reti di trasporto - uniroma2.it · grandezza) rispetto alla banda di nyquist del segnale utile ......

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Reti di Trasporto

Ing. Stefano Salsanoe-mail: [email protected]

AA2005/06 – Blocco 1

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Obiettivi del corsoObiettivi del corso

• Capire la divisione tra Rete di accesso / Rete di Trasporto

• Conoscere le architetture delle Reti di Trasporto numeriche per Telefonia e Dati e la loro evoluzione

• Acquisire una conoscenza della tecnologia SDH

• Acquisire una conoscenza delle tecnologie ATM, MPLS per il trasporto di IP sul backbone delle reti

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Programma del corsoProgramma del corso

• Rete di accesso e rete di trasporto • Tecniche di multiplazione, PCM • PDH e SDH • Evoluzione tecnologie per reti per dati • ATM e IP su ATM • MPLS • Trasporto voce su IP

• Esercizi, routing IP, OSPF, OSPF-TE

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L’informazione scambiata nelle moderne reti (numeriche) è in forma digitale, cioè come sequenza di cifre binarie 1 o 0 (bit=BInary digiT).

� Informazione intrinsecamente digitale → Dati

� Informazione digitalizzata proveniente da sorgenti analogiche

A/DTras-

duttore0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

t

V

0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

Rete TLC

D/ARipro-duttore

0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

t

V

Rete TLC 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

La Natura Digitale dell’InformazioneLa Natura Digitale dell’Informazione

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• Vi sono fondamentalmente due modalità per trasferire l’informazione digitale attraverso la rete

modalità a circuito

modalità a pacchetto

Trasferimento dell’informazione digitale nella reteTrasferimento dell’informazione digitale nella rete

Orientata alla connessione

Orientata alla connessione

Senza connessione

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Rete di accesso / Rete di trasportoRete di accesso / Rete di trasporto

PSTN/ISDN ADSL

Rete diaccessoin rame

Rete diaccessocellulare

Fixedwireless

acces

Rete diaccessoin fibra

LAN

LAN

Rete ditrasporto

GSM

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Rete diaccesso

Rete ditrasporto

NO ! SI !

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• In genere, nelle reti di accesso sono prevalenti le funzioni di concentrazione e distribuzione

• Nelle reti di trasporto si effettua la commutazione, oltre naturalmente alla multiplazione e demultiplazione

• In genere, nelle reti di accesso la “banda”(*) è una risorsa limitata (ad es. nelle reti cellulari le frequenze disponibili sono assegnate su licenza) o “costosa” (ad esempio costo di realizzazione di una rete di accesso capillare in fibra ottica)

• Nelle reti di trasporto la “banda” è relativamente meno costosa, perché le fibre ottiche già installate offrono una grande capacità trasmissiva

(*) Nel gergo delle reti si utilizza il termine banda per indicare capacità trasmissiva

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• Per un operatore i costi legati alle reti di trasporto sono principalmente costi legati all’esercizio e alla manutenzione della rete (“Operation and maintenance”). In gergo finanziario si chiamano OPEX (Operational Expenditures).

• I costi legati alle reti di accesso sono invece principalmente legati agli investimenti necessari per realizzare la rete di accesso. In gergo finanziario si chiamano CAPEX (Capital Expenditures).

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Attualmente, le infrastrutture delle reti di trasporto (cioè le fibre ottiche) sono in larga misura già disponibili. Le spese che vengono sostenute sono spese “di operazione e manutenzione” e vengono in generale divise tra una molteplicità di utenti.

Le infrastrutture di molte reti di accesso sono invece in via di realizzazione o sono state realizzate di recente. Questo comporta forti investimenti per gli operatori. In genere si devono sostenere spese per ogni singolo utente cui si vuole offrire servizio.

Ad esempio per la rete di accesso ADSL è necessario comprare per ogni utente un modem ADSL lato centrale e uno a casa dell’utento. Per una rete di accesso in Fibra Ottica (es. Fastweb) è necessario scavare per portare la fibra fino a casa dell’utente. Per le reti di accesso cellulari, è necessario installare le stazioni radio base (e gli apparati per collegarle) che coprano in modo adeguato il territorio.

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• Tecniche di multiplazione, PCM e PDH» Tecniche di multiplazione (FDM, TDM, CDM) » Multiplazione numerica PCM» Multiplazioni numeriche, multiplazione plesiocrona, PDH

• SDH, multiplazione, apparati e reti» Multiplazione sincrona» Motivazioni per l’SDH» Stratificazione, Trama SDH, Strutture numeriche» Puntatori e sincronizzazione» Funzioni dell’overhead, aspetti di gestione» Apparati, interconnessione in rete e protezione

Dove siamo ?Dove siamo ?

