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La SDH appliquée à la BLHD  
 

 

1. Introduction - A propos de ce document
2. BLHD
3. La norme SDH
...

2ème partie :
3.5 Structure des trames STM-n
4. Conclusion
4. Annexes


1. Introduction - A propos de ce document

   Ce document est un rapport technique sur la SDH (Synchronous Digital Hierarchy) appliquée à la BLHD (Boucle Locale Haut Débit).
   J’ai rédigé ce document dans le cadre de ma formation en alternance Bac +4 de "chargé de projet informatique" à l’ITIN (Institue de Formation en Informatique).
   Très peu d’informations sur la SDH circulent sur l’Internet, et quand elles existent, c’est souvent avec peu d’explication et rarement complètes.
   Au niveau littérature, des livres ont été rédigés chez plusieurs éditeurs comme Eyroll, mais ils coûteux et écrits pour des personnes ayant déjà des connaissances approfondies dans le domaine des télécoms. De ce fait, aucun document vulgarisé n’existe.
   Ce document est donc une introduction à la technologie SDH via la Boucle Locale Haut Débit. Il n’est aucunement mon intention de rivaliser avec des ouvrages de plus de 600 pages écrits par des professionnels de grande expérience ou bien même avec des formations coûtant plusieurs milliers de francs, mais de présenter et expliquer de manière simple la SDH.

2. BLHD

Aujourd’hui, la transmission de données est devenue un facteur clé dans le développement des entreprises. Internet, Intranet, messageries, CAO, visioconférence, PABX (Private Automatic Branch eXchange ; autocommutateur privé)… les applications et les outils informatiques utilisés par les entreprises sont de plus en plus gourmands en transmissions de données. Un problème particulièrement sensible pour les entreprises qui ont besoin de faire communiquer quotidiennement entre elles des sites distants à l’intérieur d’une agglomération.
BLHD est une offre de transmissions voix / données / images à très hauts débits jusque là jamais atteints, de 2 à 622 Mbits/s utilisant les techniques et les infrastructures de la fibre optique. Cette offre de "boucle dédiée" est disponible sur tout le territoire chez France Télécom (via l’offre SMHD (Service Multisite Hauts Débits)) et dans les quartiers de la Défense, de l’Etoile et de la bourse chez ses concurrents et s’accompagne de nombreuses prestations de service "à la carte" liées à la SDH, tout en proposant une tarification très avantageuse pour les entreprises. Commercialisé par France Télécom depuis le 1er mars 1997, ce service est destiné à relier tous les sites d’une entreprise localisés dans une même agglomération.
La tarification du BLHD permet aux entreprises de faire face à leurs très forts besoins en bande-passante tout en respectant leurs contraintes budgétaires : à configuration équivalente, ce service est jusqu'à deux fois plus économique qu’une solution s’appuyant sur d’autres offres existantes. Cette tarification encourage la croissance en sites et en débits : l’ajout d’un nouveau site, l’extension de la boucle dédiée ou l’augmentation des débits ne représentent pour l’entreprise que des coûts marginaux.

Ce service s’appuie sur le procédé SDH ( Synchronous Digital Hierarchy ), une technologie de transmission synchrone sur fibre optique qui offre de nombreux avantages en termes de débit, de fiabilité (insensibilité aux intempéries et aux ondes radio), de sécurisation et de supervision à distance du réseau.

Une définition simple

La Boucle Locale Hauts Débits est une offre de réseau personnalisé et sécurisé à  haut débit (2 à 622 Mbit/s). Il permet à une entreprise d’interconnecter plusieurs sites situés dans une même agglomération à travers un backbone dédié pour fédérer l’ensemble des échanges de communication (voix, données, images).
La BLHD est, avant tout, une solution globale intégrant une offre de transmission à haut débit, évolutive et sécurisée ainsi qu'une gamme de services.

3. La norme SDH

3.1 Que signifie SDH ?

Les sigles "SONET" et "SDH" sont mis pour "Synchronous Optical NETwork" et pour "Synchronous Digital Hierarchy". Ces termes désignent des ensembles de protocoles reliés à l'utilisation de la fibre optique dans les réseaux.
La hiérarchie numérique synchrone (SDH) est la version européenne (c’est à dire : répondant aux attentes des européens) du réseau optique synchrone (SONET) qui est un protocole d'origine américaine.

