Cap2_2_03

Joo Pires Redes de Telecomunicaes 90

Redes de Transporte SDH

Sincronizao de rede


Parmetros caractersticos dos relgios

Preciso: Exprime o desvio do valor real da frequncia do relgio em relao ao seu valor nominal (f0).

Estabilidade: Mede as flutuaes de frequncia de um relgio durante um certo perodo de tempo.

A preciso de uma relgio pode ser caracterizada em termos da sua diferena de fase relativamente a um relgio de referncia, usando-se para isso dois parmetros: intervalo de tempo de erro ou TIE (Time Interval Error), e mximointervalo de tempo de erro ou MTIE (Maximum Time Interval Error).

Tempo

Freq

unc

ia

f0

Tempo

Freq

unc

ia

f0

TempoFr

equ

ncia

f0

Tempo

f0

Relgio estvel e preciso

Relgio estvel e impreciso

Relgio instvel e preciso

Relgio instvel e impreciso

Freq

unc

ia


Parmetros caractersticos dos relgios

TIE : variao do atraso temporal de um dado sinal de relgio relativamente a uma referncia ideal no fim do perodo de observao

MTIE: valor mximo de TIE no perodo de observao.

TIE = MTIE

O TIE depende da estabilidade e preciso do relgio

O desvio de frequncia a longo prazo definido pelo quociente entre o MTIE e a durao do perodo de observao de longo prazo.

Fonte: P.K. Bhatnagar, Engineering Networks for Syncronization, CCS7, and ISDN IEEE Press, 1997


Sincronizao em redes SDH

A sincronizao da rede SDH requer a existncia de uma rede de sincronizao apropriada para distribuir o relgio de referncia primria ou PRC (Primary Referece Clock) para todos os elementos de rede.

A rede de sincronismo inclui os elementos de rede (NE) descritos a seguir:

A informao da qualidade dos relgios transmitida no campo SSM (Syncronization Status Message) dos octecto S1 (quatro ltimos bits).

4.610-6

510-810-11

Preciso (modo livre )

510-8G.813Synchronous Equipment ClockSEC

10-8G.812Synchronization Suply Unit-type BSSU-B

510-10G.812Synchronization Suply Unit-type ASSU-A

-------G.811Primary Reference ClockPRC

Preciso (modo sncrono )

ITU-TDesignao dos NEAbreviao

Equipamento independente dos elementos de rede SDH.

11111001100001000010Cdigo SSM

DNUSECSSU-BSSU-APRCQualidade DNU ( Do Not Use)

No usar para fins de sincronismo


Relgio de referncia primria O relgio de referncia primria ou PRC um relgio com muito alta preciso e

estabilidade e funciona como o relgio mestre da rede de sincronismo. Normalmente, o relgio mestre constitudo por dois PRC (PRC de servio e PRC de reserva). Em funcionamento normal s o PRC de servio est activo.

A gerao do sinal PRC feita, normalmente, usando um relgio atmico de csio. Podem-se identificar trs tipos de PRC: autnomo, controlado por rdio e misto. No primeiro caso o PRC constitudo por relgios de csio (tubo de csio). No segundo caso usa os relgios de csio remotos situados num satlite.

No caso do PRC controlado via rdio usa-se o sinal dos relgios de csio disponveis nos satlites do sistema GPS (Global Positionning System). Este sistema constitudo por uma constelao de satlites de baixa altitude usados no apoio navegao.

Tubo de csio

Tubo de csio

Tubo de csio

SSU

PRC

Sadas de referncia

Receptor de rdio

Receptor de rdio

Receptor de rdio

SSU

PRC

Sadas de referncia

Receptor de rdio

Tubo de csio

Tubo de csio

SSU

PRC

PRC autnomo PRC controlado via rdio PRC misto

Sadas de referncia

Sadas de referncia

2.048 MHz ou 2.040 Mb/s-HDB3


Configurao tpica de um PRC

Para garantir um elevado padro de fiabilidade em cada PRC usada uma configurao com osciladores de csio redundantes. Normalmente, so usados trs osciladores de csio.

O comparador monitoriza as trs frequncias para detectar, quais as duas cujas diferena de frequncias menor. Uma destas ser usada como a referncia primria do PRC.

Oscilador de csio

Sintetizador de frequncia

5 MHz

Oscilador de csio


5 MHz

f2

Oscilador de csio


5 MHz

f3

2.048 MHz

2.048 MHz

2.048 MHz

ComparadorControlof1f2

f3

Sinal de referncia primria a 2.084 MHz

t

O comparador calcula |f1- f2|, |f1- f3| e |f2- f3|.

f1

O sintetizador de frequncia converte a frequncia de 5 MHz na frequncia 2.048 MHz.


