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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
SDH transmissionNetwork
Jacques BAUDRONiXTEL
Edition 7 - décembre 2004
2
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Sommaire
Réseaux de transmission
Réseaux SDH
La sécurité de fonctionnement dans les réseaux SDH
Synchronization des réseaux SDH
Architecture des réseaux SDH
L’exploitation des réseaux SDH
SDH Next Generation
Le multiplexage en longueurs d’onde
Abbreviations
Glossary
3
9
29
52
62
69
78
91
109
114
4
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Réseau de transmission
CentralOffice
CentralOffice
Modem Modem
Ligneslouées
• Réseau de transmission : réseau de lienspermanents entre nœuds d’un réseau de services.
• Les routes sont préétablies et configurées dans lesnœuds du réseau de transmission
• Le transport est totalement transparent au servicetransporté
5
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Packet multiplexing, time divisionmultiplexing
L’information est insérée dans unpaquet où figurent les informations desource et de destination.
Le paquet est routé au travers duréseau
Packet multiplexing:
L’information est insérée dans un lienpermanent en point à point dont lesextrémités correspondent à la source età la destination.
Time Division multiplexing:
A B
Sce : ADes : B Payload
AB
Information
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Multiplexage statistique,multiplexage hiérarchique
Sce :
A
Des :
B
Données Sce :
A
Des :
C
Données Sce :
A
Des :
C
Données
Vers CVers B
Vers A Vers A
A B C
Vers CVers B
Vers A Vers A
BA C
Multiplexage statistique : la bande passante n’est consommée que lorsque l’on s’en sert
Multiplexage hiérarchique : la bande passante est monopolisée en permanence
7
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La qualité dans les réseaux àmultiplexage statistique
• Le délai de transit des différents paquetsdans le réseau doit être constantVariation lente : WanderVariation rapide : Jitter
• Le délai de transit des différents paquetsdans le réseau doit être inférieur à unseuil.Ce seuil est variable suivant le service transporté
• L’ordre dans lequel sont transmis lespaquets doit être respecté
1 2 3 45
1 2 43 5
A
B
Délai de transit
Pour les services « temps réel » : (voix …)
Multiplexagestatistique
Multiplexagehiérarchique
Occupation aléatoirede la bande passante
Occupation permanentede la bande passante
Temps de transitnon garanti
Temps de transitdéterminé
8
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
En bref : les réseaux detransmission
Les réseaux de transmission proposentdes liaisons (semi-) permanentes enpoint à point.
Les technologies de multiplexage parpaquets et de multiplexage parréservation de bande passante offrentchacune leur avantage :
• Optimisation de la bandepassante
• Optimisation de la synchronisation
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Avant : le multiplexageplésiochrone PDH
• Multiplexage de liens à partir de 2 Mbit/sdans 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.
Jusqu’aux années 80 : multiplexageplésiochrone
11
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
140 Mbit/s
34 Mbit/s
Le multiplexage plésiochrone PDH
8 Mbit/s2 Mbit/s
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Le transport d’un conduit en PDH
A CA->C A->C
140Mbit/s
140Mbit/s
2 Mbit/s 2 Mbit/s
2/8
8/34
2/8
8/34
34/140 34/140
A B CA->C B->C B->C A->C
8 Mbit/s
34 Mbit/s
140Mbit/s
140Mbit/s
2 Mbit/s 2 Mbit/s 2 Mbit/s
2/8
8/34 8/34 8/34
2/8
8/34
34/140 34/140 34/140 34/140
2 Mbit/s
2/8 2/8
L’insertion du site B amèneà un démultiplexagecomplet de la trame avantde la reconstituer.
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Les motivations pour la SDH
Les motivations pour la SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
• La simplification du multiplexage
• L’exploitation centralisée
• La mesure de la qualité
• La sécurisation
• L’interopérabilité
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Le multiplexage en SDH
La trame arrive à une cadencerégulière : 8000 trames par
seconde, soit une toutes les 125 µs.
PointeurDébut de
trame
Informations de gestion : leSOH (Section OverHead)
125 µs
Le mécanisme de pointeurs supposeque l’ensemble des nœuds d’un
réseau SDH fonctionne exactementsur la même horloge
Importance du réseaude synchronisationen SDH
Chaque conduit (2, 34, 140 Mbit/s)est repéré par sa position dans latrame grâce au pointeur.
15
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Le transport d’un conduit en SDH :ajout d’un site intermédiaire
A B C
A->C B->C B->C A->C
155 Mbit/s155 Mbit/s
2 Mbit/s 2 Mbit/s 2 Mbit/s
2 Mbit/s
SDHAdd & DropMultiplexer
(ADM)
SDHAdd & DropMultiplexer
(ADM)
SDHAdd & DropMultiplexer
(ADM)
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Ajustement de pointeur
PRCPrimary reference
clock
2048 MHz + ε
PRCPrimary reference
clock
2048 MHz - ε
2 Mbit/s
Quand il y a de légères différences entre leshorloges, la valeur du pointeur évolue pourle compenser.L’ajustement de pointeur décale leconteneur de trois octets.
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Les « OverHead »
• Les « OverHead » sont des canaux inclus dansla bande passante. Ils transportent :– 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 unitéde transport : conduit (Path OverHead POH),section de multiplexage entre deux élémentsde réseaux (Section OverHead SOH)
• Il n’y a pas d’informations de routage dans les« OverHead ».