3.2 Histoire

3.2.1 De la PDH (les années 1970) vers la SDH (les années 1990)

La hiérarchie courante PDH (Hiérarchie Numérique Plésiochrone) a évolué principalement pour répondre à la demande de la téléphonie (voix). La disponibilité de la bande passante a conduit à la prolifération des nouveaux services, autres que la voix, principalement pour les besoins des clients professionnels. L'offre de ces nouveaux services a entraîné à son tour la nécessité pour les opérateurs télécoms de pouvoir assurer la flexibilité de fournir de nouvelles connexions ou de distribuer dynamiquement la capacité.
La PDH est capable de multiplexer et de transporter des éléments binaires de débit inférieur en les transmettant à des débits supérieurs. Le multiplex élève les débits inférieurs à une valeur supérieure par injonction d'éléments binaires de justification, avec une indication de leur présence dans la trame résultante. Cette technique d'introduction de signaux supplémentaires ne permet pas d'accéder aux composantes originelles sans démultiplexer complètement le format rapide. Par exemple, pour fournir une ligne à 2Mbit/s plusieurs multiplexages et démultiplexages doivent être faits pour l'extraire d'un canal rapide à 140Mbit/s. L'incapacité d'identifier un canal individuel dans un flot à haut débit, l'absence des moyens efficaces pour la surveillance de la qualité de transmission et la structure de la trame non dimensionnée pour transporter les informations de management du réseau et deséquipements sont les limitations principales de PDH - elles peuvent être acceptables en téléphonie, mais pas dans un réseau de services.

3.2.1.1 L’arrivée de la SDH

La SDH offre des avantages significatifs sur la PDH. La SHD repose sur une trame numérique de niveau élevé qui apporte, en plus du haut débit (plus élevé qu'en PDH) :
- Une souplesse accrue quant à la possibilité d’extraire ou d’insérer directement un signale constituant du multiplex ;
- Une facilité d’exploitation-maintenance : des débits importants sont réservés à ces fonctions ;
- Une possibilité d’évolution vers des hauts débits : les trames synchrones hauts débits sont construites par multiplexage synchrone de l’entité de base. Cette entité de base définit implicitement toutes les trames hauts débits, la limitation n’est plus que technologique ;
- Une interconnexion de systèmes à haut débit facilitée par la normalisation de la trame de ligne et des interfaces optiques correspondantes ;
- Des architectures de réseaux assurant la sécurisation contre les défauts de ligne ou d’équipements ;
- La modularité des équipements SDH est plus adaptée aux progrès de la technologie que les équipements plésiochrones.

La demande croissante de la part des opérateurs pour de nouveaux services télécoms à large bande a donc été à l'origine des travaux sur les réseaux optiques synchrones dès 1984. Les premiers résultats concernant les réseaux optiques synchrones (SONET) ont été publiés aux Etats-Unis fin 1986, sur l’initiative de BELLCORE (BELL COmmunication REsearch).
Toute la difficulté de la normalisation a été de trouver un compromis entre les intérêts américains, européens et japonais afin de garantir l'interconnexion des différents réseaux des opérateurs.

3.3 Les normes

C'est en février 1988, à Séoul en Corée, que des accords internationaux ont abouti à une nouvelle série de recommandations :
- G.707 : Débit binaire de la SDH
- G.708 : Interface de nœud de réseau pour la SDH
- G.709 : Structure de multiplexage synchrone
Ces accords sur la SDH furent ratifiés par le CCITT (Comité Consultatif International pour le Téléphone et le Télégraphe), à Melbourne en novembre 1988.

Par la suite, vinrent s’ajouter les normes suivantes :
- G.781 : Structure de recommandations sur les équipements de multiplexage pour la SDH
- G.782 : Types et caractéristiques générales des équipements de multiplexage de la SDH
- G.783 : Caractéristiques des blocs fonctionnels des équipements de multiplexage pour la SDH
- G.784 : Gestion de la SDH
- G.803 : Architecture des réseaux synchrones
- G.957 : Interface optique pour les équipements et les systèmes relatifs à la SDH
- G.958 : Systèmes en ligne numériques fondés sur la SDH, pour l’utilisation sur câbles à fibres optiques

Pour la norme SONET, les niveaux sont classés en OC : Optical Conteneur.
Pour la norme SDH, les niveaux sont organisés hiérarchiquement en STM - n (Synchronous Transport Module, niveau n).
La hiérarchie de la norme SDH correspond à celle de SONET pour les interfaces ATM.
Le niveau 1 de SDH (155,52 Mb/s) est le niveau 3 de SONET et le niveau 2 de SDH (622,08 Mb/s) est le niveau 12 de SONET.

Les réseaux SDH les plus déployés sont aujourd'hui des réseaux combinant les niveaux STM 1, STM 4 et STM 16.

3.4 Caractéristiques de la SDH

Les signaux à transporter proviennent de liaisons qui peuvent être synchrones ou asynchrones. Pour faciliter leur transport, on les accumule dans un conteneur virtuel (VC : Virtual Conteneur).
Le concept de hiérarchie SDH repose sur une structure de trame où les signaux affluents destinés à être transportés sont initialement "encapsulés" dans un conteneur de la trame multiplexée. Ce packaging est appelé adaptation.
A chaque conteneur est associé un surdébit de conduit réservé à l'exploitation de celui-ci. Le conteneur et son surdébit forment un conteneur virtuel, VC. Ce sont ces conteneurs virtuels qui sont gérés dans le réseau de transmission SDH, indépendamment du signal qu'ils transportent.
3,33% de chaque trame est réservé à la gestion ou à l’adressage.