Relgios escravos

Os relgios escravos funcionam sobre o controlo de uma referncia exterior que em situao normal provm do PRC (relgio mestre). H duas categorias de relgios escravos: os SSU e os SEC. Os primeiros so relgios exteriores aos elementos de rede SDH, enquanto os segundos so relgios internos desses elementos.

Um relgio escravo tem trs modos distintos de operao:- Modo sncrono: opera sobre o controlo da referncia exterior;- Modo autnomo (holdover): gera uma referncia prpria a partir do valor da frequncia da referncia exterior que tem em memria;

- Modo livre (free run): gera uma frequncia prpria independente da refernciaexterior.

A base de um relgio escravo um PLL (phase-lock loop) que responsvel por sincronizar a fase de um oscilador de quartzo de alta preciso com a fase do sinal de referncia recebido.

Comparador de fase A/D Filtro digital A/D

Oscilador de preciso

Referncia exterior

Sada do PLL

Estrutura de um PLL


Funo dos SSU As reas funcionais de um SSU so: recepo das referncias de entrada e

superviso, oscilador interno, gerao das referncias de sada e gesto.

A funo de recepo de referncias consiste em selecionar o sinal de referncia a usar a partir dos sinais de temporizao originados no PRC (ou noutros SSU) e que chegam unidade por diferentes percursos. A referncia seleccionada ainda supervisionada, assim como as outras referncias acedidas, de modo a haver sempre sinal de referncia apropriado em caso de comutao de proteco.

Os relgios internos so usados para melhorar a qualidade das referncias de sada (filtrando o jitter e o vagueio da referncia de entrada) e para funcionar como fonte de temporizao quando o SSU funciona em modo autnomo.

A gesto do SSU responsvel por registar e reportar informao de desempenho e por permitir realizar uma configurao remota do SSU.

Sin

cro

entra

da

Sin

cro

entra

da

Sin

cro

entra

da

Osc

ilado

r int

erno

Sin

cro

sad

a

Osc

ilado

r int

erno

Con

trolo

e g

est

o

Sin

cro

sad

a

Sin

cro

sad

a

Sin

cro

sad

a SSU

Interfaces de entrada: 2.048 MHz, 2.048 Mb/s (HDB3) + SSM

Interfaces de sada: 2.048 MHz, 2.048 Mb/s (HDB3) + SSM


Estutura de um SEC

O SEC tem como funo seleccionar de entre os sinais a que tem acesso (sinais de linha STM-N, ou sinais de referncia externa), o sinal a usar para extrair a fase de referncia usada para controlar o relgio interno do NE.

O SEC no est directamente ligado aos sinais de linha STM-N de entrada ou sada, mas sim ao sinais de temporizao de linha, obtidos a partir de interfaces apropriadas.

SEC

Interface de linha

Interface de linha

Interface de linha

Interface de linha

T4 T3

T0T1 T1

Processamento de sinal

Interface de referncia externa

T0

T0

STM-N

STM-N

STM-N

STM-N

Sinais de referncia externa (2.048 MHz)

Elemento de Rede

TrfegoSincronismo


Tipos de sinais no SEC

O modo de operao de um elemento de rede ou NE (Network Element) em termos de sincronismo definido pelo tipo de referncia usada para sincronizar o SEC. Se a referncia for derivada da linha, sinal T1, o modo de operao designa-se por temporizao de linha. Se a referncia for externa, sinal T3, o modo de operao designa-se por temporizao externa.

Tipos de sinais de sincronizaoSinais de referncia de entradaT1: sinal derivado do sinal de linha STM-N;T3: sinal derivado da referncia proveniente do SSU (2.048 MHz ou 2.048 Mb/s com SSM)Sinais de referncia de sadaT0: Sinal de temporizao usado para sincronizar o equipamento no interior do NE e para gerar as tramas STM-N de sada.T4: Sinal disponibilizado pelo NE para o SSU (2.048 MHz ou 2.048 Mb/s com SSM). O sinal com SSM usado para trocar informao de sincronismo entre o SSU e o NE dentro de um n.


Arquitectura das redes de sincronizao

Arquitecturas de rede: mestre-escravo, mestre distribudo e mista.

Na arquitectura mestre-escravo a rede apresenta uma topologia em rvore com diferentes nveis hierrquicos. O nvel mais elevado contm o PRC, o qual pode ser duplicado de modo a garantir uma reserva em caso de falha.

PRC

SSU SSU SSU

SEC

No so permitidos mais de 20 SEC entre SSUs, ou entre o PRC e os SSU.

SSU

Cadeia

SSUAnel No mximo pode haver

10 SSU por cadeia de sincronizao

O nmero total de relgios SEC numa cadeia de sincronizao no deve exceder os 60

Percurso de distribuio de sincronismo normal

Percurso de distribuio de sincronismo alternativo

Sub-rede com capacidade de auto-reconfigurao do sincronismo em caso de falha

No so permitidas malhas fechadas


Arquitectura mestre-escravo

O nvel hierrquivo mais elevado contm o relgio mestre (PRC) e proporciona o sinal de referncia de sincronismo para um certo nmero de SSUs (relgios escravos). A distribuio da referncia principal aos SSU pode ser feita directamente ou atravs de cadeias de SECs (relgios do equipamento SDH).

