4 pdh ja sdh - tekniikka.oamk.fi · 1 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 207 4. PDH ja SDH • Edellä...

1

25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 207

4. PDH ja SDH

• Edellä on tarkasteltu lähinnä vain yhden puhekanavan analogisen signaalin muuttamista PCM-signaaliksi ja sen purkamista takaisin analogiseen muotoon

• PCM-tekniikan perusjärjestelmä (Euroopassa) on suunniteltu siirtämään 30 puhekanavaa aikajakoisesti samalla siirtotiellä

– kutakin puhekanavan signaalia käsitellään edellisen luvun periaatteiden mukaisesti• PCM-verkossa suuremmat siirtonopeudet muodostetaan aikajakokanavoimalla

tietty määrä alemman hierarkiatason (eli pienempinopeuksisia) signaaleja– PDH:ssa on standardoitu siirtojärjestelmien kanavahierarkia

• PDH tarkoittaa perus PCM-hierarkiaa, jossa suurin siirtonopeus on 565 Mbit/s• Ongelmat:

– jos halutaan liittyä siirtotielle matkan varrella, joudutaan purkamaan koko hierarkia liitettävälle tasolle saakka

– lähes kaikki kapasiteetti käytetään puhekanavien siirtoon, jolloin verkon hallintaa varten täytyy rakentaa erillinen järjestelmä

4.1 PDH (Plesiokroninen digitaalinen hierarkia)


2


Perusjärjestelmä (1. taso)

• yhteen näytteenottokierrokseen (125 µs) sisältyvät aikavälit muodostavat kehyksen (frame), johon sisältyvät aikavälit numeroidaan 0...31

• kehysrakenne sisältää 32 kpl 8-bittistä aikaväliä– 30 aikaväliä puhekanaville (TS 1...15 ja TS 17...31) – 1 synkronointiaikavälin (TS 0, kehyslukitus ja kaukopään hälytykset, ks.

taulukko)– 1 merkinantoaikavälin (TS 16)

• kanavakohtainen merkinanto (ks. taulukko 3.28.)• nykyään merkinanto siirretään yhteiskanavamerkinannon (YKM)

sanomaliikenteenä yleensä aikavälissä 16• kanavakohtaisesta merkinannosta johtuen ”perintönä” ylikehysrakenne

• siirtonopeus 2048 kbit/s– USA:ssa alimman tason järjestelmässä on 24 kanavaa ja siirtonopeus 1,544

Mbit/s


3



• 2 Mbit/s –johtosignaalin kehyslukituksen varmistamista ja siirtovirheiden tarkkailua varten käytetään CRC-tarkistusta– yhteyden lähetys- ja vastaanottopäissä samanlaiset siirtorekisteriketjut– lähetyspuolen rekisterissä lasketaan bittivirran sisällön perusteella jokaista

2048 bittiä kohti 4-bittinen CRC-tarkistussana, jotka lähetetään jokaisen kehyksen aikavälin TS0 ensimmäisessä bitissä

– vastaanotin saa tarkistussanan, mutta laskee myös itse vastaavan tiedon uudelleen ja jos sanat täsmäävät, on siirto erittäin todennäköisesti virheetön

– matemaattisesti CRC-tarkistus tarkoittaa menetelmää, jolla bittijono muokataan sellaiseen muotoon, että se on jaollinen tietyllä polynomilla

– vastaanottopäässä bittijono jaetaan samalla polynomilla ja jos jakojäännös on nolla, on vastaanotto virheetön

4


• siirtovirheiden tarkkailuun käytetään lisäksi koodivirheiden (esim. HDB3) seurantaa– koodivirheiden määrästä päätellään todennäköinen BER– BER 10-5 aiheuttaa ns. B-hälytyksen (käytännössä huomautus huonontuneesta

signaalista)– BER 10-3 aiheuttaa A-hälytyksen, jolloin liikenne voidaan katkaista

