SDH_IR_2_2009

Infrastrutture di Rete - Prof. Marco Listanti - A.A. 2009/2010INFOCOM Dept

Marco Listanti

Synchronous Digital HierarchyParte 2

INFOCOM DeptInfrastrutture di Rete - Prof. Marco Listanti - A.A. 2009/2010

Apparati SDH


Apparati non permutanti

Terminale di linea (TL)converte un flusso numerico in un formato fisico normalizzato, eviceversa, realizzando uninterfaccia di linea standard

Rigeneratorerigenera il segnale in collegamenti a lunga distanza eseguendo

conversione ottico-elettrica

rigenerazione elettrica (3R: Reshaping, Retiming, Retransmitting)

conversione elettrico-ottica

Amplificatore ottico (Erbium Doped Fiber Amplifier)amplifica direttamente il segnale ottico senza conversioni ottico-elettriche


Operazioni di un rigeneratore 3R

Ricostruzione del clock associato al segnale digitale ricevuto (sincronizzazione di simbolo) mediante estrazione ( jitter)Campionamento della forma d'onda analogica ricevuta mediante il clock estratto

Decisione sui bit ricevuti

Trasmissione di un segnale digitale rigenerato, al livello di potenza nominale


Rigeneratore SDH

Ha le stesse funzioni di un classico rigeneratore 3R

In aggiunta termina i byte del RSOH

Luso di amplificatori ottici aumenta la lunghezza della tratta dirigenerazione, ma non elimina la necessit di questi apparati

Se ogni tratta ha un BER


Multiplatori

In base al livello gerarchico dell'interfaccia:Multiplatori STM-1

Multiplatori STM-4

Multiplatori STM-16

In base alle funzioni svolte:Multiplatori Terminali (Multiplexer type I/G.782)

Multiplatori Terminali di Linea (Multiplexer type II/G.782)

Multiplatori Add Drop (Multiplexer type III/G.782)

Normalmente il multiplatore terminale un Add-DropMultiplexer (ADM) sottoequipaggiato


Multiplatori Terminali

MT Tipo I/G.782 MT di Linea, Tipo II/G.782


Multiplatori Add-Drop (ADM)

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 passare inalterati i VC in transito

Le matrici LPC (Lower order Path Connection) e HPC (High orderPath Connection) sono riconfigurabili per permutare i flussi o inserire nuovi tributari (matrici NBSS)

interfaccia G.703 di ordine superiore: inserimento/estrazione di flussi a 140 Mbit/s; il VC-4 viene inviato in linea nella posizione indicata dalla matrice HPC

interfaccia G.703 di ordine inferiore: inserimento/estrazione di flussi a 2-34-45 Mbit/s; il VC-m viene inviato in linea nella posizione indicata dalle matrici LPC e HPC (m=12, 3)

interfaccia STM-N: inserimento/estrazione di VC gi formati


Multiplatori Add-Drop (ADM)


ADM-1: Esempio di sub-rack STM-1

Protezione 1+1 degli aggregati STM-1 e delle unittributarie sincrone e plesiocrone a 34/45/140 Mbit/sProtezione 1:N delle unit tributarie plesiocrone a 2 Mbit/s (N4)

W

E

S

T

L

I

N

E

W

E

S

T

L

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P

R

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T

E

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2

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3

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Y

4 5

T

R

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6T

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7T

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2

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s

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8

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9

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10

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11

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12

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13

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1

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A

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L

I

N

E

11 14 15 16


Esempi di inserimento in rete


Digital Cross Connect (DXC)

E anche denominato Ripartitore Elettronico Digitale, REDFunzioni base

Multi/DemultiplazionePermutazione dei flussi secondo una mappa prestabilita, modificabile via software

Classificazione

-64 kbit/s64 kbit/s0VC-12/-111.5 Mbit/s2 Mbit/s1

VC-26 Mbit/s(8) Mbit/s2VC-345 Mbit/s34 Mbit/s3VC-4-140 Mbit/s4SDHPDH (USA)PDH (Europa)Livello


Digital Cross Connect (DXC)

ApplicazioniEsercizio e manutenzione della rete trasmissiva Gestione flessibile della rete trasmissiva

Tipologie di DXC standard ITU-TDXC di ordine superiore (type I/G.782)

interfacce a 140 Mbit/s e STM-Nla matrice permuta i VC-n di ordine superiore

DXC di ordine inferiore (type II/G.782)interfacce a 2 e 34 Mbit/s e STM-Nla matrice permuta i VC-m di ordine inferiore

