Embed Size (px)
Citation preview
Sveučilište u Zagrebu
FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI
Zavod za informacijsko-komunikacijski promet
Katedra za tehniku informacijsko-komunikacijskog prometa
Kolegij:
Sveučilište u ZagrebuFAKULTET PROMETNIH ZNANOSTIZavod za informacijsko-komunikacijski prometKatedra za informacijsko komunikacijske sustave i mreže
Kolegij:
Arhitektura telekomunikacijske mreže(ak. god. 2016./2017.)
prof. dr. sc. Dragan Perakovićdoc. dr. sc. Marko Periša
prof. dr. sc. Slavko Šarić
dr. sc. Ivan Forenbacher
Digitalni prijenosni sustavi, PDH/SDH, ATM
Primjer zajedničkog multipleksiranja K analognih
(A) i M digitalnih (D) izvora u skupni TDM signal
TDM (Sinkroni TDM)
o Predajnik i prijemnik u strogom sinkronizmu
o Svakom izvoru se dodjeljuje fiksni vremenski odsječak
o Nedostatak:
• Vremenski odsječci su rezervirani bez obzira šalje li izvor podatke ili ne
• Neučinkovito korištenje linka ako brzina generiranja podataka stalno varira
o Prednosti:
• Jednostavna realizacija multipleksora i demultipleksora
• Omogućuje prijenos podataka iz izvora koji koriste različite brzine prijenosa
• Optimalan za prijenos podataka konstantne brzine prijenosa (npr. govor i video stalne brzine)
Alternativa: STATISTIČKO MULTIPLEKSIRANJE (SM)
o Statistical Multiplexing, ASINKRONI TDM
Statističko multipleksiranje
o SM se u svom radu oslanja na dvije bitne činjenice:• Izvori spojeni na ulaz multipleksora rijetko šalju podatke istodobno i
• Izvori spojeni na ulaz MUX-a ne šalju podatke konstantno
o Potrebna brzina linka treba biti manja od zbroja vršnih brzina izvora, ali mora biti veća od zbroja srednjih prijenosnih brzina svih izvora
Komparativna analiza ANALOGNIH (A) i DIGITALNIH (D) sustava
o Prednosti primjene D sustava u odnosu na A:• Praktički neograničen domet uz kvalitetu po želji
• Primjena digitalnih logičkih sklopova
• Mogućnost integracije usluga
• Integracija digitalnog prijenosa i komutacije
• 3R regeneracija
o Nedostatak D prijenosa u odnosu na A:• Veća potrebna širina frek. Spektra za prijenos iste vrste usluge
Svjetlovodni prijenosni sustavi
o ~ 1950. g. prigušenje vlakna je iznosilo oko 1000 [dB/km]
o ~ 1970. g. proizvedeno je vlakno s prigušenjem 20 [dB/km]
o ~ 1975. g. prigušenje vlakna iznosi ~ 0.2 [dB/km] u području valnih duljina oko 1550 [nm]
Svjetlovodni prijenosni sustavi
o Tijekom svog razvoja optički komunikacijski sustavi koristili su različita frekvencijska (valna) područja, tzv. “prozore”:
• I prozor 850 [nm]
• II prozor (S pojas) 1310 [nm] S ≡ short wavelength
• III prozor (C pojas) 1550 [nm] C ≡ centralni
• IV prozor (L pojas) 1625 [nm] L ≡ Long Wavelength
Svjetlovodni prijenosni sustavi
Prednosti primjene svjetlovodnog vlakna
o Širokopojasni prijenos (T Hz)
o Manje prigušenje
o Veliki razmak regeneratora ( ~ 100 km)
o Manji volumen i težina (primjena: zrakoplovi, sateliti, plovila)
o Sirovina (kvarcno staklo – silicij)
o Nema preslušavanja između niti
o Manja mogućnost prisluškivanja
o Veća pouzdanost i dulji vijek trajanja
Svjetlovodna vlakna
o Na optički signal pri prijenosu svjetlovodnim vlaknom djeluju:• Prigušenje
• disperzija
o Prigušenje
Svjetlovodna vlakna
o Disperzija
Elementi svjetlovodnih prijenosnih sustava
o A)
o B) za duže veze
E/O O/E E/O O/E
E/O O/E
PojačaloPred. Prij.
