Távközlési Rendszerek

Átírás

1 Távközlési Rendszerek A Budapesti Mőszaki Egyetem Távközlési és Médiainformatikai Tanszékének Molnár László Sapientia EMTE Villamosmérnöki Tanszék Távközlı hálózatok és szolgáltatások címő elıadása alapján Szerzık: Dr. Henk Tamás docens, tsz. vez., tárgyfelelıs Dr. Cinkler Tibor docens Németh Krisztián tanársegéd Dr. Csopaki Gyula tudományos fımunkatárs

2 A tárgy felépítése 1. Bevezetés. Történelmi áttekintés. Analóg és digitális telefonrendszerek. 2. Háttérismeretek: Technológiai, Gazdasági, Fizikai 3. Nyalábolási (multiplexing) technikák: Analóg (FDM), PCM, PDH 4. Gerinchálózati Technikák: SDH, ngsdh

3 SDH/SONET Hozzáférı - gerinc hálózat Magán - nyilvános hálózat Szabványok SONET (ANSI) 1988-ban SDH (ETSI) SDH (CCITT ma ITU-T) SONET: Synchronous Optical NETwork SDH: Synchronous Digital Hierarchy ANSI: American National Standards Institute ETSI: European Telecommunications Standards Institute ITU: International Telecommunication Union CCITT: International Telephone and Telegraph Consultative Committee (1992 ig) ("Comité consultatif international téléphonique et télégraphique") 3

4 Mire jó az SDH? Beszéd- és adatátvitelre Kis késleltetés - nagy sávszélesség PDH ISDN ATM FR IP Ethernet bérelt vonal Stb. 4

5 Mitıl szinkron az SDH? Szinkron - Pleziokron - Aszinkron SDH szinkron mert: Berendezések órajele összehangolva A hierarchia rétegei egymással szinkronban vannak Szinkron átviteli mód, mert az adott keretszervezéshez képest az egységek helye egyértelmően adott. A leg-szinkronabb hálózat! 5

6 Hálózati topológiák ADM (Add/Drop Multiplexer) és DXC vagy DCC (Digital Cross- Connect) 6

7 SDH hálózatok alapelemei Átviteli szakaszok (koaxiális kábel, üvegszál, µhullámú szakasz,...) Jelfrissítık (regenerátorok) (O/E/O) Nyaláboló (Multiplexer) leágaztató (ADM: Add/Drop Multiplexer) vonali végeztetı Rendezı (DXC vagy DCC: Digital Cross-Connect) Multi-Service Switching 7

8 Rétegek RS: MS: Path: jelfrissítı (regenerator) szakasz (section) nyaláboló (multiplexing) szakasz (section) átviteli út (path) Path MS RS 8

9 SDH keretszervezés (G.707) 9 oct 261 octets STM-1 3 RSOH AU-4 RSOH AU AU PTR C-4 VC-4 AU PTR C-4 5 MSOH H4 9 MSOH H4 SOH VC-4 POH 261 octets C-4-et töltjük felhasználói információval, vagy kisebb C-kel C-4 + POH = VC-4 (virtual container) AU-4 + SOH -> STM C container POH path overhead (fejrész) RSOH regenerator segment overhead MSOH multiplexer segment overhead AU administrative unit Mbps =270*9*8(bit)*8000(Hz) 9

10 SDH Containers, Virtual Containers VC=C+POH (Path OverHead Átviteli út fejrész) 10

11 SDH: Tributary Units (TU), Administrative Units (AU) 6 bytes TU11: 3*9*8(bit)*8000(Hz)=1.728 Mbps 84 a VC4-be TU12: 4*9*8(bit)*8000(Hz)=2.304 Mbps 63 a VC4-be TU2: 12*9*8(bit)*8000(Hz)=6.912 Mbps 21 a VC4-be TU3: 86*9*8(bit)*8000(Hz)= Mbps 3 a VC4-be Tributary unit = Összetevı egység 11

