Hiérarchie numérique plésiochrone
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Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...)
Modèle OSI

La hiérarchie numérique plésiochrone (La hiérarchie numérique plésiochrone ou PDH (en anglais Plesiochronous Digital Hierarchy) est une technologie utilisée dans les réseaux de télécommunications...) ou PDH (en anglais Plesiochronous Digital Hierarchy) est une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) utilisée dans les réseaux de télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le terme...) afin de véhiculer les voies téléphoniques numérisées. Le terme " plésiochrone " vient du grec plesio (proche) et chronos (temps) et reflète le fait que les réseaux PDH où différentes parties soient presque parfaitement synchronisés : ils ont un même débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) nominal pour toutes les artères du même type mais ce débit diffère légèrement en fonction de l'horloge de traitement local

Les versions européennes et américaines du système différent légèrement mais reposent sur le même principe, nous décrirons ici le système européen.

Le transfert de données est basé sur un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme...) à 2 048 kbit/s. Pour la transmission de la voix, ce flux est séparé en 30 canaux de 64 kbit/s et 2 canaux de 64 kbit/s utilisés pour la signalisation et la synchronisation. On peut également utiliser l'intégralité du flux pour de la transmission de donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) dont le protocole s'occupera du contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.).

Le débit exact des données dans le flux de 2 Mbit/s est contrôlé par une horloge dans l'équipement générant les données. Le débit exact varie légèrement autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) de 2 048 kbit/s (± 50 ppm).

Afin d'amener plusieurs flux de 2 Mbit/s d'un point (Graphie) à un autre, ils sont combinés par multiplexage (Le multiplexage est une technique qui consiste à faire passer deux ou plusieurs informations à travers un seul support de transmission.) en groupes de quatre. Cette opération consiste à prendre 1 bit du flux #1 suivi d'un bit du #2, puis le #3 et enfin le #4. L'équipement émetteur ajoute également des informations permettant de décoder le flux multiplexé.

Chaque flux de 2 Mbit/s n'étant pas nécessairement au même débit, des compensations doivent être faites. L'émetteur combine les quatre flux en assumant qu'ils utilisent le débit maximum autorisé. Occasionnellement le multiplexeur (Un multiplexeur est un circuit permettant de concentrer sur une même voie de transmission différents types de liaisons (informatique, télécopie, téléphonie, télétex) en sélectionnant une entrée...) essaiera donc d'obtenir un bit qui n'est pas encore arrivé ! Dans ce cas, il signale au récepteur qu'un bit est manquant ce qui permet la reconstruction des flux à la réception.

La combinaison (Une combinaison peut être :) du multiplexage décrit permet un débit de 8 Mbit/s. Des techniques similaires permettent d'agréger quatre de ces flux pour former des conduits de 34 Mbit/s puis 140 Mbit/s et enfin 565 Mbit/s.

Ces débits sont nommés Ei avec :

  • E1 correspondant à 2 048 kbit/s
  • E2 correspondant à 8 Mbit/s
  • E3 correspondant à 34 Mbit/s
  • E4 correspondant à 140 Mbit/s (le plus haut débit (Le terme de haut débit (ou large bande par traduction littérale de l'expression anglosaxonne broadband) fait référence à des capacités d'accès à internet supérieures à celle de l'accès analogique par modem...) normalisé)
  • 560 Mbit/s n'ayant jamais été normalisé, bien que mis en œuvre sur TAT-9, TAT-10, liaisons sousmarines transatlantiques 1992)

L'utilisation du PDH se limite le plus souvent à 140 Mbit/s après quoi on lui préfère la SDH.

Trame (Le mot trame peut désigner :) primaire E1, MIC 30 voies (G704)

La numérisation (La numérisation est le procédé permettant la construction d'une représentation discrète d'un objet du monde réel.) téléphonique, entamée dans les années 1970 est maintenant terminée en France. A l'époque, pour des raisons de coût, d'encombrement et de consommation, il n'était pas possible de numériser les signaux chez l'abonné. La numérisation était effectuée au central de raccordement pour 30 abonnés simultanément.

Le système utilisait une modulation par impulsion codées (MIC ou PCM (pcm est une unité utilisée par exemple en neutronique et physique des réacteurs pour exprimer des quantités sans dimension très petites comme la réactivité d'un cœur de centrale nucléaire.) en anglais : Pulse Code Modulation) et un multiplexage temporel ; c'est le principe du MIC 30 voies. Chaque voie de 1 à 30 est filtrée dans la bande 300 - 3400 Hz (repère T en figure 1) puis échantillonnée à 8kHz, soit une période de 125 us. La trame de 125 us est découpée en 32 intervalles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (IT) de 3.9us ; les instants échantillonnés sont décalés d'une voie sur l'autre.

Les échantillons analogiques, numérisés sur 8 bits, sont ensuite multiplexés temporellement. La trame de 125 us contient donc 32 octets dont 30 correspondent à des voies téléphoniques ; le débit utile est alors de 32 * 8 bits * 8000 trames soit 2 048 kbit/seconde.

 
 |      IT_0        | IT_1 à IT_15 |   IT_16  | IT_17 à IT_31 | 
 +------------------+--------------+----------+---------------+ 
 0 | C1 0 0 1 1 0 1 1 | 15 canaux E0 | 0000SASS | 15 canaux E0  | 
 1 | 0  1 A S S S S S |              | abcdabcd |               | 
 2 | C2 0 0 1 1 0 1 1 |              | abcdabcd |               | 
 3 | 0  1 A S S S S S |              | abcdabcd |               | Sous multi-trame 1 
 4 | C3 0 0 1 1 0 1 1 |              | abcdabcd |               | 
 5 | 1  1 A S S S S S |              | abcdabcd |               | 
 6 | C4 0 0 1 1 0 1 1 |              | abcdabcd |               | 
 7 | 0  1 A S S S S S |              | abcdabcd |               |__________________ 
 8 | C1 0 0 1 1 0 1 1 |              | abcdabcd |               | 
 9 | 1  1 A S S S S S |              | abcdabcd |               | 
 10 | C2 0 0 1 1 0 1 1 |              | abcdabcd |               | 
 11 | 1  1 A S S S S S |              | abcdabcd |               | 
 12 | C3 0 0 1 1 0 1 1 |              | abcdabcd |               | Sous multi-trame 2 
 13 | E1 1 A S S S S S |              | abcdabcd |               | 
 14 | C4 0 0 1 1 0 1 1 |              | abcdabcd |               | 
 15 | E2 1 A S S S S S |              | abcdabcd |               | 
 

L'IT_0 est alternativement un mot de verrouillage de trame (MVT/FAW) assurant la synchronisation, et un octet de service utilisé pour la surveillance de la transmission : calcul d'erreur, alarme distante. L'utilisation du CRC présente plusieurs avantages : il permet une protection contre les erreurs d'alignement, mauvaise synchronisation due à l'apparition de la séquence FAS dans un IT autre que l'IT_0. Le CRC permet par ailleurs un contrôle de la qualité de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) par mesure de taux d'erreur. Le calcul de CRC est réalisé sur 4 bits avec g(x)=1+x+x^4. Les deux sous multi trames sont alignées avec la séquence "001011", le bit Ei est mis à zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une...) lorsqu'un multiplexeur détecte une erreur CRC sur le bloc de la sous multi trame précédente.

L'IT_16 contient la signalisation de 2 voies par trames ; il faut donc 15 trames pour transporter la signalisation des 30 voies, l'IT16 de la 16ème trame véhiculant des informations de service. l'IT_16 peut constituer ainsi un canal du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) sémaphore indépendamment des voies téléphoniques. Toutefois, dans certains cas, l'IT_16 peut être affecté au transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) d'un cannal à 64 kbit/s.

La trame primaire utilisée en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan...) dure 125 us mais contient 24 octets de voies et un bit de synchronisation ; soit un débit de [(24 * 8) + 1 ]* 8000 trames = 1544 kbit/secondes. La signalisation utilise un bit par octet de voie toutes les 6 trames.

L'équipement de réseau qui construit le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour...) de base E1 est synchronisé sur une horloge de référence et construiera le multiplex MIC30 à partir de 30 lignes téléphonique E0 ; l'insertion des signaux E0 dans la trame E1 ne nécessite donc pas de mécanisme de justification ou d'adaptation de débit.

Le système PDH (G704)

Afin de constituer des systèmes de débit plus élevés, un multiplexage temporel des trames MIC est effectué 4 par 4. Dans le réseau actuel, la difficulté provient que les différentes trames ne sont pas toujours synchronisées. Il faut alors pratiquer le multiplexage plesiochrone. Les différentes trames sont portées à un débit légèrement supérieur au débit nominal, permettant ainsi, lorsque cela s'avère nécessaire, l'insertion de bits de justifications qui ne transportent pas d'information, mais égalisent les débits. Ils sont précédés de bits d'indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) de justification qui spécifient si l'emplacement est occupé par une donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) ou une justification. Ces bits sont répétés trois fois pour éviter les erreurs.

Le deuxième échelon de la hiérarchie numérique, par exemple, est constitué de 4 signaux E1 et présente un débit de 8448 kbit/sec permettant 120 voies téléphoniques. (2048*4=8192)

La hiérarchie numérique plésiochrone (Plésiochrone signifie "presque synchrone". C'est un terme utilisé pour définir des systèmes communiquants à l'aide de signaux d'horloge ayant une même fréquence...) est basée sur le signal E1 qui est construit de façon octet, les niveaux supérieurs de la hiérarchie sont réalisés par multiplexage bit à bit de 4 signaux de niveau immédiatement inférieur. Ce mécanisme interdit le repérage direct d'un signal 64 kbit obligeant à démultiplexer toute la structure.

Chaque niveau supérieur est obtenu en multiplexant 4 affluent (On appelle affluent un cours d'eau qui va se jeter dans un cours d'eau au débit plus important, au niveau d'un point de confluence. (Synonyme : tributaire).) de niveau inférieur dans un débit nominal légérement supérieur afin de permettre l'ajout des bits de justification, le mot de verrouillage (FAW) et les alarmes. Chaque affluent dispose d'un bit d'opportunité de justification par trame (Ri) Ce bit peut être soit du bourrage ('0') soit de la donnée ; cela est précisé par les bits d'information de justification Ji. Ils sont au nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de trois et répartis dans la trame afin de minimiser la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance donnant lieu à de nombreuses...) d'erreur par un vote majoritaire en réception. "Une justification positive sera indiquée par le signal 111, l'absence de justification par le signal 000. La décision la majorité est recommandée" G742.

Le multiplexeur PDH dispose d'une FIFO sur chacun des affluents d'entrée ; quand le taux de remplissage de la FIFO descend sous un certain seuil, le mécanisme ne lit plus de donnée et utilise l'opportunité de justification comme bourrage.

Deux ou quatre bits par trame sont disponibles pour les fonctions de service (A & S). Le bit A sert à véhiculer une alarme à l'équipement de multiplexage distante (RAI) en cas de certains défauts (LOS, LOF). Les bits S sont quant à eux réservés un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) national.

 
 8 448 kbit/sec ; Level 2 
 Group I   | 1 1 1 1  0 1 0 0  | 0 0 A S  T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 212 bits ; 10,6 us 
 Group II  | J1J2J3J4 T1T2T3T4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 424 bits ; 21,2 us 
 Group III | J1J2J3J4 T1T2T3T4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 636 bits ; 31,8 us 
 Group IV  | J1J2J3J4 R1R2R3R4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 848 bits ; 42,4 us 
 34 368 kbit/sec ; Level 3 
 Group I   | 1 1 1 1  0 1 0 0  | 0 0 A S  T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 |  384 bits ; 
 Group II  | J1J2J3J4 T1T2T3T4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 |  768 bits ; 
 Group III | J1J2J3J4 T1T2T3T4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 1152 bits ; 
 Group IV  | J1J2J3J4 R1R2R3R4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 1536 bits ; 44,7 us 
 139 264 kbit/sec ; Level 4 
 Group I   | 1 1 1 1  1 0 1 0  | 0 0 0 0  A S S S  | ... T1T2T3T4 |  488 bits ; 
 Group II  | J1J2J3J4 T1T2T3T4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 |  976 bits ; 
 Group III | J1J2J3J4 T1T2T3T4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 1464 bits ; 
 Group IV  | J1J2J3J4 T1T2T3T4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 1952 bits ; 
 Group V   | J1J2J3J4 T1T2T3T4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 2440 bits ; 
 Group VI  | J1J2J3J4 R1R2R3R4 | T1T2T3T4 T1T2T3T4 | ... T1T2T3T4 | 2928 bits ; 21,02 us 
 

