Redes de Transporte SDH Sincronização de rede

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1 Redes de Transporte SDH Sincronização de rede João Pires Redes de Telecomunicações 90

2 Parâmetros característicos dos relógios Precisão: Exprime o desvio do valor real da frequência do relógio em relação ao seu valor nominal (f 0 ). Estabilidade: Mede as flutuações de frequência de um relógio durante um certo período de tempo. Relógio estável e preciso Relógio estável e impreciso Relógio instável e preciso Relógio instável e impreciso Frequência f 0 Frequência f 0 Frequência f 0 Frequência f 0 Tempo Tempo Tempo Tempo A precisão de uma relógio pode ser caracterizada em termos da sua diferença de fase relativamente a um relógio de referência, usando-se para isso dois parâmetros: intervalo de tempo de erro ou TIE (Time Interval Error), e máximo intervalo de tempo de erro ou MTIE (Maximum Time Interval Error). João Pires Redes de Telecomunicações 9

3 Parâmetros característicos dos relógios TIE : variação do atraso temporal de um dado sinal de relógio relativamente a uma referência ideal no fim do período de observação MTIE: valor máximo de TIE no período de observação. TIE = MTIE O TIE depende da estabilidade e precisão do relógio O desvio de frequência a longo prazo é definido pelo quociente entre o MTIE e a duração do período de observação de longo prazo. Fonte: P.K. Bhatnagar, Engineering Networks for Syncronization, CCS7, and ISDN IEEE Press, 997 João Pires Redes de Telecomunicações 9

4 Sincronização em redes SDH A sincronização da rede SDH requer a existência de uma rede de sincronização apropriada para distribuir o relógio de referência primária ou (Primary Referece Clock) para todos os elementos de rede. A rede de sincronismo inclui os elementos de rede (NE) descritos a seguir: Abreviação Designação dos NE ITU-T Precisão (modo síncrono ) Precisão (modo livre ) -A -B Primary Reference Clock Synchronization Suply Unit-type A Synchronization Suply Unit-type B G.8 G.8 G Equipamento independente dos elementos de rede SDH. SEC Synchronous Equipment Clock G A informação da qualidade dos relógios é transmitida no campo SSM (Syncronization Status Message) dos octecto S (quatro últimos bits). Qualidade -A -B SEC DNU DNU ( Do Not Use) Código SSM Não usar para fins de sincronismo João Pires Redes de Telecomunicações 93

5 Relógio de referência primária O relógio de referência primária ou é um relógio com muito alta precisão e estabilidade e funciona como o relógio mestre da rede de sincronismo. Normalmente, o relógio mestre é constituído por dois ( de serviço e de reserva). Em funcionamento normal só o de serviço está activo. A geração do sinal é feita, normalmente, usando um relógio atómico de césio. Podem-se identificar três tipos de : autónomo, controlado por rádio e misto. No primeiro caso o é constituído por relógios de césio (tubo de césio). No segundo caso usa os relógios de césio remotos situados num satélite. autónomo controlado via rádio misto Tubo de césio Tubo de césio Tubo de césio Receptor de rádio Receptor de rádio Receptor de rádio Receptor de rádio Tubo de césio Tubo de césio Saídas de referência.048 MHz ou.040 Mb/s-HDB3 Saídas de referência Saídas de referência Saídas de referência No caso do controlado via rádio usa-se o sinal dos relógios de césio disponíveis nos satélites do sistema GPS (Global Positionning System). Este sistema é constituído por uma constelação de satélites de baixa altitude usados no apoio à navegação. João Pires Redes de Telecomunicações 94

6 Configuração típica de um Para garantir um elevado padrão de fiabilidade em cada é usada uma configuração com osciladores de césio redundantes. Normalmente, são usados três osciladores de césio. Oscilador de césio 5 MHz f Sintetizador de frequência.048 MHz Sinal de referência primária a.084 MHz Oscilador de césio 5 MHz f Sintetizador de frequência.048 MHz t Oscilador de césio 5 MHz f 3 f f f 3 Sintetizador de frequência Comparador.048 MHz Controlo O comparador calcula f - f, f - f 3 e f - f 3. O sintetizador de frequência converte a frequência de 5 MHz na frequência.048 MHz. O comparador monitoriza as três frequências para detectar, quais as duas cujas diferença de frequências é menor. Uma destas será usada como a referência primária do. João Pires Redes de Telecomunicações 95

7 Relógios escravos Os relógios escravos funcionam sobre o controlo de uma referência exterior que em situação normal provém do (relógio mestre). Há duas categorias de relógios escravos: os e os SEC. Os primeiros são relógios exteriores aos elementos de rede SDH, enquanto os segundos são relógios internos desses elementos. Um relógio escravo tem três modos distintos de operação: - Modo síncrono: opera sobre o controlo da referência exterior; - Modo autónomo (holdover): gera uma referência própria a partir do valor da frequência da referência exterior que tem em memória; - Modo livre (free run): gera uma frequência própria independente da referência exterior. A base de um relógio escravo é um PLL (phase-lock loop) que é responsável por sincronizar a fase de um oscilador de quartzo de alta precisão com a fase do sinal de referência recebido. Referência exterior Comparador de fase Estrutura de um PLL A/D Filtro digital A/D Oscilador de precisão Saída do PLL João Pires Redes de Telecomunicações 96

8 Função dos As áreas funcionais de um são: recepção das referências de entrada e supervisão, oscilador interno, geração das referências de saída e gestão. Interfaces de entrada:.048 MHz,.048 Mb/s (HDB3) + SSM Sincro entrada Sincro entrada Sincro entrada Oscilador interno Oscilador interno Sincro saída Sincro saída Sincro saída Sincro saída Controlo e gestão Interfaces de saída:.048 MHz,.048 Mb/s (HDB3) + SSM A função de recepção de referências consiste em selecionar o sinal de referência a usar a partir dos sinais de temporização originados no (ou noutros ) e que chegam à unidade por diferentes percursos. A referência seleccionada é ainda supervisionada, assim como as outras referências acedidas, de modo a haver sempre sinal de referência apropriado em caso de comutação de protecção. Os relógios internos são usados para melhorar a qualidade das referências de saída (filtrando o jitter e o vagueio da referência de entrada) e para funcionar como fonte de temporização quando o funciona em modo autónomo. A gestão do é responsável por registar e reportar informação de desempenho e por permitir realizar uma configuração remota do. João Pires Redes de Telecomunicações 97

9 Estutura de um SEC O SEC tem como função seleccionar de entre os sinais a que tem acesso (sinais de linha STM-N, ou sinais de referência externa), o sinal a usar para extrair a fase de referência usada para controlar o relógio interno do NE. O SEC não está directamente ligado aos sinais de linha STM-N de entrada ou saída, mas sim ao sinais de temporização de linha, obtidos a partir de interfaces apropriadas. Sinais de referência externa (.048 MHz) Tráfego Sincronismo STM-N Interface de linha Interface de referência externa T4 T3 Interface de linha STM-N T SEC T T0 T0 STM-N T0 Interface de linha Processamento de sinal Interface de linha STM-N Elemento de Rede João Pires Redes de Telecomunicações 98

10 Tipos de sinais no SEC O modo de operação de um elemento de rede ou NE (Network Element) em termos de sincronismo é definido pelo tipo de referência usada para sincronizar o SEC. Se a referência for derivada da linha, sinal T, o modo de operação designa-se por temporização de linha. Se a referência for externa, sinal T3, o modo de operação designa-se por temporização externa. Tipos de sinais de sincronização Sinais de referência de entrada T: sinal derivado do sinal de linha STM-N; T3: sinal derivado da referência proveniente do (.048 MHz ou.048 Mb/s com SSM) Sinais de referência de saída T0: Sinal de temporização usado para sincronizar o equipamento no interior do NE e para gerar as tramas STM-N de saída. T4: Sinal disponibilizado pelo NE para o (.048 MHz ou.048 Mb/s com SSM). O sinal com SSM é usado para trocar informação de sincronismo entre o e o NE dentro de um nó. João Pires Redes de Telecomunicações 99

11 Arquitectura das redes de sincronização Arquitecturas de rede: mestre-escravo, mestre distribuído e mista. Na arquitectura mestre-escravo a rede apresenta uma topologia em árvore com diferentes níveis hierárquicos. O nível mais elevado contém o, o qual pode ser duplicado de modo a garantir uma reserva em caso de falha. Não são permitidas malhas fechadas Percurso de distribuição de sincronismo normal Percurso de distribuição de sincronismo alternativo SEC Não são permitidos mais de 0 SEC entre s, ou entre o e os. Cadeia Anel No máximo pode haver 0 por cadeia de sincronização Sub-rede com capacidade de auto-reconfiguração do sincronismo em caso de falha O número total de relógios SEC numa cadeia de sincronização não deve exceder os 60 João Pires Redes de Telecomunicações 00

