Funktionsprinzip des PCM-120-Multiplexer

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1 Funktionsprinzip des PCM-120-Multiplexer Taktverhältnis PCM120/PCM30 = 8448/2048 = PCM-30 Puffer würde leerlaufen 2048 kbit/s < 2052 kbit/s Lesetakt 2052 khz Sendetakt anteilig pro PCM-30-System Lesetakt 2052 khz Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 201 Funktionsprinzip des PCM-120-Demultiplexer Schreibtakt 2052 khz Mittelwertfilterung aus lückenhaften Takt Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 202

2 Die Synchrone Digitale Hierarchie (SDH) Divergente Entwicklung der PDH durch durch fehlende Normung der CCITT PDH wurde für Schmalband-ISDN entwickelt PDH für Breitbandanwendungen > 100 Mbit/s nur bedingt verwendbar 1987 SONET Synchronous Optical Network, auf nordamerikanische Bitraten zugeschnitten 1988 Konzept der SDH SDH wandelt das starre Übertragungsnetz auf Hardwarebasis in flexibles softwaregestütztes System Elementarsignal der SDH (kleinster gemeinsamer Nenner für bestehende Multiplexsysteme der PDH) ist STM-1 (Synchronous Transport Modul 1) Rahmendauer 125 µs byteorientiertes Multiplexing Jedem Byte entspricht ein 64-kbit/s-Kanal Brutto-Übertragungskapazität 155,52 Mbit/s Netto-Übertragungskapazität 150,336 Mbit/s Nutzinformationsanteil 96,66 % Höhere Multiplexstufen ergeben sich als ganzzahliges Vielfaches N der Grundstruktur N*(STM-1) byteweise gemultiplext Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 203 Unterschiede von PDH und SDH PDH Bildung einer Bitfolge n+1-ter Ordnung nur aus Bitfolgen n-ter Ordnung möglich SDH Bildung einer Bitfolge n+1-ter Ordnung aus Bitfolgen 1...n-ter Ordnung möglich Unterschiedliche Taktgeber je Multiplexstufe Gemeinsamer Takt für alle Multiplexstufen Unterschiedliche und steigende Anforderungen an die Frequenzkonstanz der Multiplexstufen Einzelne Stufen in sich synchron untereinander aber nicht synchron (unterschiedliche Frequenz und Phase) Einfügen und Herauslösen von Kanälen nur in mehreren Schritten möglich (Bit-Multiplexen, außer PCM30) Hohe Anforderungen an die Frequenzkonstanz der Multiplexstufen Δf Alle Multiplexstufen untereinander synchron (gleiche Frequenz aber Phasenunterschiede) Einfügen und Herauslösen von Kanälen in einem Schritt möglich (Pointer) (Byte-Multiplexen) Unterschiedliche Rahmenstruktur pro Multiplexstufe Einheitliche Rahmenstruktur für Alle Multiplexstufen Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 204

3 Einfügen und Auslösen eines PCM-30 Signals in der PDH PCM-1920 PCM-480 PCM-120 PCM-30 Alle Multiplexstufen müssen durchlaufen werden Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 205 Aufbau einer SDH-Strecke Umfasst mehrere Transportabschnitte (sections) Cross- Connect Regenerator Abschnitt Regenerator Abschnitt Regenerator Abschnitt RSOH= Regenerator Section Overhead Multiplexerabschnitt Multiplexerabschnitt MSOH= Multiplex Section Overhead Pfad POH= Path Overhead (Zubringer) Daten begleitende Informationen Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 206

4 Struktur des STM-1-Signals (1) Zeitliche Darstellung Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 207 Struktur des STM-1-Signals (2) AU-Pointer Adressierung der Administrativen Units im Payload RSOH= Regenerator Section Overhead MSOH= Multiplex Section Overhead 9 Zeilen Section Overhead Byte SOH (RSOH) AU-Pointer Section Overhead SOH (MSOH) 270 Spalten zu je 1 Byte 261 Byte Nutzdaten + begleitende Informationen (POH Path-Overhead) + Pointer + Stopfinformation PAYLOAD = verpackte und gemultiplexte Nutzdaten 261x9 PAYLOAD-Byte pro Rahmen entspricht 150,336 Mbit/s 125 μs Übertragung zeilenweise von links nach rechts 270*9*8bit/125µs=155,52 Mbit/s Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 208