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La trame SDH
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 OverHeadSOH : Section OverHeadSTM : Synchronous Transfer ModeMultiplex Section (MS) : fiber between equipments
n : quantity of VC-4STM - 1 155 Mbit/sSTM - 4 622 Mbit/sSTM – 16 2,5 Gbit/sSTM – 64 10 Gbit/s
POH2 Mbit/s VC-12
x 63POH VC-4
POH34 Mbit/s
VC-3
x 3POH VC-4
140 Mbit/s
POH VC-4SOH
STM-n
Payload
SOH
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La trame STM-1
A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 Z0 Z0
B1 E1 F1
D1 D2 D3
H1 H1 H1 H2 H2 H2 H3 H3 H3
B2 K1 K2
D4 D5 D6
D7 D8 D9
D10 D11 D12
S1 Z1 Z1 Z2 Z2 M1 E2 x x
270 columns
9 columns 261 columns
J1
B3
C2
G1
F2
H4
F3
K3
N1
VC-4payload
Pointer
MultiplexSection
OverHead
RegenationSection
OverHead
VC-12
Media dependant use(radio-link, satellite)
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
OverHead
J1B3C2G1F2H4F3K3N1
Path indicationQuality monitoringContainer formatTransmission error acknowledgmentMaintenanceSuperframe indicationMaintenanceAutomatic protection switchingTandem connection monitoring
V5J2N2K4
Indication and error monitoringPath indicationtandem connection monitoringAutomatic protection switching
A1, A2 B1, B2D1 . . . D3 D4 . . . D12E1, E2F1J0 (C1)K1, K2S1M1
Frame alignmentQuality monitoring, parity bytesQECC network managementQECC network managementVoice connectionMaintenanceTrace identifierAutomatic protection switching (APS) controlClock quality indicatorTransmission error acknowledgment
Path OverHead
Section OverHead
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La trame STM-n
PayloadSOH
pointer
SOH
PayloadSOH
pointer
SOH
PayloadSOH
pointer
SOH
PayloadSOH
pointer
SOH
Not used
First SOH forSTM-n frame
Dans un STM-n, le SOH du premierSTM est utilisé pour tout les STM.
Les autres SOH ne sont pas utilisés.
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La mesure de qualité en SDH
Section demultiplexage
Section demultiplexage
Réseau SDH
Réseau deservices
Mesure de qualité de la section
Mesure de qualité VC-4
Mesure de qualité VC-12
A chaque trame de chaqueentité (VC-n, STM-n) on
associe la parité de la tramequi est vérifiée à la réception
Les mesures de qualitésont envoyées ausystème d’exploitationcentralisé via les SOH
Point determinaison
du conduit
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
SDH SONET
OC-12STM-4 622 Mbit/s
OC-48STM-16 2.5 Gbit/s
OC-192STM-64 10 Gbit/s
45 Mbit/s
OverHead
45 Mbit/s
OverHead
45 Mbit/s
OverHead
OC-1OC-3
63x
VC-12
OverHead
STM-1
155 Mbit/sOverHead
OverHead
OverHead
34 Mbit/s
34 Mbit/s
34 Mbit/s
STM-1
OU
SDH SONET
OC-768STM-256 40 Gbit/s
ITU-TAutres qu’Etats Unis
ANSIEtats Unis
Mécanisme totalementnormalisé
Tous les équipementssuivent les mêmesspécifications
Tous les réseauxpeuvent êtreinterconnectés
28 x 1,5 Mbit/s45 Mbit/s
OverHead
52 Mbit/s
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La protection
• La qualité de l’ensemble des ressources detransport et des services transportés estsurveillée en permanence.
• Les mesures de qualité ont été associées àune messagerie transmise par les« OverHead » pour déclencher lesmécanismes de cicatrisation automatique.