A rede de sincronizao apresenta uma topologia em rvore. No caso de falha na rede deve-se procurar, se possvel, uma rvore alternativa.

Cada um dos SSU fornece o sinal de temporizao a uma sub-rede constituda por cadeias ou anis de elementos de rede SDH. Se o SSU perder a referncia principal proveniente do PRC e no for possvel encontrar um percuso alternativo o SSU funciona como relgio mestre para essa sub-rede.

Deve-se assegurar que um relgio escravo de qualidade elevada nunca controlado por um relgio de qualidade inferior, usando para isso, nomeadamente a informao 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 sincronizao. Como contrapartida a rede de sincronizao complexa e requer PRC caros.


Arquitectura mestre distribudo

O PRC da rede substitudo pelo sistema GPS. As cadeias de distribuio mestre-escravo so substitudas por ligaes via rdio. Um receptor de rdio processa o sinal GPS e extrai o sinal de referncia para as SSUs. A rede de sincronizao do nvel abaixo aos SSUs idntica soluo mestre-escravo.

PRC

SSU SSU SSU

SSU

Cadeia

SSUAnel



Sistema GPS por satlite

RX

RXRX

RX

Receptor de GPS que gera o sinal de referncia primria

Principais vantagens: Sinal de referncia disponvel em todo o mundo; vagueio desprezvel; sem risco de malhas. Principais desvantagens: Dependncia do operador de GPS, equipamento adicional, possibilidade de interferncias.

Soluo interessante para os novos operadores

RX


Arquitectura mista

A sincronizao mestre-escravo o mtodo mais usado pela maior parte dos operadores, especialmente pelos tradicionais com uma infraestrutura estabelecida. A soluo mestre distribudo mais apropriada para os novos operadores com uma infraestrutura reduzida. A soluo mista apropriada para redes pouco emalhadas, onde difcil encontrar dois (ou mais) percursos alternativos para as referncias que sincronizam os SSU.

PRC

SSU SSU SSU

SSU

Cadeia

SSUAnel



RXRX

RX

1223

1

11

1,2,3: prioridades

A atribuio de prioridades define se no estado de funcionamento normal o sistema sincronizado pelo PRC e no caso de falhas pelo GPS, ou vice-versa.

Vantagens: Aumento da fiabilidade do sinal de referncia, devido ao uso de dois sistemas independentes. Desvanatagens: Sistema caro, devido ao custo do PRC e dos receptores GPS.


Cadeias de distribuio de sincronismo

Os elementos de uma cadeia de distribuio de sincronismo podem funcionar em modo de temporizao externo, ou modo de temporizao de linha. No primeiro caso usa-se uma referncia externa e o segundo o sinal STM-N.

SSU SSUPRC

T3T4 T3T4

NE 1 NE 2 NE 3 NE n

Temporizao externa

Temporizao de linha

Temporizao de linha

Temporizao externa

SSU A SSU BDistribuio de sincronismo activaDistribuio de sincronismo no activa

SSU A

T4 T3

T1T0

T4 T3

T1T0

STM-N

T4 T3

T1T0

SSU B

2.048 MHz

NE 1 NE 2 NE n

Interface de linha

SEC

O relgio interno do NE n no usado para gerar o sinal T4, de modo a impedir a formao de uma malha de temporizao fechada

O SSU filtra o jitter e o vageio do sinal T4 e origina um sinal limpo T3

O sinal de referncia T1 extrado do sinal de transporte STM-N


Reconfigurao de cadeias de sincronizao

O processo de seleco da referncia num SEC baseado na informao dequalidade transmitida no SSM ( seleccionada a fonte com mais qualidade) e na lista de prioridades que 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:

SSU A SSU BPRC

NE 1 NE 2 NE n-1 NE n

1

21

2 2

1 1

2

1

2

1PRC PRC PRC PRC

PRC DNUDNU PRC

Sincronizado pelo PRC na entrada com prioridade 1

Mensagem de qualidade PRC transmitida na trama STM-N

Distribuio de sincronismo activaDistribuio de sincronismo no activa

Mensagem de qualidade DNU transmitida para evitar a formao de malhas fechadas.

1,2 e 3: prioridades das entradas

O sinal de referncia para o SSU derivado a partir do sinal de linha, mas no via SEC. Deste modo como no possvel ocorrer uma malha fechada entre os SECs do NE n e NE n-1, envia-se tambm em sentido oposto a mensagem PRC.

