La hiérarchie numérique synchrone

Roland BaillyXavier Maitre

Roland Bailly, Supélec 71, est responsabledu groupement “système et administrationdu réseau de transmission”, chargénotamment des études sur la hiérarchiesynchrone au centre Lannion B du CNET.Auparavant, il a effectué des recherchessur la transmission numérique par faisceaux hertziens et par satellite.

Xavier Maitre, X71, ENST 76, coordonnel’introduction de la “SDH” dans le réseaude France Télécom à la Direction du réseau et de l’exploitation, Direction générale. Auparavant, au centre Lannion Bdu CNET, il a été l’un des principaux artisans de cette technique et a présidé le sous-comité correspondant de l’ETSI. Il a également présidé l’ATM pilot coordination group au niveau européen.

Le transport numérique de l’information connaît la même révolution que letransport des marchandises :la généralisation du conceptde “conteneur” logique.Anatomie et fonctionnementde la SDH.

Le réseau de transmission numériqueactuel est basé sur l’utilisation de la hiérarchie numérique dite “plésiochrone”.Cette technique s’est montrée, au fil desannées, quelque peu limitée. En effet, l’évolution des débits des différents services,les besoins en flexibilité du réseau detransmission, la nécessité d’améliorer les fonctions d’exploitation-maintenance,l’augmentation continue de la capacité detransmission sur fibre optique et le besoind’interconnexion entre opérateurs à desdébits élevés et normalisés, tous ces éléments ont montré les limitations de la hiérarchie actuelle et ont conduit à lanormalisation de la hiérarchie numériquesynchrone (SDH : synchronous digital hierarchy).Celle-ci, fondée sur les concepts de Sonet(synchronous optical network), proposéspar Bellcore en 1985, constitue une évolution importante des réseaux de transmission. Les travaux de normalisationont été lancés en 1986 au CCITT. En 1988,un premier consensus permettait de définir les grands principes de base de laSDH. Les travaux n’ont pas cessé depuiset se poursuivent aujourd’hui en particuliersur les architectures du réseau, sa modélisation et sa gestion.

La SDH introduit de nouvelles possibilitésdans les réseaux de transmission :n souplesse accrue par la possibilitéd’extraire ou d’insérer directement unsignal constituant du multiplex de ligne ;n facilités d’exploitation-maintenance : des débits importants sont réservés à ces fonctions ;n possibilité d’évolution vers des hautsdébits : les trames synchrones haut débitssont construites par multiplexage synchronede l’entité de base. Cette entité de basedéfinit implicitement toutes les trameshaut débit, la limitation n’est plus que technologique ;n interconnexion de systèmes à haut débitfacilitée par la normalisation de la tramede ligne et des interfaces optiques corres-pondantes ;n architectures de réseaux assurant lasécurisation contre les défauts de ligne oud’équipement ;

n la modularité des équipements SDH estplus adaptée aux progrès de la technologieque les équipements plésiochrones.

Dans cette présentation générale de laSDH, nous allons aborder les principes debase de la SDH, l’architecture des réseauxqui en découle et les principes mis enœuvre pour la gestion des réseaux SDH.Nous traiterons ensuite les activités propresà France Télécom dans le domaine et terminerons par la stratégie d’introductionde la SDH dans le réseau français.

La trame et les principes de multiplexage

La trame de base

La structure de multiplexage s’articuleautour d’une trame de base organisée enoctets : le signal STM-1 (synchronoustransfer module d’ordre 1). Cette tramepossède les caractéristiques suivantes :n longueur totale : 2 430 octets,n durée de 125 microsecondes (fréquencede répétition de 8 kHz),n débit résultant : 155,520 Mbit/s.

Cette trame représentée ci-dessous comporte trois zones réservées respectivement à :n la capacité utile (2 349 octets, soit150,336 Mbit/s),n le surdébit de section (SOH : sectionoverhead),n le pointeur.

La hiérarchie numérique synchrone

Figure 1 - La trame de base.

Le conteneur virtuel

Les signaux à transporter dans le réseaude transmission synchrone sont toutd’abord enveloppés dans un “conteneur”.A chaque conteneur est associé un surdébitde conduit (POH : pathover head) réservéà l’exploitation de ce conduit. Le conteneuret son surdébit associé forment un “conteneur virtuel” (VC : virtual container).Il est important de noter que ce sont cesconteneurs virtuels qui sont gérés dans leréseau SDH indépendamment des signauxqu’ils transportent. La taille des différentsVC est adaptée au transport des signaux dela hiérarchie plésiochrone (VC11 : 1,5 Mbit/s,VC12 : 2 Mbit/s, VC2 : 6 Mbit/s, VC3 : 45 Mbit/s, VC4 : 140 Mbit/s). Ces VCpeuvent être “concaténés” pour créer des conduits de tailles différentes (parexemple 2 VC2 concaténés forment unconduit à 12 Mbit/s).

La structure de multiplexage

La structure de multiplexage normaliséedéfinit les règles qui permettent d’assemblerles conteneurs virtuels. Le multiplexagedes signaux affluents pour former le multiplex haut débit s’effectue en deuxétapes :n multiplexage de VC d’ordre inférieur(VC11, VC12, VC2 et VC3) dans les VCd’ordre supérieur (VC4 en Europe, VC3aux Etats-Unis et au Japon) ;n multiplexage des VC d’ordre supérieur(VC4 en Europe) pour former le signalrésultant haut débit. La trame haut débit,appelée STM-N est obtenue en multiplexantN trames de base par entrelacement directd’octets.

