4. PDH ja SDH 4.1 PDH (Plesiokroninen digitaalinen hierarkia) Edellä on tarkasteltu lähinnä vain yhden puhekanavan analogisen signaalin muuttamista PCM-signaaliksi ja sen purkamista takaisin analogiseen muotoon PCM-tekniikan perusjärjestelmä (Euroopassa) on suunniteltu siirtämään 30 puhekanavaa aikajakoisesti samalla siirtotiellä kutakin puhekanavan signaalia käsitellään edellisen luvun periaatteiden mukaisesti PCM-verkossa suuremmat siirtonopeudet muodostetaan aikajakokanavoimalla tietty määrä alemman hierarkiatason (eli pienempinopeuksisia) signaaleja PDH:ssa on standardoitu siirtojärjestelmien kanavahierarkia PDH tarkoittaa perus PCM-hierarkiaa, jossa suurin siirtonopeus on 565 Mbit/s Ongelmat: jos halutaan liittyä siirtotielle matkan varrella, joudutaan purkamaan koko hierarkia liitettävälle tasolle saakka lähes kaikki kapasiteetti käytetään puhekanavien siirtoon, jolloin verkon hallintaa varten täytyy rakentaa erillinen järjestelmä 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 207 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 208
Perusjärjestelmä (1. taso) yhteen näytteenottokierrokseen (125 µs) sisältyvät aikavälit muodostavat kehyksen (frame), johon sisältyvät aikavälit numeroidaan 0...31 kehysrakenne sisältää 32 kpl 8-bittistä aikaväliä 30 aikaväliä puhekanaville (TS 1...15 ja TS 17...31) 1 synkronointiaikavälin (TS 0, kehyslukitus ja kaukopään hälytykset, ks. taulukko) 1 merkinantoaikavälin (TS 16) kanavakohtainen merkinanto (ks. taulukko 3.28.) nykyään merkinanto siirretään yhteiskanavamerkinannon (YKM) sanomaliikenteenä yleensä aikavälissä 16 kanavakohtaisesta merkinannosta johtuen perintönä ylikehysrakenne siirtonopeus 2048 kbit/s USA:ssa alimman tason järjestelmässä on 24 kanavaa ja siirtonopeus 1,544 Mbit/s 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 209 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 210
25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 211 2 Mbit/s johtosignaalin kehyslukituksen varmistamista ja siirtovirheiden tarkkailua varten käytetään CRC-tarkistusta yhteyden lähetys- ja vastaanottopäissä samanlaiset siirtorekisteriketjut lähetyspuolen rekisterissä lasketaan bittivirran sisällön perusteella jokaista 2048 bittiä kohti 4-bittinen CRC-tarkistussana, jotka lähetetään jokaisen kehyksen aikavälin TS0 ensimmäisessä bitissä vastaanotin saa tarkistussanan, mutta laskee myös itse vastaavan tiedon uudelleen ja jos sanat täsmäävät, on siirto erittäin todennäköisesti virheetön matemaattisesti CRC-tarkistus tarkoittaa menetelmää, jolla bittijono muokataan sellaiseen muotoon, että se on jaollinen tietyllä polynomilla vastaanottopäässä bittijono jaetaan samalla polynomilla ja jos jakojäännös on nolla, on vastaanotto virheetön 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 212
siirtovirheiden tarkkailuun käytetään lisäksi koodivirheiden (esim. HDB3) seurantaa koodivirheiden määrästä päätellään todennäköinen BER BER 10-5 aiheuttaa ns. B-hälytyksen (käytännössä huomautus huonontuneesta signaalista) BER 10-3 aiheuttaa A-hälytyksen, jolloin liikenne voidaan katkaista mikäli signaali on liian huono (katkaisurajan kriteerien alapuolella) tai esimerkiksi puuttuu kokonaan, lähetetään linjalle AIS-signaali (jatkuva 1- pulssijono) AIS:n vastaanottaminen kertoo, että vika on paikallistettu jo muualle kuin tulevaan johto-osuuteen 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 213 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 214
