 canali (Italia)

(ricordo storico…) Gerarchia di multiplazione FDM(ricordo storico…) Gerarchia di multiplazione FDM

15

• Tecnica conosciuta anche come spread-spectrum (SS), nata per applicazioni militari, ora diffusissima nelle reti wireless

• Si parla di trasmissione SS quando la banda impiegata dal sistema trasmissivo è molto maggiore (almeno un ordine di grandezza) rispetto alla banda di Nyquist del segnale utile

• Consiste nel trasmettere simultaneamente e nella stessa banda di frequenza un insieme di N segnali

» moltiplicando ciascuno per una sequenza di codice, scelta tra uninsieme di sequenze (pseudo)ortogonali (DS, Direct Sequence)

» cambiando velocemente la frequenza portante più volte in ogni tempo di simbolo secondo un sequenza prestabilita e diversa per ciascun segnale (FH, Frequency Hopping)

Multiplazione a divisione di codiceMultiplazione a divisione di codice

16

• Tecnica conosciuta anche come spread-spectrum (SS), nata per applicazioni militari, ora diffusissima nelle reti wireless

• Si parla di trasmissione SS quando la banda impiegata dal sistema trasmissivo è molto maggiore (almeno un ordine di grandezza) rispetto alla banda di Nyquist del segnale utile

• Consiste nel trasmettere simultaneamente e nella stessa banda di frequenza un insieme di N segnali

» moltiplicando ciascuno per una sequenza di codice, scelta tra uninsieme di sequenze (pseudo)ortogonali (DS, Direct Sequence)

» cambiando velocemente la frequenza portante più volte in ogni tempo di simbolo secondo un sequenza prestabilita e diversa per ciascun segnale (FH, Frequency Hopping)


17

Media su un intervallo di bit

(=8 chips)

codice A

Canale trasmissivo ideale Ricevitore per utente A

X Y = -- Σ XiYi

1

8 i=1

8

• Code Division Multiple Access, CDMA


Codice A

Segnale 1

Codice B

Segnale 2

Segnale aggregato Segnale 1ricevuto

18

La slide precedente mostra lo schema a blocchi della multiplazione a

divisione di codice di tipo Direct Sequence.

I due segnali 1 e 2 vengono moltiplicati per i due codici A e B, sommati tra

loro e trasmessi.

In ricezione il ricevitore che vuole estrarre il segnale 1 effettua una

correlazione del segnale ricevuto con il codice A (cioè effettua il prodotto tra

segnale ricevuto e codice e fa la somma del risultato su un intervallo di tempo

corrispondente ad un bit del segnale trasmesso)

Un esempio di sistema che opera in questo modo è il cellulare di terza

generazione (UMTS)

19

• Code Division Multiple Access, CDMA

tempo

Fre

qu

en

za

Flussi tributari


20

• I flussi tributari occupano “contemporaneamente” l’intera porzione di spettro disponibile per il sistema per tutta la durata delle comunicazioni.

• Tra i vantaggi della multiplazione a divisione di codice vi sono:- una maggiore efficienza spettrale (ad esempio le bande di stazione non sono più necessarie)- una maggiore flessibilità (mediante i codici è possibile assegnare in modo semplice capacità diverse ai diversi flussi tributari)


21

t

V

Campionamento

(discretizzazione nel tempo)

t

V

Tct

000

001

100

101

110

111

010

011

110 011 010 100 110 100

Quantizzazione

(discretizzazione nel range dinamico)

......

Tc intervallo di campionamento (sec)

fc=1/Tc frequenza di campionamento (Hz)

Codifica

n bits di codifica per campione

(→ 2n intervalli di quantizzazione di ampiezza )

Ritmo di emissione o bit-rate:

cT

n

cc

T

nfnR =⋅=

Es. codifica PCM per la voce:

fc=8Khz Tc=125µs n=8P=64Kb/s

12

max

−=

n

Vb

Vmax

range d

inam

ico

0

b

Conversione A/DConversione A/D

22

Nella slide precedente abbiamo visto che la conversione A/D produce N bit ogni

Tc secondi.

Possiamo quindi definire il ritmo di emissione R della sorgente, cioè il numero di

bit emessi nell’intervallo di tempo come:

R = Nb/Tc = Nb⋅⋅⋅⋅fc [b/s]

Il ritmo di emissione di una sorgente è un parametro fondamentale per valutare

il servizio che la rete dovrà offrire alla sorgente, cioè le capacità trasmissive che

dovranno essere impiegate per trasportare il flusso generato dalla sorgente.

23

Nella slide successiva viene rappresentato il processo inverso, cioè la conversione

Digitale/Analogica. Tale processo consente di convertire un flusso di bit in una

forma d’onda analogica, che dovrebbe essere quanto più fedele possibile alla

forma d’onda originale.

Dal flusso di bit vengono estratte le sequenze di bit che rappresentano i valori

discreti di tensione, quindi un generatore di tensione controllato fornisce negli

istanti di riferimento il valore di tensione corrispondente a tale valore, infine

viene prodotto un segnale in uscita che “interpola” in forma continua i valori

discreti.

24

Nella figura si vede che la distanza tra il segnale originale e quello ricostruito

dipende:

(1) dall’errore di quantizzazione

(2) dal fatto che il segnale potrebbe avere delle oscillazioni tra due istanti di

campionamento non riprodotte dalla interpolazione

Il primo fenomeno si controlla riducendo gli intervalli di quantizzazione cioè

aumentando il numero Nb di bit per campione.

Il secondo fenomeno è possibile se l’intervallo di campionamento è troppo lungo,

ossia la frequenza di campionamento è minore di due volte la banda B del

segnale.

25

Differenza tra xDM e xDMADifferenza tra xDM e xDMA

• Notate la differenza tra FDM, CDM, TDM e FDMA, CDMA, TDMA

• Nel primo gruppo di termini M sta per Multiplexing (es. Time Division Multiplexing)

• Nel secondo gruppo MA sta per Multiple Access (es. Code Division Multiple Access)

26

V

110 011 010 100 110 100 ......

Decodificat

000

001

100

101

110

111

010

011

t

V

Interpolazione

Il segnale ricostruito è tanto più simile a quello originario quanto...

Segnale originario

Segnale ricostruito

�...minore è l’intervallo di quantizzazione b

�...minore è l’intervallo di campionamento Tc maggiore freq. di camp. fc

maggior numero n di bits di cod.

migliore

qualitàdi riproduzione

maggiore

ritmo di emissione (bit-rate)

Conversione D/AConversione D/A

27

• Ogni segnale analogico tempo-continuo s(t) può essere convertito in forma numerica attraverso due operazioni

• Si rende discreto l'asse temporale (campionamento)» Si sostituisce il segnale analogico tempo-continuo con una serie di

campioni analogici (teorema del campionamento: fc ≥≥≥≥ 2B)

• Si rende discreto l'asse delle ampiezze (quantizzazione)» l'ampiezza analogica dei campioni che ricadono in un intervallo è

approssimata con un singolo valore (ampiezza quantizzata)

» ad ogni intervallo dell'asse si associa un numero

» la quantizzazione di solito non è uniforme

Conversione analogico-digitaleConversione analogico-digitale

28

Utilizzata ad esempio nella codifica PCM della voce

t

000001

100

101

110

111

010

011

Vmax

range d

inam

ico

0

Quantizzazione non uniformeQuantizzazione non uniforme

I valori più alti del range dinamico sono rappresentati in modo più

grossolano

29

• Parametri chiave per la qualità del segnale riprodotto:

» periodo di campionamento Tc = 1/ fc ≤≤≤≤ 1/2B

» numero di bit per campione Nb

• Tecniche di compressione possono ridurre il ritmo binario (bit rate) “originario” ossia R = fcNb

• Esempi

» segnale telefonico: fc = 8 kHz, Nb = 8 bit ⇒⇒⇒⇒ 64 kbit/s

» segnale audio GSM: 1/fc = 20 ms, Nb = 260 bit ⇒⇒⇒⇒ 13 kbit/s

» segnale CD hi-fi (ogni canale): fc = 44.1 kHz, Nb = 16 bit ⇒⇒⇒⇒ 705.6 kbit/s per canale

Parametri di un segnale numericoParametri di un segnale numerico

30

Nota: abbiamo ora definito il ritmo binario di una sorgente espresso in bit/s. Si

definisce analogamente in bit/s la “capacità” di un canale per il trasferimento di

informazione digitale.