DXC di tipo misto (type III/G.782)unione dei tipi precedenti


DXC: apparati commerciali

Denominazione dei DXCDXC x/ y/.../ z: x, y, z indicano i livelli gerarchici di multiplazione

Le case costruttrici hanno realizzato:DXC 4/3/1 (DXC SDH di tipo misto)

per la gestione e l'instradamento dei flussi di ogni ordine

DXC 4/4 (DXC SDH di ordine superiore)per la gestione dei flussi di alta capacit

DXC 1/0 (DXC non SDH)per la gestione dei circuiti affittati fino a 2 Mb/s

rete CDN di Telecom Italia


Architettura di un DXC 4/3/1

VC-4

VC-12

VC-3

1 7TUG-3 TUG-3 TUG-3

TUG-2

STM-4

STM-1

ATM/IP/PDH DS4E

STM-16

ATM/IP/PDH DS3E

ATM/IP/PDH DS1E/CDN@2Mbps


Protezione a livello di rete

Reinstradamento con sostituzione completa di un cammino

Tecnica di protezione realizzata dai DXC 4/4 tramite un sistema di gestione integrato che si occupa, in caso di guasto, di riconfigurare le matrici dei DXC interessati


Grooming

Raggruppamento di percorsi di ordine inferiore in particolari percorsi di ordine superiore a seconda del tipo di servizio trasportato o della destinazione o del livello di protezione


Consolidamento

Processo di miglioramento del fattore di riempimento della trama tramite il raggruppamento di percorsi di ordine superiore parzialmente sfruttati

Grado di utilizzazione


Affidabilit


Requisiti per la verifica delle prestazioni

Gli oggetti sottoposti a verifica sono i percorsi (trails) messi a disposizione da uno strato servente ad uno cliente

Le prestazioni di un trail devono essere verificate (monitored) accuratamente mentre il trail in servizio

Anche le prestazioni dei collegamenti e delle connessioni di sotto rete (tandem connection monitoring) che compongono un trail devono potere essere verificate mentre il trail in servizio, senza inficiare lintegrit del trail stesso

I parametri usati per la verifica prestazionale devonocatturare fedelmente le eventuali degradazioni delle prestazioni effettive in modo da favorire le azioni di manutenzione e gestione

essere significativi per il cliente


Prestazioni

Le due classi fondamentali di parametri di qualit di una rete trasmissiva numerica sono

prestazioni di errore

affidabilit

Le prestazioni di errore misurano il numero e le caratteristiche statistiche degli errori introdotti nella consegna dellinformazione trasportata attraverso uno strato servente

Laffidabilit misura e caratterizza gli intervalli di tempo durante i quali non disponibile il segnale numerico per il cliente

I due concetti convergono verso una visione integrata delle prestazioni trasmissive


Sorgenti di errore

Distorsioni lineari (ampiezza e fase, inclusi i multipath delle tratte radio) e non lineari (es. saturazione negli amplificatori, effetti non lineari nella propagazione in fibra ottica)

Rumore nei ricevitori (termico, shot, impulsivo, interferenze)

Eco

Difetti e invecchiamento dei componenti (es. laser, resistenze di contatto)

Jitter e wander dei sincrosegnali

Gli errori in uno strato possono propagarsi nel passaggio verso lo strato cliente (es. un errore nellinterpretazione della giustificazione porta a perdita di allineamento di trama nel PDH)


Concetti di affidabilit

Il contesto classico fa riferimento ad un periodo di osservazione lungo di una risorsa, per la quale siano discernibili due stati: in servizio e fuori servizio

Periodo di osservazione

Periodi in servizio

Periodi fuori servizio

Disponibilit =Tempo totale in servizio

Tempo totale di osservazione


Grandezze fondamentali

MTBF = Mean Time Between Failures

MTTR = Mean Time To Restore

Failure rate (t) = densit del numero medio di eventi di guasto

Disponibilit = 1 Indisponibilit =MTBF

MTBF + MTTRTBF

TTR

E guasti tra t1 e t2[ ] = (t)dtt1

t2


Failure Rate e MTBF

Ci sono vari modi di definire il MTBF in funzione di (t)

Elevata frequenza dei guasti allINIZIO della

vita del componente

Elevata frequenza dei guasti alla FINE della vita del componente

(t)

t

Bassa frequenza dei guasti durante la normale vita operativa del componente

MTBF = 1(t )oppuretd

E guasti tra 0 e td[ ]oppuret2 t1

E guasti tra t1 e t2[ ]


Guasti e ripristini in una rete

Per una rete trasmissiva, il sistema la rete e il servizio offerto un trail di trasporto con qualit specificata.La distinzione tra prestazioni scadenti in termini di errori trasmissivi e indisponibilit del sistema arbitraria.