PDH:n kanavahierarkia ylemmän tason siirtonopeus 4 * alemman tason siirtonopeus johtuu synkronointitiedon lisäämisestä ja nopeuserojen tasauksesta 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 215 4.2 SDH (Synkroninen digitaalinen hierarkia) Käytössä nykyisin kaikilla televerkon runkoyhteyksillä Pohjana SDH:lle on perus-pcm-tekniikka SDH:lle on määritelty nopeuksia jopa lähes 10 Gbit/s asti Perustuu SONET-standardiin (Synchronous Optical Network) SDH-verkko ei tarjoa mitään palveluita, vaan muodostaa perustan palveluiden toteuttamiselle. Se soveltuu nopeiden siirtoverkkojen toteuttamiseen ja on ylempien tasojen kannalta läpinäkyvä (transparent) ITU standardoi SDH:n (G.707) suositusten tarkoitus optiset tiedonsiirtoyhteydet piti saada yhteensopiviksi verkon valvonta, huolto ja hallinta piti hoitaa SDH:n avulla tarvittavien erilaisten laitteiden lukumäärän minimointi soveltuminen erilaisiin tarkoituksiin (pienet alueverkot, suurikapasiteettinen runkoverkko, ATM, IP, PCM, ) 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 216
Esimerkki siirtoverkosta 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 217 PDH:n ja SDH:n erot PDH siirtoyhteyksien lisääminen tai poistaminen matkan varrella on vaikeaa ja vaatii paljon laitteita siirtolaitteiden hallinta ja valvonta vaatii erillisen järjestelmän, manuaaliset ristikytkennät suurin nopeus 565 Mbit/s jäykkä kanavakapasiteetti SDH voidaan joustavasti lisätä ja vähentää alinopeuksia jopa kanavatasolla siirtolaitteiden hallinta on integroitu osaksi järjestelmää, tietokoneohjatut kytkennät suurin nopeus 9,9 Gbit/s joustava siirtokapasiteetti, voidaan siirtää monenlaisia signaaleja 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 218
SDH:n kanavointirakenne SDH perustuu synkronisiin siirtokehyksiin STM-N Määritellyt nopeudet: 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 219 Ylemmän tason nopeus on aina suoraan alemman tason monikerta, koska alisignaalien nopeuserojen kompensoimiseen tarvittavat tasausbitit on jo valmiiksi sisällytetty SDH-siirtokehyksiin Korkeamman tason siirtokehys muodostuu tavulomittamalla neljä alemman tason siirtokehystä. Tällöin lähetetään aina vuorotellen yksi tavu kunkin alemman tason kehysrakenteesta STM-kehyksen jokainen tavu vastaa yhtä 64 kbit/s kanavaa 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 220
SDH:n kehysrakenne STM-1 -kehyksen rakenne siirto-otsikko SOH, 9 tavua x 9 riviä STM-1 -hyötykuorma 261 saraketta x 9 riviä Hyötykuorma vastaa 2349 kpl 64 kbit/s kanavaa SONET ja SDH sovitettu yhteen: kolme STS-1 -signaalia (SONET) muodostaa yhden STM-1 -kehyksen. Kehyksen toistoväli 125 µs siirtokehykseen voidaan suoraan kanavoida sekä eurooppalaisen että amerikkalaisen standardin mukaiset PDH-nopeudet (ns. mapitus) kehyksistä voidaan suoraan purkaa jopa yksittäinen kanava, koska jokaisen kanavan paikka on tarkasti tiedossa SDH-tekniikka on yhteensopiva laajakaistaverkoissa käytetyn asynkronisen toimintamuodon (ATM) ja Internet-protokollan (IP) kanssa. ATM ja IP ovat pakettikytkentäisiä. 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 221 Esimerkki STM-4 kehysrakenteen muodostamisesta 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 222