26
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Les équipements SDH
STM-n VC-4
STM-n VC-4
VC-4
VC-4
VC-4
VC-4
Trafic LO en transit
Protection LO
Trafic HO en transit
Protection HO
Matrice de connexion HO
Matrice de connexion LO
2 Mbit/s
HPC
LPC
Equipements construits autourde deux matrices :
HPC : High Order PathConnection
Connection deconduits HO (HighOrder) : VC-4
LPC : Low Order PathConnection
Connection deconduits LO (LowOrder) : VC-3, VC-12
La configuration des matrices est fournie par lesystème d’exploitation centralisé via le SOH
27
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
TTF
La modélisation des équipementsSDH
SPI
RST
MST
MSP
MSA
HUG
HPOM
HPC TTF
SPI
RST
MST
MSP
MSA
TTFHUG
HPOM
HPT
HPA
LUG
LPOM
LPC
LPT
LPA
PPI
STM-n STM-n
G.703
MCFSEMF
SETPISETS
OHA
Brassage de VC-4
Brassage de VC-3et de VC-12
Interface SDH
Traitement des OverHeads
Système de synchronisation
Contrôleur de l’équipement etinterface exploitation
Exemple d’un ADM
28
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
En bref : les réseaux SDH
La technologie SDH est aujourd’huilargement utilisée par les opérateurs entélécoms
Elle permet d’atteindre des objectifs de
Qualité
Interfonctionnement entre réseaux
Protection du trafic
Facilité d’administration
29
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La sécurité de fonctionnementdans les réseaux SDH
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Types de défauts
Défauts
Dus à une défaillancedans le réseau
Dus à un défaut decomposant électronique
Dus à une mauvaisecommande
Mécanismes d’auto cicatrisation
Redondance des équipements
Applications dans lesystème d’exploitation
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Type de protection, type de défaut
Sur alarmede section :
défautfibre
Sur alarmede conduit :
défautsur signaltransporté
Protection
Restauration
La routede secoursest établie
dès l’origine
La routede secoursest établie
après le défaut
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Protection / Restauration
DéfautRéactionlocale
Réactionlocale
Rapport : alarmeset nouvelle
configuration
Défaut
Rapport :alarmes Nouvelle
configuration
122
3
2
3
1
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 %)
33
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Les protections SDH
Linear MSP MS Spring MS DpringSNCP-I SNCP-N VC-TrailProtection
Partage desprotections
Protectionsdédiées
Inherentmonitoring
Non intrusivemonitoring
Réseau en anneauRéseaulinéaire
Le conduitest
terminé
Le conduitn’est pasterminé
provoquée par alarmes de conduit provoquée par alarmes de section
Protection
Le conduit en défaut est remplacépar un conduit de secours
La section en défaut est remplacéepar une section de secours
34
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Le protocole de signalisationd’erreur
Working
ProtectNo Request
No Request
Working
ProtectSignal Failure
No Request
Working
ProtectSignal Failure
Reverse Request
Working
ProtectSignal Failure
Reverse Request
Automatic Protection Switching protocol
- Circule sur les octets K1 K2du SOH.
- Circule sur la voie desecours.
- L'octet K1 envoie descommandes, l'octet K2 desétats.
35
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
SNCP, VC-Trail protection
Réseau SDH
Conduit non terminé : SubNetworkConnection Protection
SNCP I : (Inherent) uniquement AIS et LOPSNCP N : (Non intrusive ) id + performancemonitoring
Conduit terminé : VC-Trail protectionDiffusion à l’émission, sélection à la réception
36
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING
A
B
CD
E
DA
DA CA
CA
A
B
CD
E
DA
DA CA
CA
Ressourcesde protection
Ressourcesde transport
DA CA
A
B
CD
E
DA CA
Défaut entre
A et B
Défaut entreA et E
Les deux conduitspartagent la même
protection
Avantage : gainen bandepassante
37
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING: les« misconnections »
A
B
CD
E
DA
DA CA
CA
Ressourcesde protection
Ressourcesde transport
Défaut sur A
Lorsque deuxdéfauts sontsimultanés …
… plusieurs services cherchent àaccéder simultanément à la ressourcede protection partagée …
A
B
CD
E
DA
DA CA
CA
… Le défaut en A engendre uneconnexion non désirée entre C et D.
C’est une « Misconnection ».
Bouclagesdu trafic
38
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING: les« misconnections »
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 endéfaut sont identifiés
• Ces conduits « High Order » identifiés sont mis en alarme
39
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING: les« misconnections »
bits 1 - 4 bits 5 - 8
1111 Signal Fail (Protection) LP-S @ destination1110 Forced Switch (Span) FS-S 1101 Forced Switch (Ring) FS-R 1100 Signal Fail (Span) SF-S 1011 Signal Fail (Ring) SF-R 1010 Signal Degrade (Protection) SD-P 1001 Signal Degrade (Span) SD-S 1000 Signal Degrade (Ring) SD-R 0111 Manual Switch (Span) MS-S 0110 Manual Switch (Ring) MS-R 0101 Wait-To-Restore WTR 0100 Exerciser (Span) EXER-S 0011 Exerciser (Ring) EXER-R 0010 *Reverse Request (Span) RR-S 0001 *Reverse Request (Ring) RR-R 0000 No Request NR
bits 1 - 4 bit 5 bits 6 - 8
@ source 1 Long path 111 MS-AIS
0 Short path 110 MS-RDI
101 Reserved for future use
100 Reserved for future use
011 Extra traffic on protect. channels
010 Bridged and Switched
001 Bridged
000 Idle
Request @ dest
@ sce StatusL/S
L/S : long or short
Byte K1 SOH
Byte K2 SOH
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Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING: les« misconnections »
A
B
CD
E
DA
DA CA
CA
Après l’apparition du défaut sur A :
• E et B envoient à destination de A lemessage « Signal Fail » enempruntant les deux directions
• E et B, sur reception des messagesde B et E, concluent que le nœud Aest défaillant
• Le nœud E, connaissant la table desconduits, insère un signal d’alarmedans le conduit DA.
• B fait de même avec CA.
41
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING: les« misconnections »
A
B
CD
E
A
B
CD
E
Cas du trafic entransit dans un
nœud de serviceCommutateur ATM, routeur
IP, matrice LO …
La sécurisationdes services n’est
pas garantie
Dans cet exemple, le service entre C et D n’est plus assuréalors que le réseau dispose d’une autre route.
42
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING : les« misconnections »
• Les conduits DA et CA utilisent lemême n° de VC-4.
• Ils partagent la même ressource deprotection
• Si deux défauts arriventsimultanément ou si le nœudcommun défaille, une« misconnection » sera crééeentre C et D.
