In telecomunicazioni la Synchronous Digital Hierarchy (SDH, ) è un protocollo di livello fisico, ossia di trasporto, usato per la multiplazione a divisione di tempo e la successiva trasmissione digitale di telefonia e dati in reti di telecomunicazioni geografiche (WAN) su fibra ottica, cavo elettrico o ponte radio. Le reti che utilizzano tale protocollo a livello fisico vengono dette reti SDH.
Descrizione Funzionalità Il protocollo SDH definisce nel dettaglio le modalità per aggregare (o multiplare), a vari livelli di gerarchie possibili, flussi dati a bit-rate diverse e ritrasmetterli tutti insieme su grandi distanze con tecniche di tipo TDM a interlacciamento di byte (byte interleaving). A differenza della Plesiochronous Digital Hierarchy (Gerarchia Digitale Plesiocrona o PDH), il protocollo SDH si basa sul fatto che tutti gli elementi della rete sono tra loro statisticamente sincronizzati con lo stesso clock con una precisione molto elevata (stessa frequenza e stessa fase).
In combinazione a ciò, la definizione di una speciale struttura di trama con l'aggiunta di un numero significativo di informazioni di servizio (overhead) permette non solo l'estrazione diretta di un singolo traffico tributario senza dover effettuare la demultiplazione completa dell'intero flusso, rendendo così la rete molto più flessibile ed efficiente, ma anche il trasferimento di informazioni essenziali per la corretta gestione della rete e per la sua auto-protezione a fronte di guasti o di condizioni anomale o degrado. Il risultato finale è che il protocollo SDH consente di raggiungere elevatissimi livelli di qualità di servizio (disponibilità di servizio del 99,999%) e notevoli strumenti per il controllo e monitoraggio in tempo reale dell'intera rete di trasmissione.
Standardizzazione e diffusione Il protocollo SDH è stato standardizzato nella sua prima versione dall'Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (ITU) nel 1988. Da allora sono stati prodotti diversi aggiornamenti ed estensioni dello standard, che è definito da una serie di normative tra cui le più importanti in forza sono la G.707, la G.783 e la G.803 e .
Il protocollo SDH è diffuso in tutto il mondo con l'eccezione del Nord America e di poche altre nazioni dove viene invece usato un analogo protocollo, SONET (Synchronous Optical NETworking), che utilizza gli stessi concetti di base dell'SDH, ma che segue uno standard leggermente diverso definito da Telcordia e più aderente alle caratteristiche specifiche delle reti di trasmissione telefonica nordamericane. Grazie alle loro forti analogie, i protocolli SONET e SDH sono anche in grado di interoperare sia pure entro certi limiti.
La trama SDH
A differenza della multiplazione PDH, che avviene intercalando tra loro i singoli bit dei segnali tributari (bit interleaving), la multiplazione SDH avviene intercalando tra loro i singoli byte dei segnali tributari (byte interleaving), organizzandoli secondo una struttura di trama ben precisa che nel suo modulo elementare (Synchronous Transport Module di livello 1 o STM-1) viene tipicamente rappresentata sotto forma di una matrice di byte disposti su 9 righe × 270 colonne per un totale di 2430 byte.
Ciascun singolo byte della trama SDH costituisce un canale di bit rate pari a 64 Kbit/s, equivalente a un singolo canale di telefonia: da questo discende che ogni trama elementare di tipo STM-1 viene trasmessa in 125 microsecondi. Il protocollo prevede poi aggregazioni di più moduli STM-1 a gerarchie via via superiori definite STM-N, dove "N" indica il numero di moduli STM-1 aggregati insieme.
La trama SDH è suddivisa in due parti fondamentali: una parte di informazioni di servizio globali denominata Section Overhead (overhead di sezione, SOH) contenuta nelle prime nove colonne della trama (9x9=81 byte); una parte che trasporta il traffico vero e proprio (payload) contenuta nelle restanti 261 colonne, denominata Administrative Unit (AU) (261x9=2349 byte).
La trasmissione della trama, che può essere vista dunque come una sorta di contenitore di dati ed overhead e di cui la matrice è solo una comoda rappresentazione formale, avviene sequenzialmente per riga della matrice.