Nel gergo delle reti si trova spesso indicata la capacità di un canale come

“larghezza di banda” e questa viene espressa in bit/s (o kbit/s o Mbit/s …). In

realtà la larghezza di banda propriamente detta si esprime in Hz (o kHz o

MHz…) e misura la porzione di banda elettromagnetica disponibile per un

segnale elettromagnetico.

Vi è ovviamente una relazione tra la capacità in bit/s e la larghezza di banda

fisica, ma i due concetti a rigore non sono interscambiabili. In particolare,

l’efficienza spettrale ηηηη misura il rapporto tra la capacità trasmissibile C e la

larghezza di banda utilizzata B e dipende dallo specifico sistema di

comunicazione utilizzato: ηηηη = C / B [bit/s/Hz]

L’uso dell’espressione “larghezza di banda” al posto di “capacità” è comunque

(purtroppo) largamente diffuso.

31

• Time Division Multiple Access, TDMA

Fre

qu

en

za

tempo

Intervallo TemporaleTrama

Multiplazione a divisione di tempoMultiplazione a divisione di tempo

32

• Tecnica duale della FDM nel dominio del tempo

• Caso notevole: segnali telefonici campionati a fc= 8 kHz

» si divide l'intervallo di campionamento Tc = 125 µµµµs in n sub-intervalli (channel time-slot) allocati ai campioni degli n canali da multiplare(trama TDM)

» in ogni time slot viene trasmesso un campione del canale telefonico corrispondente

» tutte le linee in ingresso sono servite ciclicamente

» ogni linea in ingresso invia un campione ogni Tc

Multiplazione a divisione di tempoMultiplazione a divisione di tempo

33

Multiplazione numerica TDMMultiplazione numerica TDM

• I flussi tributari sono inseriti in un flusso aggregato

• Il flusso aggregato ha una struttura di trama

• Nella trama si distinguono le informazioni provenienti dai flussi tributari più una parte di over-head (extra-informazione)

• L’over-head consente di effettuare le funzioni di:

» sincronizzazione (allineamento) di trama

» giustificazione: per compensare la mancanza di sincronizzazione

» supervisione, controllo del link trasmissivo, gestione

34












35

• Il principio della multiplazione PCM si riassume in tre funzioni:

» campionamento (fc = 8 kHz)

» quantizzazione (non uniforme: Legge A, Legge µµµµ)

» codifica (8 bit/campione)

• i segnali Multiplex PCM Primari sono alla base delle gerarchie PDH

» standard europeo: 2.048 Mb/s, 30 canali telefonici (Legge A)

» standard americano: 1.544 Mb/s, 24 canali telefonici (Legge µµµµ)

• L'apparato che esegue la multiplazione PCM, e all'inverso la demultiplazione, si chiama multiplex(er) PCM

Multiplex PCM primarioMultiplex PCM primario

36

• Il multiplex primario opera le funzioni di codifica e decodifica PCM e la multiplazione TDM, mediante le seguenti operazioni:

� codifica di sorgente a 64 kbit/s

» filtraggio per limitare la banda a 4 kHz

» campionamento ad 8 kHz (periodo 125 µµµµs)

» codifica PCM ad 8 bit

� creazione di una trama a 2048 kbit/s

» multiplazione TDM di 30 canali telefonici byte a byte

» inserimento parola di allineamento e bit di servizio (8 bit)

» eventuale inserimento della segnalazione associata al canale (8 bit)

Poiché tutte le temporizzazioni dei flussi numerici sono ricavate

da un unico clock, non esistono problemi di sincronizzazione

Funzioni del multiplex PCM primarioFunzioni del multiplex PCM primario

37

Schema del Multiplex PCM primarioSchema del Multiplex PCM primario

38

• La trama è organizzata in 32 intervalli temporali (TS = Time Slot) ciascuno contenente 8 bit:

� TS0: parola di allineamento

» A = X0011011 (trama pari)

» B = X1S1XXXXX (trama dispari): X = bit di servizio per uso nazionale,

S1 = allarme terminale lontano (ATL)

� TS1 ÷÷÷÷ TS15 e TS17 ÷÷÷÷ TS31: 30 canali telefonici

� TS16: segnalazione associata o un ulteriore canale telefonico

• La nomenclatura corrente definisce� payload i bit che costituiscono l’informazione utile dell’utente

� over-head i bit aggiuntivi che servono per il funzionamento e la gestione del collegamento trasmissivo

Trama del multiplex PCM primario europeoTrama del multiplex PCM primario europeo

39

N.B. La struttura di trama americana è costituita

da 24 canali di 8 bit (traffico + segnalazione)ed un bit per l’allineamento, in totale 193 bit.

La velocità di cifra è pertanto 193⋅8000=1544 kbit/s

Trama dispari

125 µs

ch1

TS0 TS1 TS2 TS15 TS17 TS30 TS31 TS0

ch2 ch15 ch16 ch29 ch30 BA

Allineamento A e B

- A = X0011011

- B = X1S1XXXXX

segnalazione

S

Trama pari

125 µs

Time Slot = 8 bit

256 bit

Struttura di Trama a 2048 kbit/sStruttura di Trama a 2048 kbit/s

40

• La procedura di allineamento controlla continuamente la presenza alternativa delle parole A e B nel flusso numerico ricevuto

• Se si rivelano tre parole consecutive diverse da quelle attese il sistema si dichiara in fuori allineamento e si attiva una procedura di ricerca del nuovo allineamento

• Si sposta la trama di un bit per volta esaminando se nella nuova condizione di allineamento si ritrova l’esatta alternanza delle parole A e B

� Si passa dalla fase di fuori allineamento a quella di allineamento se si trovano due parole A intercalate da una parola B in posizione corretta

� La perdita di allineamento è un malfunzionamento gravissimo in quanto rende impossibile l’estrazione dei tributari dal flusso aggregato

Strategia di allineamentoStrategia di allineamento

41

• La segnalazione è l’informazione necessaria alla instaurazione, mantenimento e abbattimento di una connessione

• La segnalazione può essere:� In banda (es. multitoni, selezione a impulsi)

� Fuori banda

SegnalazioneSegnalazione

42

• Nelle reti telefoniche tradizionali, la segnalazione fuori banda può essere:

� associata: si trasmette la segnalazione insieme ai canali foniciutilizzando il 16esimo time slot

� a canale comune: si utilizzano flussi dedicati a 64 kbit/s attraverso i quali le centrali di commutazione si scambiano i messaggi di segnalazione

SegnalazioneSegnalazione

43

• Disponendo di un solo Time Slot per trama è necessario utilizzare ciclicamente più trame per trasmettere la segnalazione di tutti i canali (multitrama di segnalazione)

• La multitrama di segnalazione è costituita da 16 trame (2 ms) e contiene 8××××16=128 bit

� 8 per allineamento multitrama (0000XS2XX, dove S2=1 indica perdita di allineamento di multitrama)

� 30 posti fissi ad 1

� 2 bit di segnalazione veloce per canale, cioè 2 ×××× 30 = 60

� 1 bit di segnalazione lenta per canale, cioè 1 ×××× 30 = 30

• Segnalazione veloce = 2 bit/2 ms = 1 kbit/s

• Segnalazione lenta = 1 bit/2 ms = 0.5 kbit/s

Segnalazione associataSegnalazione associata

44

Trama 0

Trama 1

Trama 2

Trama 14

Trama 15

Trama 0

Mu

ltitram

a2 m

s

Time Slot 16

1 1

11

1

1 1

1

0 0 0 0 X S2 X X

0 0 0 0 X S2 X X

Multitrama di segnalazioneMultitrama di segnalazione

45












46

• La multiplazione numerica permette a più flussi numerici, denominati tributari, di essere affasciati a divisione di tempo in un unico flusso a più alta velocità, denominato aggregato

• Le apparecchiature corrispondenti sono denominate multiplatori

• Caratteristica distintiva di un multiplex numerico è che i segnali da multiplare sono già in forma numerica

• Il flusso multiplex numerico si ottiene per interallacciamento di cifra (bit interleaving) dei tributari, in trame di durata in generale diversa da 125 µµµµs