Di fatto, il trail si pu ritenere fuori servizio quando la qualit offerta cade al di sotto di una determinata soglia;

si pu uscire da questo stato spontaneamente, per mezzo di protocolli di rete o per intervento umano.

Gli eventi di errore sono caratterizzabili considerando intervalli (ad es. il tempo di trasmissione di un byte, un secondo, un giorno) e definendo eventi di errore (periodi con errori) e intervalli tra eventi di errore (insieme di periodi consecutivi non affetti da errori)


Difetti di rete

Parametri di prestazioni di errore sono definiti nella Racc. ITU-T G.826

Nelle reti SDH si identificanoAnomalie (errori)

Difetti di rete (malfunzionamenti, segnalati da allarmi)

I difetti sono definiti in relazione ai Lower Order Path, HigherOrder Paths e livelli di Sezione

Sono difettiUNEQ (Unequipped Connectivity), LOP (Loss of Pointer), LOM (Loss ofMultiframe, solo per Lower Order Path)

LOS (Loss of Signal), LOF (Loss of Frame, solo per frame STM)

TIM (Trace Identifier Mismatch), AIS (Alarm Indication Signal)


Eventi di errore

Errored Block (EB)Blocco (VC) nel quale rivelato almeno un errore binario

Errored Second (ES)Intervallo di un secondo durante il quale si verificato almeno un blocco errato o almeno un difetto di rete

Severely Errored Second (SES)Intervallo di un secondo durante il quale almeno il 30% dei blocchi errato oppure si verificato almeno un difetto di rete

Background Block Error (BBE)Blocco errato non appartenente a un SES (Blocco isolato)


Metriche di prestazione

Errored Second Ratio (ESR)Rapporto tra il numero di ES e la durata dellintervallo di osservazione durante un periodo di disponibilit

Severely Errored Second Ratio (SESR)Rapporto tra il numero di SES e la durata dellintervallo di osservazione durante un periodo di disponibilit

Background Block Error Ratio (BBER)Rapporto tra il numero dei BBE osservati in un dato intervallo di misura durante un periodo di disponibilit e il numero totale di blocchi nellintervallo, esclusi tutti quelli appartenenti a SES


Disponibilit secondo la G.826

Periodo di indisponibilit = Unavailable Time (UT)Inizia con (e include) 10 SES consecutivi e termina con 10 non SES consecutivi (che fanno parte del periodo di disponibilit).

Un percorso bidirezionale indisponibile se una o entrambe le direzioni di trasmissione lo sono


Obiettivi di prestazione

I limiti prestazionali dichiarati nella G.826 fanno riferimento ad un collegamento internazionale ipotetico (27500 km) e possono essere considerati come una sorta di caso peggiore

La G.826 precisa anche le frazioni di limite prestazionale da allocare ad ogni porzione di collegamento

VC-11/-12 VC-2 VC-3 VC-4 VC-4-4c

ESR

SESR

BBER

0.04 0.05 0.075 0.16

0.002 0.002 0.002 0.002

2 x 104 2 x 104 2 x 104 2 x 104

tbd

0.002

4 x 104


Collegamento di riferimento G.826

PEP = Path End PointIG = International Gateway

Coda nazionale

Coda nazionale

Attraversamenti internazionali

Paese terminale

Paesi intermedi (al massimo 4)

Paese terminale

PEP IG PEPIG IG IG


Tecniche di protezione


Architetture di reti

I principi che permettono la decomposizione del progetto, analisi, gestione delle reti sono la stratificazione architetturale e le interfacce standard Concetti essenziali

reti stratificate (rete cliente e rete servente)partizione di una rete di strato

Sotto-rete Sotto-rete

Sotto-reteInterconnessione

ClienteServente

Rete servente A Rete servente B

Adattamento


Reti cliente e rete servente

Retecliente A

Reteservente

Retecliente B


Interconnessione e trasporto

Le interfacce allinterno di uno strato tra sotto-reti (intralayer) e tra sottoreti clienti e serventi (interlayer) possono essere viste come interfacce commerciali

Leffetto di scelte progettuali su un lato dellinterfaccia commerciale si manifesta dallaltro lato sotto forma di un prezzo di interconnessione (intralayer) o di trasporto (interlayer)