12 SDH: C, VC, AU 12

13 ITU-T G.707 Multiplexing structure STM-256 AUG-256 AU-4-256c VC-4-256c C-4-256c 4 STM-64 AUG-64 AU-4-64c VC-4-64c C-4-64c 4 STM-16 AUG-16 AU-4-16c VC-4-16c 4 C-4-16c STM-4 AUG-4 AU-4-4c VC-4-4c C-4-4c 4 STM-1 AUG-1 AU-4 VC-4 3 C-4 3 TUG-3 TU-3 VC-3 STM-0 AU-3 VC TUG-2 TU-2 VC-2 C-3 C-2 Pointer processing Multiplexing Source: ITU-T G TU-12 VC-12 C-12 Aligning 4 Mapping TU-11 VC-11 C-11 Aligning = szinkronizálás, mapping = beillesztés T

14 Nyalábolás (ITU-T G.707e) N STM-N AUG AU-4 VC-4 3 AU-3 VC-3 3 TUG TU-3 VC-3 C-4 C kbit/s (Note) kbit/s kbit/s (Note) TUG-2 TU-2 VC-2 C kbit/s (Note) AU-4 Pointer processing Multiplexing 4 3 TU-12 VC-12 C kbit/s (Note) Aligning Mapping TU-11 VC-11 C kbit/s (Note) Source: ITU-T G.707 C-n Container-n T NOTE G.702 tributaries associated with containers C-x are shown. Other signals, e.g. ATM, can also be accommodated (see 10.2). 14

15 ITU-T SDH Hierarchia Pontos négyszerezıdés!!! STM ,12 Mbps OC-768 STS-768 STM Mbps OC-192 STS-192 STM Mbps OC-48 STS-48 STM Mbps OC-12 STS-12 STM Mbps =270*9*8(bit)*8000(Hz) OC-3 STS-3 E Mbps Mbps T3 OC-1 STS-1 E Mbps Mbps T2 E Mbps Mbps T1 64 kbps DS [4] 0 STM: Synchronous Transport Module OC : Optical Carrier STS: Synchronous Transport Signal DS : Digital Signal 15

16 STM1 OverHead Data 16

17 SDH: C, VC, TU, TUG, AU, AUG 17

18 SDH: C, VC, TU, TUG, AU, AUG 18

19 STM-N Minden keret 125 µs ideig tart!!! (Minden hierarchiaszinten!!!) 16 x STM-1 AAA BBB CCC DDD NNN OOO PPP QQQ... 4 x STM-4 ABCDA EFGHE JKLMJ NOPQN ABCDEFGHJKLMNOPQA STM-16 19

20 STM-N 270 N columns (bytes) 9 N 261 N 1 Section overhead SOH Administrative unit pointer(s) STM-N payload 9 rows Section overhead SOH 9 T Minden keret 125 µs N=1, 4, 16, 64 20

21 Berendezések szinkronizálása Egy vagy több nagyon pontos (atom, pl. cézium) óra alapján Vagy GPS (Global Positioning System) Bitek alapján Szélességi bejárás alapján Primary Reference Clock (Mesteróra) PLL: Phase Locked Loop-al (fáziszárt hurokkal) követi a többi óra (slave) 21

22 SDH hálózatok csatlakoztatása (gyors lassú) Más hálózat - Különbözı referenciaóra sebességkiegyenlítés max 4 keretenként pont 3 oktett 1. Pointer 2. Pointer 3. Invertál 4. Új pointer Ha gyorsabb órájú rendszerbıl lassúbba megyünk Idıben rövidül a C-4 Belenyúl a fejrészbe D bitek invertálva Ptr érték 1-el csökken (k k-1) k k k k-1 22