Le slides relative a “Tecniche di multiplazione, PCM e PDH” ed a “SDH, multiplazione,apparati e reti” sono quasi integralmente tratte dal corso del prof. Andrea Baiocchi, cui vail mio ringraziamento [http://net.infocom.uniroma1.it/st/st.htm]

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• Obiettivo: far condividere uno stesso sistema trasmissivo a più flussi informativi di utente (es. segnali telefonici), mantenendone la separabilità (ortogonalità dei segnali)

• Tecniche di multiplazione» Tecnica a divisione di spazio:

» assegnare a ogni segnale telefonico un singolo portante fisico (es. doppino telefonico)

» Tecnica a divisione di frequenza (FDM)» Tecnica a divisione di tempo (TDM)

» multiplazione PCM, numerica asincrona e sincrona» Tecnica a divisione di codice (CDM)

MultiplazioneMultiplazione

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Tassonomia delle tecniche di multiplazioneTassonomia delle tecniche di multiplazione

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• Frequency Division Multiple Access, FDMA

tempo

Freq

uenz

a

bande di stazione

bande di guardia

Multiplazione a divisione di frequenzaMultiplazione a divisione di frequenza

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• Consideriamo il caso di segnali telefonici in forma analogica tempo-continua (banda B = 4 kHz)

• Consiste nel ripartire la banda disponibile sul mezzo in sotto-bande larghe 4 kHz, una per ogni segnale da multiplare (modulazione di ampiezza a banda laterale unica a portante soppressa)

FDM MUX

4 kHz

4 kHz

4 kHz

4 kHz 4 kHz 4 kHz

f

f

f

f

1

2

3

321

Multiplazione a divisione di frequenzaMultiplazione a divisione di frequenza

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• La formazione del segnale multiplex viene effettuata attraverso più stadi di multiplazione

Gruppo Primario48 kHz - 12 canali

Gruppo Secondario60 canali

Gruppo Terziario300 canali

Gruppo Quaternario900 canali

Gruppo Pseudo-quaternario900 canali (Italia)

Gerarchia di multiplazione FDMGerarchia di multiplazione FDM

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• Tecnica conosciuta anche come spread-spectrum (SS), nata per applicazioni militari, ora diffusissima nelle reti wireless

• Si parla di trasmissione SS quando la banda impiegata dal sistema trasmissivo è molto maggiore (almeno un ordine di grandezza) rispetto alla banda di Nyquist del segnale utile

• Consiste nel trasmettere simultaneamente e nella stessa banda di frequenza un insieme di N segnali

» moltiplicando ciascuno per una sequenza di codice, scelta tra uninsieme di sequenze (pseudo)ortogonali (DS, Direct Sequence)

» cambiando velocemente la frequenza portante più volte in ogni tempo di simbolo secondo un sequenza prestabilita e diversa per ciascun segnale (FH, Frequency Hopping)

Multiplazione a divisione di codiceMultiplazione a divisione di codice

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• Tecnica conosciuta anche come spread-spectrum (SS), nata per applicazioni militari, ora diffusissima nelle reti wireless

• Si parla di trasmissione SS quando la banda impiegata dal sistema trasmissivo è molto maggiore (almeno un ordine di grandezza) rispetto alla banda di Nyquist del segnale utile

• Consiste nel trasmettere simultaneamente e nella stessa banda di frequenza un insieme di N segnali

» moltiplicando ciascuno per una sequenza di codice, scelta tra uninsieme di sequenze (pseudo)ortogonali (DS, Direct Sequence)

» cambiando velocemente la frequenza portante più volte in ogni tempo di simbolo secondo un sequenza prestabilita e diversa per ciascun segnale (FH, Frequency Hopping)


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Media su un intervallo di bit

(=8 chips)

codice A

Canale trasmissivo ideale Ricevitore per utente A

X Y = -- Σ XiYi18 i=1

8

• Code Division Multiple Access, CDMA


Codice A

Segnale 1

Codice B

Segnale 2

Segnale aggregato Segnale 1ricevuto

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• Code Division Multiple Access, CDMA

tempo

Freq

uenz

a

Flussi tributari


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• I flussi tributari occupano “contemporaneamente” l’intera porzione di spettro disponibile per il sistema per tutta la durata delle comunicazioni.

• Tra i vantaggi della multiplazione a divisione di codice vi sono:- una maggiore efficienza spettrale (ad esempio le bande di stazione non sono più necessarie)- una maggiore flessibilità (mediante i codici è possibile assegnare in modo semplice capacità diverse ai diversi flussi tributari)


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t

V

Campionamento(discretizzazione nel tempo)

t

V

Tct

000

001

100

101

110

111

010

011

110 011 010 100 110 100

Quantizzazione(discretizzazione nel range dinamico)

......