3.4.1 Les surdébits : nature des informations de gestion

La gestion du réseau SDH qui inclut l’exploitation, la gestion, la maintenance et la mise en service, est effectuée à partir des informations de la trame. Chaque couche d’un réseau SDH dispose de moyens propres de gestion. (Une couche équivalant un niveau d’encapsulation).
La surveillance du réseau est assurée à partir d’informations disponibles dans les surdébits associés à chaque couche (POH).
Ces informations concernent : (* : octets décrit dans le chapitre "Structure des trames STM-n")

Le contrôle de qualité
- Contrôle d’erreur (B1, B2, B3)*
- Etat du conduit ou de la section (M1, G1, V5)*
Le contrôle d’erreur est effectué au moyen d’un contrôle de parité sur tous les bits de la trame précédente. La valeur est recalculée en réception et comparée à la valeur émise afin de calculer le nombre de blocs reçus erronés : FEBE (Far End Bloc Error). Le résultat (FEBE) indique l’état du conduit, il est affiché dans les octets (M1, G1, V5)*.

Le repérage :
- Verrouillage de trame (A1, A2)*
- Contrôle de connexion (J0, J1, J2)*
Le contrôle de connexion est vérifié par une séquence programmable.

L’identification :
- Source de synchronisation (S1)*
- Contenu (C2*)
- Format de trame (H4)*
La synchronisation peut être obtenue à partir de quatre sources différentes (horloge externe à 2,048 MHz, à partir d’un affluent, à partir d’un signal STM, à partir d’un oscillateur interne).
Les octets C2* et H4* indiquent respectivement la composition de la charge utile et la structure (trame ou multitrame) des affluents.

La protection (K1, K2)*
Les systèmes de ligne SDH sont sécurisés avec permutation automatique sur secours. Deux types de protection sont envisageables. (voir chapitre "protection")

Les voies de communication :
- Voies de service (E1, E2)*
- Voies usager (F1, F2)*
- Canaux de communication de données (D1 ? D12)*
Les canaux de communication de données (DCC : Data Communication Channels) drainent les informations de gestion vers les organes de traitement.

Les octets de réserve (Z1 ? Z7)*

3.4.2 Topologie des réseaux SDH

Il existe trois types de topologie pour les réseaux SDH. (Pour la BLHD, on utilise la topologie en anneau)

Topologie en anneau

Topologie en bus

Topologie en étoile

3.4.3 La protection

La sécurité de la technologie SDH prévoie qu’en cas de coupure de ligne, le signal est automatiquement réacheminé sur un réseau "secours".
Plusieurs configurations de ce réseau sont possibles.

3.4.3.1 Protection 1+1

Ce type de protection offre deux accès optiques pour le trafic normal (working). Le secours (protect) ne peut pas être utilisé pour le réseau de réserve.

R : Réception
E : Emission

3.4.3.2 Protection 1:1 ou 1:n

Dans cette configuration, le secours peut être utilisé pour secourir la liaison normale ou pour réacheminer du trafic (extra-trafic) d’autres artères.

3.4.4 Les alarmes

Les défauts suivants entraînent une alarme :
- Taux d’erreur excessif (Error)
- Perte de trame (LOF : Loss of Frame)
- Perte de signal (LOS : Loss of Signal)
- Perte de pointeur (LOP : Loss of Pointer)
Certains défauts génèrent l’émission vers l’aval d’un SIA (Signal d’indication d’alarme) ou / et d’une alarme distante vers l’amont (FERF : Far End Remote Failure).
Le rôle du SIA (Signal d’indication d’alarme) est d’inhiber les alarmes locales (séquence tout en 1).

3.4.5 Sur quelle couche du modèle OSI de l’ISO se trouve la SDH ?

La SDH se situe sur la couche 1 et 2 du modèle OSI.

3.4.6 Les agrégats et les affluents

On distingue : du côté réseau d'opérateur, les agrégats, du côté réseau d'abonné, les affluents :

3.4.7 La trame de base

La structure de multiplexage s’articule autour d’une trame de base : le signal STM-1 (Synchronous Transfert Mode d’ordre 1). Cette trame a une longueur totale de 2430 octets, une fréquence de transmission de 125 ?s, soit, une résultante de 155,520 Mbit/s.
9 octets étant réservés à la gestion et à l’adressage, il reste une charge utile de 150,336 Mbit/s.

Guillaume Gosselin
 




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