23 SDH hálózatok csatlakoztatása (lassú gyors) Ha lassúbb órájú rendszerbıl gyorsabba megyünk: Idıben hosszabb lesz a C-4 H3 után 3 oktett üres marad I bitek invertálva k k Ptr értéke 1-el nı (k k+1) Pointer értékállítás ritkán Mert nem is kell, mert pontosak az órák k k+1 23

24 Összefoglalás SDH/SONET elınyei: kis késleltetés nagy sávszélesség (WDM-mel tovább bıvíthetı) egyszerő szinkron adategységek könnyő elérése rögzített keretméret szabványos (világszerte) zavarérzéketlen, kis hibaarányú optikai átvitel elegendı OAM&P (operations, administration, maintenance, and provisioning) hely a fejrészben nagyon megbízható pont-pont bps csövek 50 ms védelmi kapcsolás v. öngyógyulás elterjedt (gerinchálózatok zöme kb. 75% 2007 végén) általános gerinchálózati megoldás 24

25 Összefoglalás SDH/SONET hátrányai: nincs dinamikus útvonalválasztás nincs kapcsolás (nincs vezérlısík) sávszélesség-választása merev az idıosztásos nyalábolás elektronikus korlátai 40 Gbps (3R regeneration = retiming, reamplification, reshaping) 25

26 Összefoglalás AT&T Completes Next-Generation IP/MPLS Backbone Network, World's Largest Deployment of 40-Gigabit Connectivity Company Researchers Continue to Drive Future Network Evolution with Record-Setting 17 Terabit-Per-Second Capacity Test Dallas, Texas, October 23,

27 * 27

28 * 28

29 * Rövidítésjegyzék * 3R: Regenration: Re-Amplification, Re-Shaping, Re-Timing ADM: Add and Drop Multiplexer ANSI: American National Standards Institute APS: Automatic Protection Switching ATM: Asynchronous Transfer Mode C, VC: Container, Virtual Container CCITT: Consultative Committee on International Telegraphy and Telephony (Franciául: Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique) D: Decrement DS: Digital Signal (északamerikai terminológia) DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing DXC, DCC: Digital Cross-Connect ETSI: European Telecommunications Standards Institute FR: Frame Relay GPS: Global Positioning System HDLC: High-level data link control, ISO 3309 I: Increment IP: Internet Protocoll ISDN: Integrated Services Digital Network ITU-T (International Telecommunications Union - Telecommunication Standardization Sector kbps, Mbps, Gbps, Tbps: kilo, Mega, Giga, Tera bit per secundum (103, 106, 109, 1012) NDF: New Data Flag O&M: Operation and Maintenence O/E/O: Optical/Electronic/Optical OAM: Operation, Administration and Maintenence OAMP: Operation, Administration, Maintenence and Provisioning OC: Optical Carrier (északamerikai terminológia) PCM: Pulse Coded Modulation PDH: Plesyochronous Digital Hierarchy PLL: Phase Locked Loop PoS, MAPOS: Packet over SDH/SONET, Multiple Access Protocol over SDH/SONET, ppm: parts per million, (parts per billion (ppb), and parts per trillion (ppt)) PPP: Point-to-Point Protocol, RFC PRC: Primary Reference Clock PSTN: public switched telephone network QoS: Quality of Service RFC: Request for Comments, RSOH, MSOH, POH: Regenerator Section, Multiplex Section, Path OverHead SDH: Synchronous Digital Hierarchy SONET: Synchronous Optical NETwork (északamerikai terminológia) STM: Synchronous Trasport Module STS: Synchronous Transport Signal (északamerikai terminológia) 29

30 A tárgy felépítése 1. Bevezetés. Történelmi áttekintés. Analóg és digitális telefonrendszerek. 2. Háttérismeretek: Technológiai, Gazdasági, Fizikai 3. Nyalábolási (multiplexing) technikák: Analóg (FDM), PCM, PDH 4. Gerinchálózati Technikák: SDH, ngsdh