Il progetto di una (parte di) rete si pu vedere come la soluzione di un problema di ottimizzazione che ha lobiettivo di minimizzare i costi con i vincoli dati da

requisiti di qualit di servizio

tecnologie disponibili

aspetti regolatori


Relazioni cliente-servente per lSDH

PSTNISDN

Linee dedicate

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


Progetto e pianificazione di rete: i fattori

I fattori principali che influenzano il progetto e la pianificazione di reti trasmissive a larga banda sono

la coesistenza con reti a banda stretta e/o di tecnologia precedente per tempi considerevoliil crescente numero e diversificazione dei servizi di tlcla difficolt delle previsioni di traffico e crescita/presa dei servizi, altorischio di investimento per infrastrutture specifiche per serviziolevoluzione tecnologica rapida e obsolescenza degli apparatila convergenza di reti pubbliche, private (virtuali), reti dati (Internet), reti mobililaspettativa di affidabilit (processi mission-critical su rete di tlc)lelevato livello di automazione possibile e, in generale, la complessit di elaborazione rispetto al passato


Progetto e pianificazione di rete: i problemi

Aspetti specifici di progettoPrevisioni di traffico

Tempi di sviluppo e realizzazione della pianificazione di rete

Prestazioni > prevalenti le considerazioni su integrit degli apparatiil progetto di rete deve cercare il compromesso ottimale tra robustezza rispetto ai malfunzionamenti e costo

Interazione delle specifiche di progetto con lambiente operativo (dal dire al fare...)

Modellizzazione e parametrizzazione delle interfacce commercialistruttura dei costi; domanda di traffico e requisiti


Ottimizzazione delle reti

Funzione obiettivoCosto della rete

Costo dei nodi (numero/tipo di porte)Costo dei rami (capacit, lunghezza)

Dati di inputmatrice di traffico

Vincoliprestazionali (affidabilit, integrit)tecnologiciregolatori

Variabili da ottimizzaretopologia della rete (per es. rami dati i nodi)instradamento del traffico


Algoritmi di ottimizzazione

Algoritmi di ottimizzazioneMetodi enumerativi

Metodi statistici

Metodi analiticiMetodi della discesa pi ripida (nel continuo e nel discreto)

Requisiti di un algoritmo sonolivello di confidenza nei risultati

complessit di calcolo

capacit di funzionamento autonomo in tempo reale


nodo di transito rete nazionale (DXC 4/4)nodo di accesso alla rete nazionale (DXC 4/3/1 e DXC 4/4)nodo di transito trasmissivo regionale, NTT-R (DXC 4/3/1 = DXC 4/1)nodo di transito trasmissivo locale, NTT-Lnodo utilizzatore

Rete Nazionale

Rete Regionale 2 Livello

Rete Locale Livello 0 ~10.000 nodi (SL)

Bacino trasmissivo

Rete Regionale 1 Livello

Esempio di rete SDH nazionaleEsempio di rete SDH nazionale


Evoluzione della dorsale

BackBone 4 f.o.MSSPRing rings

Join ringsNational network

Regionalnetwork (level 1)

Regionalnetwork (level 2)


Robustezza della rete trasmissiva

Gli elementi costitutivi di una rete trasmissiva (apparati, collegamenti e loro parti componenti) sono specificati con prefissati requisiti prestazionaliSe le effettive prestazioni operative scendono al di sotto di una prefissata soglia, lelemento va fuori servizio (es. guasto)Le attivit svolte in una rete trasmissiva (in modo sempre pi automatizzato) per migliorarne le prestazioni sono

controllo costante dello stato di integrit degli elementi che la compongonointerventi protettivi in presenza di fuori servizio, allo scopo di rimuoverne effetti e cause


Ripristino e protezione

Ripristino (orientato al servizio) (Restoration)insieme di attivit che hanno lobiettivo di mantenere la continuit del servizio fornito agli utenti, utilizzando una aliquota condivisa di risorse (es. capacit di trasporto) riservate al reinstradamento del traffico.Il ripristino del servizio 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) (Protection)attivit che hanno come obiettivo evitare il fuori servizio di una risorsa, usando ridondanze predisposte allo scopo (es. una capacit trasmissiva di riserva preassegnata).E unoperazione automatica programmata in modo distribuito (a livello di apparato, collegamento o parte componente). Ad esempio, tipicamente usata nella rete locale e regionaleopera in maniera molto veloce (decine di ms)


Procedure di recupero

In un ambiente multi-operatore e multi-vendor necessario standardizzare le procedure (distribuite) per garantire la robustezza della rete trasmissivaI punti principali da considerare sono

Localizzazione e identificazione dei componenti affetti e usati dal processo di protezioneCriteri per determinare lo stato di fuori servizio degli elementi di rete protettiComportamento/azioni degli agenti del processo di protezione e dei componentiProtocolli tra gli agenti del processo di protezioneCanali di comunicazione per portare i messaggi tra gli agenti del processo di protezione