Chaque nœud a uneadresse codée sur 4bits
Le protocole doit êtreterminé en 50 ms
Le protocole est prévusur un anneau
Le protocole ne prenden compte que lesconduits HO
Maximum de 16nœuds dans l’anneau
L’anneau doit fairemoins de 1200 km
L’anneau physiqueest la seule structurepossible
Mauvaise voireabsence de protectiondes conduits LO
Un protocole a donc été introduitpour identifier ces cas et introduireun « path AIS » dans les conduitsconcernés.
Conséquencesdu protocole
43
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING 4 fibres
Matrice de protection(au niveau VC-4)
Fibresactives
STM-n STM-n
n x VC-4
Fibres deprotection
STM-16 4F = 16 VC-4 actifs et 16 VC-4 de protectionSTM-4 4F = 4 VC-4 actifs et 4 VC-4 de protection
44
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING 2 fibres
STM-n STM-n
n x VC-4
Matrice de protection(au niveau VC-4)
VC-4actifs
VC-4 deprotection
VC-4actifs
VC-4 deprotection
STM-16 2F = 8 VC-4 actifs et 8 VC-4 de protectionSTM-4 2F = 2 VC-4 actifs et 2 VC-4 de protection
45
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Interconnexion d’anneaux
Un seul nœud Anneau virtuel Deux nœuds
46
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Anneaux - mailles
Anneau virtuel sur structure maillée :• Une protection unique sur le réseau• Pas de trafic sur le lien médian
Interconnexion d’anneaux par deux nœuds :• Une protection par maille• Le trafic passe deux fois sur le lien médian
Anneau virtuel Drop & Continue
47
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La fonction Drop & Continue avec la protection de conduit
Drop & Continue
Le mécanisme d’interconnexion de deux sousréseaux par deux nœuds est le Drop &
Continue
48
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La fonction Drop & Continue avec la protection MS-SPRING
MS-SPRING MS-SPRING
Remarque : Chaque conduit passantd’un anneau à l’autre utilise 2 VC-4 : 1VC-4 actif et 1 VC-4 protection
Un anneau MS-SPRING STM-n nepeut faire transiter que n/2 conduitscontre n pour un anneau SNCP
49
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Voisin à voisin : chaquenœud n’est relié qu’à sonvoisin
Occupation du réseau
Types de trafic :
Homogène : chaque nœudéchange avec chacun desautres une même quantité detrafic
Centralisé : chaque nœudn’est relié qu’à un hub,éventuellement redondant
n x (n-1)
n - 1
Charge des liens enSNCP
2n2 - 1
n - 1
4
Charge des liens enMS-SPRING
Centralisé : chaque nœudn’est relié qu’à un hub,éventuellement redondant
nInterconnecté : Trafic sortantde l’anneau par Drop &Continue
2 n (*)
n 2
n : nombre de nœuds dans leréseau (*) : Charge du lien entre les sites d’interconnexion
50
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
MS-SPRING ou SNCP ?
Trafic majoritairement voisin à voisin
Remplissage VC-4 proche de 100 %
Nombre de noeuds important(mais < 16)
Trafic centralisé
Trafic stable
Nombre de noeuds faible
Trafic flexible ou inconnu
Remplissage VC-4 < 90 %
MS-SPRING
SNCP
Peu de trafic interconnecté par deuxnoeuds
51
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
En bref : la sécurité defonctionnement
Grâce aux mécanismes de protection, lesdéfauts dans le réseau sont cicatrisés enmoins de 50 ms.
Le choix parmi les mécanismes permetd’obtenir une solution adaptée aux
Types de défaut à prendre encompte
Types de trafic à sécuriser
Flexibilité
Coûts
53
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Le réseau de synchronisation
• Le réseau de synchronisation amène àchacun des nœuds l’horloge SDH.
• Ce réseau est sécurisé.• Ce réseau répond à des règles d’ingénierie
permettant de maîtriser la dégradation dusignal.
• 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)
54
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Les règles d’ingénierie de lasynchronisation
PRC
G.811
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SSU
G.812
SSU
G.812
SSU
G.812
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SSU
G.812
SSU
G.812
SSU
G.812
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
SEC
G.81s
Niveau 1
Niveau 2
Niveau m
20 x SECmax
20 x SECmax
20 x SECmax
60 x SECmax
11 niveauxmax
PRC : Primary ReferenceClock Horloge maître G.811
SSU : SynchronisationSupply Unit G. 812
SEC : SynchronousEquipment Clock G. 81s
La qualité de l’horloge sedégrade d’équipement enéquipement.
Les quantités à ne pasdépasser sont définies par lesrègles d’ingénierie.
55
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La sélection d’horloge dans leséquipements SDH
Sélection horloge SETS
Sourced’horloge
externe
STM - n
STM - n
STM - n
STM - n
STM - n
STM - n
SETG
• La fonction desélection d’horlogeest configurée parl’opérateur.