• mikäli signaali on liian huono (katkaisurajan kriteerien alapuolella) tai esimerkiksi puuttuu kokonaan, lähetetään linjalle AIS-signaali (jatkuva 1-pulssijono)– AIS:n vastaanottaminen kertoo, että vika on paikallistettu jo muualle kuin

tulevaan johto-osuuteen


5


PDH:n kanavahierarkia

• ylemmän tason siirtonopeus ≠ 4 * alemman tason siirtonopeus– johtuu synkronointitiedon lisäämisestä ja nopeuserojen tasauksesta


• Käytössä nykyisin kaikilla televerkon runkoyhteyksillä• Pohjana SDH:lle on perus-PCM-tekniikka• SDH:lle on määritelty nopeuksia jopa lähes 10 Gbit/s asti• Perustuu SONET-standardiin (Synchronous Optical Network)• SDH-verkko ei tarjoa mitään palveluita, vaan muodostaa perustan palveluiden

toteuttamiselle. Se soveltuu nopeiden siirtoverkkojen toteuttamiseen ja on ylempien tasojen kannalta läpinäkyvä (transparent)

• ITU standardoi SDH:n (G.707)– suositusten tarkoitus

• optiset tiedonsiirtoyhteydet piti saada yhteensopiviksi• verkon valvonta, huolto ja hallinta piti hoitaa SDH:n avulla• tarvittavien erilaisten laitteiden lukumäärän minimointi• soveltuminen erilaisiin tarkoituksiin (pienet alueverkot, suurikapasiteettinen

runkoverkko, ATM, IP, PCM,…)

4.2 SDH (Synkroninen digitaalinen hierarkia)

6


Esimerkki siirtoverkosta


PDH:n ja SDH:n erot

• PDH– siirtoyhteyksien lisääminen tai

poistaminen matkan varrella onvaikeaa ja vaatii paljon laitteita

– siirtolaitteiden hallinta ja valvonta vaatii erillisen järjestelmän,manuaaliset ristikytkennät

– suurin nopeus 565 Mbit/s– jäykkä kanavakapasiteetti

• SDH– voidaan joustavasti lisätä ja

vähentää alinopeuksia jopa kanavatasolla

– siirtolaitteiden hallinta onintegroitu osaksi järjestelmää,tietokoneohjatut kytkennät

– suurin nopeus 9,9 Gbit/s– joustava siirtokapasiteetti,

voidaan siirtää monenlaisia signaaleja

7


SDH:n kanavointirakenne

• SDH perustuu synkronisiin siirtokehyksiin STM-N• Määritellyt nopeudet:


• Ylemmän tason nopeus on aina suoraan alemman tason monikerta, koska alisignaalien nopeuserojen kompensoimiseen tarvittavat tasausbitit on jo valmiiksi sisällytetty SDH-siirtokehyksiin

• Korkeamman tason siirtokehys muodostuu tavulomittamalla neljä alemman tason siirtokehystä. Tällöin lähetetään aina vuorotellen yksi tavu kunkin alemman tason kehysrakenteesta

• STM-kehyksen jokainen tavu vastaa yhtä 64 kbit/s kanavaa

8


SDH:n kehysrakenne• STM-1 -kehyksen rakenne

– siirto-otsikko SOH, 9 tavua x 9 riviä– STM-1 -hyötykuorma 261 saraketta x 9 riviä– Hyötykuorma vastaa 2349 kpl 64 kbit/s kanavaa– SONET ja SDH sovitettu yhteen: kolme STS-1 -signaalia (SONET) muodostaa yhden

STM-1 -kehyksen.– Kehyksen toistoväli 125 µs

• siirtokehykseen voidaan suoraan kanavoida sekä eurooppalaisen että amerikkalaisen standardin mukaiset PDH-nopeudet (ns. mapitus)

• kehyksistä voidaan suoraan purkaa jopa yksittäinen kanava, koska jokaisen kanavan paikka on tarkasti tiedossa

• SDH-tekniikka on yhteensopiva laajakaistaverkoissa käytetyn asynkronisen toimintamuodon (ATM) ja Internet-protokollan (IP) kanssa. ATM ja IP ovat pakettikytkentäisiä.