Tc intervallo di campionamento (sec)fc=1/Tc frequenza di campionamento (Hz)

Codifica

n bits di codifica per campione (→ 2n intervalli di quantizzazione di ampiezza )

Ritmo di emissione o bit-rate:

cTn

cc T

nfnR =⋅=

Es. codifica PCM per la voce:fc=8Khz Tc=125µs n=8

P=64Kb/s

12max

−=

n

Vb

Vmax

rang

e di

nam

ico

0

b

Conversione A/DConversione A/D

23

V

110 011 010 100 110 100 ......

Decodificat

000

001

100

101

110

111

010

011

t

V

Interpolazione

Il segnale ricostruito è tanto più simile a quello originario quanto...

Segnale originario

Segnale ricostruito

�...minore è l’intervallo di quantizzazione b

�...minore è l’intervallo di campionamento Tc maggiore freq. di camp. fc

maggior numero n di bits di cod.

migliore qualità

di riproduzione

maggiore ritmo di emissione

(bit-rate)

Conversione D/AConversione D/A

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• Ogni segnale analogico tempo-continuo s(t) può essere convertito in forma numerica attraverso due operazioni

• Si rende discreto l'asse temporale (campionamento)» Si sostituisce il segnale analogico tempo-continuo con una serie di

campioni analogici (teorema del campionamento: fc ≥≥≥≥ 2B)

• Si rende discreto l'asse delle ampiezze (quantizzazione)» l'ampiezza analogica dei campioni che ricadono in un intervallo è

approssimata con un singolo valore (ampiezza quantizzata)» ad ogni intervallo dell'asse si associa un numero» la quantizzazione di solito non è uniforme

Conversione analogico-digitaleConversione analogico-digitale

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• Parametri chiave per la qualità del segnale riprodotto:» periodo di campionamento Tc = 1/ fc ≤≤≤≤ 1/2B» numero di bit per campione Nb

• Tecniche di compressione possono ridurre il ritmo binario (bit rate) fcNb

• Esempi» segnale telefonico: fc = 8 kHz, Nb = 8 bit �� 64 kbit/s » segnale audio GSM: 1/fc = 20 ms, Nb = 260 bit �� 13 kbit/s » segnale CD hi-fi (ogni canale): fc = 44.1 kHz, Nb = 16 bit �� 705.6 kbit/s

per canale

Parametri di un segnale numericoParametri di un segnale numerico

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• Time Division Multiple Access, TDMA

Freq

uenz

a

tempo

Intervallo TemporaleTrama

Multiplazione a divisione di tempoMultiplazione a divisione di tempo

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• Tecnica duale della FDM nel dominio del tempo

• Caso notevole: segnali telefonici campionati a fc= 8 kHz» si divide l'intervallo di campionamento Tc = 125 µµµµs in n sub-intervalli

(channel time-slot) allocati ai campioni degli n canali da multiplare(trama TDM)

» in ogni time slot viene trasmesso un campione del canale telefonico corrispondente

» tutte le linee in ingresso sono servite ciclicamente» ogni linea in ingresso invia un campione ogni Tc

Multiplazione a divisione di tempoMultiplazione a divisione di tempo

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Multiplazione numerica TDMMultiplazione numerica TDM

• I flussi tributari sono inseriti in un flusso aggregato

• Il flusso aggregato ha una struttura di trama

• Nella trama si distinguono le informazioni provenienti dai flussi tributari più una parte di over-head (extra-informazione)

• L’over-head consente di effettuare le funzioni di:» sincronizzazione (allineamento) di trama» giustificazione: per compensare la mancanza di sincronizzazione» supervisione, controllo del link trasmissivo, gestione

29




30

• Il principio della multiplazione PCM si riassume in tre funzioni:

» campionamento (fc = 8 kHz)» quantizzazione (non uniforme: Legge A, Legge µµµµ)» codifica (8 bit/campione)

• i segnali Multiplex PCM Primari sono alla base delle gerarchie PDH

» standard europeo: 2.048 Mb/s, 30 canali telefonici (Legge A)» standard americano: 1.544 Mb/s, 24 canali telefonici (Legge µµµµ)

• L'apparato che esegue la multiplazione PCM, e all'inverso la demultiplazione, si chiama multiplex(er) PCM

Multiplex PCM primarioMultiplex PCM primario

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• Il multiplex primario opera le funzioni di codifica e decodifica PCM e la multiplazione TDM, mediante le seguenti operazioni:� codifica di sorgente a 64 kbit/s

» filtraggio per limitare la banda a 4 kHz» campionamento ad 8 kHz (periodo 125 µµµµs)» codifica PCM ad 8 bit

� creazione di una trama a 2048 kbit/s» multiplazione TDM di 30 canali telefonici byte a byte » inserimento parola di allineamento e bit di servizio (8 bit)» eventuale inserimento della segnalazione associata al canale (8

bit)