• L’ordre debasculement en casde dégradationpermet d’obtenir dela sécurisation
ga
bc
de
f
T4
T0T2
T1 T1
SETG : Synchronous EquipmentTiming Generator
SETS : Synchronous EquipmentTiming Source
56
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Equipement avec SSU
SSU
SETGT1
T3T4
T0STM-n
Le signal incident duSTM-n est « régénéré »par le SSU
2 Mhz
57
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Le rebouclage doitse faire depuis une
source valide
Introduction du SSM :Synchronisation StatusMessage
La sécurisation de lasynchronisation
… l’apparition d’uneboucle d’horloge
(Timing Loop)
Un basculement sansprécaution de lasource d’horloge encas de défaillanceentraînerait …
58
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
La signalisation de synchronisationSSM
Principe : chaque horloge est transmiseavec un message spécifiant saqualité (G 811, G 812, G 81s).
Lorsqu’une horloge est reçue, unmessage DNU (Do Not Use) estretourné à la source.
Le sélecteur d’horloge balaie les signauxqui lui arrivent dans l’ordre spécifiépar l’opérateur et choisit lameilleure qualité (son horlogeinterne par défaut)
DNU
DNUDNU
DNU
G 811
G 811
G 811
G 811
G 811
G 811
G 811
A
B
CD
E
59
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Cicatrisation de la synchronisation
DNU
DNUDNU
DNU
G 811
G 811
G 811
G 811
G 811
G 811
G 811
DNU
DNUDNU
G 811
G 811
G 811
G 811
G 811
G 81s
DNU
DNUG 811
G 811
G 811
G 811
G 811
DNU
DNU
DNU
DNUG 811
G 811
G 811
G 811
G 811
DNU
G 81s
L’équipement ne recevantplus de synchro passe surson horloge interne etenvoie G 81s (ie : « mon horlogeest de mauvaise qualité »)
Sur réception deG 81s,
l’équipementbascule sur
l’entrée G 811
L’équipementreçoit G 811. Ilbascule dessus.
Tous leséquipements sontde nouveausynchronisés
Nominal
Apparitiondu défaut
StableTransitoire
60
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Scénario d’apparition de « TimingLoop »
Horloge « normale »
Horloge « secours »
Timing Loop
Le « Site 2 », ne recevant plus de signal depuis le « Site 1 » setourne vers le « Site 10 », générant ainsi une boucle d’horloge.
61
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
En bref : la synchronisation
La qualité de fonctionnement du réseauSDH 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 aprèsun défaut
63
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Exemple de réseau
Interconnexion de commutateurs
Réseau decommutateurs
Réseau detransmission STM-n
2 Mbit/s
Terminal
Abonnés
64
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Exemple de réseau
Infrastructure régionale
Réseauxde
services
Réseaux detransmission
Utilisateurs deservices
Bandepassante
STM-n STM-n
STM-n STM-n
2 Mbit/s
ADM
Brasseur
65
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Architecture de réseau
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 27 12 14 14 15 14 15 14 14 14 14 14 14 14Site 11 12 15 15 16 15 16 15 30 15 15 15 15 15Site 18 14 15 2Site 16 14 15 5Site 4 15 16 5 4 2
Site 24 14 15 4 6 40Site 15 15 16 6 6 6Site 17 14 15 2Site 6 14 30 2
Site 30 14 15 3Site 2 14 15 2 6 3 80 2 6Site 9 14 15 2
Site 23 14 15Site 26 14 15 2Site 25 40Site 14 80Site 32 2Site 21 2Site 3 6 2Site 1 6 2 2Site 5 6 2 2
Site 31 2 2 2Site 29 2 2Site 19 2 2 2Site 8 6 2 2
Site 12 2Site 22 2 2 2Site 10 2 2Site 7 2 2 2
Site 38 2Site 28 2 2Site 20 2 2Site 13 2Site 34 1 5Site 33 1 2 1Site 37 5 3Site 35 2 3Site 36 1
Matrice de trafic
Besoin enflexibilité
Besoin en qualitéde services
Besoin enprotection
Topologie
Architecture duréseau
…
66
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Brassage au niveau LO, brassageau niveau HO
HO
LO
HO
LO
STM-n STM-n
VC-4 n°1
VC-4 n°2
VC-4 n°1
HO
LO
HO
LO
STM-n
VC-4 n°1VC-4 n°1
STM-n
STM-n
STM-n
Site A Site B
Site A Site B
Un seul VC-4 entreles matrices … … ou un seul VC-4
dans la fibre ?
67
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Dimensionnement du réseau
A
G
D BH
E
C
F I
A
G
D BH
E
C
F I
DG
GF
FI
IE
EH
HD
232
232
232
232
232
232
MS-SPRINGSNCP HOSNCP LO
DG
GF
FI
IE
EH
HD
632
632
632
632
632
632
MS-SPRINGSNCP HOSNCP LO
A B C
- 40 40A
40 - 40B
40 40 -C
A B C
- 1 1A
1 - 1B
1 1 -C
Matrice de trafic
exprimée en VC-12
exprimée en VC-4
Occupation desliens exprimée
en VC-4
Occupation desliens exprimée
en VC-4
68
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
En bref : l’architecture des réseauxSDH
L’architecture de réseau s’effectue àpartir de la matrice de trafic et de ladescription de la topologie …
La taille du réseau varie sensiblementavec
Le choix de la protection
Le besoin en flexibilité
Il est souvent utile de connaître ledomaine de validité de son architecture
70
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Exploitation des réseaux SDH
But : pouvoir gérer le réseau (établissement desconduits, surveillance des éléments …) àdistance.
