Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

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1 Travail réalisé par Franck MENIN Synchronous Digital Hierarchy (SDH) 1 Introduction Avant les années 90, le réseau de transmission optique des opérateurs était basé sur une hiérarchie plésiochrone. La hiérarchie plésiochrone (PDH), est basée sur un multiplexage des données spécifique, l'un des inconvénients de ce mode de transmission est qu il ne permet pas l'accès aux données transmises sans démultiplexage. Autre inconvénient à cette époque, il n y avait pas de normalisation au niveau du C.C.I.T.T., ce qui veut dire que l on ne pouvait pas interconnecter deux hiérarchies (U.S.A., EUROPE, JAPON) sans passer par un équipement intermédiaire. C'est ainsi qu'est apparue à la fin des années 80 (1988) une nouvelle hiérarchie de transmission appelée " synchronous digital hierarchy " (SDH), c'est-à-dire en français la hiérarchie numérique synchrone. Cette hiérarchie de transmission est fondée sur les concepts de SONET (Synchronous Optical NETwork) proposés par l'organisme de normalisation américain BELLCORE. Cette hiérarchie repose sur une trame numérique de niveau élevé qui apporte une facilité de brassage et d'insertion/extraction des niveaux inférieurs. Les concepts de la SDH permettent ainsi de remédier aux inconvénients de la hiérarchie numérique plésiochrone (PDH).

2 2 Principe de fonctionnement 2.1 Trame SDH La trame de base, appelée STM-1 ( Synchronous Transport Module 1 ) est structurée en octets et possède les caractéristiques suivantes : taille : 2430 octets (organisation : 9 rangées / 270 colonnes) durée : 125µs (i.e. synchronisation sur le 8 khz, contrainte vocale ) et donc un débit de 155 Mbit/s. Figure 1 Trame SDH taille : 2430 octets (organisation : 9 rangées / 270 colonnes) durée : 125µs (i.e. synchronisation sur le 8 khz, contrainte vocale ) et donc un débit de 155 Mbit/s. Il y a 3 zones dévolues aux informations suivantes : la charge utile ( payload ) qui est l information utile, i.e. celle de l utilisateur (liaison entre 2 commutateurs), les pointeurs RSOH et MSOH le sur-débit de section (SOH = Section OverHead ) réservé à l exploitation. A partir du STM-1 la norme SDH prévoit la construction de trame de niveau n, les STM-n proposant des débits supérieurs : Tableau récapitulatif des STM-n actuellement normalisés : STM-n Débit/s Support STM Mbit/s FO, radio, coaxial STM Mbit/s Fibre optique STM-16 2,5 Gbit/s Fibre optique STM Gbit/s Fibre optique STM Gbit/s Fibre optique

3 2.2 Notion de conteneur ( container ) Tout signal à transporter est placé dans un conteneur de taille fixe C-n (n=1, 2, 3 ou 4). Les signaux affluant à transporter en SDH proviennent de liaisons qui peuvent être synchrones ou asynchrones et avec des débits différents. Pour faciliter leurs transports on les accumule dans des conteneurs adaptés : Figure 2 Les conteneurs virtuels Il y a donc différents conteneurs pour chaque type de signaux à transmettre. Par exemple, pour le 2 Mb/s, les conteneurs sont les VC-2. Ce conteneur est transporté dans le réseau de transmission SDH entre le point d entrée et le point de sortie par un chemin appelé aussi un conduit ( path ), pour cela des bits de gestion appelés POH ( Path OverHead = surdébit de conduit) sont ajoutés au conteneur. L'ensemble forme un conteneur virtuel : C-n + POH = VC-n. Les VC-n sont multiplexé dans la trame STM-N avec un système de repérage par pointeur. 2.3 Les pointeurs Pour pouvoir remplir un VC avec un affluent et le projeter dans la trame SDH, tout en pouvant le localiser immédiatement, la norme SDH utilise un pointeur, c'est-à-dire une adresse (semblable au principe de l adressage indexé). Le principe est donc de ne pas placer le conteneur à un endroit précis dans la trame, (ce qui nécessiterait l utilisation de mémoires tampons pour synchroniser l ensemble) mais bien d indiquer dans une zone mémoire appelée pointeur, l adresse relative du conteneur par rapport au début de la trame. Le VC flotte donc à l intérieur des trames et est le plus souvent en chevauchement sur 2 trames consécutives. Le pointeur a 2 fonctions importantes : rattraper le déphasage des trames synchrones et assurer la synchronisation des trames asynchrones.