Struttura di trasporto del payload Administrative Unit (AU) L'Administrative Unit, AU, contiene tutto il flusso risultante dal processo di multiplazione dei tributari, prima dell'inserimento finale nel payload della trama SDH.
In generale, la posizione di inizio dell'AU non è allineata con il primo byte utile dopo l'overhead: in fase di generazione della trama finale l'AU viene normalmente allocato a partire da un punto intermedio dei 261x9 byte destinati al payload. Il riferimento (puntatore) alla posizione della trama in cui viene allocato il primo byte dell'AU viene memorizzato in una posizione fissa dell'overhead di trama, ovvero nelle prime nove colonne della quarta riga. Questa informazione di posizionamento, fondamentale per l'inserimento/estrazione dei tributari dalla trama, costituisce lAdministrative Unit Pointer o AU Pointer. L'insieme dell'Administrative Unit e dell'AU Pointer viene denominato Administrative Unit Group, AUG.
Virtual Container (VC) e Tributary Unit (TU) All'interno dell'AU, i singoli flussi tributari sono organizzati come sequenza di strutture omogenee denominate Virtual Container, VC (contenitore virtuale). Ciascun VC comprende a sua volta una parte di informazioni di servizio aggiuntive (path overhead, POH) usate per la gestione, il monitoraggio e la protezione del singolo tributario, seguita dal flusso informativo vero e proprio costituito dal tributario adattato alla trama SDH.
Come nel caso dell'AU, il primo byte utile del Virtual Container non ha una posizione prefissata e anche in questo caso si ricorre a un puntatore (Tributary Unit Pointer, TU Pointer) posizionato in modo predeterminato nella trama SDH, che indica il punto di inizio del VC stesso. L'insieme del VC e del suo TU Pointer viene denominato Tributary Unit, TU.
A seconda della bit rate dei tributari multiplati si distinguono diversi tipi di Virtual Container: per esempio, VC-12 per un trasporto a 2 Mbit/s; VC-3 per un trasporto a 48 Mb/s; VC-4 per un trasporto a 140 Mb/s. La dimensione in byte dei Virtual Container è predefinita, in funzione della gerarchia di trasporto associata.
Capacità trasmissive dei Virtual Container La capacità trasmissiva, ossia la bit rate, associata a ciascun tipo di VC è riportata nella tabella seguente:
Tipo di VCBit rate complessivaBit rate del payloadCanali telefonici equivalentiGerarchia PDH associataANSIETSIVC-111 664 kbit/s1 600 kbit/s25DS1 (1,5 Mbit/s)VC-122 240 kbit/s2 176 kbit/s34E1 (2 Mbit/s)VC-26 848 kbit/s6 784 kbit/s106DS2 (6,3 Mbit/s)VC-348 960 kbit/s48 384 kbit/s756DS3 (45 Mbit/s)E3 (34 Mbit/s)VC-4150 336 kbit/s149 760 kbit/s2340E4 (140 Mbit/s)
Section Overhead (SOH) Le prime nove colonne della trama SDH costituiscono la cosiddetta section overhead (SOH). Questa parte della trama contiene informazioni di servizio relative alla trama nel suo complesso ed essenziali per il riconoscimento della trama stessa e per l'accesso ai singoli flussi tributari, nonché un insieme di informazioni di controllo per la gestione, il monitoraggio e la protezione dell'intero modulo.
La SOH è suddivisa in due parti distinte: la Regenerator Section Overhead (RSOH), che viene terminata (ossia ricreata da capo) ad ogni tratta di rigenerazione ottica del segnale, e la Multiplex Section Overhead (MSOH) che attraversa in modo trasparente le tratte di rigenerazione, senza essere modificata, e viene terminata (ricreata da capo) quando viene eseguita la multiplazione della trama SDH con la costruzione dell'AUG.