A chaque étape de multiplexage correspondun niveau de pointeur.Le multiplexage se fait en une seule étapelorsque l’on veut acheminer un signal à140 Mbit/s.

Le pointeur

L’intérêt du multiplexage synchrone est de pouvoir accéder directement auxconteneurs qui composent un mutiplex.Cependant, dans un nœud du réseau, lesdifférents signaux affluents peuvent arriveravec une phase quelconque (temps depropagation différents et variables dans le temps, écarts de fréquence entre horloges). Pour préserver la visibilité etl’intégrité des affluents en présence deces variations de phase, la SDH utilise despointeurs et la technique de justificationpositive-négative-nulle. L’information utilepeut ainsi “flotter” dans l’espace qui lui estalloué à l’intérieur de la trame, sa positionétant repérée à chaque instant par le pointeur.Le principe de fonctionnement est décritfigure 2 : pour chaque conteneur virtuel, le pointeur indique la position du VC dansla trame. Si l’horloge utilisée localement aune fréquence supérieure à celle utiliséedans le nœud d’où est originaire le signalarrivant, l’espace réservé pour la justificationnégative (1 octet par exemple) est utilisé,au moment opportun, pour transmettre les bits en surplus. Puis le pointeur correspondant est décrémenté d’une unitéet l’espace réservé à la justification libéré.Quand l’horloge locale a une fréquenceinférieure à celle du signal incident, oninsère dans la charge utile (1 octet par

Figure 2 - Pointeur et justification.

exemple) des bits de bourrage. Puis lavaleur du pointeur est incrémentée d’uneunité (justification positive). A chaqueétape de multiplexage correspond unniveau de pointeur. La connaissance de la phase d’un VC dans un multiplex STM-Nest donc donnée par la lecture d’un ou dedeux pointeurs selon qu’il s’agisse d’un VCd’ordre supérieur ou inférieur. Ceci éviteles opérations de recherche de verrouillagetrame et de déjustification afférentes audémultiplexage des signaux dans la hiérarchie plésiochrone actuelle.

Surdébits d’exploitation

La complexité des nouveaux équipementsde transmission et l’automatisation nécessairede la gestion du réseau donnent uneimportance accrue aux aspects exploitationdes équipements et du réseau de transmission.

Chaque couche du réseau dispose deséléments de contrôle de qualité etd’échange d’information nécessaires à son exploitation-maintenance.

n Le SOH (section overhead) (figure 1) est utilisé pour la gestion des sections deligne de transmission. Il utilise les neufpremières colonnes de la trame STM-1. Il fournit en particulier 12 octets permettantde définir des canaux de communicationde données (DCC) permettant d’acheminer

des informations de gestion de réseau. Il se décompose en deux parties, le RSOHqui est dédié à la gestion des sections derégénération (il est donc traité au niveaudes répéteur-régénérateurs) et le MSOHqui est dédié à la gestion des sections demultiplexage (il est donc traité au niveaudes terminaux de ligne).n Les POH (path overhead) sont utiliséspour la gestion des différents conduitstransportés. Ils contiennent des indicationsliées à la surveillance du conduit, à latransmission d’alarmes distantes et designaux de maintenance et, le cas échéant,des indications de structure de multiplexage.

L’architecture desréseaux

La nécessité d’automatiser les fonctionsde gestion du réseau de transmission etl’intégration des fonctions de protectiondes signaux transmis ont conduit à uneffort important de structuration du réseau.Dans le cas de la SDH, cela s’est traduitpar la normalisation d’une architecturefonctionnelle du réseau.

L’objectif à atteindre était de disposer d’unmodèle d’architecture :n qui mette en évidence les ressourcesréseau à gérer,n qui présente clairement les interfacesnécessaires à la définition des services,n qui puisse prendre en compte l’environ-nement multi-opérateur du réseau futur,n qui soit suffisamment générique pourfaciliter la réutilisation des procédures degestion,n qui permette la sécurisation du réseau.

Structuration en couche

Les surdébits qui permettent de disposer,à un niveau donné, des éléments de contrôlede qualité nécessaires à l’exploitation-maintenance de ce niveau (indépendamment

des autres niveaux) définissent implicitementles “couches” associées à la SDH. On parlera donc de couche “section de ligne”(systèmes de ligne STM-N au débit de N x 155,520 Mbit/s), de couche “conduithaut débit VC4” et de couches “conduitsbas débits (VC11, VC12, VC2, VC3)”.

De façon plus précise, on parlera de“réseaux de couche” : il s’agit d’unensemble de points de même nature pouvant être interconnectés et transportantune information caractéristique. Un telréseau est délimité par ses points d’accèsqui peuvent être interconnectés pourtransférer l’information caractéristiquedudit réseau.

Un réseau de couche :n possède une organisation propre,n dispose des moyens de gestionpropres,n fournit des services de transport pourd’autres réseaux de couches “clients”,n utilise les services de transport d’unautre réseau de couche “serveur”.

