Réseaux de Transmission Hiérarchies PDH et SDH

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1 Réseaux de Transmission Hiérarchies PDH et SDH
Version 8f – 08/2001

2 Sommaire Notions de Multiplexage Hiérarchies PDH Transition vers les hauts-débits Hiérarchies SDH L’activité de NMG dans le domaine de la transmission « En aval de la boucle locale se trouve un enchevêtrement d'équipements de transmission et de commutation appelés à faire remonter les flux vers l'épine dorsale. Revue de détail de cette face cachée des réseaux et des moyens de clarification mis en oeuvre par les équipementiers ».

3 Multiplexage Le multiplexage joue un rôle prépondérant dans la construction des réseaux de transmission. Il consiste à associer ou regrouper des débits incidents ou primaires pour former un débit supérieur ou résultant qui est plus facile à transmettre et à gérer dans le réseau de transmission. Il est en effet évidemment impossible de transporter sans multiplexage l’ensemble des signaux à 64 kbit/s du réseau téléphonique ! Le réseau de transport est divisé en deux parties qui sont : -le réseau d’accès ou réseau local de raccordement qui est près de l’abonné, -le réseau de transport haut débit qui regroupe le réseau d’interconnexion principal (appelé parfois « backbone» ), le réseau sectoriel et les réseaux locaux principaux

4 Problématique Outre la disparité des technologies d'accès (ADSL, boucle locale radio, PDH, SDH...), les opérateurs doivent emprunter des couches de transport intermédiaires comme l'ATM, pour répondre à des exigences d'exploitation et d'administration que des protocoles de "bas" étage ne sauraient satisfaire. A cela s'ajoutent de nouvelles technologies telles que le multiplexage de signaux de longueurs d'onde différentes, ou WDM (Wavelength Division Multiplexing), indispensable pour doper une épine dorsale optique soumise à la pression d'un trafic exponentiel.  Il en résulte une architecture pyramidale complexe, composée de strates protocolaires aux fonctions souvent redondantes.

5 Constats Une cascade de multiplexeurs qui pèse sur les coûts
Le système de transmission PDH met en oeuvre une batterie de multiplexeurs en cascade. Cet enchevêtrement de multiplexeurs implique une structure réciproque à l'autre extrémité, afin d'extraire de ce flux synthétique l'intervalle de temps de 64 kbit/s émis. Une telle pyramide à chaque extrémité pèse évidemment sur les coûts d'exploitation. Un léger mieux avec la hiérarchie synchrone Avec toutes ces entraves, l'avènement de la hiérarchie numérique synchrone (SDH) s'imposait. Celle-ci emprunte des multiplexeurs capables d'injecter ou d'extraire directement un affluent d'abonnés, à l'exemple d'un échangeur autoroutier prêt à accueillir ou dériver n'importe quel flux de véhicules.

6 Niveaux de multiplexage
On distingue : - Le niveau bas débit jusqu’à 2 Mbit/s (ou 1,5 pour le réseau US) qui comprend l’adaptation de débit dans le canal à 64 kbit/s, l’accès de base au RNIS (réseau numérique à intégration de services), le multiplexage de canaux à 64 kbit/s dans les conduits numériques à 2 ou 1,5 Mbit/s, - le niveau à haut débit à partir de 2 Mbit/s que l’on trouve sous forme plésiochrone ou sous forme synchrone la hiérarchie européenne synchrone (SDH, Synchronous Digital Hierarchy) et la hiérarchie US SONET  Les équipements synchrones acceptent les interfaces de la hiérarchie synchrone et les interfaces de la hiérarchie plésiochrone, ils réalisent donc l’interfonctionnement entre les deux hiérarchies. Les fonctions de multiplexage sont souvent associées à des fonctions de brassage.  