71
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
L’exploitation des réseaux SDH
NetworkManagement
EquipmentManagement
X 25ethernet : Q3B3
X 25 : Q3B2
In the frame (D1-D12) : QECC
DataTransmission
Channel
Managementfunctions
Datacommunicationfunctions
Gestion des conduits :établissements des conduits …,
Gestion des équipements : étatset configuration des différentes
cartes …,
72
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
SDH management
STM - n Payload
SOHQECC
STM - n
SOHQECC
MCF SEMF
Q2 Q3 F
73
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Le transport de l’exploitation dansles réseaux SDH
MCF
Q F
MCF
Q F
MCF
Q F
GNE
STM-n
Ecc
STM-n
74
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Management
Network and system configuration monitoringInstallation and configurationPath implementationNetwork protection
Network problems detection, logging and notificationSupervisionFault localisationTestReporting
Access to network resources controlSimultaneous use of networkmanagement resources preventionUse of Network management system
ConfigurationManagement
FaultManagement
SecurityManagement
75
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Network planning
Networkforecast
Networkplanning
Networkauditing
Operationalrouting
Operationalrouting
Behavioralsimulation
Operationalrouting
Existinginfrastructure
Existing trafficNew traffic
Existinginfrastructure
Existing traffic
Trafficforecast
NetworkDataBase
List ofequipment tobe rolled out
Alarm: no operational route
Description of the routewith used equipment
Report with :•Under or over used equipement list•Path Availability, failure analysis…
OR
INPUT PROCESS OUTPUT
76
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Simplification …
… GMPLSDWDM
SDHSONET
ATM
IP
DWDM
IPGMPLS
Protocol simplification with GMPLS
77
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
En bref : l’exploitation des réseauxSDH
L’administration des réseaux s’effectuede manière centralisée
Les systèmes permettent de
Récupérer l’état des objets(éléments de réseau, conduits …)
Configurer le réseau (conduits,protection …)
79
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Pourquoi une « nextgeneration » ?
SDH / SONET a été conçu pour du traficvoix :
Débits : 2 Mbps, 8 Mbps, 34 Mbps, 140 Mbps …
Occupation permanente
Le trafic de demain sera dominé par lesdonnées :
Débits : 100 Mbps, 200 Mbps, 1000 Mbps …
Matrice de trafic fluctuante
« Next generation » se doit de proposer uneplate forme mixte voix données
80
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Containers et virtual containers
VC-11
VC-12
VC-2
VC-3
VC-4
VC4-4c
VC4-16c
VC4-64c
VC4-256c
VC-12-nv
VC-3-nv
VC-4-nv
1 600 Mbit/s
2 176 Mbit/s
6 784 Mbit/s
48 384 Mbit/s
149 760 Mbit/s
599 040 Mbit/s
2 396 160 Mbit/s
9 584 640 Mbit/s
38 338 560 Mbit/s
VirtualConcatenation
DS-1
E1
E2
DS3 and E3
E4, FDDI, ATM
ATM
IP, ATM
IP, ATM
IP, ATM
81
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
SDH NG : fonctions essentielles
•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
82
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
SDH NG en trois grandes fonctions
• Generic Framing Procedure (GFP) :Transport de paquets de données dans un mode detransport SDH : ITU-T G.7041/Y.1303
• Virtual Concatenation (VC) : Les canauxSDH channels sont multiplexés dans un ordrearbitraire : ITU-T G.7042/Y.1305
• Link Capacity Adjustement Scheme(LCAS) : capacité à changer en temps réel labande passante allouée à un canal concaténévirtuellement : ANSI T1.105a-2002
83
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Generic Frame Procedure
Adaptée du protocole de delineationde cellules d’ATM
• 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 basedmapping GFP
Transparentmapping GFP
La longueur de la trame estconnue
Efficient et flexible
Tous les codes de la couche physiquesont transmis.
Faible latence
Uniquement en codage 8B/10Bg
GFP
84
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
GFP
Pointer
VC
-4 O
H
CoreHeader GFP Payload
FCS
Des
tin
atio
nSo
urc
e
DATAFCS
SDH
GFP
Packet
85
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Virtual concatenation
Seuls les équipements situésaux extrémités du conduit ontà savoir qu’il est concaténé
La taille des conduits est multiple de 2Mbps (VC-12) ou 1.5 Mbps (VC-11 )
SDH Network
86
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Virtual concatenation
Les sous canauxpeuvent emprunter des
routes différentes
L’alignement de ces sous canauxdemande une « bufferisation » àla destination
Source equipment Destination equipment SDH network
87
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Avantage de Virtual Concatenation
Service Bit Rate Utilisation sansVCAT
Utilisation avecVCAT
FastEthernet
100 Mbit/s VC-4 (67%) VC-3-2v (100%)
GigabitEthernet
1000 Mbit/s VC-4-16c (42%) VC-4-7v (95%)
FibreChannel 200 Mbit/s VC-4-4c (33%) VC-3-4v (100%)
FibreChannel
1000 Mbit/s VC-4-16c (42%) VC-4-7v (95%)
ESCON 200 Mbit/s VC-4-4c (33%) VC-3-4v (100%)
88
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Link Capacity Adjustement Scheme(LCAS)
Dynamic Bandwidth Allocation
Lorsque le trafficaugmente ….