Poiché tutte le temporizzazioni dei flussi numerici sono ricavate da un unico clock, non esistono problemi di sincronizzazione

Funzioni del multiplex PCM primarioFunzioni del multiplex PCM primario

32

Schema del Multiplex PCM primarioSchema del Multiplex PCM primario

33

• La trama è organizzata in 32 intervalli temporali (TS = Time Slot) ciascuno contenente 8 bit:

� TS0: parola di allineamento» A = X0011011 (trama pari)» B = X1S1XXXXX (trama dispari): X = bit di servizio per uso

nazionale, S1 = allarme terminale lontano (ATL)

� TS1 ÷÷÷÷ TS15 e TS17 ÷÷÷÷ TS31: 30 canali telefonici� TS16: segnalazione associata o un ulteriore canale telefonico

• La nomenclatura corrente definisce� payload i bit che costituiscono l’informazione utile dell’utente� over-head i bit aggiuntivi che servono per il funzionamento e la

gestione del collegamento trasmissivo

Trama del multiplex PCM primario europeoTrama del multiplex PCM primario europeo

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N.B. La struttura di trama americana è costituitada 24 canali di 8 bit (traffico + segnalazione)ed un bit per l’allineamento, in totale 193 bit.La velocità di cifra è pertanto 193⋅8000=1544 kbit/s

Trama dispari125 µs

ch1

TS0 TS1 TS2 TS15 TS17 TS30 TS31 TS0

ch2 ch15 ch16 ch29 ch30 BA

Allineamento A e B- A = X0011011- B = X1S1XXXXX

segnalazione

S

Trama pari125 µs

Time Slot = 8 bit

256 bit

Struttura di Trama a 2048 kbit/sStruttura di Trama a 2048 kbit/s

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• La procedura di allineamento controlla continuamente la presenza alternativa delle parole A e B nel flusso numerico ricevuto

• Se si rivelano tre parole consecutive diverse da quelle attese il sistema si dichiara in fuori allineamento e si attiva una procedura di ricerca del nuovo allineamento

• Si sposta la trama di un bit per volta esaminando se nella nuova condizione di allineamento si ritrova l’esatta alternanza delle parole A e B

� Si passa dalla fase di fuori allineamento a quella di allineamento se si trovano due parole A intercalate da una parola B in posizione corretta

� La perdita di allineamento è un malfunzionamento gravissimo in quanto rende impossibile l’estrazione dei tributari dal flusso aggregato

Strategia di allineamentoStrategia di allineamento

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• Oltre alla parola di allineamento, nel TS0 sono inserite anche informazioni aggiuntive: allarmi e informazioni di servizio.

• A seguito di simulazione della parola di allineamento nel caso di trasmissioni dati, l’ITU-T ha normalizzato una procedura per l'allineamento più sofisticata utilizzante un codice CRC (Cyclic Redundancy Check)

• Tale procedura consente inoltre una misura più accurata del BER (Bit Error Ratio) in servizio

Overhead di tramaOverhead di trama

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• Si crea una struttura di multitrama che viene divisa in due sottomultitrame costituite da 8 trame consecutive ciascuna

• L’allineamento della multitrama si ottiene utilizzando come parola di allineamento quella costituita dall’insieme dei primi bit della parola B. Essi, presentandosi 8 volte per ogni multitrama, permettono di utilizzare la seguente parola di allineamento di 8 bit: 001011XX

• Nelle trame contenenti la parola di allineamento A, il primo bit è utilizzato per portare un bit del codice CRC; quindi si trasmettono 4 bit di codice ogni 8 trame

Definizione della MultitramaDefinizione della Multitrama

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TS0 di ogni tramaNumero progressivo dei bit

Sotto-multitrama

Numerodi

trama 1 2 3 4 5 6 7 80 C1 0 0 1 1 0 1 11 0 1 S1 X X X X X2 C2 0 0 1 1 0 1 13 0 1 S1 X X X X X4 C3 0 0 1 1 0 1 15 1 1 S1 X X X X X6 C4 0 0 1 1 0 1 1

1

7 0 1 S1 X X X X X8 C1 0 0 1 1 0 1 19 1 1 S1 X X X X X

10 C2 0 0 1 1 0 1 111 1 1 S1 X X X X X12 C3 0 0 1 1 0 1 113 X 1 S1 X X X X X14 C4 0 0 1 1 0 1 1

2

15 X 1 S1 X X X X X

Struttura della Multitrama di allineamentoStruttura della Multitrama di allineamento

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• La parola di codice trasmessa nella sotto-multitrama N-esima si ottiene:

� considerando la sequenza ordinata dei bit della (N–1)-esima sotto-multitrama come un insieme di coefficienti di un polinomio in x

� moltiplicando questo polinomio per x4

� calcolando il resto della divisione fra il dividendo precedente e il divisore x4 + x +1

� rappresentando il resto con quattro bit: C1, C2, C3, e C4

• In ricezione si ricalcola il resto e lo si confronta con quello che si riceve nella sottomultitrama N-esima.