Dans chaque réseau de couche, on trouvera les éléments suivants (figure 3) :n le chemin : il est délimité par 2 pointsd’accès et réalise le transfert de l’informationentre ces points ;n les fonctions de terminaison permettentde qualifier le transfert de l’information.Elles mettent en œuvre des mécanismesde supervision capables de détecter leserreurs de transmission (par exemple enutilisant le POH du VC4) ;n les fonctions de connexion : situées dansles équipements SDH, elles permettentd’établir le routage du chemin (par exemplematrice de connexion d’un brasseur synchrone) ;n la connexion de lien est une fonction detransport, non supervisée, qui relie deuxfonctions de connexion. A noter qu’uneconnexion de lien dans un réseau “client”est fournie par un “chemin” dans le réseau“serveur” ;

Figure 3 - Structuration en couches.

n la fonction d’adaptation qui permet deprésenter les informations caractéristiquesdu réseau de couche “client” sous uneforme se prêtant bien au transport dans le réseau de couche “serveur”. C’est, par exemple, une simple fonction de multiplexage.

Partitionnement

La topologie d’un réseau de couche peutêtre complexe et comporter un nombreimportant de sous-réseaux élémentaires et de liens. Le principe de partition d’unréseau de couche permet d’avoir une visionplus ou moins détaillée de l’organisationselon les besoins.Ainsi, le client d’une liaison spécialiséeinternationale ne s’intéressera pas à la constitution détaillée de cette liaison.Cependant, cette dernière traverse un certain nombre de sous-réseaux nationauxet de liens entre ces sous-réseaux. A l’intérieur même de chaque réseau nationalil peut exister différents exploitants ou différentes zones administratives (réseauinterurbain, réseau régional, réseau local...).L’ultime degré de décomposition correspond à la vue logique d’une matricede connexion d’un brasseur SDH ou d’uncommutateur.La partition consiste donc à décomposerun réseau en sous-réseaux et liens detransmission, chacun d’eux pouvant sedécomposer à nouveau en sous-réseauxet liens, de façon récursive.Ces principes d’architecture fonctionnellesont utilisés pour décrire les éléments deréseau sous forme de blocs fonctionnelset les modéliser sous forme d’objetsgérés.

Structuration des équipements SDH

Pour l’opérateur de réseaux, la possibilité degarder un marché ouvert est une nécessitéstratégique. Il est donc impératif de spécifierles équipements indépendamment du typede réalisation et donc du constructeur.Une description par blocs fonctionnels deséquipements qui s’appuie sur la structureen réseaux de couche décrite plus haut se prête bien à cette approche et permetaussi d’envisager, à terme, une homogénéitéde gestion entre les différents opérateurs,ce qui ne peut que simplifier les problèmesd’interfonctionnement entre réseaux.Chaque bloc fonctionnel fait l’objet d’unedescription détaillée en terme de fonctionréalisée et de flux de signaux de naturediverse entrant et sortant du bloc (données,synchronisation, anomalies, gestion duréseau).Les blocs fonctionnels de base peuventêtre regroupés pour former des blocsfonctionnels composés, dans la mesureoù ces derniers forment un tout que l’onpeut retrouver dans divers équipements.Un équipement peut alors être défini parun assemblage de blocs fonctionnels debase ou composés.

Par exemple le bloc composé intitulé dansles normes “fonction terminale de trans-port” se compose de la mise en série desblocs de base suivants :n SA : adaptation de section de multiplexage,n MSP : fonction de protection de bloc de multiplexage,n MST : terminaison de section de multiplexage,n RST : terminaison de section de régénération,n SPI : interface physique SDH.

On retrouve là les fonctions de base présentes dans chaque couche du réseau :fonctions de terminaison (SPI, MST, RST),de connexion (MSP), d’adaptation (SA).A ces blocs de base, il faut ajouter lesblocs fonctionnels relatifs à la gestion, à la communication et à la synchronisation.

Les différents types d’équipements SDH

Les équipements, décrits à partir desblocs fonctionnels, et qui seront utiliséssur le réseau de France Télécom, peuventêtre classés comme suit :n équipements traitant le niveau VC4 :– systèmes de ligne haut débit : STM-4(620 Mbit/s), STM-16 (2,5 Gbit/s). Cessystèmes sont actuellement déployésdans le réseau ;– brasseurs de VC4 : ces équipements,dont la charge essentielle est d’assurer la protection du réseau d’interconnexion,seront installés à partir de fin 1994 ;– multiplexeurs à insertion-extraction, dedébit en ligne à 2,5 Gbit/s et traitant desaffluents STM-1 (155 Mbit/s) ou 140 Mbit/s.n équipements traitant les conteneurs virtuels de niveau inférieur :– multiplexeurs terminaux (par exempleconstitution d’un STM-1 à partir de 63 affluents à 2 Mbit/s) ;– multiplexeurs à insertion-extraction dedébit en ligne à 155 ou 620 Mbit/s et traitant des affluents plésiochrones (à 2 Mbit/s par exemple) ;– brasseurs synchrones de VC d’ordreinférieur (VC1, VC2 ou VC3).

La figure 4 (voir page suivante) récapituleles différents types d’équipements SDHqui sont ou seront déployés sur le réseaude France Télécom.