… la quantité de canauxest augmentée
5 subchannels
6 subchannels
89
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Link Capacity Adjustement Scheme(LCAS)
Nouveaux services
Restauration
Fluctuation saisonnière etajustement de bande passante
90
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
SDH NG en bref
SDH doit transporter à la fois du traficvoix et données
SDH est adapté
Generic Frame Procedure
Virtual concatenation
Link Capacity AdjustementScheme
92
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Le multiplexage en longueurd’ondes
Idée de base : une couleur par lien.
n couleurs dansune paire de fibres
WDM WDM
n fibres dans unepaire de câbles
WDM WDM
1 ampli pour ncouleurs
n amplis pour ncouleurs
Intérêts :
• Lorsque lenombre de fibresest limité
• Lorsque ladistance impliquel’implantation derépéteurs
• …
93
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Brassage optique
WDM
WDM
WDM
WDM
WDM
WDM
WDM
WDM
WD
M
WD
M
Intérêt :
• Réarrangementdynamique
94
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Affectation des longueurs d’onde
2 solutions :
• Affecter une longueurd’onde à un servicetransporté
• Utiliser des transpondeurspour changer defréquences le long du trajet
95
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Les longueurs d’ondeAf
faib
lisse
men
t lin
éiqu
e (d
b /km
) 10
1
0,1
Longueur d’onde (µm)
0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
1563,861530,33
1552,52
1500 nm 1600 nm
Zone plate pour l’amplificateur = 30 nm
Espacement des canaux : 0,8 nm
Plan : 82 canaux optiques centréssur 1552,52 nm
bande C (1 535-1 560 nm),bande L (1 560-1 610 nm)bande S (1 500-1 530 nm).
96
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
DWDM : séparation des longueursd’onde
Réseaux de diffraction
Gradientd’indice
λ1
λ2
λ3
Cavité résonnante formée par deux miroirs
λ1 λ2 λ3 λ1
λ1 λ2 λ3
97
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
CWDM
CWDM : Coarse WDM
• over 20 nm channel spacing
• short range transmissions
• No regeneration
• 16 channels
• Cost effective solution
98
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
DWDM
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)
99
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Multichannel DWDM transmissionsystem
Source : Acterna
100
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Amplificateur optique
Signal enentrée
Signal ensortie
Laser pompe
Fibre dopée Erbium
101
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Quelques facteurs limitants
•Atténuation : dépend de la longueur
•Dispersion chromatique : les différenteslongueurs d’ondes ne se péplacent pas à lamême vitesse. Valeur typique : 17ps/(nm*km)
•Polarization mode dispersion (PMD) : dueaux imperfections de la fibre : torsion,imparfaitement cylindrique … La valeurdépend du débit (par exemple :0,5 ps/(km)-1/2 à 10 Gbit/s)
•Self phase modulation : décalage desfréquences. Effet opposé à celui de ladispersion chromatique
Source : Acterna
102
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
G.692
Définition des 80 canaux
•espacés de 50 GHz
•De 1528,77 nm à 1560,61 nm
103
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Simplification …
Optique
SDH
ATM
PPPoE
IP
Optique
SDH
ATM
IP
Optique
SDH
IP
Optique
IP
105
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Réseaux optiques intelligents
Source : Alcatel
106
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Réseaux optiques intelligents
FonctionnalitésSDH
Efficience IP
RoutageGMPLS
Réseauxoptiques
intelligents
•Flexible•Sécurisé•Routage automatique•Acheminement dynamique•Délai d’acheminementoptimisé
107
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
GMPLSGeneralized MPLS
Couplage des plans de commande du réseau optique et desréseaux clientsDécouverte des voisins : Link Management Protocol (LMP) découvre leséquipements du réseau
Propagation des états de lien; OSPF modifié pour supporter connaître et diffuserl’état des liens et des équipements
Contrôle et gestion des routes : RSVP et LDP modifiés pour prendre en compteautres protocoles : PNNI, SS7 …
Gestion des liens : LMP (Link Management Protocole) est une extension de MPLSau plan optique.
Protection des liens : protection sur réseaux maillés sur plusieurs chemin.