OPTIČKO POJAČALO
Pred. Prij.
ili
Prijenosni kapacitet
o Može se povećati na tri načina
o A) prostorni multipleks - OSDM
E/O
E/O
E/O
O/E
O/E
O/E
.
.
.
.
.
.
.
.
1
2
N
1
2
N
Prijenosni kapacitet
o B) vremenski multipleks - OTDM
Prijenosni kapacitet
o C) valni multipleks – OFDM (WDM)
VALNI
MUX
VALNI
DE
MUX
O/E
O/E
O/E
E/O
E/O
E/O
.
.
.
.
1
2
N
1
2
N
λ1
λ2
λN
λ1
λ2
λN
λ1 + λ2 + � + λN
Prijenosni kapacitet
o MUX i DEMUX su najčešće interferencijski filteri• Zrake se reflektiraju bez ikakvog prigušenja
• Prigušenje zraka koje se propuštaju kroz takav filter je manje od 0.1 [dB]
o SWP - Short wavelength pass
o LWP – Long wavelength pass
Jednosmjerni WDM MUX
Dvosmjerni WDM MUX
Dvosmjerni WDM MUX
o C ≈ 3 x 108 m/s brzina svjetlosti u slobodnom prostoru
o Brzina svjetlosti u optičkom vlaknu ovisi o indeksu loma svjetlovoda i iznosi ≈ 2 x 108 m/s
o Veza između razmaka frekvencija Δf i razmaka valnih duljina Δλ
o Jednadžba je diferencirana ok centralne λ0
WDM
o Današnji WDM sustavi uglavnom rade u trećem prozoru: • λ
0= 1550 [nm]
• Najmanji gubici
• Raspoloživost izvrsnih optičkih pojačala
o Najčešći razmaci u komercijalnim sustavima su:
Δf Δλ
400 [GHz] 3,2 [nm]
200 [GHz] 1,6 [nm]
100 [GHz] 0,8 [nm]
50 [GHz] 0,4 [nm]
25 [GHz] 0,2 [nm]
Sinkronizacija takta
o U najjednostavnijem načinu digitalnog prijenosa (od točke do točke) svaki smjer prijenosa može imati svoj takt koji je određen taktom predajnika
o Na prijemnoj strani takt se dobiva ekstrakcijom takta iz dolaznog signala
o Taktovi mogu biti različitih frekvencija - ASINKRONI
Sinkronizacija takta
o Problem nastaje ako se u čvorovima mreže multipleksiraju pritoci s različitom frekvencijom taktova
o Moguća su dva rješenja:• Taktovi su asinkroni, ali odstupanja od nominalne frek. ne smiju biti veća od
definiranog iznosa Δf -> PLEZIKRONA MREŽA
• Svi taktovi su iste frekvencije -> SINKRONA MREŽA
Hijerarhija PDH sustava
PDH
o Prema ITU-T preporukama G. 702 standardizirane su tri različite hijerarhije PDH sustava
EUROPA SAD JAPAN
Mbit/s Broj pritoka Mbit/s Broj pritoka Mbit/s Broj pritoka
2 30/31 1.5 24 1.5 24
8 4 6 4 6 4
34 4 44 7 32 5
140 4 98 3
565 4
Nedostaci PDH
o Tri različita standarda u svijetu (EU, SAD, Japan)
o Max. Standardizirana brzina prijenosa – 140 Mbit/s
o Različite strukture okvira na različitim brzinama prijenosa
o Novo zaglavlje na svakoj hijerarhijskoj razini
o Na nekim hijerarhijskim nivoima multipleksiranje može bit po bit
o Pritoci u multipleksnom signalu nisu direktno vidljivi
o Asinkrono multipleksiranje i demultipleksiranje (korak po korak)
o Ograničena podrška za upravljanje i održavanje (nema rezervnog
kapaciteta)
Sinkrona digitalna hijerarhija
o Synchronous Digital Hierarchy
o Za brzine prijenosa veće od 140 Mbit/s
o Temelji se na sinkronom odnosu između taktova u mreži
o 1985. g. uvedena je prva sinkrona optička mreža SONET (Synchronous Optical Network) u SAD-u.
