SINCRONISMO EN REDES DIGITALES

1. SINCRONISMO EN REDES DIGITALES

2. 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

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

4. 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

5. 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

6. Relojes • Reloj maestro 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)

7. 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

8. 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 Tiempo to t1

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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)

13. 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 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

14. Errores de sincronismo 1 0 1 0 1 0 1 0 1 DATA ORIGINAL LECTURA ERROR ERROR INEXACTITUD DE LOS RELOJES 1 0 0 1 0 0 1 S L I P S • SE “PERDIERON” DOS BITS 1 0 1 0 1 0 1 0 1 DATA ORIGINAL LECTURA INEXACTITUD DE LOS RELOJES 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 • SE “GANARON” OCHO BITS LECTURA CORRIDA 0 1 0 1 0 1 0 1 PERDIDA DE ESTABILIDAD

15. Seleccion del esquema • Maestro- esclavo 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

16. 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

17. 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

18. 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 DATOS Recuperación de Reloj (PLL) Memoria Elastica Etapa de Relleno Reloj de lectura 2112 KHz Afluentes a 2048 Kb/s 4 DATOS Recuperación de Reloj (PLL) Memoria Elastica Etapa de Relleno Reloj de lectura 2112 KHz Oscilador de reloj 8448 KHz

19. Output Clock VCO Low-pass filter Reference Clock  / 1 / X Frequency Divider Phase comparator Arquitectura de redes de Sincronismo 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

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

21. TIE TIE Time (t) Observation Interval (s) Measurement time (T) Determinación del valor TIE • 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)

22. TIE MTIE Time (t) Observation Interval (s) Measurement time (T) Determinación del valor MTIE • 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

23. Measurement time (T) TIE Time (t) Sx Observation Interval Short Interval Medium Interval Long Interval S1 S2 S3 H(f) H(f) H(f) 0.42 S1 0.42 S2 0.42 S3 RMS Interval RMS Interval RMS Interval TDVE Higher Lower frequency components Determinación del valor TDEV 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

24. ¿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)

25. ¿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

26. SEC SEC SEC Clock Data ¿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 Standard PDH/SDH optical/electrical data signals

27. 2.048 Mb/s TIE MTIE 2.048 Mb/s 2.048 Mb/s ATM SDH GSM PDH ¿Dónde y cómo se mide? PRC Mediciones de una señal transmitida sobre varios elementos de red. (mediciones relativas) Switch A Switch B

28. STM-1, PCM 30 SDH network SDH network ¿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.

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

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