No NE 1 temporizao externa (T3) corresponde a prioridade 1 e temporizao de linha a prioridade 2. Em presena de T3 o SEC do NE1 fica sincronizado pelo SSU.

Referncia de PRC

2

3


Reconfigurao de cadeias de sincronizao (2)

Na presena de uma falha do SSU A ou da ligao fsica do SSU A ao NE 1 desencadeia-se o processo de reconfigurao da cadeia de sincronismo.

Fase 1 do processo de reconfigurao:- O relgio SEC do NE1 entra em modo autnomo, porque no pode usar a entrada com prioridade 2, e a mensagem de qualidade SEC enviada.- O NE2 e os restantes elementos de rede ficam sincronizados ao NE1.

SSU A SSU BPRC


1

21

2 2

1 1

2

1

2

1SEC SEC PRC PRC

SEC DNUDNU PRC

Mensagem de qualidade SEC transmitida na trama STM-N

Mensagem de qualidade DNU transmitida para evitar a formao de malhas fechadas.

O sinal NE n-1 escolhe o sinal de referncia com qualidade mais elevada, que corresponde ao sinal na entrada com prioridade 2 e sincroniza o SEC com esse sinal.

Devido a uma falha na temporizao externa o relgio interno (SEC) do NE-1 entra em modo autnomo.

Referncia de PRC

2Falha na ligao



Fase 2 do processo de reconfigurao:- O SEC do NE n-1 seleciona a referncia da entrada com prioridade 2, por ser a referncia com maior qualidade. Para evitar a formao 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 SSU passa a sincronizar-se a partir da referncia PRC na entrada com prioridade 2. O NE n continua sincronizado ao SSU pois a qualidade da referncia por este gerada (mesmo em modo autnomo) superior qualidade do SEC.

SSU A SSU BPRC


1

21

2 2

1 1

2

1

2

1SEC SEC DNU PRC

SEC PRCDNU PRC

Mensagem de qualidade SEC transmitida na trama STM-N

Como o SEC do NE n-1est sincronizado pela entrada com prioridade 2, o problema das malhas fechadas desaparece e pode-se transmitir a mensagem PRC.

O sinal NE n-1 depois de sincronizar o seu relgio pela referncia com prioridade 2 , envia uma mensagem DNU para o NE n, para evitar a formao de uma malha fechada entre NE n-1, o SSU e o NE n.


Referncia de PRC

2



Fase final do processo de reconfigurao:- Como o NE n-1 est sincronizado com uma referncia com qualidade PRC, o sinal STM-N por ele enviado em sentido inverso pode ser usado para sincronizar todos os NE, subsituindo a mensagem DNU por PRC.- Para evitar a formao de malhas fechadas a mensagem SEC transmitidas nas tramas STM-N em sentido directo subsituda pela mensagem DNU. - O processo de reconfigurao termina quando todos os elementos de rede entre o SSU A e o SSUB ficam sincronizados com o SSU B.

SSU A SSU BPRC


1

21

2 2

1 1

2

1

2

1DNU DNU DNU PRC

PRC PRCPRC PRC

Mensagem de qualidade DNU transmitida na trama STM-N

Todos os elementos de rede da cadeia de sincronismo passam a ficar sincronizados a partir do SSU B.


Referncia de PRC

2

O NE 2 fica sincronizado com a referncia na entrada com prioridade 2, porque tem uma qualidade superior referncia da entrada com prioridade 1.


Aspectos do planeamento da rede de sincronismo

A primeira fase do planeamento da rede de sincronismo consiste em definir a localizao do PRC principal e escolher a rvore de distribuio de sincronismo principal. Quando a localizao do PRC no especificada pelo operador podem usar-se os seguintes critrios:1) Deve-se garantir um nmero mnimo de hierarquias;2) rvores de distribuio de relgio equilibradas (quase o mesmo nmero de ns por sub-rvore);3) Mximo nmero possvel de ns na primeira hierarquia.

Na escolha da rvora principal deve verificar-se a recomendao G.803 do ITU-T.

A segunda fase consiste na escolha da localizao do PRC de reserva.

A terceira fase consiste na escolha das ligaes de reserva alternativas s ligaes principais associadas rvore principal.

- No so permitidas sequncias de mais de 20 NE (SEC) entre dois SSU - No mximo pode haver 10 SSUs por cadeia de sincronizao - O nmero total de relgios (SSU e SEC) permitidos numa cadeia de 60.

RecomendaoG.803 do ITU-T


Exemplo de sincronizao num rede SDH

Colocao do PRC e das SSU numa rede SDH

PRC

J F C

K L I

SSU

B

A

H SSU

G E D

PRCSSU

SSU

rvore Principal

Fonte: A. Mata, M. T. Leixo, C. Ribeiro, Sincronizao em redes SDH, TFC, IST, 2000.

Cap2_2_03

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