Réseaux en anneau

L’accès direct des affluents dans la trameSTM-1 et l’existence de canaux de communications dans les surdébits decette trame permettent de mettre enœuvre des topologies de réseaux nouvelles.Des structures en “bus”, en “arbre” ou en“anneau” sont désormais faciles à mettreen œuvre. La structure d’anneau permetd’obtenir assez facilement et économiquementune sécurisation du réseau considéré. Les équipements de base de ces anneauxsont les multiplexeurs à insertion-extraction(MIE).Plusieurs types d’anneaux sont possibles.

Figure 5 - Anneauunidirectionnel avecprotection de conduit.▼

On ne décrira ici que l’anneau dit “unidirectionnel”.

La figure 5 présente un tel anneau :chaque nœud est équipé d’un MIE. Ceux-ci sont interconnectés par deuxfibres optiques, l’une achemine le trafic en condition normale, l’autre sert à la protectiondu réseau. L’anneau est dit “unidirectionnel”car l’émission et la réception en conditionnormale se font sur la même fibre. Lafigure montre l’établissement d’un conduitentre les nœuds A et C : à l’émission(nœud A) le trafic est émis conjointementsur la fibre normale (via B) et sur la fibresecours (via E et D). En réception, aunœud C, l’équipement choisit le meilleurchemin (sur critères de qualité ou d’alarmes).S’il survient un problème de transmissionentre les nœuds A et B, le chemin réellementutilisé entre A et C empruntera la fibre de secours (via E et D). On réalise ainsiune protection à 100 % du réseau considéréen cas de panne d’artère, la panne d’unéquipement MIE n’affecte que son traficaffluent.

Figure 4 - Les équipementsSDH.

La synchronisation duréseau SDH

Le réseau numérique d’aujourd’hui est synchronisé au niveau 2 Mbit/s. En effet, pourassurer l’intégrité des données numériquesau travers des divers commutateurs duréseau, il est impératif de maîtriser l’écartde fréquence entre les différents trainsnumériques à 2 Mbit/s arrivant sur cescommutateurs.Dans le réseau SDH, la technique despointeurs décrite plus haut permet de rattraper les déphasages entre les différentssignaux d’entrée d’un nœud. Les ajustementsde pointeurs sont quantifiés (par pas de 3 octets dans le cas d’un VC4) et sont, enrégime normal, des événements isolés. Cesévénements n’ont pas de conséquence si la couche cliente reste synchrone, maispeuvent affecter la qualité de conduits plésiochrones.Dans le cas où le réseau SDH transportedes signaux plésiochrones, chaque saut depointeurs induit sur le conduit plésiochrone,à l’interface de terminaison, un saut dephase difficile à filtrer. En effet, lorsqu’onextrait le signal plésiochrone originel duconteneur virtuel, l’information de rythmerécupérée présente des discontinuités dephase (par exemple, saut de 24 périodesd’horloge pour un 140 Mbit/s). La fonctionappelée “désynchroniseur” a pour chargede lisser ces discontinuités de façon à ceque le signal plésiochrone reconstituésatisfasse aux spécifications de gigueapplicables aux signaux de la hiérarchieplésiochrone.Pour éviter ces inconvénients, les sauts depointeurs doivent être rares. En particulierles écarts de fréquence entre les différentssignaux SDH arrivant sur un nœud doiventêtre gardés dans une certaine fourchettecontrôlée. Ceci implique que la synchro-nisation du réseau SDH doit être s p é c i f i é e .

A terme, cette synchronisation qui est du type “maître-esclave”, sera organiséede la façon suivante :n horloge de référence : la référenced’horloge est donnée par des bâtis d’horlogeatomiques. Ces bâtis en faible nombre(actuellement il en existe 2 sur le réseaude France Télécom) utilisent, en fonction-nement nominal, des oscillateurs à jet decésium qui ont la particularité de ne pasdériver dans le temps et dont la fréquenceest exacte à quelques 10-12 près ;n distribution de l’horloge de référence :la référence d’horloge pourrait être acheminée dans tous les nœuds du réseauen utilisant le rythme physique des signauxSTM-N haut débit (ce qui évite l’effet pernicieux des ajustements de pointeursqui peuvent être présents sur des signauxnumériques transportés dans la tramesynchrone). Pour des raisons de fiabilitéchaque nœud du réseau sera atteint par deux liaisons pouvant servir à sa synchronisation ;n utilisation d’unités de synchronisation :en chaque nœud du réseau les horlogesrécupérées à partir des signaux STM-Nsynchronisants alimenteront un équipementspécifique appelé “unité de synchronisation”.Cet équipement comprend plusieurs oscillateurs à quartz de très bonne qualité(dérive de l’ordre de 10-10 par jour) quiseront asservis sur les signaux entrant.Cette unité de synchronisation distribueraà tous les équipements du centre (équipements de transmission PDH ouSDH, commutateurs) des rythmes de synchronisation. Ainsi, en cas de défaillancesmultiples des liaisons de synchronisationSTM-N, ces signaux distribués garderontune précision de fréquence suffisante(qualité des oscillateurs de base des unitésde synchronisation en mode maintenu,c’est-à-dire non asservi) pour éviter toutproblème.

Les principes indiqués ci-dessus sont trèsgénéraux et il est clair que l’architecturedu réseau de synchronisation doit êtrebien étudiée, en particulier, pour évitertoute “boucle de synchronisation” et touteaccumulation de gigue sur les signaux utilisés dans ce réseau particulier.