Otsikkoalue siirto-otsikko SOH sijaitsee STM-1 -kehyksen 9 ensimmäisessä sarakkeessa (3 ensimmäistä ja 5 viimeistä) RSOH (jännevälin siirto-otsikko) käsittää STM-1 kehyksen yhdeksän ensimmäisen kolumnin kolme ensimmäistä riviä MSOH (johtovälin siirto-otsikko) puolestaan käsittää STM-1 kehyksen yhdeksän ensimmäisen kolumnin rivit 5-9 SOH sisältää tavut esimerkiksi bittivirheiden monitorointiin, verkonhallintaan, suojattuihin kanaviin ja tulevaisuuden laajennuksiin 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 223 NNI-NNI -väli kuvaa päätekanavointilaitteen ja ristikytkentälaitteen välistä johtoväliä. tällaisen välin päätepisteissä puretaan, tarkastetaan ja kootaan uudelleen koko siirtootsikko (MSOH ja RSOH) johtovälillä voi sijaita myös toistimia kehyksen saapuessa toistimeen tarkastus tehdään vain jännevälin siirto-otsikolle (RSOH) reittiväli muodostuu kahden verkon läpi yhteyden muodostavan päätekanavointilaitteen (kuvassa SM) välille päätekanavointilaitteessa muodostetaan tai puretaan siirto-otsikon lisäksi STM-1 kehysten VC-4 POH. 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 224
Jokaisella hyötykuormalla on lisäksi oma reittiotsikkonsa (POH), jota käytetään hyötykuorman päästä-päähän -monitorointiin STM-1 -kehyksen otsikkoalueen 4. rivi on varattu AU-osoittimille ja hyötykuormien nopeuserojen tasaukseen. Osoittimien avulla annetaan tieto, mistä hyötykuorma alkaa. Erilaisten signaalien sovittamista SDH-järjestelmään kutsutaan mapitukseksi 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 225 Reittiotsikko, POH(Path Overhead) POH:ta (VC-4:n reittiotsikko) käytetään laadun tarkkailemiseen sekä siitä saadaan selville käytetyn kontin tyyppi 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 226
MSOH (Multiplexer Section Overhead) MSOH:n kautta menee tietoa pariteetin tarkastamisesta, varareitityksestä, siinä on sekä data- että äänikanava ja siihen kuuluvat irtonaisesti AU-pointterit 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 227 RSOH (Regenerator Section Overhead) RSOH:n tärkein tehtävä on kehyksen kohdistaminen siinä on myös erilaisia kanavia datalle ja puheelle sekä pariteettitarkistus 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 228
Mapitus 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 229 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 230
Eurooppalainen ja Yhdysvaltalainen kanavointirakenne poikkeavat hieman toisistaan. Edellisen sivun kuvassa näkyvät molemmat kanavointirakenteet. AUG:stä lähtevä alempi haara on SONET:in mukainen kanavointirakenne ja ylempi haara ETSI:n mukainen kanavointirakenne. SONET- ja SDH-järjestelmien yhteensovitus tapahtuu nopeudella 155,52Mbit/s Kontti (container, C): Plesiokroninen signaali, jonka taajuutta on kasvatettu bittipohjaisella positiivisella tasauksella, jolloin siitä voidaan tehdä synkroninen. Tasausbittejä ei käytetä enää tämän vaiheen jälkeen. Virtuaalikontti (Virtual container, VC): Kontti + apukanava POH. Tämä paketti muodostaa SDH-verkossa läpinäkyvän kanava eli hyötykuoren VC-4:llä lähetetään signaalikapasiteetin perustaso eri solmujen välillä SDH-verkossa. Yksittäiset alijärjestelmäsignaalit muodostetaan VC-4:n "sisälle". VC-4:ä koostuu hyötykuormasta (C-4) ja reittiotsikosta (POH). POH sijaitsee VC-4:n ensimmäisessä sarakkeessa. POH sisältää hälytystietoja, huoltotietoja ja vaadittavaa reititystietoa päästä-päähän yhteyksille. VC-4:än hyötykuorma-alue tukee alijärjestelmäsignaalien siirtoa. VC-4:n hyötykuorma koostuu 260 sarakkeesta ja yhdeksästä rivistä, jolloin yhteiskapasiteetiksi tulee 2340 tavua. Näin muodostuu 149,76 Mbit/s kapasiteetti, mikä on suunniteltu tukemaan erityisesti 140 Mbit/s järjestelmän siirtoa. 