Poiché le sorgenti di temporizzazioni sono molteplici, tributari

ed aggregato, si pone il problema della loro sincronizzazione

Multiplazione numericaMultiplazione numerica

47

• Fase di scrittura: i bit dei tributari sono scritti nei rispettivi buffer con frequenza di scrittura uguale alla loro frequenza istantanea di cifra

• Fase di lettura: i buffer dei tributari sono letti ciclicamente, con frequenza di lettura fr0 = n/Tm0 ≥≥≥≥ ft (n=cifre di tributario per trama)

Nt tributari

ft0

ft0

ft0

ft0fm0 ≥ Ntft0

Multiplazione numericaMultiplazione numerica

fm0 = 1/Tm0*n. totale bit/trama

48

• Segnale periodico, che definisce gli “istanti caratteristici”attraverso eventi univocamente (e facilmente) individuabili p.e.:

� sinusoide: attraversamenti dello zero

� onda quadra: fronti di salita o di discesa

� segnale impulsivo: posizione degli impulsi

Segnale(AMI-RZ)

Cronosegnale

(onda quadra)

Cronosegnalecon jitter

Tb

CronosegnaleCronosegnale

49

I flussi numerici vengono trasmessi utilizzando dei segnali (elettrici, elettromagnetici,

ottici) codificati utilizzando delle opportune “codifiche di linea”. Ad esempio nella

slide precedente il segnale più in alto rappresenta una codifica chiamata AMI-RZ

(Alternate Mark Index – Return to Zero), in cui il valore “1” è rappresentato da un

impulso (alternativamente positivo e negativo) e il valore “0” è rappresentato dalla

assenza di impulso.

Per estrarre l’informazione da un segnale numerico è necessario “sincronizzarsi” e

valutare il segnale codificato nei suoi “instanti caratteristici”. Ad esempio nella slide

precedente si mostra nella seconda riga un “crono segnale” sincronizzato che

consente di estrarre correttamente l’informazione dal segnale codificato.

L’operazione di generazione del cronosegnale deve essere effettuata dall’apparato di

ricezione per estrarre correttamente l’informazione. Questa procedura è detta

sincronizzazione di linea.

Se la procedura non è effettuata in modo ideale, si verifica che il cronosegnale non è

sincronizzato con il segnale codificato (vedi terza riga nella slide precedente) e la

decodifica può essere affetta da errori.

50

• Due flussi numerici sono detti:

� sincroni: quando i rispettivi cronosegnali hanno la stessa frequenza istantanea (quindi differenza di fase costante)

� mesocroni: quando i cronosegnali hanno esattamente la stessa frequenza media a lungo termine ma fase variabile

� plesiocroni: quando i cronosegnali hanno la stessa frequenza nominale e i possibili scostamenti del valore istantaneo sono contenuti in un intervallo di tolleranza prefissato

� eterocroni: quando i cronosegnali hanno frequenza nominale diversa

• Multiplatori mesocroni (comunemente detti sincroni)

� i tributari hanno tutti la stessa frequenza media di cifra

• Multiplatori plesiocroni (comunemente detti asincroni)� i tributari hanno frequenze nominalmente uguali e con fluttuazioni

circoscritte entro intervalli specificati (p.e. 2048 kbit/s ±50 ppm)

Classificazione dei flussi numericiClassificazione dei flussi numerici

51

• I cronosegnali delle sorgenti tributarie operano a frequenze solo nominalmente uguali, ma in effetti diverse e indipendenti (tributari plesiocroni)

• Il cronosegnale del multiplex numerico non è in rapporto fisso con le frequenze istantanee di cifra dei tributari

• La sincronizzazione di cifra viene attuata mediante la tecnica di giustificazione di bit o pulse stuffing (a riempimento di impulsi). La gestione dello stuffing è eseguita a livello di singolo tributario

• I formati di multiplazione PDH sono definiti nella Racc. ITU-T G.702. Le caratteristiche elettriche e fisiche delle interfacce PDH sono invece specificate nella Racc. ITU-T G.703

Multiplazione numerica plesiocronaMultiplazione numerica plesiocrona

52

• Ogni differenza di frequenza media (multiplazione plesiocrona) tra scrittura e lettura conduce, prima o poi, al riempimento o allo svuotamento del buffer (slip “periodici”)

• Nel caso di slip periodici, dette fS e fL le frequenze di scrittura e lettura del buffer tampone, N la sua dimensione in bit, la frequenza di slip è

Fslip = 86400fL − fS

N(slip/giorno)

Slip di sincronizzazioneSlip di sincronizzazione

53

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

4

7

5

6

tempo

IV

III

II

I

Indirizzo di

memoria

TS TL

Inizio slip (rilettura

dei bit 4, 5, 6 e 7)

TL < TS

• L’esempio considera la sincronizzazione di un singolo tributario a prescindere dalla successiva multiplazione.

• La sequenza prodotta è la seguente:

1-2-3-4-5-6-7-4-5-6-7-8-9-10-11-12

Slip: esempio graficoSlip: esempio grafico

54

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

tempo

IV

III

II

I

Indirizzo di

memoria

TS TL

Inibizione lettura

TL < TS

• Poiché la lettura della locazione di memoria IV è eseguita prima della sua scrittura, essa è ripetuta due volte

• La sequenza prodotta è la seguente:

1-2-3-4-5-6-7-4-8-9-10-11-12

Minimizzazione dell’entità dello SlipMinimizzazione dell’entità dello Slip

55

• Questo meccanismo non è in realtà efficace nel risolvere il problema, perché “minimizza” l’entità dello slip (ma in pratica il sistema si deve risincronizzare comunque) ed inoltre la frequenza degli slip passa da:

Fslip = 86400fL − fS

N(slip/giorno)

Minimizzazione dell’entità dello SlipMinimizzazione dell’entità dello Slip

a:

SLslip ffF −= 86400 (slip/giorno)

56

• All'ingresso del multiplatore le cifre binarie dell' i-esimo tributario vengono scritte nella relativa memoria di multiplazione con una frequenza di scrittura pari a fti

• La frequenza di lettura fr0, ricavata dall'orologio locale, ha un valore leggermente maggiore di quello massimo ammesso per la frequenze di scrittura

• Si verifica il progressivo svuotamento delle memorie

Riempimento di bitRiempimento di bit

57

Tributario entrante

Uscita multiplatore

Uscita demultiplatore

Tributario uscente

•Lo svuotamento del buffer di lettura si evita inserendo nel flusso binario di tributario cifre non significative (stuffing)

•La cifra di riempimento, non essendo un bit informativo, deve essere rimossa dal demultiplatore


58

• Lo svuotamento del buffer di lettura è rilevabile comparando l’indirizzo di lettura e scrittura

• Quando si è prossimi allo svuotamento, la lettura del buffer di tributario è inibita in corrispondenza di predeterminate posizioni di cifra della trama del segnale multiplex numerico (opportunità di giustificazione)

• Sono inserite cifre di riempimento non significative

• La presenza o l'assenza delle cifre di riempimento è segnalata dalle cifre di segnalazione di riempimento


59

Stuffing positivo: se C=0 il bit S è un bit del tributario,

se C=1, S diventa un bit di riempimento

Stuffing negativo: se C=0 il bit S è un bit di riempimento, se C=1 S diventa un bit del tributario

Trama N Trama N+1

Bit non appartenenti ai flussi tributari (overhead)

Bit del tributario 1

C=Bit di segnalazione di riempimento del tributario 1

S=Bit di opportunità di riempimento del tributario 1

Bit di altri tributari

Bit di segnalazione e opportunità di riempimento di altri tributari

Segnalazione di riempimentoSegnalazione di riempimento

60

• Si scrivono i bit del tributario di ingresso nella memoria tampone con un clock ricavato dal flusso entrante

• Si legge la memoria con un clock a frequenza leggermente superiore della massima frequenza di scrittura.