La gestion des réseaux SDH

Introduction

Les applications de gestion peuvent êtreclassées en plusieurs catégories : citons,entre autres, la gestion des services, lagestion des réseaux proprement dits et la gestion des équipements. Dans chacunede ces catégories, cinq aires fonctionnellessont retenues :n la gestion des fautes,n la gestion de la qualité,n la gestion de la configuration,n la gestion des coûts,n la gestion de la sécurité.

L’architecture fonctionnelle du réseau SDHest basée sur les trois concepts de base :n structuration en réseaux de couche,n partitionnement des réseaux,n relations “client-serveur” entre les couchesdu réseau.

L’utilisation de ces concepts et de la description en blocs fonctionnels des équipements permet de mettre en évidence,de façon normalisée, les ressources fonctionnelles à gérer et de développerdes applications de gestion de réseau respectant des règles systématiques.Cet environnement parfaitement structurédevrait permettre d’avoir des applicationsde gestion communicantes, efficaces etcohérentes entre elles.

Le réseau de gestion des télécommunications

Le réseau de gestion des télécommunica-tions, ou RGT, est un concept introduitdans les instances de normalisation internationale pour répondre aux besoinsde normalisation des interfaces de gestiondes équipements et interfonctionnemententre applications de gestion.Le RGT est basé sur une architecture permettant l’interconnexion entre diverssystèmes de gestion ou entre divers équipements de réseau pour échangerdes informations de gestion au moyen

d’interfaces normalisées en terme de protocoles et de messagerie.

L’approche orientée objetSuivant la philosophie du RGT, les différentesressources gérées doivent être modéliséesafin que les différentes informations degestion soient échangées de façon normalisée. Le formalisme utilisé pourreprésenter les ressources à gérer (ainsique leurs utilisations possibles) est fondésur la représentation objet, introduite àl’ISO pour l’administration des systèmesouverts. Les applications de gestiongèrent des “objets” qu’il faut définir etmodéliser.

Les rôles d’agent et de gestionnaireLes processus d’application de gestionsont distribués. Ils peuvent prendre deuxrôles :n le rôle de gestionnaire : le processusémet alors des actions en direction del’objet géré et en reçoit des notifications,n le rôle d’agent : le processus transmetalors les notifications en provenance d’un objet géré et exécute les actions enprovenance d’un processus gestionnaire.

Ces rôles d’agent et de gestionnaire permettent de structurer le dialogue et de vérifier les capacités et les droits desapplications communicantes. Ces rôles nesont pas assignés de façon permanente,mais peuvent évoluer (par exemple aucours d’une même communication).

Le modèle d’informationLe modèle d’information est composé de l’ensemble des objets définis pour lagestion des équipements et du réseauconsidéré. Ces objets sont organisés endifférentes classes. Ils sont définis parleurs attributs, leur comportement et les opérations possibles.

Un attribut est une valeur observable qui peut être directement modifiée par la ressource gérée ou par une action dugestionnaire.Le comportement d’un objet définit lesrelations entre cet objet et la ressourcequ’il représente.

Les différentes opérations possibles sontles suivantes :n lecture-écriture : en direction des attributs de l’objet géré,n action : par exemple une action conduità une connexion entre deux points de terminaison dans la matrice d’un brasseursynchrone,n notification : c’est un message spontanéenvoyé par un objet, par exemple envoid’une alarme “manque signal” sur un pointd’accès physique d’un élément de réseau,n création-suppression : elle permet à une application de gestion de modifier la configuration du système géré.

Le modèle d’information qui doit être utilisédans la gestion du réseau SDH est décritdans la Recommandation G774 de l’UIT-T.

Les protocolesLes informations de gestion circulent sur le réseau selon une architecture bien définie par l’intermédiaire d’interfaces etde protocoles normalisés (figure 6).

Chaque élément de réseau SDH estconnecté au RGT par des interfaces normalisées :n interface F vers une station de travail,n interfaces de type Q entre l’élément deréseau et l’application de gestion,n interface de type QECC qui utilise certainsoctets du surdébit SOH de la trame synchronepour acheminer des informations de gestion entre deux éléments de réseau.

Les applications de basede gestion de réseau

Gestion des fautesLa détection des défauts qui surviennentsur le réseau est faite soit à l’intérieur deséquipements, soit sur les signaux numériquesentrant. L’indication de défaut est transmiseà la fonction SEMF (synchronous equipmentmanagement function) qui est la fonction,existant sur tout équipement SDH, chargéede la gestion de l’équipement et de la communication des informations

Figure 6 - Architecture du réseau de gestion SDH. ▼

de gestion. Exemple de défaut : manquesignal, perte de verrouillage trame, pertede pointeur, etc. La fonction SEMF génère,au travers d’un filtre, des indicationsd’alarmes qui sont envoyées vers l’application informatique de gestion.Ces alarmes sont enregistrées avec tous leurs paramètres dans la mémoire de l’équipement sur une période donnée(par exemple 24 heures).

Gestion des performancesLes performances de la transmission sontévaluées à partir des défauts détectés etde la détermination des blocs de donnéeserronés. Un bloc est un ensemble de bitsconsécutifs contrôlé par un code correcteurd’erreur. Les normalisateurs ont standardiséla dimension des blocs et le type de codedétecteur d’erreur utilisé pour chaqueconteneur virtuel.