• Najniža razina STS-1 (Synchronous Transport Signal Level 1) brzine 51,84 Mbit/s
• Prihvaća pritoke američkog standarda PDH od 44,736 Mbit/s
• Na sljedećoj razini SONET ima brzinu prijenosa 155,52 Mbit/s (STS-3)
• STS-3 je prihvaćena kao prva razina SDH u Europi jer prihvaća PDH pritoke 140 Mbit/s. (STM-1 – SynchronousTransport Modul Level 1)
o 1988. g. SDH i SONET povezani su u jedinstveni standard
Sinkrona digitalna hijerarhija
SDH BRZINA
PRIJENOSA Mbit/s
SONET
51,84 (52) STS-1
STM-1 155,52 (155) STS-3
STM-4 622,08 (620) STS-12
STM-16 2448,32 (2500) STS-48
STM-64 10000 STS-192
STM-256 40000 STS-768
Sinkrona digitalna hijerarhija
o Prednosti SDH u odnosu na PDH:
• Jedinstven standard (kompatibilna oprema)
• Prihvaća sve tipove pritoka PDH, kao i ostalih formata (npr. ATM)
• Fleksibilnost prilagodbe na nove usluge
• Ugrađeno 5% ukupnog kapaciteta za upravljanje i održavanje mreže
• Direktno sinkrono demultipleksiranje
STM-1
o Osnovni okvir u SDH
o Smješten je u vremenski interval od 125 μs
o Elemetarna jedinica je znak od 8 bita, brzine prijenosa 64 kbit/s
o Okvir se dijeli na zaglavlje SOH (Section Overhead) i koristan teret s virtualnim spremnikom VC (Virtual Container)
o Okvir se najčešće prikazuje u obliku matrice od 9 redaka i 270 stupaca
STM-1
SOH SOH SOH
125 µs
1 2
271
9 10 11
279 280 281
270
540
2430
9 r
ed
ak
a
9 stupaca 261 stupac
ZAGLAVLJE
SOHVIRTUALNI SPREMNIK
VC
Struktura STM-1
o Broj znakova u zaglavlju 9 redaka x 9 stupaca = 81
o Ukupan broj z nakova u okviru 9 x 270 = 2430
o Koristan teret sadrži 9 x 261 = 2349 znakova
o Ukupna brzina prijenosa STM-1• 2430 x 64 kbit/s = 155,52 Mbit/s
o Na zaglavlje otpada kapacitet• 81 x 64 kbit/s = 5,184 Mbit/S
o A na koristan teret• 2349 x 64 kbit/s = 150,34 Mbit/s
Multipleksiranje
o Kod SDH se primjenjuje sinkrono multipleksiranje znak po znak s multipleksnim faktorom 4
o Multipleksiraju se svi znakova u okviru (zaglavlje, teret)
o Postupak multipleksiranja 4 pritoka prve razine SDH na prvu višu razinu:• 4 x STM-1 = STM-4
• 4 x 155,52 = 622,08 Mbit/s
Multipleksiranje
MUX
T
STM – 1
(A)
STM – 1
(B)
STM – 1
(C)
STM – 1
(D)
STM - 4
T
Znak od 8 bita STM - 1 Znak od 8 bita STM - 4
Osnovne komponente SDH mreže
o Regenerator
o Terminalni multipleksor TM ( Terminal Multiplexer) – multipleksira odnosno demultipleksira ulazne pritoke (PDH ili SDH) na odgovarajuću razinu SDH
Osnovne komponente SDH mreže
o Digitalni prospojnik D x C (Digital Cross Connect) – prospaja (komutira) pojedinačne virtualne spremnika ili njihove grupe
D x C
STM - 16
STM - 4
STM - 1
140
34
2
STM - 16
STM - 4
STM - 1
140
34
2
Osnovne komponente SDH mreže