• Poiché la velocità di lettura è superiore a quella di scrittura per evitare lo svuotamento della memoria il multiplatore inserisce, quando opportuno, un bit privo di significato (di stuffing) segnalandolo al demultiplatore

Tecnica di Multiplazione PlesiocronaTecnica di Multiplazione Plesiocrona

61

• Sia N la dimensione in bit di una trama, di cui M+1 siano i bit utili a disposizione di un tributario

• Siano:

ft la frequenza del tributariofa la frequenza dell’aggregatofta la frequenza del tributario all’interno dell’aggregato (si considera la frequenza massima possibile cioè utilizzando sempre come dati i bit di opportunità di giustificazione)

• Sia e l’errore in parti per milione (ppm), le frequenza effettive si ricavano a partire da quelle nominali:

ft-eff = ft-nom ± ∆∆∆∆ft-nom = ft-nom ± e/106 ft-nom

fa-eff = fa-nom ± ∆∆∆∆fa-nom = fa-nom ± e/106 fa-nom

fta-eff = fta-nom ± ∆∆∆∆fta-nom = fta-nom ± e/106 fta-nom

Tecnica di Multiplazione PlesiocronaTecnica di Multiplazione Plesiocrona

62

• Affinché la multiplazione plesiocrona funzioni correttamente, devono essere rispettate le condizioni di non overflow e di non underrun. Considerando le frequenze effettive esse si possono esprimere così:

non overflow: ft-eff < fta-eff

non underrun: fta-eff •M/(M+1)< ft-eff (a)

oppure fslip < fa-eff / N (b)

oppure fslip < fta-eff / (M+1) (c)

dove fslip = fta-eff - ft-eff

Condizioni di funzionamentoCondizioni di funzionamento

63

• Le tre condizioni di non underrrun sono equivalenti:

(b) fslip < fa-eff / N

(fta-eff - ft-eff)< fa-eff /N

fta-eff - ft-eff< fta-eff •N /(M+1) /N

(c) fta-eff - ft-eff< fta-eff /(M+1)

fta-eff -fta-eff /(M+1) - ft-eff< 0

fta-eff (1-1/(M+1)) - < ft-eff

(a) fta-eff •M/(M+1)< ft-eff


64

• Considerando le frequenze nominali e gli errori, le condizioni di corretto funzionamento si possono esprimere così:

non overflow: ft-nom + ∆∆∆∆ft-nom < fta-nom - ∆∆∆∆fta-nom

non underrun: (fta-nom + ∆∆∆∆fta-nom )•M/(M+1)< ft-nom - ∆∆∆∆ft-nom (a)

oppure (fta-nom + ∆∆∆∆fta-nom - ft-nom + ∆∆∆∆ft-nom)< (fa-nom + ∆∆∆∆fa-nom) /N (b)

oppure (fta-nom + ∆∆∆∆fta-nom - ft-nom + ∆∆∆∆ft-nom)< (fta-nom + ∆∆∆∆fta-nom)/(M+1) (c)


65

Overhead

GENERATORE TEMPI

DI TRAMA

OROLOGIO MULTIPLEX

Inibizione per

overhead e altri

tributari

CONTROLLO GIUSTIFICAZIONE

ESTRAZ. TEMP.

CONTAT. SCRITT.

CONTAT. LETT.

BUFFER

~

SINCRONIZZATORE

TRIBUTARIO

Altri tributari

SEGNALE MULTIPLO

OROLOGIO "BUCATO"

Giustificazione

Indirizzo scrittura

Gestione dell'opportunità di giustificazione

OROLOGIO "REGOLARE" Inibizione per

giustificazione

OROLOGIO "REGOLARE"

Indirizzo lettura

+ -+

Schema del Multiplatore PlesiocronoSchema del Multiplatore Plesiocrono

66

PLL

CONTAT. SCRITT.

CONTAT. LETT.

ESTRAZ. TEMP.

ALLINEAT. TRAMA

BUFFER

SEGNALE MULTIPLO

DESINCRONIZZATORE

TRIBUTARIO

OROLOGIO "REGOLARE"

OROLOGIO "BUCATO"

CONTROLLO GIUSTIF.

OROLOGIO "REGOLARE"

Inibizione per overhead e altri tributari

Inibizione per giustificazione

Indirizzo scrittura

Indirizzo lettura

Schema del Demultiplatore PlesiocronoSchema del Demultiplatore Plesiocrono

67

Gerarchia PDH EuropeaGerarchia PDH Europea

68

SA

210

T

200 4

MG T

208 204

Multiplex E2

210 380 376

Multiplex E3

4

MG T

208 4

MG

4

OG T

SA T

372 4

MG T

4

MG T

4

MG

4

OG T

380

Multiplex E4

412 480

SA T

472 4

MG T

4

MG T

4

MG

4

OG T

484 484484

T

484 4

MG T

4

MG

Trame della gerarchia plesiocrona EuropeaTrame della gerarchia plesiocrona Europea

MG : Messaggio di GiustificazioneOG : Opportunità di giustificazione

T : TributariA : Allineamento

69

SA

210

T

200

IIIII IVI

4

MG

T

208

IIIII IVI

4

MG

T

208

IIIII IVI

4

MG

T

204

IIIII IVI

4

OG

A

212 212 212 212

A Parola di allineamento (1111010000)

S Bit di Servizio (B11, B12)

T Bit Informativi ottenuti leggendo ciclicamente bit a bit i quattro tributari

MG Messaggio di Giustificazione (ripetuto tre volte per correggere errori singoli)

OG Bit di opportunità di giustificazione

Struttura di trama del multiplex E2Struttura di trama del multiplex E2

70

I bit di segnalazione di giustificazione (chiamati “Messaggio di giustificazione”) nella

trama E2 sono ripetuti 3 volte per ciascun tributario.

In ricezione viene presa una decisione con la tecnica del “voto a maggioranza”. Ad

esempio se due bit indicano che ci deve essere giustificazione e un bit no, il ricevitore

assume che ci sia giustificazione. In questo caso si risolvono i problemi dovuti ad un

eventuale errore singolo su un bit.

71

SA

210

T

200

IIIII IVI

4

MG

T

208

IIIII IVI

4

MG

T

208

IIIII IVI

4

MG

T

204

IIIII IVI

4

OG

A

212 212 212 212

Esempio trama del multiplex E2 (8 Mbit/s):

F0 = 8448 kbit/s

Bit per trama N =848

Bit per tributario M = 205, M+1 = 206 (con o senza stuffing)

Periodo di trama = 848/8448000 ≈≈≈≈ 100 µµµµs

Fta-min = 205 ×××× 8448000/848 = 2042 kbit/s

Fta-max = 206 ×××× 8448000/848 = 2052 kbit/s

Ft_min = 2048 kbit/s – 50ppm = 2047.88 kbit/s

Ft_max = 2048 kbit/s + 50ppm = 2048.11 kbit/s

⇒Fta-min < Ft_min < Ft_max < Fta-max

N.B. Per semplicità in questo esempio si è considerato per il flusso aggregato la velocità nominale e non quella effettiva

Capacità di sincronizzazioneCapacità di sincronizzazione

72

Singolo Salto Doppio Salto

Tributario x Aggregato y

2 8

8 34

34 140

140 565

Tributario x Aggregato z

2 34

8 -

34 565

140 -

M

U

X

D

E

M

U

X

Tributari Aggregato

Tx

Rx

Tx

Rx

y

x/y

y

x

x

x

x

x

x

x

x

1

2

3

4

1

2

3

4

M

U

X

D

E

M

U

X

Tributari Aggregato

Tx

Rx

Tx

Rx

z

x/z

z

x

x

x

x

x

x

x

x

1

2

16

1

2

16

Schema di un Multiplatore PDHSchema di un Multiplatore PDH

73

M

U

X

M

U

X

D

E

M

U

X

D

E

M

U

X

DEM

MUX

MUX

MUX

MUX

DEM

DEM

DEM

DEM

DEM

DEM

MUX

MUX

MUX

DEM

MUX

2/34 34/140

2/34

2/34

2/34

34/140 2/34

2/34

2/34

2/34

2 Mbit/s 34 Mbit/s 140 Mbit/s 34 Mbit/s 2 Mbit/s

Multi-Demultiplazione 2/140 Mbit/sMulti-Demultiplazione 2/140 Mbit/s

74












75

• I cronosegnali delle sorgenti tributarie operano tutti alla stessa frequenza istantanea (almeno in media)

• Il cronosegnale del multiplex numerico è sincrono (in effetti, mesocrono) con i tributari e a frequenza multipla degli stessi