Trois types de paramètres ont été définispour évaluer la qualité de la transmission :n taux de secondes erronées : uneseconde erronée étant une seconde avecau moins un bloc erroné ou une faute,n taux de secondes gravement erronées :une seconde gravement erronée contientplus de 30 % de blocs erronés ou aumoins un défaut,n taux résiduel de blocs erronés (en excluantles secondes gravement erronées).

Toutes les secondes, ces taux sont comparés à des seuils. Dès qu’un seuil est franchi, une notification est envoyéeau système de gestion. Ces informationsde performances sont comptabilisées surdes périodes fixes (15 minutes et 24 heures).

L’historique des paramètres de qualité estutile pour des opérations de maintenancedu réseau.Chaque type d’événement, pour chaquedirection, est comptabilisé et le cumulrangé en mémoire.La surveillance de la qualité est suspenduedurant les périodes d’indisponibilité. Une telle période commence lorsque dixsecondes gravement erronées consécutivesont été trouvées (ces 10 secondes doiventd’ailleurs être incluses dans l’évaluation dela durée de la période d’indisponibilité).

Gestion de la configurationUn des besoins les plus nécessaires pourun opérateur est de pouvoir configurer àdistance son réseau :n configuration des équipements : il estindispensable de pouvoir modifier à distancela configuration matérielle d’un équipement(mise en service d’accès, etc.),n certains équipements SDH incorporentdes fonctions de protection (passageautomatique sur un système redondantdans le cas, par exemple, d’un système deligne en mode N+1). Ces fonctions doiventpouvoir être contrôlées par l’applicationde gestion.

Enfin, la création à distance, d’un conduitde transmission au travers d’un réseauSDH passe par l’établissement (ou l’arrêt)d’un certain nombre de connexions dansles matrices de connexion des équipementsSDH concernés (MIE, brasseurs, etc.).

Les activités propres à France Télécom dansle domaine

Planification du réseauSDH

Les études d’architectures et de dimen-sionnement du réseau SDH sont menéesen collaboration entre le CNET et les différents services concernés de FranceTélécom.L’élaboration d’une structure optimale du réseau nécessite la connaissance de la demande prévisionnelle que l’on désirerouter dans le réseau, l’étendue du réseau,le degré de protection et de qualité et la technologie que l’on compte introduire(SDH). Le choix de l’architecture est unproblème complexe qui peut être décomposéen se basant sur la structuration du réseauSDH en “réseaux de couche” et sur le partitionnement des réseaux.

Structure physique et logiqueIl faut déterminer quels sont les arcs lesplus rentables à placer dans le réseau. etleur rôle dans le réseau. On répartit

Les nœuds sont hiérarchisés suivant letype de trafic qu’ils produisent, leur tailleensuite les fonctions de multiplexage,répartition, brassage et transmission.Deux facteurs sont importants :n l’étendue géographique : la longueurmoyenne des arcs influe sur le rapportentre le coût des nœuds (BRN, RPN, MIE,systèmes de ligne) et ceux des arcs(fibres, éventuellement régénérateurs),n le volume total à transporter qui déterminera les débits en ligne (STM-1, 4,16).

Suivant le type de structure envisagé(étoile, arbre, anneaux, réseau maillé), on utilisera différentes méthodes mathématiques.

ProtectionD’une façon générale, les aspects “sûretéde fonctionnement des réseaux” deviennentprimordiaux et doivent être intégrés dansles processus de planification.Le fonctionnement d’un réseau peut êtreinterrompu par des opérations de mainte-nance ou des pannes : pannes systèmesdues à des cartes électroniques, coupuresde câbles, pannes d’artères, pannestotales de nœuds (exceptionnelles, maisgraves). La protection du réseau a pourbut de minimiser les effets de cesdéfaillances par le rétablissement total oupartiel de la capacité de transmission. Ellepeut être passive (pas de réarrangementdu réseau) ou active (reroutage des transmissions interrompues).

Applications aux réseauxLes études d’architecture et d’équipementsdu réseau de transmission de FranceTélécom ont été menées pour les trois niveauxconstituant le réseau.Des études de dimensionnement du futurréseau de transmission européen SDH(METRAN)* ont été menées sous la direction du CNET. L’utilisation de la SDH dans les grandsréseaux urbains a permis d’identifierquelques familles de structures types. Il fautchoisir les grappes (ensemble de nœudsde transmission) et les anneaux (reliantcertains de ces nœuds) permettant

*Managed European TRAnsmission Network.

d’optimiser les coûts et prévoir, pour desraisons de sécurité, l’introduction progressivede brasseurs pour le trafic intergrappe.Des outils spécifiques doivent être développés, par exemple pour optimiserle réseau régional en prenant en compteles infrastructures (génie civil existant etfibres disponibles) et l’affectation des MIEsur les anneaux.

Transition PDH-SDHLa transition du réseau existant vers unréseau homogène SDH doit prendre encompte les problèmes liés à l’obsolescencedes artères et des équipements, la qualiténécessaire aux services transportés et les coûts d’exploitation induits.La mise en œuvre de cette politique derenouvellement est très complexe et ne peut être traitée globalement à l’aided’outils d’optimisation. En fait, plusieursscénarios de transition sont définis pardes experts et optimisés ensuite par deslogiciels adéquats. Le coût de la transitionpeut alors être quantifié.Le critère d’optimisation des coûts n’estpas le seul à considérer. Il faut associer,au dimensionnement des réseaux, des indicateurs de qualité de service qui en garantissent le bon fonctionnement (disponibilité, performances des réseaux).Les différentes architectures doivent pouvoir être comparées sur ce point devue. Le planificateur doit disposer d’outilssouples pouvant prendre en compte denouvelles hypothèses et modélisations.

Rédaction de spécifications génériques

Les principes de multiplexage de la SDHet la formalisation de sa structure en couchespermettent de décrire un équipement particulier comme un assemblage de blocsfonctionnels. Des équipements de type différent peuvent contenir des blocs fonctionnels identiques. A titre d’exemple,un conduit VC12 peut être créé dans un multiplexeur terminal 2-155 Mbit/s, et être terminé dans un brasseur ou dans un MIE STM-4.

L’interfonctionnement entre équipementsdifférents et (ou) réalisés par des industrielsdifférents s’applique, dans le cadre de laSDH, à des équipements complexes (cequi n’était pas le cas dans la hiérarchieplésiochrone). Il devient alors fondamentald’adopter une méthode de spécificationde l’ensemble des équipements qui assurecet interfonctionnement.S’appuyant sur la description des blocsfonctionnels normalisés, le CNET développeune spécification, dite générique, deséquipements SDH qui est, en fait, unebibliothèque de spécifications élémentairescorrespondant aux différents blocs fonctionnels. A partir de cette spécificationgénérique, une spécification particulièred’équipements sera obtenue par simpledescription de l’assemblage des blocs élémentaires. Ceci évite que deux blocsfonctionnels théoriquement identiques ne soient spécifiés différemment, ce qui conduirait à des problèmes d’inter-fonctionnement.Cette spécification générique permettraégalement une rationalisation de la validation des équipements, puisque lestests associés à un bloc fonctionnel sont,à un certain niveau d’abstraction donné,indépendants des équipements.Cette procédure permettra à FranceTélécom de disposer des éléments nécessaires pour élaborer ses documentsd’appel d’offres pour la fourniture deséquipements SDH.

Automatisation des testsdes équipements SDH

La procédure de test permet de s’assurerde la conformité des équipements fourniset de les valider en vue de leur déploiementdans le réseau de France Télécom.Certaines recommandations internationalestraitant des méthodologie de tests sontdisponibles, mais elles s’appliquent surtoutau test des protocoles (ISO 9646). Pourappliquer ces méthodes aux tests d e séquipements SDH quelques adaptationssont nécessaires.

Les grands principes que l’on cherche àmettre en œuvre sont les suivants :n utilisation de suites de tests abstraitsCette structure de tests peut être vuecomme un “arbre de test” où chaquenœud est conditionné par des critères desélection dépendant des fonctionnalitésd’un équipement particulier (par exemple,les fonctions d’un MIE sont différentes decelle d’un brasseur). Cet arbre de test estindépendant de la réalisation physique de l’équipement (notion de généricité) etdes moyens mis effectivement en œuvrepour réaliser le test (notion d’abstraction).La définition de l’arbre de test doit prendreen compte à la fois les spécificationsgénériques de la SDH vues au paragrapheprécédent et les tests eux-mêmes. L’arbrede tests est défini à partir de l’ensembledes normes SDH couvrant le domaine.Les problèmes suivants sont à résoudre :– topologie de l’arbre,– contenu des critères de sélection,– représentation abstraite et paramètrisationdes tests eux-mêmes ;n description des équipementsA partir de la description générique del’équipement, on identifie les tests et leursparamètres. L’ensemble des tests pour un équipement particulier résulte du croisement de l’arbre de test et de la description de l’équipement. Le même testde base peut apparaître plusieurs foisavec différentes valeurs de paramètres(par exemple accès STM-1 et STM-4) ;n gestion et exécution des testsLes actions à mener sont les suivantes :– description structurée de l’équipement,– description de l’arbre de test (généricitéet abstraction),– choix de la suite de tests à réaliser,– à partir des tests abstraits et de leursparamètres, description des tests physiquesà réaliser (en fonction des moyens detests disponibles),– analyse et stockage des résultats destests remis sous forme compatible avecleur description abstraite (indépendammentde leur réalisation physique).

Etat des études en gestiondu réseau SDH

Les instances de normalisation ont définiles interfaces physiques et protocoles de gestion des équipements SDH. Lamodélisation des équipements est en voied’achèvement ; des travaux restent encours sur la modélisation des “réseaux”SDH. La structuration de ces réseaux estcependant clairement établie (réseaux decouches, partitionnement).Néanmoins, face à cet environnement bienstructuré au niveau des normes, l’état réeldes matériels SDH sur le marché n’est pasaussi avancé. Les interfaces de gestionrestent encore propriétaires et le modèleaux normes ETSI n’est pas encore réelle-ment implanté. D’autre part, le systèmed’information du réseau et l’ensemble desapplications de gestion en place ou encours de développement doivent prendreen compte le lourd poids de l’existant (hiérarchie plésiochrone).

