TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NG - SDH

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NG - SDH

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NG - SDH Giới thiệu

Vòng xoáy tài chính và công nghệ của ngành công nghiệp viễn thông buộc cácnhà sản xuất, các nhà vận hành, các nhà khai thác và các tổ chức chuẩn hóa hướng đếnmột mạng mới cắt giảm chi phí trong khi vẫn mở rộng được dịch vụ

Công nghệ SDH được thiết kế tối ưu cho mục đích truyền tải các tín hiệu ghépkênh phân chia theo thời gian (TDM) Với khuynh hướng truyền tải dữ liệu ngày càngtăng, hệ thống SDH truyền thống không thể đáp ứng được nhu cầu gia tăng của cácdịch vụ số liệu nữa Xu hướng phát triển của dịch vụ viễn thông là:

 Sự bùng nổ của các dịch vụ trên Internet

 Sự tích hợp dịch vụ

 Khả năng di động và chuyển vùng

 Yêu cầu QoS theo nhiều mức độ khác nhau

Có thể phân chia thành bốn loại dịch vụ ứng dụng với các mức QoS khác nhau:

- Nhạy cảm với trễ và tổn thất (video tương tác, game…)

- Nhạy cảm với trễ nhưng tổn thất vừa phải (thoại)

- Nhạy cảm về tổn thất nhưng yêu cầu trễ vừa phải (dữ liệu tương tác)

- Yêu cầu đối với trễ và tổn hao đều không cao (truyền tệp)

 Độ an toàn cao

 Tính linh hoạt, tiện dụng

 Giá thành mang tính cạnh tranh cao

Từ sự dẫn nhập ở trên có thể thấy xu hướng sử dụng dịch vụ theo hướng tăngtính giải trí, tăng tính di động, tăng khả năng thích nghi giữa các mạng, tăng tính bảomật, tăng tính tương tác nhóm, giảm chi phí…

Chính xu hướng phát triển dịch vụ đó đã thúc đẩy sự phát triển các mạng viễnthông theo hướng: công nghệ hiện đại, dung lượng lớn, chất lượng cao, khai thác đơngiản, thuận tiện và mang lại hiệu quả kinh tế cao SDH thế hệ sau (NG-SDH) đượcphát triển dựa trên nền mạng SDH hiện tại, là một cơ chế truyền tải cho phép truyền

dữ liệu ở tốc độ cao, băng thông rộng và tồn tại đồng thời các dịch vụ truyền thống vàcác dịch vụ mới trên cùng một mạng mà không làm ảnh hưởng lẫn nhau

Điều quan trọng nhất là NG-SDH có thể thực hiện việc phân bố băng thông màkhông làm ảnh hưởng tới lưu lượng hiện tại Ngoài ra, SDH thế hệ sau còn có khảnăng cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) thích hợp cho các dịch vụ mới và khả năng

truyền tải đồng thời nhiều loại dịch vụ khác nhau trong cùng một môi trường,

Hình 2.1: Mô hình giao thức trong NG-SDH.

cho phép các nhà khai thác cung cấp nhiều dịch vụ chuyển tải dữ liệu để tăng hiệuquả của các trạm SDH đã lắp đặt bằng cách thêm vào các nút biên MSSP Nghĩa làkhông cần lắp đặt một mạng chồng lấp hoặc thay đổi tất cả các nút hay sợi quang Cắtgiảm được chi phí trên 1 bit lưu chuyển, thu hút nhiều khách hàng mới và giữ đượcnhững dịch vụ kế thừa

SDH thế hệ sau và sự kế thừa

Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sẵn sàng chuyển các dịch vụ Ethernet/IPtrong kinh doanh sang các mạng đô thị Mặt khác, sự kết hợp Ethernet/IP có thể làmtăng lợi thế truyền tải đường dài của SDH bao gồm sự mềm dẻo, tin cậy, khả năngchuyển đổi, bảo vệ tích hợp, quản lý và định tuyến lại SDH thế hệ sau cho nhiều hơnthế Các node mới của nó được gọi là "Nền tảng cung cấp đa dịch vụ” MSSP cho phép

kết hợp các giao tiếp dữ liệu như Ethernet, 8B/10B, MPLS hoặc RPR mà không cần bỏcác giao tiếp SDH/PDH.