Esimerkki STM-4 –kehysrakenteen muodostamisesta

9


Otsikkoalue• siirto-otsikko SOH sijaitsee STM-1 -kehyksen 9 ensimmäisessä sarakkeessa (3

ensimmäistä ja 5 viimeistä)– RSOH (jännevälin siirto-otsikko) käsittää STM-1 kehyksen yhdeksän ensimmäisen

kolumnin kolme ensimmäistä riviä– MSOH (johtovälin siirto-otsikko) puolestaan käsittää STM-1 kehyksen yhdeksän

ensimmäisen kolumnin rivit 5-9– SOH sisältää tavut esimerkiksi bittivirheiden monitorointiin, verkonhallintaan, suojattuihin

kanaviin ja tulevaisuuden laajennuksiin


• NNI-NNI -väli kuvaa päätekanavointilaitteen ja ristikytkentälaitteen välistä johtoväliä.

– tällaisen välin päätepisteissä puretaan, tarkastetaan ja kootaan uudelleen koko siirto-otsikko (MSOH ja RSOH)

– johtovälillä voi sijaita myös toistimia – kehyksen saapuessa toistimeen tarkastus tehdään vain jännevälin siirto-otsikolle (RSOH)– reittiväli muodostuu kahden verkon läpi yhteyden muodostavan päätekanavointilaitteen

(kuvassa SM) välille– päätekanavointilaitteessa muodostetaan tai puretaan siirto-otsikon lisäksi STM-1

kehysten VC-4 POH.

10


• Jokaisella hyötykuormalla on lisäksi oma reittiotsikkonsa (POH), jota käytetään hyötykuorman päästä-päähän -monitorointiin

• STM-1 -kehyksen otsikkoalueen 4. rivi on varattu AU-osoittimille ja hyötykuormien nopeuserojen tasaukseen. Osoittimien avulla annetaan tieto, mistä hyötykuorma alkaa.

• Erilaisten signaalien sovittamista SDH-järjestelmään kutsutaan mapitukseksi


• Reittiotsikko, POH(Path Overhead)– POH:ta (VC-4:n reittiotsikko) käytetään laadun tarkkailemiseen sekä siitä

saadaan selville käytetyn kontin tyyppi

11


• MSOH (Multiplexer Section Overhead)– MSOH:n kautta menee tietoa pariteetin tarkastamisesta, varareitityksestä, siinä

on sekä data- että äänikanava ja siihen kuuluvat irtonaisesti AU-pointterit


• RSOH (Regenerator Section Overhead)– RSOH:n tärkein tehtävä on kehyksen kohdistaminen – siinä on myös erilaisia kanavia datalle ja puheelle sekä pariteettitarkistus

12


Mapitus


13


• Eurooppalainen ja Yhdysvaltalainen kanavointirakenne poikkeavat hieman toisistaan. Edellisen sivun kuvassa näkyvät molemmat kanavointirakenteet. AUG:stä lähtevä alempi haara on SONET:in mukainen kanavointirakenne ja ylempi haara ETSI:n mukainen kanavointirakenne. SONET- ja SDH-järjestelmien yhteensovitus tapahtuu nopeudella 155,52Mbit/s

• Kontti (container, C): Plesiokroninen signaali, jonka taajuutta on kasvatettu bittipohjaisella positiivisella tasauksella, jolloin siitä voidaan tehdä synkroninen.Tasausbittejä ei käytetä enää tämän vaiheen jälkeen.

• Virtuaalikontti (Virtual container, VC): Kontti + apukanava POH. Tämä paketti muodostaa SDH-verkossa läpinäkyvän kanava eli hyötykuoren

– VC-4:llä lähetetään signaalikapasiteetin perustaso eri solmujen välillä SDH-verkossa. Yksittäiset alijärjestelmäsignaalit muodostetaan VC-4:n "sisälle".

– VC-4:ä koostuu hyötykuormasta (C-4) ja reittiotsikosta (POH). POH sijaitsee VC-4:n ensimmäisessä sarakkeessa. POH sisältää hälytystietoja, huoltotietoja ja vaadittavaa reititystietoa päästä-päähän yhteyksille.