12 Arquitectura mestre-escravo O nível hierárquivo mais elevado contém o relógio mestre () e proporciona o sinal de referência de sincronismo para um certo número de s (relógios escravos). A distribuição da referência principal aos pode ser feita directamente ou através de cadeias de SECs (relógios do equipamento SDH). A rede de sincronização apresenta uma topologia em árvore. No caso de falha na rede deve-se procurar, se possível, uma árvore alternativa. Cada um dos fornece o sinal de temporização a uma sub-rede constituída por cadeias ou anéis de elementos de rede SDH. Se o perder a referência principal proveniente do e não for possível encontrar um percuso alternativo o funciona como relógio mestre para essa sub-rede. Deve-se assegurar que um relógio escravo de qualidade elevada nunca é controlado por um relógio de qualidade inferior, usando para isso, nomeadamente a informação transportada na SSM. Tal medida evita as malhas fechadas de sincronismo. A principal vantagem desta arquitectura reside no facto do operador de rede ter um controlo total da sua rede de sincronização. Como contrapartida a rede de sincronização é complexa e requer caros. João Pires Redes de Telecomunicações 0

13 Arquitectura mestre distribuído O da rede é substituído pelo sistema GPS. As cadeias de distribuição mestre-escravo são substituídas por ligações via rádio. Um receptor de rádio processa o sinal GPS e extrai o sinal de referência para as s. A rede de sincronização do nível abaixo aos s é idêntica à solução mestre-escravo. Solução interessante para os novos operadores Sistema GPS por satélite Percurso de distribuição de sincronismo normal Receptor de GPS que gera o sinal de referência primária RX RX RX Percurso de distribuição de sincronismo alternativo Cadeia Anel RX RX Principais vantagens: Sinal de referência disponível em todo o mundo; vagueio desprezável; sem risco de malhas. Principais desvantagens: Dependência do operador de GPS, equipamento adicional, possibilidade de interferências. João Pires Redes de Telecomunicações 0

14 Arquitectura mista A sincronização mestre-escravo é o método mais usado pela maior parte dos operadores, especialmente pelos tradicionais com uma infraestrutura estabelecida. A solução mestre distribuído é mais apropriada para os novos operadores com uma infraestrutura reduzida. A solução mista é apropriada para redes pouco emalhadas, onde é difícil encontrar dois (ou mais) percursos alternativos para as referências que sincronizam os. Percurso de distribuição de sincronismo normal Percurso de distribuição de sincronismo alternativo A atribuição de prioridades define se no estado de funcionamento normal o sistema é sincronizado pelo e no caso de falhas pelo GPS, ou viceversa. RX 3 RX,,3: prioridades Cadeia Anel RX Vantagens: Aumento da fiabilidade do sinal de referência, devido ao uso de dois sistemas independentes. Desvanatagens: Sistema caro, devido ao custo do e dos receptores GPS. João Pires Redes de Telecomunicações 03

15 Cadeias de distribuição de sincronismo Os elementos de uma cadeia de distribuição de sincronismo podem funcionar em modo de temporização externo, ou modo de temporização de linha. No primeiro caso usa-se uma referência externa e o segundo o sinal STM-N. A Distribuição de sincronismo activa Distribuição de sincronismo não activa B T4 T3 T4 T3 NE NE NE 3 NE n Temporização Temporização de linha de linha Temporização externa Temporização externa SEC A.048 MHz T4 T3 O sinal de referência T é extraído do sinal de transporte STM-N T4 T3 O relógio interno do NE n não é usado para gerar o sinal T4, de modo a impedir a formação de uma malha de temporização fechada B T4 T3 O filtra o jitter e o vageio do sinal T4 e origina um sinal limpo T3 T0 T T0 T T0 T STM-N Interface de linha NE NE NE n João Pires Redes de Telecomunicações 04

16 Reconfiguração de cadeias de sincronização O processo de selecção da referência num SEC é baseado na informação de qualidade transmitida no SSM (é seleccionada a fonte com mais qualidade) e na lista de prioridades que é estabelecida para cada NE no processo de planeamento (perante fontes com a mesma qualidade escolhe-se a fonte com uma prioridade mais elevada). Cadeia operando em modo normal: Sincronizado pelo na entrada com prioridade Distribuição de sincronismo activa Distribuição de sincronismo não activa, e 3: prioridades das entradas 3 A Mensagem de qualidade transmitida na trama STM-N Referência de B NE NE NE n- NE n DNU DNU No NE à temporização externa (T3) corresponde a prioridade e à temporização de linha a prioridade. Em presença de T3 o SEC do NE fica sincronizado pelo. Mensagem de qualidade DNU transmitida para evitar a formação de malhas fechadas. O sinal de referência para o é derivado a partir do sinal de linha, mas não via SEC. Deste modo como não é possível ocorrer uma malha fechada entre os SECs do NE n e NE n-, enviase também em sentido oposto a mensagem. João Pires Redes de Telecomunicações 05