• Non è possibile mantenere sincronismo perfetto per:» fluttuazione del tempo di propagazione nei mezzi trasmissivi

» instabilità dei clock

» estrazione del clock per la rigenerazione…

• Le variazioni di fase vengono dette:

» jitter (variazioni “veloci”)

» wander (variazioni “lente”)

Multiplazione numerica mesocronaMultiplazione numerica mesocrona

76

• Una memoria (buffer) viene inserita tra la lettura del flusso tributario e il suo inserimento nel flusso aggregato (lo stesso si faceva con la multiplazione plesiocrona…)

• Il buffer serve per:» assorbire le variazioni di fase tra i tributari e l’aggregato

» consente di inserire l’overhead nel flusso tributario

• La frequenza del multiplex è maggiore della somma di quelle dei tributari per dare spazio alle cifre addizionali:

» parola di allineamento

» informazioni di servizio (allarmistica e gestione)

Multiplazione numerica mesocronaMultiplazione numerica mesocrona

77

Memoria elasticaa N celle

Indirizzo

di scrittura

Indirizzo

di lettura

Contatoredi lettura

Comparatoreindirizzi

Estrazione

clock

Contatoredi scrittura

Orologionon regolare

Tributario

Circuito dicontrollo

Aggregato

Orologioregolare = FT

Orologio

multiplatore F0

Generatoretempi ditrama

Altri tributari

Bit ausiliari

Inibizione perbit ausiliari ealtri tributari

Inibizione per slip: in teoria non ènecessaria… in pratica si !

Schema del Multiplatore mesocronoSchema del Multiplatore mesocrono

78

Memoria elastica

Contatorescrittura

Contatorelettura

TributarioAggregato

Indirizzo

di scrittura

Indirizzo

di letturaEstrazioneclock

Allineamentotrama

Controllotemporizzazione

Orologionon regolare

Orologioregolare = FT

Inibizione perbit ausiliari ealtri tributari

� Anche il demultiplatore ha una memoria tampone di pochi bit

per riempire i vuoti presenti nel flusso dovuti all’estrazione

dei bit di allineamento e di servizio

Schema del Demultiplatore mesocronoSchema del Demultiplatore mesocrono

79

• Fluttuazioni di fase abbastanze ampie possono portare al riempimento (perdita di bit) o svuotamento (ripetizione di bit) del buffer tampone (slip “statistici”)

• Anche nelle reti mesocrone sono necessari meccanismi di sincronizzazione.

Slip di sincronizzazioneSlip di sincronizzazione

80












81

• In passato le reti trasmissive realizzavano collegamenti punto-punto la cui capacità era limitata dalla banda disponibile dei portanti e dalla massima complessità degli apparati. L’overheadera limitato allo stretto indispensabile

• Oggi, grazie alle fibre ottiche in grado di trasmettere flussi di capacità virtualmente illimitata (terabit/s) ed all’evoluzione tecnologica, una rete trasmissiva, oltre al trasferimento, deve offrire altre caratteristiche:

� disponibilità del collegamento (protezione - protection): 1+1 o 1:N; ripristino (restoration): reistradamento dei flussi

� flessibilità (sistemi di gestione centralizzati): add-drop; permutazione

� qualità: misura delle prestazioni; monitoraggio allarmi

� basso costo operativo (sistemi di supervisione centralizzati)

� fast provisioning

Requisiti di una rete trasmissivaRequisiti di una rete trasmissiva

82

• Multiplatore Add-Drop (ADM): inserisce e preleva i tributarida un flusso aggregato. Le sue due interfacce di linea, East e West, permettono di inserirlo lungo un collegamentotrasmissivo

• In figura è mostrato un ADM in configurazione lineare diAdd-Drop con protezione 1+1

ADM ADM

1

2

3

4

n

ADM

1 2 3 4 n

Tri

buta

ri

......

1

2

3

4

n

Esercizio

Protezione

Esercizio

Protezione

Aggregato Aggregato

Tri

buta

ri

Tributari

Wes

r

Eas

t

Multiplatore Add-DropMultiplatore Add-Drop

83

• RED o Digital Cross Connect (DXC): permuta i flussi contenutinegli aggregati ad alta velocità e gli eventuali tributari attestatilocalmente. Monitorizza la qualità dei flussi.

Multi/

demultiplexing

Matrice di

Permutazione

MUXMUX

MUXMUX

MUXMUX

MUXMUX

MUXMUX

MUXMUX

Aggre

gat

i

Aggre

gat

i

1 2 3 4 nTributari

Multi/

demultiplexing

RED (Ripartitori Elettronici Digitali)RED (Ripartitori Elettronici Digitali)

84

X

Tributario

• La rete magliata, la ridondanza della capacità installata e la permutazione automatica dei nodi consentono la creazione agevole dei percorsi trasmissivi (path) e, nel caso di malfunzionamenti, il ripristino della connessione attraverso un percorso alternativo

X

TributarioRED A

RED B

RED C

RED D

Percorso normale

Percorsi alternativi

Permutazione automatica dei nodiPermutazione automatica dei nodi

85

• Scarsa capacità disponibile nella trama per scopi di esercizio e manutenzione (in pratica, gestione a livello di collegamento)

• Approccio manuale per la gestione del sistema (es. per il reinstradamento dei flussi) e la manutenzione della rete, con conseguente difficoltà di operare riconfigurazione e protezione del traffico

• Necessità di demultiplazione completa del segnale di linea fino al livello gerarchico del tributario che si vuole estrarre (multiplazione asincrona)

• Mancanza di uno standard mondiale comune, con difficoltà di interconnessione delle reti di diversi operatori

• Sistemi di linea proprietari, con conseguenti difficoltà di creare un effettivo ambiente “multi-vendor”

Svantaggi della PDHSvantaggi della PDH

86

• Flessibilità di gestione dei flussi trasmissivi

• Interfacce ottiche standard

• Protezione automatica del traffico

• Funzioni evolute di esercizio e manutenzione

Vantaggi della SDHVantaggi della SDH

87

• Nell’aggregato PDH sono visibili solo i tributari di ordine gerarchico immediatamente inferiore a causa del meccanismo di stuffing concatenato

• Si deve perciò multiplare/demultiplare l’aggregato fino alla velocità pari a quella del tributario da inserire o prelevare

• L’onerosità di tali operazioni porta a ridurne l’occorrenza riservandole ai livelli gerarchici più alti (34, 140 Mbit/s); la rete èpoco flessibile e con modesto utilizzo della capacità nominale

• L’SDH fornisce, invece, l’accesso diretto a tutti i tributari di interesse attraverso un’entità informativa, detta puntatore

• Ciò consente una rete più flessibile ed efficiente in quanto tutti gli apparati in rete sono in grado di eseguire operazioni di add-drop distribuite a 2, 34 e 140 Mbit/s

Flessibilità di gestione:Efficienti funzioni di Add-Drop

88

D

E

M

U

X

M

U

X

D

E

M

U

X

M

U

X

D

E

M

U

X

M

U

X

Rx Tx

140/34

34/8

8/2 2/8

8/34

34/140

f.o. f.o.

2 Mbit/s 2 Mbit/s

Add-Drop di un 2 Mbit/s da un 140 Mbit/s in PDHAdd-Drop di un 2 Mbit/s da un 140 Mbit/s in PDH

89

• Per garantire la compatibilità trasversale (Multi-Vendor e Multi-Operator environment: mid-fiber meet) fra apparati di differenti costruttori sono state specificate le caratteristiche trasmissive (Racc. ITU-T G.957). Ad esempio:

� lunghezza d’onda

� larghezza spettrale

� dispersione

� riflessione

� sensibilità del ricevitore (minima potenza accettabile @ BER=10-10)

� saturazione del ricevitore (massima potenza accettabile @ BER=10-10)

Interfacce ottiche standardInterfacce ottiche standard

90

• 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 sono state sviluppate sovrastrutture di supervisione degli allarmi e di misura della qualità (p.e. 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

Funzioni evolute di esercizio e manutenzioneFunzioni evolute di esercizio e manutenzione

91

• Pro’s

� Struttura stratificata della rete trasmissiva

� Multiplazione di flussi di capacità diversa e con standard differenti,

� Efficienti funzioni di Add-Drop e Cross-Connect (one step multiplexing)

� Funzioni di supervisione evolute

� Protezione automatica del traffico

� Compatibilità trasversale (un’unico standard mondiale)

� Concepito per una rete trasmissiva (PDH è orientato al collegamento)

� Crescita verso velocità superiori facilitata da modularità e parallelismo permesso dal sincronismo

• Con’s

� Trasporto di 63 flussi a 2 Mbit/s, o 3 flussi a 34 Mbit/s nella trama STM-1 rispetto a rispettivamente 64 flussi a 2 Mbit/s, o 4 flussi a 34 Mbit/s trasportati nella trama a 140 Mbit/s

� Necessità di distribuire i cronosegnali di sincronizzazione

SDH: Elementi caratteristiciSDH: Elementi caratteristici

92

• giugno 1986 (Ginevra)

» inizio lavori in SG-XVIII CCITT su proposta degli USA

• gennaio 1988 (Seul)

» prima bozza Racc. G.707, G.708 e G.709

• novembre 1988 (Ginevra)

» approvate Racc. G.707, G.708 e G.709

» si lavora sulle altre Racc.