31 Visualization of the various routes through a portion of the Internet. 31

32 IP hálózathoz távközlı gerinc Nagyobb távra elviszi a jelet (ISP-n belül és köztük) Sőrőbb topológia kevesebb ugrás Megbízhatóbb, és ha meghibásodik van védelem Bevált management rendszer 32

33 De miért nem elég az SDH??? Mert beszédre jó, de adatra nem eléggé... Mert adatátvitelre olyan bonyolult megoldások, hogy: IP/ATM/SDH IP/Ethernet/ATM/SDH IP/MPLS/SDH IP/PoS/SDH IP/MAPOS/SDH stb... Túl sok keretezés, ismételt funkciók, bonyolult... PoS: Packet over SONET/SDH PPP over SONET/SDH (RFC2615) PPP: Point-to-Point Protocol (RFC1661) MAPOS: Multiaccess Protocol over SONET/SDH (RFC2171, RFC2176) 33

34 SDH keretszervezés (ITU-T G.707) Csomagokkal, keretekkel töltjük a konténereket: C-4: kbit/s = 260 oszlop x 9 sor x 8 bit x 8000 keret/s C-4-4c: kbit/s (c - Contiguous, folytonos) C-4-16c: kbit/s C-4-64c: kbit/s Túl merev sávszélesség lépcsık 9 oct 261 octets STM-1 3 RSOH AU-4 RSOH AU AU PTR C-4 VC-4 AU PTR C-4 5 MSOH H4 9 MSOH H4 SOH VC-4 POH 261 octets 34

35 ITU-T G.707 Multiplexelési struktúra kbit/s STM-256 AUG-256 AU-4-256c VC-4-256c C-4-256c kbit/s kbit/s STM-64 AUG-64 AU-4-64c VC-4-64c C-4-64c kbit/s kbit/s STM-16 AUG-16 AU-4-16c VC-4-16c C-4-16c kbit/s STM-4 4 AUG-4 AU-4-4c VC-4-4c kbit/s kbit/s C-4-4c 4 STM-1 AUG-1 AU-4 VC kbit/s kbit/s C-4 3 TUG-3 TU-3 VC-3 STM-0 AU-3 VC TUG-2 TU-2 VC-2 C-3 C-2 Pointer processing Multiplexing Aligning Mapping Ez az ábra másodszor szerepel Forrás: ITU-T G TU-12 TU kbit/s VC-12 C-12 VC-11 C T

36 SDH/SONET hátrányok Nincs dinamikus útvonalválasztás Konfigurált (provisioned), nem kapcsolt (nincs is vezérlısík) Rossz granularitás Eleve csak állandó sebességő forgalmakra Statisztikus nyalábolás (multiplexelés) hiánya Egy fényszálszerelı szerszámkészlet: 36

37 ngsdh/sonet Következı (új) generációs SDH/SONET (Next generation SDH/SONET) SDH/SONET + GFP + VCat + LCAS Egy Patch-kábel és néhány csatlakozó: 37

38 ng SDH/SONET: GFP, VCat, LCAS next generation SDH/SONET Különbözı felsı rétegekhez egységes keretezés Egységes áramkörkapcsolt réteg Statisztikus nyalábolás (multiplexelés) a GFP révén Jó granularitás VCat révén SDH/SONET kompatibilis Nem kell az összes eszköz támogassa az új képességeket A fokozatos átmenet olcsóbb mint a teljes technológia csere 38

39 GFP, Vcat, LCAS ITU-T G.7041 Generic Framing Procedure (Általános keretezési eljárás) Core Header Payload ( rakomány ) CRC Oktett szinkron Két üzemmód GFP-T: Transparent (átlátszó) GFP-F: Frame mapped (keret alapú) ctrl & felhasználói keretek CORE HEADER PAYLOAD AREA 16-bit PAYLOAD LENGTH INDICATOR chec (CRC-16) PAYLOAD HEADERS (4-64 BYTES) CLIENT PAYLOAD INFORMATION FIELD FCS = Frame check sequence Ethernet IP/PPP 8B/10B MAPOS GFP VC-n ODU-k Forrás: ITU-T G.7041 OPTIONAL PAYLOAD FCS (CRC-32) 39