7 LE MULTIPLEXAGE MIC/PCM: Niveau de transmission E1
LE MIC UTILISE UN CONDUIT NUMERIQUE A 2048Kbit/s = 32 canaux (IT) de 8 bits échantillonnés à 64Kbit/s IT0 = synchronisation de la trame courante IT1 à 15 = 15 voies de parole IT16 = signalisation associée à deux voies de parole (4bits/voie) IT17 à 31 = 15 voies de parole BALAYAGE DE LA TRAME A 8000 HZ IT0 VOIES DE PAROLE IT16 15 CANAUX A 8 BITS 15 CANAUX A 8 BITS 8 BITS DE SYNCHRO 2*4BITS DE SIGNALISATION

8 PDH: LA HIERARCHIE PLESIOCHRONE
PLESIOCHRONE = "PRESQUE" SYNCHRONE PERMET DE MULTIPLEXER DES "MIC" A DES DEBITS PLUS ELEVES IT0 VOIES DE PAROLE IT16 1 MIC = 2MBIT/S MIC = 34MBIT/S MULTIPLEXAGE DEMULTIPLEXAGE COMPLEXES, LENTS, COUTEUX 4* MIC = 140 MBIT/S

9 PDH: Multiplexage Plésiochrône
Le caractère plésiochrone du multiplexage impose une opération de démultiplexage à chaque niveau pour accéder à un signal affluent. Ainsi, pour extraire un train à 2 Mbit/s dans un multiplex à 140 Mbit/s, trois démultiplexages sont nécessaires, 140 vers 4 * 34, 34 vers 4 * 8 et enfin 8 vers 4 * 2. Chaque opération comporte une récupération de rythme et une recherche de trame. Le multiplexage plésiochrone est basé sur l’adjonction d’un surdébit variable accolé à chacun des signaux à multiplexer.

10 PDH: Divergence des normes
Les normes sont différentes en fonction des continents: E1: est une norme européenne T1: est une norme nord-américaine T1 E1 E3

11 TRANSITION PDH - SDH vidéo voix données
Avec l'apparition de la fibre optique et les besoins croissants de flexibilité, il était nécessaire de créer une nouvelle hiérarchie de multiplexage capable d'intégrer tel quel des signaux de différents débits (à savoir les différents niveaux de la hiérarchie PDH). PDH vidéo Lors de la numérisation des communications (à 64 kbit/s), de l'apparition de la vidéo et de la transmission de données; les Américains et les Européens ont chacun adopté un standard permettant le multiplexage de plusieurs voies. Ainsi les Américains ont créé le format DS-n (n de 1 à 5) de 1544 kbit/s à 565 Mbit/s et les Européens le format E-n (n de 1 à 4) allant de 2048 kbit/s à 144 Mbit/s. Les deux formats définissant la hiérarchie PDH (Plesiochronous Digital Hierarchie). Les besoins de plus en plus importants de la flexibilité du réseau et les débits croissants sur fibre optique ont nécessité la création d'une nouvelle hiérarchie, la SDH. Dans la SDH, les signaux plésiochrones de niveaux 1 à 4 sont "conteneurisés", c'est à dire placés comme un tout dans un bloc SDH normalisé à 155,52 Mbit/s, qui porte le nom de "Module de Transport Synchrone de premier niveau" : MTS-1. PDH PDH voix de 64 kbit/s à 140 Mbit/s données Boucle SDH 155,52 Mb/s

12 SDH: Multiplexage synchrône
En février 1988 à Séoul (Corée) les accords internationaux ont abouti à la première série de recommandations relatives à la nouvelle hiérarchie numérique synchrone SDH (Synchronous Digital Hierachy). La trame STM-1 est la trame de base de la SDH, sa durée est de 125 s et elle comprend 9 * 270 octets. La trame STM-N est la trame obtenue par multiplexage synchrone octet par octet de N trames de base STM-1.

13 SDH: Les principes définition d’une trame de base à 155,520 Mbit/s appelée STM‑1 (Synchronous Transport Module level 1)  - définition de hauts débits d’ordre N qui sont obtenus par entrelacement d’octets des trames de base (STM‑N Synchronous Transport Module level N) : le débit résultant est donc de N x 155,520 Mbit/s. - définition du multiplexage à l’intérieur de la trame de base chaque signal à transmettre est inclus dans un conteneur (Container). -         

14 SDH: caractéristiques essentielles
SDH = SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY SUPPORT DE TRANSMISSION OPTIQUE POUR LES HAUTS-DEBITS HIERARCHIE SYNCHRONE: MULTIPLES DE 4 PEUT "CONTENEURISER" DIFFERENTS FORMATS DE DONNEES: hiérarchies plésiochrones: T1/T3/SONET (USA), E1/E3 (PDH) trames: HDLC, SMDS, slots DQDB, cellules ATM... AVANTAGES DE LA SDH: système de transport universel informations de contrôle et de supervision (orienté TMN) interfaces de transmission simplifiés haute sécurité (boucles SDH)