• febbraio 1990 (Parigi)

» primo accordo in ETSI/TM3

• maggio 1992 (Dusseldorf)

» approvate le prime Racc. CCIR su ponti radio SDH

• Raccomandazioni sulla rete di trasporto dal 1995 al 1997

Cronologia della SDHCronologia della SDH

93

• La multiplazione SDH definisce quattro livelli (Racc. ITU-T G.707), tutti basati su trame di durata 125 µµµµs

» Le trame e i segnali dei vari livelli gerarchici SDH sono detti STM-N (Synchronous Transport Module di livello N)

» 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)

Livelli gerarchici SDH e SONETLivelli gerarchici SDH e SONET

94












95

Strato di Circuito

Strato di CamminoStrato di Cammino di Ordine Inferiore

Strato di Cammino di Ordine Superiore

Strato dei Mezzi diTrasmissione

Strato del Mezzo FIsico

Strato di Sezionedi Multiplazione

Strato di SezioneStrato di Sezionedi Rigenerazione

Stratificazione della SDHStratificazione della SDH

96

Strato diCammino di

OrdineInferiore

Strato diCammino di

OrdineSuperiore

Strato deiMezzi

Trasmissivi

SONET ETSI SDH

VC-11 (1664 kbit/s)

VC-12 (2240 kbit/s)

VC-2 (6848 kbit/s)VC-2-nc (n x 6848 kbit/s)

VC-11 (1664 kbit/s) (*)

VC-12 (2240 kbit/s)

VC-2 (6848 kbit/s)VC-2-nc (n x 6848 kbit/s)

VC-3 (48960 kbit/s)

VC-3 (48960 kbit/s)VC-4 (150336 kbit/s)

VC-4-nc (n x 150336 kbit/s)

VC-4 (150336 kbit/s)VC-4-nc (n x 150336

kbit/s)

OC-1 o STM-0 (51840 kbit/s)

OC-3 o STM-1 (155520 kbit/s)OC-12 o STM-4 (622080 kbit/s)

OC-48 o STM-16 (2488320 kbit/s)

OC-192 o STM-64 (9953280 kbit/s)

STM-1 (155520 kbit/s)

STM-4 (622080 kbit/s)

STM-16 (2488320 kbit/s)STM-64 (9953280 kbit/s)

(*) Portato nella capacità di un VC-12

Strati e capacità della SDHStrati e capacità della SDH

97

Strato di Circuito

Strato di Cammino

Strato dei Mezzi diTrasmissione

Stratificazione della SDHStratificazione della SDH

MUX SDH RIG. SDH MUX SDH MUX SDH

Tributari PDH STM-N STM-N STM-N

Tributari PDH

Sezione dirigenerazione

RSOH

Cammino (Path) POH


RSOH


RSOH

Sezione dimultiplazione

MSOH

Sezione dimultiplazione

MSOH

MultiplexerSDH

RigeneratoreSDH

98

1 2 3 4 5 6 7 8 270

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Byte

A = Parola di allineamento

1

2Sequenza

di trasmissione

270 x 9 byte

A A A A A A

Rappresentazione della trama STMRappresentazione della trama STM

9

A A A A A A A A A A A AA A A A A A

99

Trama STM-N

Schema della trama SDHSchema della trama SDH

100

• La matrice è trasmessa per righe, da sinistra a destra

• 2430 byte (19440 bit) per trama STM-1 in 125 µµµµs; ogni byte della trama rappresenta un canale a 64 kbit/s

• Section Overhead

» è diviso in

» Regenerator Section OverHead (RSOH)

» Multiplexer Section OverHead (MSOH)

» svolge funzioni di allineamento di trama, monitoraggio delle prestazioni, trasporto di informazioni di gestione

• Puntatore AU

» indica dove leggere il carico pagante

Schema della trama SDHSchema della trama SDH

101

• Gli schemi di multiplazione descrivono le modalità con cui ogni segnale della gerarchia PDH viene inserito (mapped) 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

» le strutture numeriche possono essere inserite una dentro l'altra o interallacciate byte a byte

Multiplazione sincrona SDHMultiplazione sincrona SDH

102

• Tra le strutture numeriche, i Virtual Container (VC) sono ilmattone di base e l'elemento più innovativo rispetto al PDH

» Virtual: sono strutture logiche, esistono solo all’interno di STM-N

» Container: contengono informazione degli strati “clienti”

• Un VC è un insieme strutturato di byte nel quale è possibileinserire i bit di un tributario (es. un flusso PDH) o altre strutturenumeriche

• I VC sonoindividualmente e indipendentementeaccessibili attraversoun puntatore associatoad essi (multiplazionesincrona)

I Contenitori VirtualiI Contenitori Virtuali

103

• Le regole di multiplazione che combinano le strutture numeriche fino a formare una trama STM-N sono descritte dagli standard

• 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

(per es. interallacciamento byte a byte, aggiunta di byte) con relazione fissa di fase

» allineamento di fase di una struttura dentro un'altra con codifica della

relazione di fase in un puntatore

Regole di multiplazioneRegole di multiplazione

104

• Sono le strutture numeriche che costituiscono il supporto per il livello di sezione della rete SDH; esse rappresentano le trame dei diversi ordini gerarchici della gerarchia sincrona

• Ogni STM è costituito da» una capacità utile di trasporto (AUG)

» una capacità di servizio relativa alle sezioni, Section OverHead(SOH), con funzioni di allineamento di trama, controllo del tasso di errore e di O&M

• Il formato del STM-N contiene» N AUG interallacciati byte a byte

» un SOH di struttura analoga a quella che si otterrebbe interallacciando byte a byte N SOH di trame STM-1

Synchronous Transport Module STM-NSynchronous Transport Module STM-N

105

Servizio a circuito@ 64 kbit/s

Servizio a pacchetto

Linee a circuitoaffittate

VC-11 VC-12 VC-2 VC-3

VC-3 VC-4

AUG + MSOH + RSOH (STM-N)

AUG + MSOH

AUG + MSOH + RSOH (STM-N)

Strato di

Circuito

Strato diCammino

Ordine

Inferiore

OrdineSuperiore

Strato deiMezzi

Trasmissivi

Sezione di

Multiplazione

Sezione di

Rigenerazione

MezziTrasmissivi

Stratificazione e strutture numericheStratificazione e strutture numeriche

106

1 261

1

H1 Y Y H2 1 1 H3 H3 H3

J1

B3

C2

G1

F2

H4

F3

K3

N1 9

VC-4

AU-4

Inserimento di un VC-4 nell’AU-4Inserimento di un VC-4 nell’AU-4

107

• 261 x 9 byte in 125 µµµµs = 150336 kbit/s di capacità ditrasporto

1 261

1

9

0 - - 1 - - 2 - - --86--85

--88--87

--782--781

--89 --173--172

--696

H1 Y Y H2 1 1 H3 H3 H3

Administrative Unit AU-4: strutturaAdministrative Unit AU-4: struttura

108

Percorso di multiplazione di un flusso PDH a 140 Mbit/s

EsempioEsempio

109

• il C-4 ha dimensione fissa

» 260 colonne x 9 righe = 2340 byte...