Ngoài ra, để dữ liệu chuyển tải hiệu quả hơn, SDH đã chấp nhận một tập các giaothức mới đã được cài đặt trong các nút MSSP Các nút này được kết nối với các thiết

bị cũ đang chạy trên mạng

Hình 2.2: Khả năng linh hoạt, mềm dẽo và hiệu quả của SDH thế hệ sau

Phần lớn các nhà vận hành, khai thác đã sử dụng SDH trong vài thập niên trở lạiđây, chủ yếu để chuyển tải thoại và các giao thức dữ liệu định hướng kết nối Do đó,truyền tải dữ liệu không hướng kết nối là một thách thức Mặc dù nhiều kiến trúc đượcphát triển theo hướng này (PoS, ATM, ) nhưng chúng không được chấp nhận rộngrãi trong thương mại vì chi phí, sự phức tạp hoặc hiệu quả thấp

Hướng đến sự phát triển của SDH thế hệ sau, trước hết là mong muốn tìm ra mộtphương thức đơn giản có khả năng thích ứng với bất kỳ giao thức dữ liệu gói nào vàthứ hai là cách sử dụng băng thông hiệu quả Nghĩa là cần một lớp giao thức thích ứng

và một cơ chế sắp xếp mới để điều khiển việc sử dụng băng thông Cơ chế phải thựchiện được tất cả nhưng điều này và giữ được việc truyền tải SDH tin cậy và sự quản lýtập trung

Các hệ thống truyền dẫn đang ngắm vào SDH trong việc định tuyến các khối lưulượng SDH tốc độ cao cho mục đích truyền tải đường dài Để làm được việc này, SDHcần một số giao thức sau:

- Giao thức đóng khung chung (GFP): được định nghĩa trong khuyến nghịG.7041 ITU-T Đây là một giao thức ghép bất kỳ dịch vụ liên kết dữ liệu nào gồmEthernet, quảng bá video số (DVB) và các mạng vùng lưu trữ (SAN) GFP được sosánh với các thủ tục đóng khung khác như gói qua SDH hay X.86 có mào đầu nhỏ đápứng yêu cầu phân tích, xử lý ít hơn.

- Ghép chuỗi ảo (VCAT): được định nghĩa trong khuyến nghị G.707 ITU-T, tạo

ra các ống lưu lượng có kích thước biết trước, đáp ứng sự linh hoạt và khả năng lớnvới sự kế thừa các công nghệ trong SDH

- Cơ chế điều chỉnh dung lượng tuyến (LCAS): được định nghĩa trong khuyếnnghị G.7042 ITU-T, phân phối hoặc tập hợp các đơn vị băng thông phù hợp các yêucầu truyền tải dữ liệu hoặc để bổ sung sự co giãn giữa hai điểm truyền tải

Những chức năng này được thực hiện trên các nút MSSP mới được đặt ở các biêncủa mạng Chúng trao đổi các gói dữ liệu client được tổng hợp qua nền SDH mà tiếptục không được thay đổi Nghĩa là các nút MSSP đại diện cho SDH thế hệ sau và đượchiểu là sự kế thừa mạng SDH

Giao thức tạo khung chung GFP

GFP (Generic Framing Protocol) là kỹ thuật sắp xếp dữ liệu có tốc độ bit khôngđổi và thay đổi vào khung đồng bộ SDH GFP hỗ trợ nhiều giao thức được sử dụngtrong mạng LAN và SAN GFP thêm vào mào đầu để tăng hiệu quả lớp quang

Có hai loại thích ứng tín hiệu client được định nghĩa cho GFP:

- Sắp xếp khung GFP (GFP-F) sự đóng gói lớp 2 PDU định hướng kiểu thíchứng Dữ liệu được đóng gói vào các khung có kích thước thay đổi

- GFP trong suốt (GFP-T) sự đóng gói lớp 1 hoặc mã khối được định hướng kiểuthích ứng Các giao thức sử dụng lớp vật lí 8B/10B (như Kênh quang, ESCON,1000BASE-T) được đóng gói vào khung có kích thước không đổi

Hình 2.3: Sự tập hợp dữ liệu gói sử dụng GFP

Gói ở hàng đợi chờ được sắp xếp vào kênh TDM Ở đầu kia, các gói được sắpxếp ngược trở lại hàng đợi và được phân phối đến từng port Hình trên là sơ đồ đónggói và truyền dẫn của khung GFP vào các container VC và được gắn vào khung STM.1.1 Phần chung của GFP