5 Section Overhead (SOH) Übertragungskanäle für Netzwerkmanagement Kennzeichnung einzelner STM-1 Signale im STM-N-Rahmen ermöglicht die Synchronisation und die Kommunikation zwischen zwei SDH- Multiplexern selbstheilendes Netz Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 209 Multiplexschema der SDH Synchronous Transport Modul STM-N xn Administrative Unit Groups AUG Administrative Virtuelle Units Container höherer Ordnung AU-4 VC-4 Tributary Unit Groups Tributary Units Virtuelle Container niederer Ordnung Container C Mbit/s x3 x3 TUG-3 TU-3 VC-3 xn AU-3 VC-3 Byteweises Multiplexen von N Signalen Aligning (Anpassung, Container+Pointer) x7 x7 TUG-2 x3 x4 C-3 TU-2 VC-2 C-2 TU-12 VC-12 C Mbit/s 34 Mbit/s 6 Mbit/s 2 Mbit/s Mapping (Daten +Path Overhead) TU-11 VC-11 C-11 1,5 Mbit/s Mapping = Abbildungsvorschrift für den Einbau plesiochroner Daten in Container fester Größe Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 210

6 Multiplexschema in Europa nach ETSI Synchronous Administrative Administrative Virtuelle Transport Unit Groups Units Container Modul höherer Ordnung xn STM-N AUG AU-4 VC-4 Tributary Unit Groups Tributary Units Virtuelle Container Container niederer Ordnung C Mbit/s VC-4 ist der einzige Container höherer Ordnung TU-11 wird nicht benutzt xn Byteweises Multiplexen von N Signalen Aligning (Anpassung, Container+Pointer) x3 x7 TUG-3 x7 TUG-2 x3 TU-3 VC-3 C-3 TU-2 VC-2 C-2 TU-12 VC-12 C Mbit/s 34 Mbit/s 6 Mbit/s 2 Mbit/s Mapping (Daten +Path Overhead) VC-11 C-11 1,5 Mbit/s Mapping = Abbildungsvorschrift für den Einbau plesiochroner Daten in Container fester Größe Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 211 Container (C) Transportmodul für plesiochrone oder synchrone Nutzinformation entspricht einer definierten netzsynchronen Übertragungskapazität Container sind auf Bitraten der PDH zugeschnitten (Container sind größer) C-11 => 1544 kbit/s (Japan, USA) -> DS-1 C-12 => 2048 kbit/s (Europa) -> PCM-30 (bedeutendstes Mapping) C-2 => 6312 kbit/s (Japan, USA) -> DS-2 C-3 => kbit/s (Europa) -> PCM-480 oder kbit/s (USA) -> DS-3 C-4 => kbit/s (Europa) -> PCM-1920 Anpassungsvorgänge bei plesiochronen Signalen notwendig Containerinhalt besteht aus: Nutzinformation Stopfinformation ohne Informationsgehalt zur groben Anpassung an Nutzdatenrate (->festes Stopfen an festen Bitstellen) Bitstellen mit oder ohne Informationsgehalt (Nutz- oder Stopfbits) zur genauen Taktanpassung (->variables Stopfen) Stopfkennungsbits zur Kennzeichnung der Stopfinformation Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 212

7 Virtuelle Container (VC) Virtueller Container = Container + Path Overhead Path Overhead (POH) = informationsbegleitende Daten für Container Multiplexer bis zum Demultiplexer POH enthält Informationen zum zuverlässigen Transport eines Containers (-> zur Qualitätskontrolle) POH-Größe abhängig von Größe des Containers 1 Byte für VC-1 und VC-2 9 Byte für VC-3 und VC-4 Virtuelle Container-Arten: Höherer Ordnung sind direkt im STM-1-Rahmen übertragbar (VC- 4,VC-3) Niederer Ordnung sind zusammenfassbar in Container höherer Ordnung (VC-1, VC-2) Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 213 POH der Virtuellen Container Pfadkennung Mapping-Kennung Rückmeldung Übertragungsfehler Wartung Positionsanzeige Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 214