• ...ma ospita un numero variabile di bit di tributario 139.264 Mb/s grazie alla giustificazione positiva

» 1 bit di opportunità di giustificazione per riga

» 5 cifre C di segnalazione giustificazione per bit di opportunità: sonocorretti fino a due errori

• i bit di opportunità di giustificazione permettono disistemare i bit in più o in meno che arrivano dal tributario139.264 Mb/s (±15 ppm di tolleranza di frequenza), èl’esempio del “mapping di un carico informativo”

Composizione del C-4Composizione del C-4

110

Schema di una riga di C-4Schema di una riga di C-4

111












112

• Puntatore AU: è utilizzato per specificare l’offset del carico utile di un VC di ordine superiore rispetto alla struttura di trama dimultiplazione che lo contiene

» Ad esempio, il puntatore AU-4 indica la posizione del primo byte del VC-4, libero di muoversi all'interno della trama

I puntatori permettono l'allineamento dinamico deiVC, è il caso dell’ “allineamento di fase”

• Puntatore TU: è usatoper specificare l’offsetdel carico utile di un VC di ordine inferiorerispetto alla trama del VC di ordine superiorein cui è inserito

Funzione dei puntatoriFunzione dei puntatori

113

• I VC possono averefase variabilerispetto alla strutturanumerica che licontiene

• Il puntatore è riferitoal primo byte a destra della IV riga diOH

• I VC si trovano a cavallo di più trame

Allineamento di fase del VC-4 nel STM-1Allineamento di fase del VC-4 nel STM-1

114

• Per compensare in un NE le fluttuazioni di fase tra

• i VC in ingresso (clock del NE che li origina)

• il segnale STM-1 in uscita (clock locale)

Perché allinearsi dinamicamente?Perché allinearsi dinamicamente?

115

• Orologio di apparato: Synchronous Equipment Clock (SEC)

• Il buffer assorbe le variazioni di fase tra i VC in ingressoall'apparato e le trame in uscita

• Il valore del puntatore èaggiornatoquando lo statodi riempimentodel buffer supera la soglia inferioreo quellasuperiore

Generazione del puntatoreGenerazione del puntatore

116

• Il puntatore è aggiornato quando il buffer del Pointer Processor si riempe o si svuota oltre le soglie a causa dellevariazioni di fase relative degli orologi

Aggiornamento del puntatoreAggiornamento del puntatore

117

H1 H1 H1 H2 H2 H2 H3 H3 H3

H1 H2 H3

V1 V2 V3

N N N N s s I D I D I D I D I D

1 4 75 6 1698

Valore del puntatore

Opportunità di

giustificazionenegativa

Opportunità di

giustificazionepositiva

AU-4

AU-3TU-3

TU-11TU-12TU-2

Formato dei byte di puntatoreFormato dei byte di puntatore

118

• I byte H1 e H2 non usati per il puntatore nel caso di AU-4 sono codificati con 1001ss11 e 11111111 rispettivamente

• I valori dei campi Valore del Puntatore e Signal Type (ss) del puntatore sono codificati come segue

Puntatore Signal Type Valore del puntatore

AU-4 10 0 - 782

AU-3 10 0 - 782

TU-3 10 0 - 764

TU-2 00 0 - 427

TU-12 10 0 - 139

TU-11 11 0 - 103

Formato dei byte di puntatoreFormato dei byte di puntatore

119

Codifica del puntatore AU-4Codifica del puntatore AU-4

120

• bit 1-4: NDF

» indica una reinizializzazione del valore del puntatore

• bit 5-6:» indica il tipo di AU contenuto (informazione utilizzata solo nel caso di

schema di multiplazione ITU-T)

• bit 7-16: puntatore

» il valore numerico della posizione del VC-4 nella trama (da moltiplicare per 3)

» i valori legali sono 0-782

» con 0 si indica il primo byte a destra del terzo H3

Codifica del puntatore AU-4Codifica del puntatore AU-4

121

Esempio di giustificazione positivaEsempio di giustificazione positiva

122

Esempio di giustificazione negativaEsempio di giustificazione negativa

123

• In condizioni normali NDF=0110, puntatore = inizio VC-4

• In caso di giustificazione positiva, si invertono i bit I, i byte di opportunità di giustificazione non contengono dati significativi, e dalla trama seguente il puntatore è incrementato di 1 (modulo 783)

• In caso di giustificazione negativa, si invertono i bit D, i byte H3 contengono 3 byte di dati, e dalla trama seguente il puntatore èdecrementato di 1 (modulo 783)

• Se l'allineamento del VC-4 cambia bruscamente di più di 3 byte, si inverte NDF e il puntatore è immediatamente aggiornato

• Dopo una giustificazione non sono permessi altri movimenti per le 3 trame seguenti

Regole di generazione del puntatore AU-4Regole di generazione del puntatore AU-4

124

• L’STM-N potrebbe presentare lunghe sequenze di 0 o di 1. Per impedire questo si usa un Frame Synchronous Scrambling, applicato a ciascuna trama con esclusione della prima riga di SOH (che contiene la parola di allineamento

• Il polinomio generatore dello scrambler è 1+x6+x7; l’inizializzazione è 1111111

1 1 1 1 1 1 1

y(k)

z(k)

z(k) = y(k) + y(k-6) + y(k-7)

ScramblingScrambling

125

SincronizzazioneSincronizzazione

Estrazione del clock daiflussi

Tx

Rx Tx

Rx

FMaster

ETRx

Tx

Tx

Rx

ET

126

SincronizzazioneSincronizzazione

SEC SECSEC SEC SECSEC SEC SECSEC

» PRC = Primary Reference Clock (Orologio Principale, OP; nazionale)

» SSU = Synchronization Supply Unit (Orologi Asserviti, OA; in centrale)

» SEC = Synchronization Equipment Clock (Orologi Asserviti Secondari; OAS, nell’apparato)

PRC

SSU SSU SSU

Rete di sincronizzazione ad albero

127












128

• Permette l'inserimento/estrazione di flussi tributari(sincroni e plesiocroni) in/da un flusso aggregato STM-N in transito

• Solo alcuni flussi sono terminati, lasciando passareinalterati i VC in transito

• Contiene le matrici di permutazione dei VC di ordine basso LPC (Lower order Path Connection) e dei VC di ordine alto HPC (Higher order Path Connection)

• Le matrici LPC e HPC sono riconfigurabili per permutare i flussi o inserire nuovi tributari (matrici “NBSS” Non Bloccanti in Senso Stretto – ossia è possibile qualsiasiconfigurazione di permutazione)

Multiplatori Add-Drop (ADM)Multiplatori Add-Drop (ADM)

129

Multiplatori Add-Drop (ADM)Multiplatori Add-Drop (ADM)

130

Esempi di inserimento in reteEsempi di inserimento in rete

131

• I multiplatori ADM-1 possono essere integrati con interfacce per servizi di fonia e dati per originare apparati di accesso SDH direttamente dagli attacchi di utente

• Un esempio importante è il cosidetto Digital Loop Carrier (DLC) o Multiplex di Abbonato (MPX1)

• L’ MPX1 è un’apparecchiatura da esterno usata nella rete diaccesso per raccogliere i segnali dagli utenti, multiplarli e trasportarli verso la rete trasmissiva per mezzo di un flusso STM-1

• L’MPX1 può multiplare:

� linee telefoniche analogiche (fino a 480), fornendo tutte le funzioni diinterfaccia verso l’utente (BORSCHT – vedi prossima slide)

� linee digitali affittate

� tributari a 2 Mbit/s

Il Multiplex di abbonatoIl Multiplex di abbonato

132

• Le funzioni eseguite dall'attacco d'utente possono essereriassunte dall’acronimo BORSCHT:

» Battery (alimentazione);

» Overvoltage prot. (protezione da sovratensioni)

» Ringing (generazione del tono di chiamata)

» Supervisory (supervisione della linea)

» Coding (codifica del segnale vocale)

» Hybrid (passaggio da 2 a 4 fili)

» Testing (accesso per prove sulla linea)

Interfaccia verso l’utente telefonicoInterfaccia verso l’utente telefonico

133

66 Stadi di Gruppo di Transito (SGT)

660 Stadi di Gruppo Urbani (SGU)

~10.000 nodi Stadi di Linea (SL)

SGT SGT

SGU SGU

SL SL

MUX

Struttura della rete telefonica tradizionaleStruttura della rete telefonica tradizionale

134

Struttura della rete telefonica tradizionaleStruttura della rete telefonica tradizionale

• La struttura della rete telefonica presentata in queste slide si riferisce ad una rete telefonica prima dell’avvento della tecnologia IP (in particolare si descrive la rete di Telecom Italia alla fine degli anni ’90). In questo contesto, il trasporto della voce avviene esclusivamente in modalità a circuito.