Có 2 loại khung GFP được định nghĩa: khung khách hàng GFP và khung điềukhiển GFP GFP cũng hỗ trợ một cơ chế phần mở rộng đầu đề tải trọng linh động để

dễ dàng cho việc thích ứng của GFP với các cơ chế truyền thay đổi khác nhau

* Khung khách hàng GFP

1.1.a Đầu đề chính (Core Header): có chiều dài 4 byte, gồm một trường chỉ thị

chiều dài PDU (PLI) và một trường kiểm tra lỗi đầu đề chính cHEC PLI gồm 16bit chỉ thị số byte trong vùng tải trọng GFP Giá trị tối thiểu của PLI trong mộtkhung khách hàng là 4, PLI có giá trị 0-3 được dành riêng cho việc sử dụng cáckhung điều khiển Trường cHEC chứa CRC-16 bảo vệ tính toàn vẹn nội dung củaphần đầu đề chính thông qua khả năng sửa lỗi đơn bit và phát hiện lỗi đa bit cHECđược tính toán trên 4 byte đầu đề chính

Hình 2.4: Các giao thức và định dạng khung GFP.

- Vùng tải trọng (Payload): Tất cả các byte trong khung GFP sau phần đầu

đề chính được xem như là vùng tải trọng GFP, được dùng để truyền thông tin giaothức đặc trưng của khách hàng Vùng tải trọng GFP có chiều dài từ 4 đến 65535 byte,gồm 2 thành phần chung: trường đầu đề tải trọng và trường thông tin tải trọng, và một

trường kiểm tra tuần tự khung tải trọng (pFCS) tuỳ chọn

1.1.b Vùng đầu đề tải trọng (Payload Header): là một vùng có chiều dài thay đổi

từ 4 đến 64 byte, để hỗ trợ các thủ tục quản lý liên kết dữ liệu đặc trưng cho tínhiệu khách hàng Vùng này gồm 2 trường bắt buộc là trường kiểu (Type) vàtrường tHEC, và một số lượng biến đổi các trường đầu đề mở rộng (ExtensionHeader) Sự có mặt của phần đầu đề mở rộng, định dạng của nó và sự có mặt củapFCS tuỳ chọn được chỉ thị bởi trường kiểu Trường kiểu bao gồm các trường sau:PTI (3 bit) PFI(1 bit), EXI (4 bit) và UPI (1 byte) Trường tHEC bảo vệ tính toànvẹn nội dung của trường kiểu

1.1.c Đầu đề mở rộng (Extension Header): là một trường dài từ 0 đến 60 byte

(gồm eHEC) hỗ trợ các đầu đề liên kết dữ liệu đặc trưng công nghệ, ví dụ như nhậndạng liên kết ảo, các địa chỉ nguồn và đích, số port, loại dịch vụ, vv Trường kiểmtra lỗi đầu đề mở rộng (eHEC): CRC-16 bảo vệ tính toàn vẹn nội dung củaphần đầu đề mở rộng

1.1.d Trường Check sum: pFCS (Payload Frame Check Sequence) có 4 byte, tuỳ

chọn, chứa mã sửa lỗi CRC-32 bảo vệ nội dung của trường thông tin tải trọng GFP

Hình 2.5: GFP định dạng sắp xếp các client.

GFP-F có thể được sử dụng cho Ethernet, PPP/IP và HDLC như là các giaothức mà tính hiệu quả và tính mềm dẻo là quan trọng Để thực thi quá trình đóng góithì cần phải nhận hoàn tất gói client nhưng thủ tục này làm tăng độ trễ, GFP thì khôngthích hợp cho các giao thức nhạy thời gian.

* Khung điều khiển GFP

Các khung điều khiển được sử dụng trong việc quản lý kết nối GFP, các giátrị PLI từ 0 đến 3 Khung PLI = 0 được gọi là khung rỗng (Idle frame) là một khungđặc biệt gồm 4 byte, chỉ bao gồm phần đầu đề chính GFP và không có vùng tải trọng.Khung rỗng được sử dụng để duy trì một tốc độ bit không đổi khi không cóPDU khách hàng nào sẵn sàng truyền