Architetture di protezione lineare

Sistema punto-punto con e senza diversit di percorso


Multiplex Section Protection (MSP)

Modalit di funzionamentoreversibile: si rimane sul collegamento in servizio, fino a quando questo non va fuori servizio (scambio)non reversibile: alla rimozione dello stato di fuori servizio, si torna automaticamente sul collegamento di esercizio single-ended: in presenza di fuori servizio, commuta solo la terminazione di sezione che lo rivela (non serve un protocollo)dual-ended: in presenza di fuori servizio, entrambe le terminazioni della sezione commutano (serve un protocollo di segnalazione)

Criteri di scambioMancanza di segnale ricevuto (Loss Of Signal, LOS)Perdita di puntatore (Loss Of Pointer, LOP)AIS di sezione (Alarm Indication Signal)Indisponibilit BER >10-3 (misurato attraverso il BIP-24)


MSP 1+1 e 1:N

Selettore

Sezione protetta 1+1

Sezione protetta 1:1

Selettore

Scambio

Scambio

Scambio

Scambio

1

2

N

1

2

N

Sezione protetta 1:N


Esempio di scambio 1+1

Esercizio

Riserva

Riserva

TL

Switch

TL

TL TL

Bridgepermanente

Bridgepermanente

Esercizio

Switch

MUX

MUX

DEM

UX

DEM

UX

TxTx RxRx

TxTxRxRx

TxTx

RxRx

RxRx

TxTx

MUX

MUX

DEM

UX

DEM

UX

Funzionamento single-ended


Esempio di scambio 1:2

Sequenza attivazione dei Bridgee Switch quando il 2 Demuxlato B rileva la necessit di uno scambio(B = Bridge = Commutazione in TxS = Switch = Commutazione in Rx)

TX

RX

TX

RX

TX RX

TX

TX

RX

TX

RX

RX

B1A

B2A

S1A

S2A

S1C

S2C

B1C

B2C

esercizio

esercizio

riserva

Lato

B

Lato

A

DEMUX

MUX

DEMUX

MUX

DEMUX

MUX

DEMUX

MUX III

IIIIV

Funzionamentodual-ended


Architetture di protezione ad anello

Gli anelli sono topologie di particolare interesse perchrappresentano il minimo grafo di interconnessione di un insieme di nodi che garantisce due percorsi distinti tra una qualunque coppia di nodiUnidirectional Self-Healing Ring (USHR)

su anelli unidirezionali, a livello di sezione (MS-USHR) o di cammino (HOP-USHR); in questultimo caso si parla anche di SubNetworkConnection Protection (SNCP) o Unidirectional Path Switched Ring (UPSR)

Bidirectional Self-Healing Ring (BSHR)su anelli a due o quattro fibre, a livello di sezione (MS-SPRing) o di cammino (HOP-SPRing)si usa anche il termine Bidirectional Line Switched Ring (BLSR)


Architetture di protezione ad anello


Architettura UPSR

Unidirectional PathSwitched Ring

2 fibre con versi di propagazione diversi

una fibra di esercizio

una fibra di protezione

Protezione a livello di path

1+1, single ended

Protezione veloce

Uso inefficiente della banda


Commutazione di protezione UPSR


Architettura BLSR a due fibre

Bidirectional LineSwitched Ring

2 fibre con versi di propagazione diversi

entrambe le fibre sono di eserciziola banda di ciascuna fibra utilizzata al 50%

Protezione a livello di path

1+1, single ended

Protezione veloceRiuso della banda


Allocazione di banda in un BLSR a due fibre

OC-12 = 622 Mbit/sSTS-1 = 51,8 Mbit/s


Riuso di banda in un BLSR a due fibre


Commutazione di protezione BLSR 2 fibre


Capacit di unarchitettura BLSR


Architettura BLSR a quattro fibre

Bidirectional LineSwitched Ring

4 fibredue fibre di esercizio

due fibre di protezione

Protezione a livello di linea

1+1, single ended

Protezione da guasti multipli

Protezione veloce

Riuso della banda


Commutazione di protezione BLSR 4 fibre


Nodi di Accesso alla Rete Nazionale (A1)Nodi di Transito Trasmissivo (NTT-R)Nodi sedi di SGU (NTT-L)

Instradamento e Protezione

Instradamento tra due nodi sedi di SGU (non NTT-R)

Instradamento tra nodo sede di SGU (non NTT-R) e Rete Nazionale

50%

50%

2 livello

1 livello

Rete Nazionale

Rete Regionale

SDH_IR_2_2009

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