– VC-4:än hyötykuorma-alue tukee alijärjestelmäsignaalien siirtoa. VC-4:n hyötykuorma koostuu 260 sarakkeesta ja yhdeksästä rivistä, jolloin yhteiskapasiteetiksi tulee 2340 tavua. Näin muodostuu 149,76 Mbit/s kapasiteetti, mikä on suunniteltu tukemaan erityisesti 140 Mbit/s järjestelmän siirtoa.


• TU (Tributary unit): Virtuaalikontti + hyötykuorman osoitin. Hyötykuorman osoittimella osoitetaan VC:n sijainti TU:n sisällä

• TUG (Tributary unit group): TU-ryhmä. Useampia TU-yksiköitä paketoitu yhteen.• AUG (Administrative unit group): AU-4 ja sen osoitin muodostavat yhdessä

AUG:n. STM-1 kehyksen hyötykuorma sijaitsee AU-4:ssä. AU-4 sisältää yhdenVC-4:n.

• AU (Administrative unit): VC + hyötykuorman osoitin. AU:n ja TU:n erona on se,että AU voidaan suoraan ristikytkeä sitä kuljettavien STM-1:n välillä.

14


• Alemman tason hyötykuori kytketään ylemmän tason hyötykuoreen osoittimilla.

• Osoitintasaus:– Hyötykuoret eivät ole sidottuja STM-1 -kehyksen nopeuteen, vaan ne voivat

liukua kehyksen sisällä. Osoitinlaskennalla huolehditaan hyötykuoren alkukohdan kulloisestakin sijainnista.

– Kun siirrettävällä hyötykuorella on pienempi taajuus kuin STM-1:llä,synkronisuuden säilyttämiseksi on lisättävä tavuja (merkityksettömiä). Kyseessäon positiivinen tasaus

• esimerkkinä TU12-kanavointi (ks. mapitussivu)– VC-4:ään kanavoidaan kolme TUG-3:a. TUG-3:een puolestaan kanavoidaan

seitsemän TUG-2:a, johon puolestaan kanavoidaan kolme TU-12:a => yhteen STM-1 kehykseen mahtuu siis 63 TU-12:a

– jotta kaikki PDH-järjestelmän mukaiset signaalit voitaisiin siirtää STM-1 kehyksessä, niin aliyksikköryhmille on annettu "ylimääräisiä" sarakkeita

– seuraavan sivun kuvassa näkyy esimerkkinä TU-12 rakenne ja siihen sovitettu plesiokronisen hierarkian mukainen 2 Mbit/s signaali


15


SDH-laitteet

• SDH-laitteet voidaan jakaa kahteen ryhmään. – Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat toistimet eivät muuta vastaanottamansa

kehyksen sisältöä. Ne toimivat vahvistimina regeneroiden STM-N -signaaleja.– Toisessa ryhmässä ovat laitteet, jotka suorittavat varsinaiset SDH-verkon

toiminnot.

Esimerkki STM-1 -päätekanavointilaitteesta

– päätekanavointilaitteet kanavoivat STM-1-tasolla 63 plesiokronista 2 Mbit/ssignaalia STM-1-kehykseen ja vastaavasti purkavat STM-1-kehysrakenteen 2Mbit/s signaaleiksi


– Haaroitinlaitteilla voidaan päästä käsiksi jokaiseen 2 Mbit/s -signaaliin ilman, että koko kanavointia tarvitsee purkaa. STM-1 haaroitinlaitteella voidaan solmusta lähtevään STM-1-signaaliin lisätä 2 Mbit/s -signaalejatai vastaavasti solmuun tulevasta STM-1-signaalista voidaan pudottaa pois maksimissaan 63 kappaletta 2 Mbit/s -signaaleja.

Esimerkki STM-1 -haaroitinlaitteesta

16


– Ristikytkentälaitteilla voidaan 2 Mbit/s -signaalit kytkeä vapaasti haluttuihin suuntiin ja solmuun voi liittyä erilaisia kombinaatioita STM-4, STM-1, STM-1E ja 2M -signaaleista

Esimerkki ristikytkentälaitteesta


ATM

• ATM (Asynchronous Transfer Mode) on nopeaa pakettimuotoista tiedonsiirtoa. Asynkroninen tarkoittaa tässä sitä, että eri pakettien kulkuaika verkossa voi vaihdella riippuen verkon kuormitustilanteesta.