1.2 GFP sắp xếp khung (GFP-F)

Trong khung GFP-F, nếu một gói client hoàn tất thì nó được sắp xếp hoàn toànvào khung GFP Các gói rỗi thì không được truyền, kết quả là tăng hiệu quả truyềndẫn Tuy nhiên, các kỹ thuật riêng được quy định để truyền tải từng loại giao thức

1.3 GFP trong suốt (GFP-T)

GFP trong suốt (GFP-T) là một giao thức độc lập, phương thức đóng gói mà tất

cả các từ mã được giải mã và sắp xếp vào các khung GFP có chiều dài cố định Cáckhung được truyền ngay lập tức mà không phải chờ gói dữ liệu client được nhận hoàntất Vì vậy, nó cũng là cơ chế truyền tải lớp 1 bởi vì tất cả các ký tự client được chuyểnđến đầu cuối một cách độc lập không có vấn đề gì nếu đó là thông tin, header, điềukhiển, hoặc bất kỳ loại mào đầu nào

GFP-T thì rất tốt cho các giao thức nhạy độ trễ, SAN Bởi vì, không cần xử lýkhung client hoặc đợi khung đến khi hoàn tất Lợi thế này được khắc chế bởi sự hiệuquả do nút MSPP nguồn vẫn phát lưu lượng khi không có dữ liệu nhận từ client

1.4 Khả năng GFP

GFP cho phép các nút MSPP cung cấp hai dịch vụ TDM và gói định hướng,quản lý các mức ưu tiên truyền dẫn và loại bỏ thích hợp GFP chỉ là một thủ tục đónggói nhưng mạnh mẽ và chuẩn hóa tốt cho việc truyền các gói dữ liệu trên SDH vàOTN

GFP sử dụng kỹ thuật phát họa cơ bản HEC giống như ATM, vì vậy nó không cần cácbit hoặc byte nhồi Kích thước khung có thể dễ dàng thiết lập chiều dài không đổi

Khi sử dụng kiểu GFP-F, có một lựa chọn tiêu đề mở rộng GFP, được sử dụng nhưmột giao thức riêng như địa chỉ nguồn / đích, số port, lớp dịch vụ, Giữa các loại EXItuyến tính hỗ trợ submultiplexing trên một đường, nhận dạng kênh (CID) cho phépghép kênh đoạn nhỏ qua kênh VC kiểu GFP

Ghép chuỗi (Concatenation)

Ghép chuỗi là một quá trình tập hợp băng thông của X container (C-i) vào mộtcontainer lớn hơn Băng thông lớn hơn nên sẽ tốt cho việc truyền các tải trọng(payload) lớn, yêu cầu một container lớn hơn VC-4, nhưng nó cũng có khả năng ghépchuỗi các container dung lượng thấp như VC-11, VC-12 hay VC-2

Có hai phương thức ghép chuỗi:

- Ghép chuỗi liền kề (CCAT): tạo ra container lớn, không thể chia nhỏ ra trong suốtquá trình truyền Mỗi NE phải có một cotainer chức năng

- Ghép chuỗi ảo (VCAT): truyền các VC riêng biệt và kết hợp chúng lại ở điểm cuốiđường truyền Chức năng ghép chỉ được cần đến ở cuối đường truyền

Ghép chuỗi liền kề (CCAT) đòi hỏi được cung cấp bởi tất cả các node Ghépchuỗi ảo (VCAT) phân phối băng thông hiệu quả hơn và có thể được cung cấp bởi sựthiết lập kế thừa

Hình 2.6: Ghép chuỗi liền kề (CCAT): các con trỏ và container.

Cấu trúc một VC-4-Xc (X=1, 4, 16, 64, 256), với X là mức Đơn vị tăng giảm(đồng chỉnh) là 3 X, phụ thuộc vào mức AU-4 = 3 byte, AU-4-256c = 768 byte

1.1 Ghép chuỗi liền kề của VC-4:

Một VC-4-Xc cung cấp một vùng tải của X cotainer loại C-4 Nó sử dụng giốngHO-POH được sử dụng trong VC-4 và với chức năng nhận dạng Cấu trúc này có thểđược truyền trong khung STM-n (với n=X) Tuy nhiên, các sự kết hợp khác cũng cóthể thực hiện, ví dụ như: VC-4-4c có thể được truyền trong khung STM-16 và STM-

64 Ghép đảm bảo tính toàn vẹn của dãy bit, bởi vì cả container được truyền như làmột đơn vị xuyên qua mạng

Hình 2.7 : Ghép chuỗi liền kề VC-4-4c trong khung STM-16.