108
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
En bref : le multiplexage enlongueurs d’onde
Le multiplexage en longueurs d’onde(WDM et DWDM) utilise plusieurscouleurs pour véhiculer plusieurssignaux
Les réseaux optiques proposentTransparence du signalSimplicité physiqueCapacité de transmission
mais nécessitent encore des apportstechnologiques :
Matrice optiqueConvertisseur de longueurs d’onde
110
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Abbreviations
AA1 RSOH frame synchronization byte; 1111 0110A2 RSOH frame synchronization byte; 0010 1000ADM Add/drop multiplexerAIS Alarm indication signalAPS Automatic protection switching (channels K1, K2)ATM Asynchronous transfer modeAU Administrative unitAU-n Administrative unit, level n = 3, 4AUG Administrative unit group
BB1 BIP-8 parity word in regenerator section (RSOH)B2 BIP-N x 24 parity word in multiplex section (MSOH)B3 BIP-8 parity word in VC-3, 4 path (POH)BBE Background block error (G.826)BBER Background block error ratio (G.826)BER Bit error ratioBIP-2 BIP-2 parity word in VC-1, 2 path (POH)BIP-N Bit interleaved parity, N bitsBSHR Bidirectional self-healing ring
CC-n Container, n = 1 to 4C2 Signal label (VC-3, 4 POH)CAS Channel-associated signalingCCM Cross-connect multiplexingCMIP Common management information protocolCSES Consecutive severely errored seconds
DD1–3 196 kbps DCC for regenerator section (RSOH)D4–12 576 kbps DCC for multiplex section (MSOH)DCC Data communication channelDCN Data communication networkDWDM Dense wavelength division multiplexingDXC Digital cross-connect
EE1 Electrical interface signal, 2048 kbpsE2 Electrical interface signal, 8448 kbpsE3 Electrical interface signal, 34368 kbpsE4 Electrical interface signal, 139264 kbps
111
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Abbreviations
IIP Internet protocolISDN Integrated services digital networkISO International standardization organization
JJ0 Regenerator section trace (RSOH)J1 Path trace (POH in VC-3, 4)J2 Path trace (POH in VC-1, 2)KK1, K2 (MSOH) APS channels for APS signalingand back-up line switchingK3, K4 (POH) APS channels for APS signaling andback-up line switching
LLAN Local area networkLO Lower orderLOF Loss of frameLOM Loss of multiframeLOP Loss of pointerLOS Loss of signal
EE1 Service channel (voice) in regenerator section (RSOH)E2 Service channel (voice) in multiplex section (MSOH)EBC Errored block countECC Embedded communication channelEDC Error detection codeEFS Error-free secondES Errored second (G.826)ESR Errored seconds ratio (G.826)
FF1 User channel, for example, for operational service purposesF2 Path user channel for an end-to-end connection (POH)FAS Frame alignment signal
GG1 End-to-end path status (POH°HH1 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 opportunityH4 Payload indication (POH)HDLC High Level Data Link Control
112
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Abbreviations
MM1 MS-REI byte (MSOH)MI Management informationMO Managed objectMS Multiplexer sectionMS-AIS Multiplexer section AISMSOH Multiplexer section overheadMTIE Maximum time interval error
NN1, 2 Network operator bytes (POH)NDF New data flagNE Network element
OOAM Operation, administration and managementOC-N Optical carrier, N = 1; 4; 16OH OverheadOOF Out of frameOSI Open system interconnection
PPDH Plesiochronous digital hierarchyPLL Phase-locked loopPOH Path overheadPoS Packet over SONET/SDHPPP Point-to-point protocolPRBS Pseudorandom binary sequencePRC Primary reference clock
QQoS Quality of service
RRDI Remote defect indicatorREI Remote error indicatorROSE Remote operations service elementRSOH Regenerator section overhead
113
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Abbreviations
TTMN Telecommunications management networkTU Tributary unitTU-m Tributary unit, level m = 1...3TUG-m Tributary unit group, level m = 1, 2
UUAS Unavailable secondUAT Unavailable timeUNEQ UnequippedUI Unit interval
VV5 POH byte (VC-1, 2)VC Virtual containerVC-n Virtual container, level n = 1, 2, 3, 4VC-n-Xc Concatenated virtual container, level n, Xconcatenated VCsVP Virtual path
WWDM Wavelength division multiplexing
SS1 Synchronization status byte (MSOH)SDH Synchronous digital hierarchySEC SDH equipment clockSEP Severely errored periodSES Severely errored secondSESR Severely errored seconds ratioSHR Self-healing ringSMN SDH management networkSMS SDH management subnetworkSOH Section overheadSPRING Shared protection ringSTM Synchronous transport moduleSTM-N Synchronous transport module, level N = 1,4, 16, 64STS Synchronous transport signal
115
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Glossary
AADM add-drop multiplexerANSI American National Standards InstituteATM asynchronous transfer mode; a form of fast shortpacket switching and multiplexAU administrative unit; a managed entity within theSDH structure
BBISDNbroadband integrated services digital network
CCCITT Comité Consultif International Telegraphique etTelephonique; in English, Consultative Committee onInternational Telegraphy and Telephony; predecessor ofITU–TS11
DDCC data communications channel; the mainmanagement channel inside SDHDCS digital cross-connect system; an electronicmultiport switch for digital trafficDXC digital cross-connect; see DCS
EETSI European Telecommunications StandardsInstitute
FFDDI fiber distributed data interface; a short range100 Mbps interface used between large computingnodes
IIDLC integrated digital loop carrier; a North Americansystem for connecting an exchange/central office tosubscribers over a large area via fiberIP Internet protocol; a component of protocol formany computer links including the Internet
LLAN local-area network; a linked group of computers
MMAN metropolitan-area network; an area network forpublic broadband traffic
116
Réseau de transmission
Engineering and Telecom services
Glossary
NNNI network node interface; a defined interface betweennodes in the public network
PPDH plesiochronous digital hierarchy; the widely deployedtransmission system which predates SDHPOH path overhead; a group of management communicationsfacilities in SDH
SSDH synchronous digital hierarchySOH section overhead; a group of managementcommunications facilities in SDHSONET synchronous optical network; the North Americanvariant of SDHSTM synchronous transport module; the basic unit oftransmission in SDH
TTU tributary unit; the basic unit of payload together with itsmanagement overheads and synchronisation dataTUG tributary unit group; a managed group of TU
UUNI user-network interface; a defined interface between theuser and the public network
VVC virtual container; the basic unit of payload together withits management overheads
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