• Se i resti coincidono, la trasmissione è senza errori; in caso contrario, si incrementa un contatore delle trame errate e, superata una soglia, si dà inizio alla ricerca di allineamento

Utilizzo del CRCUtilizzo del CRC

40

• La segnalazione è l’informazione necessaria alla instaurazione, mantenimento e abbattimento di una connessione

• La segnalazione può essere:� In banda (es. multitoni, selezione a impulsi)� Fuori banda

SegnalazioneSegnalazione

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• La segnalazione fuori banda può essere:� associata: si trasmette la segnalazione insieme ai canali fonici

utilizzando il 16esimo time slot� a canale comune: si utilizzano flussi dedicati a 64 kbit/s attraverso i

quali le centrali di commutazione si scambiano i messaggi di segnalazione

SegnalazioneSegnalazione

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• Disponendo di un solo Time Slot per trama è necessario utilizzare ciclicamente più trame per trasmettere la segnalazione di tutti i canali (multitrama di segnalazione)

• La multitrama di segnalazione è costituita da 16 trame (2 ms) e contiene 8××××16=128 bit

� 8 per allineamento multitrama (0000XS2XX, dove S2=1 indica perdita di allineamento di multitrama)

� 30 posti fissi ad 1� 2 bit di segnalazione veloce per canale, cioè 2 ×××× 30 = 60� 1 bit di segnalazione lenta per canale, cioè 1 ×××× 30 = 30

• Segnalazione veloce = 2 bit/2 ms = 1 kbit/s• Segnalazione lenta = 1 bit/2 ms = 0.5 kbit/s

• Si noti che la multitrama di segnalazione è indipendente dalla multitramadi allineamento definita sopra. La multitrama di segnalazione è relativa all’informazione di segnalazione contenuta nel timeslot 16.

Segnalazione associataSegnalazione associata

43

Trama 0

Trama 1

Trama 2

Trama 14

Trama 15

Trama 0

Multitram

a2 m

s

Time Slot 16

1 1

11

1

1 1

1

0 0 0 0 X S2 X X

0 0 0 0 X S2 X X

Multitrama di segnalazioneMultitrama di segnalazione

44




45

• La multiplazione numerica permette a più flussi numerici, denominati tributari, di essere affasciati a divisione di tempo in un unico flusso a più alta velocità, denominato aggregato

• Le apparecchiature corrispondenti sono denominate multiplatori

• Caratteristica distintiva di un multiplex numerico è che i segnali da multiplare sono già in forma numerica

• Il flusso multiplex numerico si ottiene per interallacciamento di cifra (bit interleaving) dei tributari, in trame di durata in generale diversa da 125 µµµµs

Poiché le sorgenti di temporizzazioni sono molteplici, tributari ed aggregato, si pone il problema della loro sincronizzazione

Multiplazione numericaMultiplazione numerica

46

• Fase di scrittura: i bit dei tributari sono scritti nei rispettivi buffer con frequenza di scrittura uguale alla loro frequenza istantanea di cifra

• Fase di lettura: i buffer dei tributari sono letti ciclicamente, con frequenza di lettura fr0 = n/Tm0 ≥≥≥≥ ft (n=cifre di tributario per trama)

Nt tributari

ft0

ft0

ft0

ft0fm0 ≥ Ntft0

Multiplazione numericaMultiplazione numerica

fm0 = 1/Tm0*n. totale bit/trama

47

• Segnale periodico, che definisce gli “istanti caratteristici” attraverso eventi univocamente (e facilmente) individuabili p.e.:

� sinusoide: attraversamenti dello zero� onda quadra: fronti di salita o di discesa� segnale impulsivo: posizione degli impulsi

Segnale(AMI-RZ)

Cronosegnale(onda quadra)

Cronosegnalecon jitter

Tb

CronosegnaleCronosegnale

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I flussi numerici vengono trasmessi utilizzando dei segnali (elettrici, elettromagnetici, ottici) codificati utilizzando delle opportune “codifiche di linea”. Ad esempio nella slide precedente il segnale più in alto rappresenta una codifica chiamata AMI-RZ (Alternate Mark Index – Return to Zero), in cui il valore “1” è rappresentato da un impulso (alternativamente positivo e negativo) e il valore “0” è rappresentato dalla assenza di impulso.

Per estrarre l’informazione da un segnale numerico è necessario “sincronizzarsi” e valutare il segnale codificato nei suoi “instanti caratteristici”. Ad esempio nella slide precedente si mostra nella seconda riga un “crono segnale” sincronizzato che consente di estrarre correttamente l’informazione dal segnale codificato.