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 231 TU (Tributary unit): Virtuaalikontti + hyötykuorman osoitin. Hyötykuorman osoittimella osoitetaan VC:n sijainti TU:n sisällä TUG (Tributary unit group): TU-ryhmä. Useampia TU-yksiköitä paketoitu yhteen. AUG (Administrative unit group): AU-4 ja sen osoitin muodostavat yhdessä AUG:n. STM-1 kehyksen hyötykuorma sijaitsee AU-4:ssä. AU-4 sisältää yhden VC-4:n. AU (Administrative unit): VC + hyötykuorman osoitin. AU:n ja TU:n erona on se, että AU voidaan suoraan ristikytkeä sitä kuljettavien STM-1:n välillä. 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 232
Alemman tason hyötykuori kytketään ylemmän tason hyötykuoreen osoittimilla. Osoitintasaus: Hyötykuoret eivät ole sidottuja STM-1 -kehyksen nopeuteen, vaan ne voivat liukua kehyksen sisällä. Osoitinlaskennalla huolehditaan hyötykuoren alkukohdan kulloisestakin sijainnista. Kun siirrettävällä hyötykuorella on pienempi taajuus kuin STM-1:llä, synkronisuuden säilyttämiseksi on lisättävä tavuja (merkityksettömiä). Kyseessä on positiivinen tasaus esimerkkinä TU12-kanavointi (ks. mapitussivu) VC-4:ään kanavoidaan kolme TUG-3:a. TUG-3:een puolestaan kanavoidaan seitsemän TUG-2:a, johon puolestaan kanavoidaan kolme TU-12:a => yhteen STM-1 kehykseen mahtuu siis 63 TU-12:a jotta kaikki PDH-järjestelmän mukaiset signaalit voitaisiin siirtää STM-1 kehyksessä, niin aliyksikköryhmille on annettu "ylimääräisiä" sarakkeita seuraavan sivun kuvassa näkyy esimerkkinä TU-12 rakenne ja siihen sovitettu plesiokronisen hierarkian mukainen 2 Mbit/s signaali 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 233 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 234
SDH-laitteet SDH-laitteet voidaan jakaa kahteen ryhmään. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat toistimet eivät muuta vastaanottamansa kehyksen sisältöä. Ne toimivat vahvistimina regeneroiden STM-N -signaaleja. Toisessa ryhmässä ovat laitteet, jotka suorittavat varsinaiset SDH-verkon toiminnot. Esimerkki STM-1 -päätekanavointilaitteesta päätekanavointilaitteet kanavoivat STM-1-tasolla 63 plesiokronista 2 Mbit/s signaalia STM-1-kehykseen ja vastaavasti purkavat STM-1-kehysrakenteen 2 Mbit/s signaaleiksi 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 235 Haaroitinlaitteilla voidaan päästä käsiksi jokaiseen 2 Mbit/s -signaaliin ilman, että koko kanavointia tarvitsee purkaa. STM-1 haaroitinlaitteella voidaan solmusta lähtevään STM-1-signaaliin lisätä 2 Mbit/s -signaaleja tai vastaavasti solmuun tulevasta STM-1-signaalista voidaan pudottaa pois maksimissaan 63 kappaletta 2 Mbit/s -signaaleja. Esimerkki STM-1 -haaroitinlaitteesta 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 236