Bảng 2.1: Ghép chuỗi liền kề của VC-4-Xc, với X là số VC-n.

VC-4-Xc sẽ được truyền trong X AU-4 kề nhau trong tín hiệu STM-N Cột đầutiên của VC-4-Xc sẽ luôn luôn được đặt trong AU-4 thứ nhất Con trỏ của AU-4 thứnhất này chỉ ra vị trí của byte J1 trong POH của VC-4-Xc Các con trỏ của AU-4 cònlại, nghĩa là từ AU-4 #2 tới AU-4 #X, được thiết lập để chỉ thị tải trọng được ghépchuỗi liền kề, nghĩa là hai byte H1 và H2 của các AU-4 này chứa giá trị “1001xx1111111111” Việc hiệu chỉnh con trỏ được thực hiện chung cho cả X AU-4 ghép chuỗi

và khi chèn sử dụng X×3 byte

1.2 Ghép chuỗi ảo VCAT

Công nghệ không kết nối và gói định hướng, như là IP hoặc Ethernet khôngthỏa băng thông được cung cấp bởi ghép chuỗi liền kề Để thực hiện một đường truyền1Gbit/s thì nó sẽ cần dùng một container VC-4-16c mà dung lượng là 2.4Gbit/s Nhiềuhơn gấp đôi băng thông yêu cầu

Bảng 2.2: Dung lượng của ghép chuỗi ảo SDH VC-n-Xv.

Chênh lệch độ trễ giữa các phần tử VCG là có khả năng, chúng được truyềnriêng biệt và theo các đường đi có độ trễ khác nhau Vì vậy, MSSP đích sẽ bù nhữngkhoảng trễ khác nhau trước khi ráp lại vào tải và phân phối dịch vụ.

Ghép chuỗi ảo chỉ được dùng ở các nút biên và tương thích với mạng SDHtrước đó, mặc dù chúng không hỗ trợ ghép Để thu được lợi ích này, những containerriêng biệt nên được truyền theo những đường khác nhau trên mạng Nếu một kết nốihoặc một nút hỏng thì chỉ một phần kết nối bị ảnh hưởng Đây cũng là phương phápcung cấp một dịch vụ có khả năng phục hồi

Hình 2.8: Ghép chuỗi ảo VC-4-7v.

* Phân phối và phục hồi tải trọng

Việc phân phối nội dung của container tải trọng liền kề C-n-Xc, một số thứ tự duynhất SQ (Sequence Number) được gán vào mỗi VC-n thành viên của VCG bởi NMS(Network Management System) SQ xác định thứ tự mà các byte được phân phối, Giátrị được gán cho SQ trong một VCG kích thước X sẽ từ 0 tới (X-1)

Hình 2.9: Phân phối của C-4-4c.

Mỗi VC-n trong VCG sẽ được truyền riêng biệt qua mạng, đường đi của các VC-nkhác nhau dẫn đến độ trễ đường truyền khác nhau giữa các VC-n Do đó, thứ tự củacác VC-n đến sẽ thay đổi Tại trạm đích, các VC-n này phải được bù trễ trước khi khôiphục lại VC-n-Xv Để phát hiện được độ trễ, chỉ thị đa khung MFI (Multi-FrameIndicator) được định nghĩa Tại phía phát, MFI của tất cả thành viên thuộc một VCGđều bằng nhau và tăng sau mỗi khung Tại phía thu, MFI được sử dụng để tập hợp lạitải trọng cho tất cả các thành viên trong nhóm Độ trễ có thể được xác định bằng cách

so sánh các giá trị MFI tại phía thu Quá trình xử lý tại trạm đích phải bù được khoảngtrễ tối thiểu 125 •s MFI được xem là một bộ đếm và bắt đầu lại bằng ‘0’ nếu nó bịtràn

Tại trạm đích, các VC-n phải được bù trễ, sắp xếp và tập hợp lại để khôi phục lạikhối tải trọng ban đầu

Hình 2.10: Minh họa việc khôi phục lại VC-4-4v.

(a) Các thành viên của VCG khi đến phía đích có độ trễ khác nhau

(b) Các thành viên sau khi qua các bộ đệm bù trễ sử dụng thông tin MFI.(c) C-n-4c sau khi xếp thứ tự, sử dụng thông tin SQ