L’operazione di generazione del cronosegnale deve essere effettuata dall’apparato di ricezione per estrarre correttamente l’informazione. Questa procedura è detta sincronizzazione di linea.

Se la procedura non è effettuata in modo ideale, si verifica che il cronosegnale non è sincronizzato con il segnale codificato (vedi terza riga nella slide precedente) e la decodifica viene effettuata con degli errori.

49

• Due flussi numerici sono detti:� sincroni: quando i rispettivi cronosegnali hanno la stessa frequenza

istnatanea (quindi differenza di fase costante)� mesocroni: quando i cronosegnali hanno esattamente la stessa frequenza

media a lungo termine ma fase variabile� plesiocroni: quando i cronosegnali hanno la stessa frequenza nominale e i

possibili scostamenti del valore istantaneo sono contenuti in un intervallo di tolleranza prefissato

� eterocroni: quando i cronosegnali hanno frequenza nominale diversa

• Multiplatori mesocroni (comunemente detti sincroni)� i tributari hanno tutti la stessa frequenza media di cifra

• Multiplatori plesiocroni (comunemente detti asincroni)� i tributari hanno frequenze nominalmente uguali e con fluttuazioni

circoscritte entro intervalli specificati (p.e. 2048 kbit/s ±50 ppm)

Classificazione dei flussi numericiClassificazione dei flussi numerici

50

• I cronosegnali delle sorgenti tributarie operano a frequenze solo nominalmente uguali, ma in effetti diverse e indipendenti (tributari plesiocroni)

• Il cronosegnale del multiplex numerico non è in rapporto fisso con le frequenze istantanee di cifra dei tributari

• La sincronizzazione di cifra viene attuata mediante la tecnica di giustificazione di bit o pulse stuffing (a riempimento di impulsi). La gestione dello stuffing è eseguita a livello di singolo tributario

• I formati di multiplazione PDH sono definiti nella Racc. ITU-T G.702. Le caratteristiche elettriche e fisiche delle interfacce PDH sono invece specificate nella Racc. ITU-T G.703

Multiplazione numerica plesiocronaMultiplazione numerica plesiocrona

51

• Ogni differenza di frequenza media (multiplazioneplesiocrona) tra scrittura e lettura conduce, prima o poi, al riempimento o allo svuotamento del buffer (slip “periodici”)

• Nel caso di slip periodici, dette fS e fL le frequenze di scrittura e lettura del buffer tampone, N la sua dimensione in bit, la frequenza di slip è

Fslip = 86400fL − fS

N(slip/giorno)

Slip di sincronizzazioneSlip di sincronizzazione

52

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

124

7

5

6

tempo

IV

III

II

I

Indirizzo dimemoria

TS TL

Inizio slip (riletturadei bit 4, 5, 6 e 7)

TL < TS

• L’esempio considera la sincronizzazione di un singolo tributario a prescindere dalla successiva multiplazione.

• La sequenza prodotta è la seguente:1-2-3-4-5-6-7-4-5-6-7-8-9-10-11-12

Slip: esempio graficoSlip: esempio grafico

53

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

tempo

IV

III

II

I

Indirizzo dimemoria

TS TL

Inibizione lettura

TL < TS

• Poiché la lettura della locazione di memoria IV è eseguita prima della sua scrittura, essa è ripetuta due volte

• La sequenza prodotta è la seguente:

1-2-3-4-5-6-7-4-8-9-10-11-12

Minimizzazione dell’entità dello SlipMinimizzazione dell’entità dello Slip

54

• Questo meccanismo non è in realtà efficace nel risolvere il problema, perché “minimizza” l’entità dello slip (ma in pratica il sistema si deve risincronizzare comunque) ed inoltre la frequenza degli slip passa da:

Fslip = 86400fL − fS

N(slip/giorno)

Minimizzazione dell’entità dello SlipMinimizzazione dell’entità dello Slip

a:

SLslip ffF −= 86400 (slip/giorno)

55

• All'ingresso del multiplatore le cifre binarie dell' i-esimo tributario vengono scritte nella relativa memoria di multiplazione con una frequenza di scrittura pari a fti

• La frequenza di lettura fr0, ricavata dall'orologio locale, ha un valore leggermente maggiore di quello massimo ammesso per la frequenze di scrittura

• Si verifica il progressivo svuotamento delle memorie

Riempimento di bitRiempimento di bit

56

Tributario entrante

Uscita multiplatore

Uscita demultiplatore

Tributario uscente

•Lo svuotamento del buffer di lettura si evita inserendo nel flusso binario di tributario cifre non significative (stuffing)

•La cifra di riempimento, non essendo un bit informativo, deve essere rimossa dal demultiplatore


57

• Lo svuotamento del buffer di lettura è rilevabile comparando l’indirizzo di lettura e scrittura