RSOH e MSOH occupano due posizioni ben distinte e separate nella SOH. La RSOH utilizza le prime tre righe della SOH complessiva (dalla 1 alla 3) mentre la MSOH usa le ultime cinque righe (dalla 5 alla 9) dato che la quarta riga è riservata per l'AU pointer.
col1col2col3col4col5col6col7col8col9riga1RSOH riga2riga3riga4AU POINTERriga5MSOH riga6riga7riga8riga9
In trame di tipo STM-N, i byte relativi alla RSOH/MSOH dei singoli STM-1 sono posizionati in maniera ordinata e interallacciata su N colonne: il byte numero 1 del flusso STM-1 numero 1 è seguito dal byte numero 1 del flusso STM-1 numero 2, dal byte numero 1 del flusso STM-1 numero 3 e così via in sequenza. In questo modo è possibile ricostruire e accedere in modo diretto alle informazioni di RSOH e MSOH relative al singolo STM-1 del flusso multiplato.
Regeneration Section Overhead (RSOH) La RSOH è composta da 27 byte, ognuno equivalente a un canale a 64 Kb/s, così strutturati:
col1col2col3col4col5col6col7col8col9riga1A1A1A1A2A2A2J0⊕⊕ riga2B1ΔΔE1Δ F1⊕⊕ riga3D1ΔΔD2Δ D3
Il significato di ciascun byte è il seguente: A1, A2: byte di allineamento complessivo della trama J0: regenerator section trace B1: controllo di parità della trama (monitoraggio degli errori di trasmissione) E1: canale telefonico di servizio (orderwire) F1: riservato per usi proprietari D1,D2,D3: informazioni di gestione (canale dati a 192 Kb/s) ⊕: byte riservati per uso nazionale Δ: byte per informazioni dipendenti dal mezzo di trasporto
Descrizione di dettaglio dei byte di RSOH Byte A1, A2 Tutti i byte della trama SDH sono codificati tramite un algoritmo di scrambling ad eccezione della prima riga della RSOH (rappresentata su sfondo più scuro nella tabella). I byte di allineamento sono costituiti da una sequenza binaria fissa che viola l'algoritmo di scrambling (A1: 11110110, A2: 00101000), consentendo così al ricevitore di utilizzare tale sequenza per identificare esattamente il primo byte della trama SDH complessiva e verificare che l'aggancio venga mantenuto correttamente nel tempo.
Byte J0 Il byte J0 trasporta informazioni di identificazione univoca del trasmettitore in modo tale che il ricevitore può verificare che il segnale che arriva è effettivamente quello atteso. Nel caso il ricevitore rilevi un segnale che non è quello previsto (per esempio un segnale proveniente da una sorgente diversa e inattesa) è in grado di "silenziare" la trasmissione a valle, fornendo così un criterio per allertare la centrale operativa della rete di trasmissione sulla presenza di collegamenti errati.
Byte B1 Il byte B1 consente di valutare la presenza di errori di trasmissione mediante il calcolo della parità effettuata su tutti i bit dell'intera trama SDH con un algoritmo Bit Interleave Parity. Il risultato del controllo di parità è un valore espresso su otto bit (BIP-8) che viene memorizzato nel byte B1. In questo modo è possibile controllare se la singola tratta di rigenerazione introduce errori di trasmissione (per esempio, per problemi al trasmettitore o al ricevitore o nel mezzo trasmissivo).
Byte E1 Il byte E1 è un canale telefonico di servizio e di emergenza usato per operazioni di manutenzione per esempio, per consentire a due tecnici di parlare tra di loro direttamente tra un rigeneratore e l'altro durante fasi di installazione o riparazione di un rigeneratore usando la linea SDH stessa come linea telefonica diretta.
Byte F1 Il byte F1 è un canale dati generico il cui impiego viene lasciato libero per usi interni del proprietario della rete.
Byte D1, D2 e D3 I byte D1, D2 e D3 nel loro insieme costituiscono un canale dati generico a 192 Kb/s (Data Communication Channel, DCC) che viene normalmente impiegato per il collegamento degli apparati a una rete di gestione centralizzata, per operazioni quali la configurazione dell'apparato da remoto o la raccolta di informazioni di stato e di allarme relative all'apparato o alla rete di trasmissione stessa.
Multiplex Section Overhead (MSOH) La MSOH è composta da 45 byte, ognuno equivalente a un canale a 64 Kb/s, così strutturati:
col1col2col3col4col5col6col7col8col9riga5B2B2B2K1 K2 riga6D4 D5 D6 riga7D7 D8 D9 riga8D10 D11 D12 riga9S1 M1E2⊕⊕
Il significato di ciascun byte è il seguente: