SINCRONISMO EN REDES DIGITALES

Niveles de sincronismo y transmisión libre de errores Primer nivel de sincronismo El receptor debe saber cuando y por cuanto tiempo “escuchara” los bits recibidos Segundo nivel de sincronismo El receptor debe saber que bits agrupar para formar los caracteres Tercer nivel de sincronismo El receptor debe saber que caracteres debe agrupar para formar los mensajes

¿Cuando se lee la data? ¿CUAL RELOJ SE EMPLEA PARA LEER LA DATA? 1 1 1 1 1 1 1 DATA ORIGINAL CK 0 (TRANS.) CK 1 1 1 1 1 CK 2 1 CK 3 ¿CUAL RELOJ SE EMPLEA PARA LEER LA DATA?

Efecto de perder sincronismo Voz Efecto menor: impulso de ruido a veces imperceptible Señalización por canal común Efecto menor: demora en la señalizacion dado los mecanismos de control de errores Transmisión de datos Potencialmente grave: se refleja en retransmisiones que disminuyen la velocidad de transmision. De no existir correcciones en los extremos, puede ser muy dañina Facsimil Potencialmente grave: puede deteriorar la imagen transmitida. La pérdida de sincronismo produce un desplazamiento de la linea que es transmitida

Sincronismo Se obtiene cuando dos eventos se producen de acuerdo a una relación de tiempo específica y estan sujetos a un reloj maestro Dos eventos: Transmisión de bits (escritura sobre el canal de transmisión) Recepcion de bits (lectura del canal de transmisión) Relación de tiempo específica: Momento en que se transmite (escribe) en fase con el momento en que se recibe (lee) Momento: instante de tiempo significativo para el proceso

Modalidades de sincronismo Split-Timed BANCO DE CANALES BANCO DE CANALES Tx y Rx pueden operar con distinta referencia de reloj (Destino y procesamiento analógico) MUNDO ANALOGICO MUNDO ANALOGICO Loop-Timed BANCO DE CANALES CENTRAL DIGITAL MUNDO DIGITAL La PABX espera ver la misma referencia de reloj (La PABX opera internamente con esta referencia)

Recepcion RED DE CONMUTACION DIGITAL BUFFER ESCRITURA LECTURA RELOJ

Relojes Reloj maestro Reloj de transmisión Reloj de recepción Fuente de temporización que emplean todos los elementos de la red para fijar el instante de tiempo significativo de los procesos en cada uno de ellos El instante de tiempo significativo para cada elemento debe estar en sincronismo con los de los otros elementos de la red Reloj de transmisión Usado para fijar el instante de tiempo significativo para la transmisión de los bits (escritura) Reloj de recepción Usado para fijar el instante de tiempo significativo para la recepción de los bits (lectura)

Propiedades de los relojes Precision (sincronizado) Es la habilidad de un reloj de operar a la “misma” frecuencia que la de un reloj de referencia Ambos relojes operan a la misma “hora” Se mide en base a su nivel “stratum” Estabilidad (sintonizado) Es la habilidad de un reloj para mantenerse operando sintonizado con una frecuencia de referencia producida por otro reloj Los eventos controlados por ambas frecuencias varian a la misma tasa (se mantiene la diferencia relativa entre ellos) Se mide en base al: Corrimiento en fase que presenta un reloj dentro de un período de tiempo Intervalo de tiempo que puede operar sin que tenga que ser ajustado

Desviacion de relojes (precisión) Frecuencia fr = Frecuencia de referencia (Ejem. 2048 kbps) d = desviación en el tiempo t1 (bits errados en el tiempo t1) fc = Frecuencia real del reloj A = Precisión en el tiempo t1 (Nivel de STRATUM) A = Bits errados en t1 (d) fr to t1 Tiempo

Precision de los relojes FUENTE LORAN - C STRATUM 1 STRATUM 2 STRATUM 3 STRATUM 4 PRECISION 5 x 10-12 1 x 10-11 1.6 x 10-8 4.6 x 10-6 3.2 x 10-5 BITS ERRADOS 1/Día 2/Día 2/Min 10/Seg 66/Seg CORRIMIENTOS (SLIPS) 1 CADA 289 Dias 1 CADA 145 Dias 1 CADA 130 Minutos 1 CADA 27 Segs 1 CADA 4 Segs SLIPS/PERIODO: 256 [2.048 Kbps x Período en segs (Mes/Día/Min./Segs) x Precisión] NOTA: Tasa de transmision: 2.048 kbps Slip: perdida de 1 trama (256 bits) Se considera el efecto de un solo reloj