15 SDH: un exemple de déploiement local
Autre réseau Autre réseau Autre réseau Boucles SDH STM-1 (155Mbit/s)

16 SDH: déploiement national
DEPLOIEMENT PAR FRANCE TELECOM DE LA SDH (SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY) ARTERES HAUT-DEBIT DE FRANCE-TELECOM NX2.5GBIT STRASBOURG NANCY PARIS NX622MBIT COLMAR THANN MULHOUSE N*64Kbit/s NX155MBIT

17 Correspondance entre les différentes Hiérarchies
SONET = SYNCHRONOUS OPTICAL NETWORK E-1 E-4 E-2 E-3 HIERARCHIES PDH HIERARCHIE SDH HIERARCHIE SONET OC-1 51,84 Mb/s STM-1 155,52 Mb/s STM-4 622,08 Mb/s STM-16 2,5 Gb/s etc... OC-3 155,52 Mb/s T-1 T-2 T-3 T-4 OC-12 622,08 Mb/s OC-48 2,5 Gb/s etc...

18 Convergence vers les hauts-débits: « conteneurisation » des bas-débits
Un conteneur à 155Mbits/s permet de conteneuriser tout type de bas-débit: PDH Europe / Japon / Amérique du Nord xDSL, LAN, Frame-Relay, ATM ………….

19 Les Hauts-débits et la SDH
SONET STM1 STM4 STM16

20 FORMAT D'UNE TRAME SDH CAPACITE UTILE TRAME MTS-1 EN-TETE PAYLOAD
SDS = SURDEBIT DE SECTION SDC = SURDEBIT DE CONDUIT 1 TRAME= 9X270 octets, balayage de 8000 trames/s TRAME MTS-1 EN-TETE PAYLOAD 9 octets 261 octets 3 SDS CAPACITE UTILE 1 POINTEUR 5 La trame MTS-1 est constituée de 2430 octets, elle peut être représentée par une matrice de 9 par 270. Le débit étant de 8000 trames par secondes, la durée d'une trame est de 125 µs. Elle est constituée de trois parties : - une zone de surdébit de section contenant les informations de maintenance et de contrôle du signal (SDS) - une zone pointeur pointant la zone de capacité utile - une zone capacité utile contenant des conteneurs virtuels d'ordre 1 à 4 Le nombre et la capacité des conteneurs virtuels que l'on peut transporter dans une trame MTS-1 sont définis par les normes G.708 et G.709 de l'UIT-T. Le conteneur virtuel est lui-même constitué de 2 parties : - une zone de surdébit de conduit, similaire à la zone de surdébit de section mais propre à chaque conteneur (SDC) - une zone intégrant un ou plusieurs conteneurs, suivant le débit des informations à transporter. SDS un ou plusieurs conteneurs virtuels, selon leur capacité SDC CONTENEUR CT-n (n de 1 à 4) CONTENEUR VIRTUEL CTV-n (n de 1 à 4)

21 LES CONTENEURS SDH On a vu précédemment que les signaux plésiochrones étaient "conteneurisés". On associe ainsi à chaque débit un conteneur spécifique, qu'il soit de base (niveaux 1 et 2) ou d'ordre supérieur (niveaux 3 et 4).

22 EXEMPLE DU TRANSPORT D'UN CTV-4
Le CTV n'a pas de phase fixe par rapport à la trame MTS-1. Il peut osciller entre diverses positions. TRAME n°1 pointeurs SDS CTV-4 SDS pointeurs TRAME n°1 SDS CTV-4 SDS Si on prend l'exemple d'un CTV-4 (le plus grand conteneur virtuel possible, il utilise toute la capacité utile), il n'est pas en phase avec la capacité utile mais est décalé (en retard) par rapport à celle-ci. Il n'a pas de phase fixe et peut osciller entre plusieurs positions, pouvant aller jusqu'à se trouver entièrement sur la trame suivante et même déborder sur la troisième. Ce décalage s'opère à l'aide des pointeurs. pointeurs TRAME n°2 SDS