o “Add and drop” multipleksor ADM – izdvaja pojedine segmente niže razine prijenosa iz digitalnog slijeda veće brzine ili dodaje pojedine segmente niže razine prijenosa u digitalni slijed veće brzine prijenosa
Vremenski razvoj TK mreža
o Analogne mreže
• Analogni prijenos
• Prostorna (analogna) komutacija
o Digitalni prijenos
• Prostorna (analogna) komutacija
o Integrirana digitalna mreža
• Digitalni prijenos
• Digitalna (vremenska) komutacija
• Zasebna tel. mreža i mreža za prijenos podataka
Digitalna mreža s integriranim uslugama -ISDN
o Integrirani: prijenos, komutacija i usluge
o 1984. g. serijom preporuka definiran je ISDN (Integrated Services Digital Network) koji na korisničkom sučelju omogućuje prijenosne brzine do 2 Mbit/s. Kasnije preimenovan u uskopojasni N-ISDN
(Narrow Band)
o B-ISDN (Broadband) je sustav koji omogućuje brzine >= 140 Mbit/s
o 1985. g. – SONET
o 1988. g. SDH i SONET povezani su u jedinstveni standard
o 1988. g. serijom preporuka definiraj je ATM
ATM – Asynchronous Transfer Mode
o Koristi asinkroni TDM kojim se tok korisničkih informacija pakira u kratke pakete (ćelije) fiksne duljine (ATM cell)
o Treba omogućiti brzi prijenos i komutaciju informacija između poslužitelja širokopojasnih usluga i krajnjih korisnika
o ATM je spojna tehnika komuniciranja
o ATM je razvijen kao univerzalna transportna tehnologija
o Podaci se statistički multipleksiraju
o Fiksna duljina paketa doprinosi većoj brzini komutiranja i smanjuje složenost hardvera
ATM
o Svaka se ćelija sastoji od• Zaglavlja (Header) H i
• Korisničkog polja (Information field) L
o Učinkovitost prijenosa korisničkih informacija ATM ćelijama
o Glede učinkovitosti poželjno je da je ćelija što dulja, a glede kašnjenja što kraća
ATM
o Studijska grupa ITU-T donijela je odluku o strukturi paketa:
o Protokolni pretek (overhead) = što je ujedno i osnovna zamjerka ATM-u
%43,910053
5 =•
ATM
o Asinkroni izvori mogu generirati ćelije u nepravilnim vremenskim razmacima
o ATM čuva integritet poredka ćelije
IZVOR 1 IZVOR 2 IZVOR 3
Nedodjeljena (prazna) ćelija
Pakiranje ATM ćelija u SDH okvire
�...
9 re
daka
Pakiranje ATM ćelija u E1 okvire
o Temelji se na 32 kanalskoj strukturi E1 okvira
o Kanali 1-15 i 17-31 koriste se za prijenos ATM ćelija
o Nije definiran odnos između početka ATM ćelije i početka E1 okvira
o Za prijenos ATM ćelija ostaje raspoloživo 1,92 Mbit/s
Suvremena TK mreža
o Suvremena TK mreža temelji se na:
• Digitalnom prijenosu i vremenskom multipleksiranju u električkoj domeni,
• Valnom multipleksiranju u optičkoj domeni, te
• Digitalnoj komutaciji (prostorno-vremensko prospajanje)
Suvremena TK mreža
o Suvremena arhitektura TK mreže razlikuje dvije osnovne razine:• Jezgrenu
• Pristupnu
Pitanja