Petits calculs : Au niveau 2 , 9962 trames de 848 bits dont 50 + 52 + 52 + 51 ou 50 + 52 + 52 + 52 bits d'affluent soit un débit minimum de 205*9962 = 2 042 210 bit/sec (-5 790 bit/s) et un débit maximum de 206*9962 = 2 052 172 bit/sec (+4 172 bit/s) Soit un taux nominal de justification de 0,424

Trame Constitution Débit Nb de voies Normes associées
TN1-E1 MIC 30 voies 2 048 kbit/s 30 G704 G706
TN2-E2 4 TN1 8 448 kbit/s 120 G741 G742
TN3-E3 4 TN2 34 368 kbit/s 480 G751
TN4-E4 4 TN3 139 264 kbit/s 1920 G751

Ajoutons de façon globale G702, et pour l'aspect interfaces électriques G703. Synthèse des principales caractéristiques des signaux pdh.

- TN1-E1 TN2-E2 TN3-E3 TN4-E4
Débit 2048 Kbit/s 8 448 kbit/s 34 368 kbit/s 139 264 kbit/s
Tolérance en fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans précision, on...) +- 50ppm +- 30ppm +- 20ppm +- 15ppm
Frame length 256 bits 848 bits 1536 bits 2928 bits
Mot de verrouillage trame 0011011 1111010000 1111010000 111110100000
rapport nominal de justif. - 0.42424 0.43575 0.41912
Interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de...) physique HDB3 HDB3 HDB3 CMI

Evolution vers un système synchrone SDH (G707)

L'inconvénient majeur du système plésiochrone est la nécessité de démultiplexer tous les débits pour accéder à un 64k spécifique. Dans les années 1987 à 1989 apparait une nouvelle hiérarchie numérique internationale de transmission : la Hiérarchie numérique synchrone ; cette hiérarchie numérique synchrone (La hiérarchie numérique synchrone ou SDH (en anglais Synchronous Digital Hierarchy) est un ensemble de protocoles pour la transmission de données numériques à haut débit. Il relève du niveau 1 du modèle en couches de l'OSI et...) (Synchronous Digital Hierarchy) est basée sur un débit STM1 (Mode de Transfert Synchrone de niveau 1). Les principes de définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) du STM1 sont les suivants :

  • À chacun des niveaux plésiochrones (2 - 8 - 34 - 140 Mbit/s) est ajouté un en-tête POH (Path Over Head); il regroupe les informations de service, la justification (gigues et dérapages) et la mesure de qualité de bout en bout.
  • À 150 Mbit/s, en plus du POH, un en-tête SOH (Section Over Head) est ajouté. Il permet la synchronisation et le contrôle de la qualité de chaque système de ligne ; il véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) par ailleurs des voies de services.

Lexique

plésiochrone 
le débit est presque le même (à 10-6 près) pour toutes les artères de même type.
PDH 
Plesiochronous Digital Hierarchy
MIC/PCM 
Modulation par Impulsions Codés
PCM/MIC 
Pulse Code Modulation
IT/TS 
Intervalle de Temps / Time Slot
SDH/HNS 
Synchronous Digital Hierarchy/Hiérarchie Numérique Synchrone
SONET 
Synchronous Optical Network
POH 
Path Over Head
SOH 
Section Over Head
STM-n 
Synchronous Transport Module level n
STS-n 
Synchronous Transport Signal level n
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