23 LES EN-TETES On distingue deux types d’en-têtes :
- les en-têtes pour les sections (en-tête du MTS-1) : SDS - les en-têtes pour les conduits (en-tête du CT) : SDC Ils comprennent des informations de maintenance et des informations d’exploitation. La zone de Surdébit De Section (SDS). La zone de Surdébit De Conduit (SDC). Elle est constituée de 72 octets selon l’organisation suivante : A1 A1 A1 A2 A2 A2 C1 G1 B3 C2 H4 J1 F2 Z3 Z4 Z5 Elle se compose de 6 octets auxquels peuvent s’ajouter 3 octets (Z3, Z4 et Z5). La zone de surdébit de section est fixe par rapport à la trame MTS-1. La zone de surdébit de conduit est fixe par rapport aux CTV-n mais pas par rapport à la trame MTS-1. Dans le SDS, on trouve donc : - le verrouillage de trame - le numéro de la trame (servant dans le cas d’une trame MTS-N §6) - des informations permettant la surveillance du taux d’erreur - des informations de multiplexage (cas d’une trame MTS-N §6) - des informations pour la régénération - des alarmes Dans le SDC, on trouve : - la signalisation de l’usager - des indications de structure de multiplexage (composition CTV-3...4) B1 E1 F1 D1 D2 D3 P O I N T E U R S B2 B2 B2 K1 K2 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 Z1 Z1 Z1 Z2 Z2 Z2 E2 Octets réservés pour usage national

24 LES POINTEURS Les pointeurs sont généralement situés sur les octets 1 à 9 de la quatrième ligne de la trame MTS-1, mais des exceptions peuvent avoir lieu dans le cas d’un transport de CTV-31. Ils sont alors placés sur les quatre premières lignes, de la colonne 11 à la colonne 14. S D H1 Y Y H2 1 1 H3 H3 H3 Le pointeur contenu dans H1 et H2 désigne l’emplacement des octets où commence le CTV-4, ils peuvent être considérés comme un seul mot de 16 bits. Les 10 derniers bits (7 à 16) du mot donnent la valeur du pointeur (comprise entre 0 et 782) qui indique le décalage entre le pointeur et le premier octet du CTV-4. Si la valeur du pointeur est de n, le premier octet du CTV-4 sera distant de 3n octets du pointeur. S D Octets similaires aux autres dans le cas des pointeurs de CTV-32 Dans les autres cas Y : 1001SS11 (les bits S ne sont pas spécifiés) 1 : octet uniquement composé de 1

25 Justification de Fréquence - Positive / Négative
Si le débit de la trame (du SDS) est différent de celui des informations, il faut décaler le pointeur de CTV pour effectuer une adaptation. Justification négative : Justification positive : S D H1 Y Y H2 1 1 H3 H3 H3 x1 x2 x3 S D H1 Y Y H2 1 1 00 00 00 H3 H3 H3 S D S D S D H1 Y Y H2 1 1 x1 x2 x3 x4 x5 x6 Lorsque le débit de la trame du SDS est décalé avec celui du CTV, la valeur du pointeur doit être augmentée ou diminuée selon les besoins et accompagnée d’un ou plusieurs octets correspondants, de justification positive ou négative. Les opérations de pointeurs consécutives doivent être espacées d’au moins trois trames (c’est à dire avoir lieu une trame sur quatre) dans lesquelles la valeur du pointeur reste constante. Pour effectuer une justification positive, on décale tout le CTV de trois octets vers la droite, ainsi que les trois octets H3, ce qui permet de combler le vide dû au décalage. Pour effectuer une justification négative, on décale tout le CTV de trois octets vers la gauche. Les trois octets qui suivaient les octets H3 remplacent ces derniers dans l'entête. Si le débit du CTV est trop lent par rapport à celui du SDS, on effectue une justification positive. S D Si le débit du CTV est trop rapide par rapport à celui du SDS, on effectue une justification négative.

26 NMG et les réseaux de transmission
La sonde de PrOceSS7 est connectée aux réseaux de signalisation à travers des accès PDH E1 à 2Mb/s (cuivre) L’information de signalisation ne demande pas encore des accès à hauts-débits…… L’utilisation de multiplexeurs externes (Cross-Connects) permet de multiplier le nombre d’accès et d’atteindre des accès déportés (Remote) Nouveaux développements: En cours: sonde T1 (US) Prévu: sonde SDH (optique STM-1) pour les besoins IP et UMTS. Application Server TS Multiplexer GPS E1 C P U M 1 2 3 4 5 8 6 7 HD Power BUS prOceSS7 2 E1 16 SL Total 16 E1 128 SL

27 Merci pour votre attention !