• ATM-paketti eli solu koostuu 53 tavun mittaisesta vakio-kokoisesta yksiköstä. 5 tavua on varattu otsikolle ja 48 tavua siirrettävälle informaatiolle.

• ATM hyödyntää SDH-siirtotekniikkaa. Se voi käyttää pohjana muitakin tekniikoita, mutta parhaiten sen edut tulevat esiin SDH:n kanssa.

• ATM:aa voidaan käyttää sekä televerkkojen runkoyhteyksillä että lähiverkoissa ja niiden yhdistämisessä.

17


• Solun pituus 53 tavua, joista 5 varattu otsikolle

Lähde: Voipio-Uusitupa, Tietoliikenneaapinen


• Tunnisteet paikallisia ja korvataan aina uusilla paikallisilla tunnisteilla ATM-verkon solmuissa– GFC (osassa soluista); käytetään ohjaukseen alussa ja lopussa verkon ja

päätelaitteen rajapinnassa, muuten tila polkutunnisteen käytössä– Polkutunniste (VPI); käytetään kytkemään ryhmä yhteyksiä yhtenäisesti ATM-

keskusken läpi– Yhteystunniste (VCI); sen perusteella tiedetään, mihin yhteyteen solu kuuluu– HEC; otsikkokentän virheentarkistus– Lisäksi otsikkokentässä yksittäisiä bittejä (esim. CLP eli hävikkiprioriteettikenttä)

18


• Valokuidulla ATM:n perusnopeudet ovat 155 ja 622 Mbit/s.• ATM on yhteydellinen tiedonsiirtotapa, koska siirron alkaessa yhteyden

molempien osapuolten välille luodaan kiinteä yhteys. Yhteydelle ei kuitenkaan varata jatkuvasti samaa kapasiteettia, minkä vuoksi sitä sanotaan virtuaaliseksi.

• ATM-järjestelmä koostuu nopeista kytkentäsolmuista, joihin verkon asemillaon yleensä valokuituyhteys.

• AAL (ATM Adaptation Layer) sovittaa erilaiset informaatiomuodot ATM-siirrolle sopiviksi eli muuttaa signaalin ATM-soluiksi tai päinvastoin.


Yhteyden muodostuminen

• Ennen varsinaista tiedonsiirtoa lähettäjä lähettää verkkoon yhteydenmuodostussolun, joka etsii tiensä verkon läpi sol-multa toiselle.Vastaanottajan lähettämä kuittaussolu palaa samaa reittiä takaisin ja aktivoi yhteyden varrella olevat ATM-solmut.

• Jokaiseen soluun ei tarvitse liittää täyttä osoitetta, vaan solu lähetetään ensimmäiselle reitin varrella olevalle solmulle. Solmu tunnistaa solut ja lähettää ne edelleen.

• synkronisen signaalin yhteydessä ATM voi aiheuttaa viiveongelmia lisäpaketoinnin takia

19


ATM solujen sovitus STM-1 kehykseen

• ATM solujen sovitus tehdään suoraan virtuaalikonttiin (VC-n). – Esimerkkinä VC-4 ja VC-3 virtuaalikontteihin toteutettu sovitus– AU- ja TU -osoittimissa on bitit ilmaisemaan niin sanottu ketjutettu rakenne

(concatenated structure), jolloin perättäisten kehysten virtuaalikonttien hyötykuorman katsotaan kuuluvan yhteen suurempaan kokonaisuuteen. Näin saadaan poistettua kehysrakenteen aiheuttamat rajat ATM solujen siirrolle, koska ATM-solut eivät mene tasan virtuaalikonttien hyötykuorman tavujen määrän suhteen.

4 pdh ja sdh - tekniikka.oamk.fi · 1 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 207 4. PDH ja SDH • Edellä...

Documents

Transcript of 4 pdh ja sdh - tekniikka.oamk.fi · 1 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 207 4. PDH ja SDH • Edellä...