Arhitektura telekomunikacijske mreže

Transcript

1 Sveučilište u Zagrebu FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI Zavod za informacijsko-komunikacijski promet Katedra za tehniku informacijsko informacijsko-komunikacijskog komunikacijske sustave prometa i mreže Kolegij: Arhitektura telekomunikacijske mreže (ak. god /2017.) Digitalni prijenosni sustavi, PDH/SDH, ATM prof. dr. sc. Dragan Peraković doc. dr. sc. Marko Periša prof. dr. sc. Slavko Šarić dr. sc. Ivan Forenbacher

2 Primjer zajedničkog multipleksiranja K analognih (A) i M digitalnih (D) izvora u skupni TDM signal

3 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)

4 Alternativa: STATISTIČKO MULTIPLEKSIRANJE (SM) o Statistical Multiplexing, ASINKRONI TDM

5 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

6 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

7 Svjetlovodni prijenosni sustavi o ~ g. prigušenje vlakna je iznosilo oko 1000 [db/km] o ~ g. proizvedeno je vlakno s prigušenjem 20 [db/km] o ~ g. prigušenje vlakna iznosi ~ 0.2 [db/km] u području valnih duljina oko 1550 [nm]

8 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

9 Svjetlovodni prijenosni sustavi

10 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

11 Svjetlovodna vlakna o Na optički signal pri prijenosu svjetlovodnim vlaknom djeluju: Prigušenje disperzija o Prigušenje

12 o Disperzija Svjetlovodna vlakna

13 Elementi svjetlovodnih prijenosnih sustava o A) o B) za duže veze Pred. Pojačalo Prij. E/O O/E E/O O/E ili Pred. E/O Prij. O/E OPTIČKO POJAČALO

14 Prijenosni kapacitet o Može se povećati na tri načina o A) prostorni multipleks - OSDM 1 E/O O/E 1 2 N.... E/O E/O O/E O/E N

15 o B) vremenski multipleks - OTDM Prijenosni kapacitet

16 Prijenosni kapacitet o C) valni multipleks OFDM (WDM) 1 E/O λ 1 λ 1 O/E 1 2 N E/O E/O λ 2 λ N VALNI MUX λ 1 + λ λ N VALNI DE MUX λ 2 λ N O/E O/E N

17 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

18 Jednosmjerni WDM MUX

19 Dvosmjerni WDM MUX

20 Dvosmjerni WDM MUX o C 3 x 10 8 m/s brzina svjetlosti u slobodnom prostoru o Brzina svjetlosti u optičkom vlaknu ovisi o indeksu loma svjetlovoda i iznosi 2 x 10 8 m/s o Veza između razmaka frekvencija Δf i razmaka valnih duljina Δλ o Jednadžba je diferencirana ok centralne λ 0

21 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]

22 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

23 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

24 Hijerarhija PDH sustava

25 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/

26 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)

27 Sinkrona digitalna hijerarhija o o o o Synchronous Digital Hierarchy Za brzine prijenosa veće od 140 Mbit/s Temelji se na sinkronom odnosu između taktova u mreži 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 Synchronous Transport Modul Level 1) o g. SDH i SONET povezani su u jedinstveni standard

28 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 ,32 (2500) STS-48 STM STS-192 STM STS-768

29 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

30 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

31 STM µs SOH SOH SOH redaka ZAGLAVLJE SOH VIRTUALNI SPREMNIK VC stupaca 261 stupac

32 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 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

33 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

34 Multipleksiranje T STM 1 (A) STM 1 (B) STM 1 (C) MUX STM - 4 T STM 1 (D) Znak od 8 bita STM - 1 Znak od 8 bita STM - 4

35 Osnovne komponente SDH mreže o Regenerator o Terminalni multipleksor TM ( Terminal Multiplexer) multipleksira odnosno demultipleksira ulazne pritoke (PDH ili SDH) na odgovarajuću razinu SDH

36 Osnovne komponente SDH mreže o Digitalni prospojnik D x C (Digital Cross Connect) prospaja (komutira) pojedinačne virtualne spremnika ili njihove grupe STM - 16 STM - 4 STM D x C STM - 16 STM - 4 STM

37 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

38 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

39 Digitalna mreža s integriranim uslugama - ISDN o Integrirani: prijenos, komutacija i usluge o 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 g. SONET o g. SDH i SONET povezani su u jedinstveni standard o g. serijom preporuka definiraj je ATM

40 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

41 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

42 ATM o Studijska grupa ITU-T donijela je odluku o strukturi paketa: o Protokolni pretek (overhead) = 100 = 9,43% što je ujedno i 53 osnovna zamjerka ATM-u 5

43 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

44 Pakiranje ATM ćelija u SDH okvire... 9 redaka

45 Pakiranje ATM ćelija u E1 okvire o Temelji se na 32 kanalskoj strukturi E1 okvira o Kanali 1-15 i 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

46 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)

47 Suvremena TK mreža o Suvremena arhitektura TK mreže razlikuje dvije osnovne razine: Jezgrenu Pristupnu

48 Pitanja