• Quando si è prossimi allo svuotamento, la lettura del buffer di tributario è inibita in corrispondenza di predeterminate posizioni di cifra della trama del segnale multiplex numerico (opportunità di giustificazione)

• Sono inserite cifre di riempimento non significative• La presenza o l'assenza delle cifre di riempimento è segnalata

dalle cifre di segnalazione di riempimento


58

Stuffing positivo: se C=0 il bit S è un bit del tributario, se C=1, S diventa un bit di riempimento

Stuffing negativo: se C=0 il bit S è un bit di riempimento, se C=1 S diventa un bit del tributario

Trama N Trama N+1

Bit non appartenenti ai flussi tributari (overhead)

Bit del tributario 1

C=Bit di segnalazione di riempimento del tributario 1

S=Bit di opportunità di riempimento del tributario 1

Bit di altri tributari

Bit di segnalazione e opportunità di riempimento di altri tributari

Segnalazione di riempimentoSegnalazione di riempimento

59

• Si scrivono i bit del tributario di ingresso nella memoria tampone con un clock ricavato dal flusso entrante

• Si legge la memoria con un clock a frequenza leggermente superiore della massima frequenza di scrittura.

• Poiché la velocità di lettura è superiore a quella di scrittura per evitare lo svuotamento della memoria il multiplatore inserisce, quando opportuno, un bit privo di significato (di stuffing) segnalandolo al demultiplatore

Tecnica di Multiplazione PlesiocronaTecnica di Multiplazione Plesiocrona

60

• Sia N la dimensione in bit di una trama, di cui M+1 siano i bit utili a disposizione di un tributario

• Siano:ft la frequenza del tributariofa la frequenza dell’aggregatofta la frequenza del tributario all’interno dell’aggregato (si considera la frequenza massima possibile cioè utilizzando sempre come dati i bit di opportunità di giustificazione)

• Sia e l’errore in parti per milione (ppm), le frequenza effettive si ricavano a partire da quelle nominali:

ft-eff = ft-nom ± ∆∆∆∆ft-nom = ft-nom ± e/106 ft-nom

fa-eff = fa-nom ± ∆∆∆∆fa-nom = fa-nom ± e/106 fa-nom

fta-eff = fta-nom ± ∆∆∆∆fta-nom = fta-nom ± e/106 fta-nom

Tecnica di Multiplazione PlesiocronaTecnica di Multiplazione Plesiocrona

61

• Affinché la multiplazione plesiocrona funzioni correttamente, devono essere rispettate le condizioni di non overflow e di non underrun. Considerando le frequenze effettive esse si possono esprimere così:

non overflow: ft-eff < fta-eff

non underrun: fta-eff •M/(M+1)< ft-eff (a)

oppure fslip < fa-eff / N (b)

oppure fslip < fta-eff / (M+1) (c)

dove fslip = fta-eff - ft-eff

Condizioni di funzionamentoCondizioni di funzionamento

62

• Le tre condizioni di non underrrun sono equivalenti:

(b) fslip < fa-eff / N

(fta-eff - ft-eff)< fa-eff /N

fta-eff - ft-eff< fta-eff •N /(M+1) /N

(c) fta-eff - ft-eff< fta-eff /(M+1)

fta-eff -fta-eff /(M+1) - ft-eff< 0

fta-eff (1-1/(M+1)) - < ft-eff

(a) fta-eff •M/(M+1)< ft-eff


63

• Considerando le frequenze nominali e gli errori, le condizioni di corretto funzionamento si possono esprimere così:

non overflow: ft-nom + ∆∆∆∆ft-nom < fta-nom - ∆∆∆∆fta-nom

non underrun: (fta-nom + ∆∆∆∆fta-nom )•M/(M+1)< ft-nom - ∆∆∆∆ft-nom (a)

oppure (fta-nom + ∆∆∆∆fta-nom - ft-nom + ∆∆∆∆ft-nom)< (fa-nom + ∆∆∆∆fa-nom) /N (b)

oppure (fta-nom + ∆∆∆∆fta-nom - ft-nom + ∆∆∆∆ft-nom)< (fta-nom + ∆∆∆∆fta-nom)/(M+1) (c)


64

Overhead

GENERATORE TEMPI

DI TRAMA

OROLOGIO MULTIPLEX

Inibizione per

overhead e altri

tributariCONTROLLO

GIUSTIFICAZIONE

ESTRAZ. TEMP.

CONTAT. SCRITT.

CONTAT. LETT.

BUFFER

~

SINCRONIZZATORE

TRIBUTARIO

Altri tributari

SEGNALE MULTIPLO

OROLOGIO "BUCATO"

GiustificazioneIndirizzo scrittura

Gestione dell'opportunità di giustificazione

OROLOGIO "REGOLARE" Inibizione per

giustificazione

OROLOGIO "REGOLARE"

Indirizzo lettura

+ -+

Schema del Multiplatore PlesiocronoSchema del Multiplatore Plesiocrono

65

PLL

CONTAT. SCRITT.