Cette situation rend difficile la tâche desconcepteurs d’applications de gestion duréseau. Les efforts doivent être déployéssuivant deux axes :n actions à court terme pour intégrer les nouveaux équipements synchrones (à interface propriétaire) dans le systèmed’information existant, avec un minimumde fonctionnalités indispensables et compatibles avec l’existant ;n actions à long terme mettant en œuvrel’ensemble des structures propres à laSDH (interfaces de type Q3, modèled’information normalisé). C’est dans cetaxe que démarre le projet Sequoia dont lebut principal est de démontrer la faisabilitéet l’intérêt de ces concepts appliqués à lagestion du réseau d’interconnexion. Lacible visée est le développement et l’intégration d’applications de gestion(alarmes de transmission, performancesdu réseau haut débit et protection automa-tique de ce réseau) prenant en compte leséquipements SDH en expérimentation auCNET (en particulier les brasseurs de VC4et les systèmes de ligne).

Il est clair que l’une des difficultés principalesde ces opérations sera de définir la

trajectoire optimale pour passer de lasituation actuelle à la cible visée, sans discontinuité notable dans les opérationsd’exploitation du réseau de transmission.

L’introduction de la SDH dans le réseaude France Télécom

France Télécom a planifié un importantprogramme de développement de la transmission sur fibre optique monomode.Cette évolution coïncide avec l’apparition surle marché des équipements de la nouvellehiérarchie synchrone. Ce paragraphedonne quelques indications supplémentairessur ce que sera la cible pour le réseau detransmission synchrone.

Le réseau d’interconnexion

Ce réseau haut débit (RIC) relie les centresde transit ainsi que les nœuds internationaux.A la cible, ce réseau sera maillé et utiliseraprincipalement des systèmes de ligneSTM-16 (2,5 Gbit/s). Les pôles du réseauseront au nombre d’une vingtaine et systématiquement dédoublés pour raisonsde sécurité. La protection du RIC seraassurée par l’utilisation en chacun desnœuds de brasseurs de VC4 (RPN 4-4).Une application centralisée gérera l’ensemblede ces brasseurs.Dans un premier temps, les systèmes de ligne et les brasseurs seront équipésd’interfaces plésiochrones de façon à pouvoir assurer un certain biseau (en particulier avec les systèmes de gestionde réseau actuellement en usage sur leréseau plésiochrone). Puis on se dirigeraprogressivement vers une réelle connexitésynchrone (interface STM-1, connexité auniveau VC4).L’utilisation de brasseurs synchrones(VC4, VC1) dans les nœuds du RIC devraitcommencer au début de 1996. Cesmachines permettront, entre autres, deconstruire des conduits VC12 ou 2 Mbit/sd’une manière souple et automatisée.

Le réseau sectoriel

Jusqu’à maintenant, chacun des pôles duréseau RIC était le centre d’un réseau enétoile, dit sectoriel, permettant de relierles réseaux de jonction à ces pôles.La nouvelle cible consiste à réduire lenombre de ces réseaux sectoriels (unevingtaine) et à utiliser, pour chacun d’eux,une topologie en anneau. L’utilisationd’anneau optique STM-4 ou STM-16 (avecinsertion-extraction de VC4) est prévue.Sur chacun de ces anneaux la protectionsera, comme on l’a vu précédemment,assurée à 100 % contre les pannes simplesd’artères. Pour des raisons de sécurité,chacun de ces anneaux passera par lesdeux centres dédoublés caractéristiquesd’un pôle du RIC.

Les réseaux de jonction et de desserte

Les réseaux intra-ZAA sont aujourd’huistructurés en réseau maillé (réseaux dejonction ou réseaux urbains reliant lescommutateurs locaux aux réseaux sectoriels) ou en réseau étoilé (réseaux de desserte reliant les unités de raccorde-ment déportées au commutateur principal)et utilisent principalement des câbles encuivre et des faisceaux hertziens.La cible vise à réduire le nombre de ZAA(430 aujourd’hui, 125 en 1998). Elle serabasée sur une architecture en anneau synchrone utilisant des multiplexeurs àinsertion-extraction gérant des affluents à 2 Mbit/s et éventuellement à 34 ou 140 Mbit/s. Les réseaux de jonctions, parprincipe en fibre optique, utiliseront desMIE à interface STM-4 (voire STM-16 enrégion parisienne).Les réseaux de desserte sont essentiellementen fibre optique, exceptionnellementmixtes (fibre et faisceaux hertziens). Ils utiliseront des MIE STM-1. Dans un premiertemps les MIE pourront être utilisés dansune structure en bus en attendant la fourniture de la boucle support qui permetl’évolution du bus en anneau sychrone.

Conclusion

La SDH constitue une réponse technique àune demande de réseaux de transmissionplus souples. La structure même de latrame qui, implicitement, contient la notionde couches, a permis d’élaborer un modèle d’architecture du réseau et une description des équipements parblocs fonctionnels. Cette approche globaleet cohérente va permettre de faciliter ledéveloppement et l’utilisation d’applicationsde gestion de réseau évoluées dans unmonde multi-industriel et multi-opérateur.La grande souplesse de la SDH (accèsdirect aux affluents, surdébits d’exploitation,interconnexion des systèmes haut débits,...)prendra alors tout son intérêt.Le choix de cette technique représenteune véritable “révolution culturelle” pourFrance Télécom. Il implique la conduite etla maîtrise d’un vaste programme : budget,formation, expérimentations, mise enœuvre, gestion du réseau.