Desviacion de relojes (estabilidad a largo plazo) Frecuencia fr = Frecuencia de referencia (Ejem. 2048 kbps) d = desviación en el tiempo t1 (bits errados en el tiempo t1) fc = Frecuencia real del reloj S = d . 1 fr (t1 - t0) Estabilidad a largo plazo (S): Desviación en fase durante el período t1 y t0 Precisión deseada: d (Ejem. en partes por millón: 1 x 10-6 x fr) fr to t1 Tiempo

Estabilidad de los relojes TIPO CESIO RUBIDIO QUARZO EN HORNO (BUENO) QUARZO EN HORNO (MEDIO) QUARZO SIN HORNO DESVIACION /MES 3 x 10-12 2 x 10-11 1.5 x 10-9 1.5 x 10-8 5 x 10-7 PERIODO DE AJUSTE 33 MESES 5 MESES 2 DIAS 5 HORAS 12 MINUTOS NOTA: Ajuste requerido para mantener una Estabilidad de 1 parte en 1010

Errores en precision o estabilidad Dos señales digitales operando a la misma velocidad binaria si estan fuera de fase no se sincronizan (inestabilidad) Dos señales digitales operando a distintas velocidades binarias no se sincronizan (imprecision) Resultado: corrimientos (slips)

Mapeo de la carga en los intervalos de tiempo Vllegada velocidad comandada por el transmisor lejano Vsalida el cubo representa una memoria elástica las bandas transportadoras representan tramas subdivididas en intervalos de tiempo síncronos Los espacios de carga para los tributarios en la trama E1 se encuentran intercalados byte a byte (cada octeto consecutivo en la trama representa un nuevo time slot, o intervalo de tiempo); o sea, cada octeto de la trama (repetido 8000 veces por segundo) constituye un espacio de carga con capacidad nominal de transportar 64 kbit/s. Los tributarios transportados en la trama son copiados en los respectivos espacios de carga (intervalos de tiempo). Como la trama no permite ajustar la velocidad de cada tributario al espacio de carga que le es destinado, los tributarios tienen que ser síncronos a la trama primaria hacia la cual son copiados, pués de otro modo ocurrirían slips (deslizamientos) periodicamente. De hecho, lo que pasa en centrales y cross-connects digitales de tributarios de 64 kbit/s, es que esos elementos copian la carga extraida de los espacios de carga de las tramas primarias que les llegan hacia memorias elásticas. De esas memorias, la carga es leída, con el reloj local, y copiada en los espacios de carga de las tramas generadas por esos elementos hacia adelante. Los tributarios tienen que caber exactamente en esos espacios; de otro modo, los elementos que hacen la conmutación tendrían que periodicamente introducir slips o deslizamientos siempre que se hubiese acumulado un desfase igual a la mitad del tamaño de la memoria elástica. Con eso, la información sería dañada en el proceso de conmutación. Debido a esa problemática, para que una señal de 64 kbit/s o n x 64 kbit/s pueda ser transportada sin errores, es necesario que todas las señales de 64 kbit/s sean síncronas a las tramas de 2 Mbit/s, y que todas las tramas de 2 Mbit/s en la red sean síncronas entre si. velocidad comandada por el reloj local Si Vllegada > Vsalida, el cubo tiende a llenarse cada vez más, hasta desbordar Si Vllegada < Vsalida, el cubo tiende a vaciarse cada vez más, hasta quedar vacío Si Vllegada = Vsalida, el nivel en el cubo permanece constante

Errores de sincronismo 1 1 1 1 1 DATA ORIGINAL ERROR ERROR LECTURA INEXACTITUD DE LOS RELOJES 1 1 1 S L I P SE “PERDIERON” DOS BITS 1 1 1 1 1 DATA ORIGINAL LECTURA 1 1 1 1 1 1 1 1 1 INEXACTITUD DE LOS RELOJES SE “GANARON” OCHO BITS LECTURA CORRIDA 1 1 1 1 PERDIDA DE ESTABILIDAD

Seleccion del esquema Maestro- esclavo Jerarquica Referencia externa Facil de implementar y es muy estable Alta dependencia de un unico reloj maestro Muy util en redes tipo estrella Jerarquica Mas confiable que el anterior, pero mas complejo de implementar (varios relojes con su jerarquia) Referencia externa El mas facil de introducir, pero muy costoso a nivel de la recepcion en cada central y aun presenta problemas de confiabilidad

Seleccion del esquema (cont.) Control uniterminal Conveniente en redes con estructuras arbitrarias Se pueden usar relojes de menor estabilidad Dependiente de cambios ambientales (temperatura) Control biterminal Aunque mas complejo y costoso, es mas independiente a las variaciones ambientales Plesiócrono Muy estable pero altamente costoso