8 Tributary Units & Tributary Unit Groups Tributary Units (TU) Tributary Unit = VC niederer Ordnung + TU-Pointer Tributary Unit = Informationseinheit eines Containers höherer Ordnung, in den VC niederer Ordnung gleiten kann TU-Pointer zur Angabe der Phasenbeziehung zwischen den virtuellen Containern (notwendig, da keine Phasensynchronität zwischen unterschiedlichen Zubringersystemen sichergestellt werden kann) Tributary Unit Groups (TUG) Vor dem Verpacken von Tributary Units in übergeordneten Containern erfolgt byteweises Verschachteln (Multiplexen) zu Tributary Unit Groups Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 215 Administrative Units & Administrative Unit Groups Administrative Units (AU) Administrative Unit = VC höherer Ordnung + AU-Pointer Administrative Unit = Anteil des STM-1-Rahmens, in den ein Container höherer Ordnung gleiten kann Jede Administrative Unit enthält eine Pointer auf das erste Byte des Path Overheads (POH) des Virtuellen Containers (VC) zur Auflösung der Phasenbeziehung Administrative Unit Groups (AUG) wird durch byteweises Verschachteln (Multiplexen) von Administrative Units erhalten Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 216

9 Beispiel: Bildung einer Administrativen Unit Group (AUG) VC-3 = kbit/s (Europa) -> PCM POH Phasenbeziehung Multiplexen Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 217 Pointer Pointer (Zeiger) sind innerhalb der SDH von zentraler Bedeutung Aufgaben der Pointer: Pointer dienen zur Positionsangabe für den Zugriff auf beliebige Teilsignale der Multiplexhierarchie (Add-/Drop-Multiplexer) Pointer dienen zur Synchronisation zwischen Nutzsignal und dem übergeordneten Rahmen (TU oder AU), indem sie Stopfmöglichkeiten bieten Ausgleich von Phasenverschiebungen Ausgleich von Schwankungen in der Übertragungsrate Pointerarten: Es gibt zu jedem VC einen Pointer AU-4-Pointer und AU-3-Pointer TU-3-Pointer TU-1/TU-2-Pointer Zugriff auf einen VC: Der Zugriff auf VCs höherer Ordnung erfolgt über die AU-Pointer Der Zugriff auf die VCs niederer Ordnung erfolgt zunächst über die AU-Pointer und zusätzlich über die TU-Pointer Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 218

10 Aufbau eines Pointers H1 H1 H2 H3 Pointer H2 Jeder Pointer besteht aus 3 Bytes S S I D I D I D I D I D New Data Flag Pointer- Typ Pointer-Wert New Data Flag (4 Bit): Eine Invertierung auf 1001 zeigt an, dass ein neuer Pointer sofort gelten soll (Schnellsynchronisation) Pointer-Typ (2 S-Bit): Kennzeichen für Pointer-Typ ( 10 AU-4, AU-3, TU-3 00 TU-2 01 TU TU-11) Pointer-Wert (10 Bit): Wert zeigt auf den Rahmenanfang des transportierten Virtuellen Containers (Beginn Path-Overhead) in der entsprechenden AU oder TU an Signalisierung von Stopfvorgängen durch Invertierung der I-Bits bzw. D-Bits (Positivstopfen durch Invertierung der I-Bits, Negativstopfen durch Invertierung der D-Bits, Interpretation über Mehrheitsentscheidung) H3-Byte: Bereich für Negativstopfen Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 219 Beispiel: Stopfvorgänge AU-4 Negatives Stopfen Zubringer schneller als Multiplexsystem Positives Stopfen Zubringer langsamer als Multiplexsystem Nach Gaertner Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 220