17 Reconfiguração de cadeias de sincronização () Na presença de uma falha do A ou da ligação física do A ao NE desencadeia-se o processo de reconfiguração da cadeia de sincronismo. Fase do processo de reconfiguração: - O relógio SEC do NE entra em modo autónomo, porque não pode usar a entrada com prioridade, e a mensagem de qualidade SEC é enviada. - O NE e os restantes elementos de rede ficam sincronizados ao NE. A Falha na ligação Mensagem de qualidade SEC transmitida na trama STM-N Referência de B SEC SEC SEC NE NE NE n- NE n DNU DNU Devido a uma falha na temporização externa o relógio interno (SEC) do NE- entra em modo autónomo. Mensagem de qualidade DNU transmitida para evitar a formação de malhas fechadas. O sinal NE n- escolhe o sinal de referência com qualidade mais elevada, que corresponde ao sinal na entrada com prioridade e sincroniza o SEC com esse sinal. João Pires Redes de Telecomunicações 06

18 Reconfiguração de cadeias de sincronização (3) Fase do processo de reconfiguração: - O SEC do NE n- seleciona a referência da entrada com prioridade, por ser a referência com maior qualidade. Para evitar a formação de uma malha fechada envia a mensagem DNU para o NE n. - O NE n depois de detectar esta mensagem desliga a entrada T4 e o passa a sincronizar-se a partir da referência na entrada com prioridade. O NE n continua sincronizado ao pois a qualidade da referência por este gerada (mesmo em modo autónomo) é superior à qualidade do SEC. A Mensagem de qualidade SEC transmitida na trama STM-N Referência de B SEC SEC DNU SEC NE NE NE n- NE n DNU Devido a uma falha na temporização externa o relógio interno (SEC) do NE- entra em modo autónomo. Como o SEC do NE n-está sincronizado pela entrada com prioridade, o problema das malhas fechadas desaparece e podese transmitir a mensagem. O sinal NE n- depois de sincronizar o seu relógio pela referência com prioridade, envia uma mensagem DNU para o NE n, para evitar a formação de uma malha fechada entre NE n-, o e o NE n. João Pires Redes de Telecomunicações 07

19 Reconfiguração de cadeias de sincronização (4) Fase final do processo de reconfiguração: - Como o NE n- está sincronizado com uma referência com qualidade, o sinal STM-N por ele enviado em sentido inverso pode ser usado para sincronizar todos os NE, subsituindo a mensagem DNU por. - Para evitar a formação de malhas fechadas a mensagem SEC transmitidas nas tramas STM-N em sentido directo é subsituída pela mensagem DNU. - O processo de reconfiguração termina quando todos os elementos de rede entre o A e o B ficam sincronizados com o B. A Mensagem de qualidade DNU transmitida na trama STM-N Referência de B DNU DNU DNU NE NE NE n- NE n Devido a uma falha na temporização externa o relógio interno (SEC) do NE- entra em modo autónomo. O NE fica sincronizado com a referência na entrada com prioridade, porque tem uma qualidade superior à referência da entrada com prioridade. Todos os elementos de rede da cadeia de sincronismo passam a ficar sincronizados a partir do B. João Pires Redes de Telecomunicações 08

20 Aspectos do planeamento da rede de sincronismo A primeira fase do planeamento da rede de sincronismo consiste em definir a localização do principal e escolher a árvore de distribuição de sincronismo principal. Quando a localização do não é especificada pelo operador podem usar-se os seguintes critérios: ) Deve-se garantir um número mínimo de hierarquias; ) Árvores de distribuição de relógio equilibradas (quase o mesmo número de nós por sub-árvore); 3) Máximo número possível de nós na primeira hierarquia. Na escolha da árvora principal deve verificar-se a recomendação G.803 do ITU-T. Recomendação G.803 do ITU-T - Não são permitidas sequências de mais de 0 NE (SEC) entre dois - No máximo pode haver 0 s por cadeia de sincronização - O número total de relógios ( e SEC) permitidos numa cadeia é de 60. A segunda fase consiste na escolha da localização do de reserva. A terceira fase consiste na escolha das ligações de reserva alternativas às ligações principais associadas à árvore principal. João Pires Redes de Telecomunicações 09

21 Exemplo de sincronização num rede SDH Colocação do e das numa rede SDH Árvore Principal J F C K L I B A H G E D Fonte: A. Mata, M. T. Leixo, C. Ribeiro, Sincronização em redes SDH, TFC, IST, 000. João Pires Redes de Telecomunicações 0