• Vedremo più avanti nel corso che con l’avvento della tecnologia IP si introduce il trasporto della voce a pacchetto, ad iniziare dalle sezioni interne della rete.

135

Sede SL

Rete di transitonazionale

SL

AD

M

AD

M

Sede SGU

AD

MRaccordo con TL

DXC

4/4

Sede A1

DXC

4/4

Sede A1

DXC4/3/1

AD

M

AD

M

DXC4/3/1

AD

M

AD

MDXC4/3/1

DXC4/3/1

AD

MA

DM

VC12, VC3

VC4

SGT

SGT

SGU

Trasporto SDH su Rete NazionaleTrasporto SDH su Rete Nazionale

Anello a 622 Mb/s

Anello a 155 Mb/s

Anello a 622 Mb/s

136

• Gli elementi costitutivi di una rete trasmissiva (apparati, collegamenti e loro parti componenti) sono specificati con prefissati requisiti prestazionali

• Se le effettive prestazioni operative scendono al di sotto di una prefissata soglia, l’elemento va “fuori servizio” (es. guasto)

• Le attività svolte in una rete trasmissiva (in modo sempre più automatizzato) per migliorarne le prestazioni sono

» controllo costante dello stato di integrità degli elementi che la compongono

» interventi “protettivi” in presenza di fuori servizio, allo scopo di rimuoverne effetti e cause

Robustezza della rete trasmissivaRobustezza della rete trasmissiva

137

• Ripristino (orientato al servizio): insieme di attività che hanno l’obiettivo di mantenere la continuità del servizio fornito agli utenti, utilizzando una aliquota condivisa di risorse (es. capacità di trasporto) riservate al reinstradamento del traffico.

» Il ripristino del servizio è controllato da un centro di supervisione usando procedure semi-automatiche (es. usato nella rete nazionale)

» Opera entro un tempo massimo di pochi minuti (es. due)

• Protezione (orientata alla risorsa): attività che hanno come obiettivo evitare il fuori servizio di una risorsa, usando ridondanze predisposte allo scopo (es. una capacitàtrasmissiva di riserva preassegnata – si possono usare sia risorse dedicate che condivise).

» E’ un’operazione automatica programmata in modo distribuito (a livello di apparato, collegamento o parte componente). Ad esempio, è tipicamente usata nella rete locale e regionale

» opera in maniera molto veloce (decine di ms)


138

• La funzione di protezione consente attraverso ridondanze ed una azione di commutazione di mantenere uno stato funzionale corretto anche in caso di fuori servizio di una risorsa operativa

• Protezione 1+1» Esempio nel caso di un collegamento: il segnale viene trasmesso sia

sulla via di esercizio che su quella di riserva; in ricezione viene selezionato il segnale migliore

• Protezione 1:N

» Esempio nel caso di un collegamento: il canale di riserva è condiviso fra più canali di esercizio; il segnale è trasmesso sulla riserva solo in occasione di avaria del corrispondente canale di esercizio e la riserva viene rilasciata al ristabilimento delle condizioni normali


139

Nota sulla terminologiaNota sulla terminologia

• Il termine protezione può essere usato in modo generico per comprendere sia i meccanismi di protezione propriamente detti sia i meccanismi di ripristino

140

• Gli anelli sono topologie di particolare interesse perchèrappresentano il minimo grafo di interconnessione di un insieme di nodi che garantisce due percorsi distinti tra una qualunque coppia di nodi

Architetture di protezione ad anelloArchitetture di protezione ad anello

141

Relazioni cliente-serventeRelazioni cliente-servente

PSTNISDN

Lineededicate

64 kbit/s

ATM-VP

IP

Frame Relay

300-3400 Hz

ATM-VC

VC-128 Mbit/s

34 Mbit/s

140 Mbit/s

VC-3

VC-4

MS

RS

2 Mbit/s

Sistemi di linea PDH

Optical Section Radio Section Satellite Section

142

La rete ISDNLa rete ISDN

143

ISDNISDN

• La ISDN è una rete digitale che, evolvendo dalla PSTN di tipo telefonico, è in grado di offrire un'ampia gamma di applicazioni sia vocali che non-vocali (voce, immagini, dati, video, fax, ecc.) alle quali si può accedere attraverso un insieme limitato di interfacce

• La limitazione del numero di interfacce ha lo scopo di superare le difficoltà di accesso ai servizi di rete che sono tipiche delle reti dedicate

• La rete ISDN può essere vista come un client della rete di trasporto SDH. Con la ISDN si definiscono i servizi offerti all’utente

144

ISDNISDN

• Ruolo chiave per la diffusione di ISDN: le applicazioni» accesso a banche dati e immagini

» trasferimento file tra PC e hosts

» messaggistica

» videotelefonia a colori

» trasferimento di immagini fisse e in movimento

» comunicazioni multimediali

» interconnessioni tra LAN

» telesorveglianza, telemarketing, ecc.IP!

145

ISDNISDN

• Servizi ISDN» connettività numerica a 64 kb/s

» connessioni con capacità di trasferimento superiore (n x 64 kb/s) ad esempio utilizzati per la video-comunicazione

• Servizi di rete intelligente (gli stessi della rete telefonica)

» Numero verde

146

Servizi di telecomunicazione

Servizi Portanti Teleservizi

Servizioportantedi base

Servizioportante di

base+servizisupplementari

Teleserviziodi base

Teleservizio dibase+servizi

supplementari

Servizi ISDNServizi ISDN

147

- Reti dedicate- Reti a lunga

distanza

Centro diservizio

- PABX- LAN- Reti private

Singoloterminale

ISDNmultiservizio

TerminaliISDN in

configurazionemultipla

ISDN

Architettura funzionaleArchitettura funzionale

• Tipi di interfaccia

148

Canali di accessoCanali di accesso

• Un canale rappresenta una specifica porzione della capacità di trasferimento dell'interfaccia utente-rete

• Un'interfaccia comprende una specifica combinazione di diversi tipi di canali

149

Canali di accessoCanali di accesso

• Canale B» ha capacità di trasferimento uguale a 64 kb/s con relativa

temporizzazione

» può trasportare diversi tipi di informazione:

» voce telefonica a 64 kb/s o a ritmi binari inferiori

» voce a qualità migliorata a 64 kb/s

» dati a circuito o a pacchetto a ritmo binario inferiore o uguale a 64 kb/s

• Canale D

» capacità di trasferimento: 16 kb/s o 64 kb/s

» scopo principale: trasporto della segnalazione

» alternativamente può trasportare informazioni strutturate a pacchetto (X.25, basso bit rate)

» organizzato a messaggi, multiplati statisticamente

150

Profili di accessoProfili di accesso

• Accesso BASE (BRI)» 2 canali B a 64 kb/s - linee numeriche indipendenti

» 1 canale D a 16 kb/s - segnalazione

» totale: 144 kb/s, su doppino di rame, punto-punto e punto-multipunto

• Accesso PRIMARIO (PRI)

» 30 canali B a 64 kb/s

» 1 canale D a 64 kb/s - segnalazione

» utilizza normale linea PCM a 2048 kb/s punto-punto

151

Tipo

Struttura base

Struttura

primaria

Struttura

con canali

H0

Struttura

con canali H1

Capacità

canale D

16 kb/s

64 kb/s

64 kb/s

64 kb/s

64 kb/s

---

64 kb/s

---

Ritmo

binario

144 kb/s

2.048 Mb/s

1.544 Mb/s

2.048 Mb/s

1.544 Mb/s

1.544 Mb/s

2.048 Mb/s

1.544 Mb/s

Composizione

2B + D

30B +D

23B +D

5H0+D3H0+D

4H0

H12+DH11

Strutture di interfacciaStrutture di interfaccia

ing. stefano salsano e-mail: stefano.salsano@uniroma2

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