40 GFP: Generic: Általános? Generic? Frame-Mapped Ethernet Frame-Mapped PPP Transparent Fiber Channel Transparent FICON (Fibre Connection) IBM connection system Transparent ESCON (Enterprise Systems Connection) Transparent Gb Ethernet Frame-Mapped Multiple Access Protocol over SDH (MAPOS) 40

41 GFP: Általános 41

42 GFP, Vcat, LCAS ITU-T G.707 Folytonos helyett virtuális összefőzés (concatenation) Virtuális (K4:b2 POH) Jobb granularitás Jobb erıforráskihasználás Nagyobb sávszélességő csatornák hozhatók létre Inverz MUX! Multi-Path Protection Folytonos (Contiguous) VC-4-4c: Mbps VC-4-16c: Mbps VC-4-64c: Mbps Virtuális (Virtual) VC-12-nv (n=1-64), 2 Mbps Mbps VC-3-nv (n=1-64), 49 Mbps- 3.1 Gbps VC-4-nv (n=1-63), 149 Mbps -9.6 Gbps Pl.: Gbit Ethernet VC-4-7v 42

43 * VCat: ITU-T G.707 * Table 11-2/G.707 Capacity of Virtually Concatenated VC-1n-Xv If carried in X Capacity In steps of VC-11-Xv VC-3 (Note 1) 1 to kbit/s to kbit/s 1600 kbit/s VC-11-Xv VC-4 1 to 64 (Note 2) 1600 kbit/s to kbit/s 1600 kbit/s VC-11-Xv Unspecified 1 to kbit/s to kbit/s 1600 kbit/s VC-12-Xv VC-3 1 to kbit/s to kbit/s 2176 kbit/s VC-12-Xv VC-4 1 to kbit/s to kbit/s 2176 kbit/s VC-12-Xv Unspecified 1 to kbit/s to kbit/s 2176 kbit/s VC-2-Xv VC-3 1 to kbit/s to kbit/s 6784 kbit/s VC-2-Xv VC-4 1 to kbit/s to kbit/s 6784 kbit/s VC-2-Xv Unspecified 1 to kbit/s to kbit/s 6784 kbit/s NOTE 1 This option used only for the multiplex structure: C-11 VC-11 TU-11 TUG-2 VC-3 AU-3 STM-0. NOTE 2 Limited to 64 due to: a) six bits for Sequence indicator in K4 bit 2 frame: and b) inefficient and unlikely to map more than 63 VC-11s in VC-4. 43

44 Ethernet over SDH w/wo VirCat Több réteg (már megint!) Hatékonyabb átvitel Forrás: P. Bonenfant, A Rodrigez-Moral: GFP: The Catalyst for Efficient Data over Trasport, IEEE Communications Magazine May

45 GFP, VCat, LCAS ITU-T G.7042 Link capacity adjustment scheme (LCAS) (szakasz-kapacitás állító módszer) Átállítja VCat-ot használó SDH és OTN rendszerek út-kapacitásait megszakítás nélkül Az alkalmazások igényeinek megfelelıen Meghibásodott összefőzött út (VC) leválasztásával javítja a hibatőrést...a control mechanism to hitless increase or decrease the capacity of a VCG link to meet the bandwidth needs of the application. 45

46 ngsdh összefoglalás Jelentıs elırelépés SDH-hoz képest Sok ngsdh eszköz épült be a hálózatokba GFP, VCat, LCAS több mint ngsdh! OTN-ben is használják! 46

47 SDH/SONET 04_SDH_SONET_backgrounder.pdf 04_SDH.pdf 47