4 En pratique, les signaux (VC) sont transportés dans des trames synchrones qui lorsqu elles entrent dans un noeud SDH qui va les manipuler (un multiplexeur) ont une phase quelconque par rapport à l horloge de référence du noeud; le noeud va dès lors aligner ces signaux en les plaçant dans des trames générées localement : pour cela, il lui suffit de recalculer (réajuster) la valeur du pointeur pour tenir compte de la différence relative de phase. Les pointeurs résolvent donc le problème d alignement des trames synchrones sans nécessiter de mémoires-tampons. De plus l utilisation de pointeur permet l accès direct aux affluents de la trame. 2.4 Sur-débit Le POH : Path Over Head Figure 3 Conduit SDH Un conduit est un circuit de bout en bout, l entité transportée est un conteneur virtuel. La norme SDH associe au conteneur virtuel un en-tête : Figure 4 Formation du conteneur virtuel Un sur-débit de conduit (POH : Path OtherHead) est généré et ajouté au conteneur dès son entrée dans le réseau SDH pour former le conteneur virtuel. Le POH procure au conteneur les éléments de sa propre gestion indépendamment des autres entités de transport. Son contenue sera extrait et interprété à l autre extrémité du conduit, en sortie du réseau SDH.

5 Figure 5 Sur-débit de conduit : POH informations transportés Le SOH : Section Over Head Figure 6 Sections SDH Une section désigne une portion physique de chemin entre deux noeuds. La norme SDH associe à la section un en-tête, le SOH qui contient des données de contrôle de la transmission de noeud à nœud (commutation de protection, supervision des erreurs). La section est partagée entre : la section de régénération la section de multiplexage Le sur-débit SOH est partagé entre 2 sur-débits : RSOH ( Regenerator SOH ) et MSOH ( Multiplex SOH ). Le RSOH est dédié à la gestion des sections de régénération (il est donc traité au niveau des répéteur-régénérateurs). Le MSOH est dédié à la gestion des sections de multiplexage (il est donc traité au niveau des terminaux de ligne).

6 Figure 7 Sur-débit de section : SOH les informations transportés 2.5 Hiérarchie de multiplexage SDH En SDH on retrouve deux niveaux de conteneur virtuel (VC) : le Low Order VC : LO-VC et le High Order VC : HO-VC. Par exemple, un signal 2Mbit/s synchrone (E1) est transporté dans le LO-VC appelé VC12. Figure 8 Hiérarchie de multiplexage SDH

7 Le multiplexage est donc effectué en 2 étapes : multiplexage des LO-VC s dans les HO-VC s et multiplexage des HO-VC s dans les STM s. La structure de multiplexage est représentée sur la figure 2. Pour multiplexer et mettre en place les VC s, on fait chaque fois usage des pointeurs pour rattraper le déphasage et assurer la synchronisation. Les signaux affluents, appelés clients de la SDH, qui sont associés aux LO-VC s, sont les affluents de base (1,5 Mbits/s (DS1/US) et 2 Mbit/s (E1/Euro)), qui correspondent aux VC-11 et aux VC-12 ainsi que les affluents PDH : 6 Mbit/s, 34 Mbit/s et 45 Mbit/s qui correspondent aux VC-2 et VC-3. Les signaux affluents, clients de la SDH, associés aux HO-VC s, sont le VC-3 et le VC-4 pour le 45 Mbit/s PDH et le 140 Mbit/s PDH. Les conteneurs virtuels de bas bas niveau (LO-VC) et les pointeurs associés constituent le TU ( Tributary Unit ). L assemblage de plusieurs TU s constitue un TUG ( Tributary Unit group ). Un concept identique existe pour les HO-VC s : AU ( Administrative Unit ) et AUG ( Administrative Unit Group ). Le module STM-N permet de transporter N VC-4 ou 3N VC-3 ou encore un mélange des 2 : (N-k) VC-4 + 3k VC-3. 3 Exemple de structure d un réseau SDH Figure 9 Structure réseau SDH MIE : Les multiplexeurs insertion - extraction (add-drop) sont utilisés pour réaliser les fonctions de transmission suivantes :

8 - transfert du signal numérique synchrone de ligne entre ses accès " Ouest " et " Est ". - dérivation : insertion/extraction de signaux numériques plésiochrones et/ou synchrones dans le signal numérique synchrone présent à ses accès " Ouest " et/ou "Est ". - des fonctions de brassage de VC12 Brasseur : Les brasseurs sont destinés à assurer la connectivité et la flexibilité de la bande passante entre différentes portions de réseau, les transferts de VC entre boucles ou sous réseaux. Ces brasseurs sont des équipements de forte capacité et ils sont donc situés aux noeuds importants du réseau. MTS : Le multiplexeur terminal simplifié (MTS) permet le multiplexage de signaux affluents plésiochrones ou synchrones dans un signal de ligne STM-1 résultant. Anneau : Le réseau de transmission SDH de France Telecom par exemple utilise comme support physique pour relier ses MIE des fibres optiques monomode, correspondant à la recommandation G.652 de l IUT-T. La fibre optique utilise les longueurs d'onde autour de 1300nm et 1550nm. 4 Sources Morvan M Introduction à la SDH Septembre 2007 [cours ENST Bretagne] Accès interne