CONTAT. LETT.

ESTRAZ. TEMP.

ALLINEAT. TRAMA

BUFFER

SEGNALE MULTIPLO

DESINCRONIZZATORE

TRIBUTARIO

OROLOGIO "REGOLARE"

OROLOGIO "BUCATO"

CONTROLLO GIUSTIF.

OROLOGIO "REGOLARE"

Inibizione per overhead e altri tributari

Inibizione per giustificazione

Indirizzo scrittura

Indirizzo lettura

Schema del Demultiplatore PlesiocronoSchema del Demultiplatore Plesiocrono

66

Gerarchia PDH EuropeaGerarchia PDH Europea

67

SA

210

T

200 4

MG T

208 204

Multiplex E2

210 380 376

Multiplex E3

4

MG T

208 4

MG

4

OG T

SA T

372 4

MG T

4

MG T

4

MG

4

OG T

380

Multiplex E4

412 480

SA T

472 4

MG T

4

MG T

4

MG

4

OG T

484 484484

T

484 4

MG T

4

MG

Trame della gerarchia plesiocrona EuropeaTrame della gerarchia plesiocrona Europea

MG : Messaggio di GiustificazioneOG : Opportunità di giustificazione

T : TributariA : Allineamento

68

SA

210

T

200

IIIII IVI

4

MG

T

208

IIIII IVI

4

MG

T

208

IIIII IVI

4

MG

T

204

IIIII IVI

4

OG

A

212 212 212 212

A Parola di allineamento (1111010000)

S Bit di Servizio (B11, B12)

T Bit Informativi ottenuti leggendo ciclicamente bit a bit i quattro tributari

MG Messaggio di Giustificazione (ripetuto tre volte per correggere errori singoli)

OG Bit di opportunità di giustificazione

Struttura di trama del multiplex E2Struttura di trama del multiplex E2

69

I bit di segnalazione di giustificazione (chiamati “Messaggio di giustificazione”) nella trama E2 sono ripetuti 3 volte per ciascun tributario.

In ricezione viene presa una decisione con la tecnica del “voto a maggioranza”. Ad esempio se due bit indicano che ci deve essere giustificazione e un bit no, il ricevitore assume che ci sia giustificazione. In questo caso si risolvono i problemi dovuti ad un eventuale errore singolo su un bit.

70

SA

210

T

200

IIIII IVI

4

MG

T

208

IIIII IVI

4

MG

T

208

IIIII IVI

4

MG

T

204

IIIII IVI

4

OG

A

212 212 212 212

Esempio trama del multiplex E2 (8 Mbit/s):F0 = 8448 kbit/sBit per trama N =848Bit per tributario M = 205, M+1 = 206 (con o senza stuffing)Periodo di trama = 848/8448000 ≈≈≈≈ 100 µµµµsFta-min = 205 ×××× 8448000/848 = 2042 kbit/s Fta-max = 206 ×××× 8448000/848 = 2052 kbit/s Ft_min = 2048 kbit/s – 50ppm = 2047.88 kbit/sFt_max = 2048 kbit/s + 50ppm = 2048.11 kbit/s�Fta-min < Ft_min < Ft_max < Fta-max

N.B. Per semplicità in questo esempio si è considerato per il flusso aggregato la velocità nominale e non quella effettiva

Capacità di sincronizzazioneCapacità di sincronizzazione

71

Nord-Americana Giapponese

Altre Gerarchie PDHAltre Gerarchie PDH

72

Singolo Salto Doppio Salto

Tributario x Aggregato y2 88 34

34 140140 565

Tributario x Aggregato z2 348 -

34 565140 -

MUX

DEMUX

Tributari Aggregato

Tx

Rx

Tx

Rx

y

x/y

y

xxxx

xxxx

1

2

3

4

1

2

3

4

MUX

DEMUX

Tributari Aggregato

Tx

Rx

Tx

Rx

z

x/z

z

xxxx

xxxx

1

2

16

1

2

16

Schema di un Multiplatore PDHSchema di un Multiplatore PDH

73

MUX

MUX

DEMUX

DEMUX

DEM

MUX

MUX

MUX

MUX

DEM

DEM

DEM

DEM

DEM

DEM

MUX

MUX

MUX

DEM

MUX

2/34 34/140

2/34

2/34

2/34

34/140 2/34

2/34

2/34

2/34

2 Mbit/s 34 Mbit/s 140 Mbit/s 34 Mbit/s 2 Mbit/s

Multi-Demultiplazione 2/140 Mbit/sMulti-Demultiplazione 2/140 Mbit/s

reti di trasporto - uniroma2.it · grandezza) rispetto alla banda di nyquist del segnale utile ......

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