Ristikytkentälaitteilla voidaan 2 Mbit/s -signaalit kytkeä vapaasti haluttuihin suuntiin ja solmuun voi liittyä erilaisia kombinaatioita STM-4, STM-1, STM-1E ja 2M -signaaleista Esimerkki ristikytkentälaitteesta 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 237 ATM ATM (Asynchronous Transfer Mode) on nopeaa pakettimuotoista tiedonsiirtoa. Asynkroninen tarkoittaa tässä sitä, että eri pakettien kulkuaika verkossa voi vaihdella riippuen verkon kuormitustilanteesta. ATM-paketti eli solu koostuu 53 tavun mittaisesta vakio-kokoisesta yksiköstä. 5 tavua on varattu otsikolle ja 48 tavua siirrettävälle informaatiolle. ATM hyödyntää SDH-siirtotekniikkaa. Se voi käyttää pohjana muitakin tekniikoita, mutta parhaiten sen edut tulevat esiin SDH:n kanssa. ATM:aa voidaan käyttää sekä televerkkojen runkoyhteyksillä että lähiverkoissa ja niiden yhdistämisessä. 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 238
Lähde: Voipio-Uusitupa, Tietoliikenneaapinen Solun pituus 53 tavua, joista 5 varattu otsikolle 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 239 Tunnisteet paikallisia ja korvataan aina uusilla paikallisilla tunnisteilla ATMverkon solmuissa GFC (osassa soluista); käytetään ohjaukseen alussa ja lopussa verkon ja päätelaitteen rajapinnassa, muuten tila polkutunnisteen käytössä Polkutunniste (VPI); käytetään kytkemään ryhmä yhteyksiä yhtenäisesti ATMkeskusken läpi Yhteystunniste (VCI); sen perusteella tiedetään, mihin yhteyteen solu kuuluu HEC; otsikkokentän virheentarkistus Lisäksi otsikkokentässä yksittäisiä bittejä (esim. CLP eli hävikkiprioriteettikenttä) 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 240
Valokuidulla ATM:n perusnopeudet ovat 155 ja 622 Mbit/s. ATM on yhteydellinen tiedonsiirtotapa, koska siirron alkaessa yhteyden molempien osapuolten välille luodaan kiinteä yhteys. Yhteydelle ei kuitenkaan varata jatkuvasti samaa kapasiteettia, minkä vuoksi sitä sanotaan virtuaaliseksi. ATM-järjestelmä koostuu nopeista kytkentäsolmuista, joihin verkon asemilla on yleensä valokuituyhteys. AAL (ATM Adaptation Layer) sovittaa erilaiset informaatiomuodot ATMsiirrolle sopiviksi eli muuttaa signaalin ATM-soluiksi tai päinvastoin. 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 241 Yhteyden muodostuminen Ennen varsinaista tiedonsiirtoa lähettäjä lähettää verkkoon yhteydenmuodostussolun, joka etsii tiensä verkon läpi sol-multa toiselle. Vastaanottajan lähettämä kuittaussolu palaa samaa reittiä takaisin ja aktivoi yhteyden varrella olevat ATM-solmut. Jokaiseen soluun ei tarvitse liittää täyttä osoitetta, vaan solu lähetetään ensimmäiselle reitin varrella olevalle solmulle. Solmu tunnistaa solut ja lähettää ne edelleen. synkronisen signaalin yhteydessä ATM voi aiheuttaa viiveongelmia lisäpaketoinnin takia 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 242
ATM solujen sovitus STM-1 kehykseen ATM solujen sovitus tehdään suoraan virtuaalikonttiin (VC-n). Esimerkkinä VC-4 ja VC-3 virtuaalikontteihin toteutettu sovitus AU- ja TU -osoittimissa on bitit ilmaisemaan niin sanottu ketjutettu rakenne (concatenated structure), jolloin perättäisten kehysten virtuaalikonttien hyötykuorman katsotaan kuuluvan yhteen suurempaan kokonaisuuteen. Näin saadaan poistettua kehysrakenteen aiheuttamat rajat ATM solujen siirrolle, koska ATM-solut eivät mene tasan virtuaalikonttien hyötykuorman tavujen määrän suhteen. 25-Feb-04 Siirtotekniikka / JPR 243