Generalidades Generalidades del control mutuo: uniterminal y biterminal En un sistema donde cada reloj controla a todos los demás, la adición de un nuevo reloj requiere que este se encuentre en estrecha alineación con la fase del resto del sistema Criterios generales de seleccion Plesiócrono para centrales internacionales Jerarquia descendiente hasta centrales locales, usando algun tipo de sincronismo mutuo o maestro/esclavo Maestro/esclavo para concentradores o módulos remotos dependientes de la central principal

Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) SEÑAL DE ALINEACION DE TRAMA (SAT) y BitsNacionales Entrelazado de los bits y Consulta de SAT Salida 8448 Kb/s 1 Recuperación de Reloj (PLL) Memoria Elastica Etapa de Relleno DATOS Reloj de lectura 2112 KHz Afluentes a 2048 Kb/s 4 Recuperación de Reloj (PLL) Memoria Elastica Etapa de Relleno DATOS Reloj de lectura 2112 KHz Oscilador de reloj 8448 KHz

Arquitectura de redes de Sincronismo Low-pass filter VCO Output Clock 1 / X Frequency Divider  / Phase comparator Reference Clock 10-11 Primary Reference Clock 10-9 (TNC) 10-8 (LNC) Synchronization Supply Unit ITU-T ETSI ANSI/Bellcore Definition G.810 300 462-1 T1.101/ GR-253 Network G.825 300 462-3 T1.105/GR-253 PRC G.811 300 462-6 T1.101 SSU G.812 300 462-4 SEC G.813 300 462-5 GR-253 (G.81s) SDH Equipment Clock 4.6 x 10-6 PDH Slave Clock

Distribución del Sincronismo PRC Reloj Primario de Referencia G.811 1 Reloj Síncrono de Equipo G.81s 2 2 2 ESCLAVO Unidad de Suministro de Sincronización G.812 3 3 3 N elementos de red 3 4 SINCRONIZACION PRIMARIA ESCLAVO 4 4 SINCRONIZACION SECUNDARIA ENLACE DIGITAL

Determinación del valor TIE Observation Interval (s) Time (t) TIE Measurement time (T) TIE: Time Interval Error Representa la desviación de tiempo en la señal de reloj bajo prueba relativa a una fuente de referencia. Recomendación G.813 al menos 30 muestras/seg deberian ser tomadas (low pass filter 10 Hz cutoff)

Determinación del valor MTIE MaximunTime Interval Error Representa el máximo error en el intervalo de tiempo (valor pico a pico) de la señal de reloj que esta siendo medida en un tiempo de observación específico (s). Medida a largo plazo de estabilidad de la señal de reloj Detecta los ajustes de frecuencia Configuración del buffer Measurement time (T) TIE Time (t) Observation Interval (s) MTIE

Determinación del valor TDEV TIE Measurement time (T) Short Interval Medium Interval Long Interval S1 S2 S3 RMS Interval 0.42 H(f) Observation Interval Time (t) Sx Higher Lower frequency components TDVE TDVE: Time Deviation Representa la variación de error de fase vs. La intergación de tiempo. El análisis TDEV provee información acerca del contenido espectral de la variación de fase, es decir comportamiento de la frecuencia o ruido en el oscilador. Medida a corto plazo de estabilidad

¿Cómo se manifiestan los problemas de sincronismo? Si una prueba de BER no indica la causa puede ser un problema de sincronismo Fallas en la transmisión aunque la degradación de la característica física de la línea no sea aparante Esporádica y posiblemente periódica ocurrencia de interferencia (sync. loss) Análisis de pruebas de puntero y wander (SDH)

¿Por qué pueden ocurrir los problemas de sincronismo? Interacción entre varias redes de sincronismo, cada una de las cuales esta alimentada de diferentes fuentes de referencia (PRC) Transición entre diferentes tecnologías (SDH -> ATM, ISDN, GSM, PDH, etc). Interrupción de la cadena de sincronización, la fuente local reduce la exactitud

¿Dónde y cómo se mide? Mediciones en los elementos de red a través de su cadena de sincronización. (mediciones relativas o absolutas) PRC Alternativas SSU 10, 5, 2.048, 1.544 MHz REF SEC SEC Clock Data SEC Standard PDH/SDH optical/electrical data signals

¿Dónde y cómo se mide? 2.048 Mb/s TIE MTIE GSM PDH ATM SDH PRC Mediciones de una señal transmitida sobre varios elementos de red. (mediciones relativas) Switch A Switch B

¿Dónde y cómo se mide? Mediciones de la calidad del reloj en los limites de la red (medición absoluta) Medida absoluta: contra una fuente de referencia externa. STM-1, PCM 30 SDH network

Restablecimiento de servicio en anillos digitales Sistemas de transmisión de linea C D OPERACION NORMAL Anillo de Servicio Anillo de Proteccion

Restablecimiento de servicio en anillos digitales Sistemas de transmision de linea C D OPERACION DE RESTAURACION Anillo de Servicio Anillo de Proteccion