Tìm hiểu mạng truyền tải đồng bộ thế hệ sau (NG SDH)

SDH tạo ra một cuộc cách mạng trong các dịch vụ viễn thông, thể hiện một kỹ thuật tiên tiến có thể đáp ứng rộng với các yêu cầu của người sử dụng, người khai thác và người sản xuất..., t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Vinh, 12-2011

MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 9

LỜI MỞ ĐẦU 15

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG PHÂN CẤP SỐ ĐỒNG BỘ SDH 17

1.1 Giới thiệu chương 17

1.2 Hệ phân cấp số cận đồng bộ PDH 17

1.2.1 Khái niệm 17

1.2.2 Các tiêu chuẩn ghép kênh PDH 18

1.2.3 Nhược điểm của ghép kênh PDH 21

1.3 Hệ phân cấp số đồng bộ SDH 22

1.3.1 Tổng quan 22

1.3.2 Các tiêu chuẩn của hệ thống SDH 23

1.3.3 Phân cấp hệ thống SDH 23

1.4 Cấu trúc ghép kênh SDH 24

1.4.1 Cấu trúc chung của tín hiệu SDH 24

1.4.2 Cấu trúc ghép kênh cơ bản 25

1.4.3 Cấu trúc các khối trong SDH 28

1.4.4 Cấu trúc khung STM-1 37

1.4.5 Cấu trúc khung STM-N 41

1.5 So sánh giữa SDH và PDH 42

1.6 Ưu nhược điểm của hệ thống SDH 43

1.7 Kết luận chương 44

CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SDH 45

2.1 Giới thiệu chương 45

2.2 Các thành phần trong mạng SDH 45

2.2.1 Bộ ghép kênh 45

2.2.2 Cấu hình xen/rớt ADM 47

2.2.3 Bộ kết nối chéo số 48

2.3 Các cấu hình mạng quang sử dụng công nghệ SDH 49

2.3.1 Cấu hình mạng điểm nối điểm 49

2.3.2 Cấu hình mạng tuyến tính 50

2.3.3 Cấu hình mạng vòng 51

2.3.4 Cấu hình mạng đa vòng 51

2.3.5 Cấu hình mạng Hub tập trung lưu lượng 52

2.3.6 Cấu hình bảo vệ mạng 53

2.4 Kết luận chương 58

CHƯƠNG 3 MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU (NG-SDH) 59

3.1 Giới thiệu chương 59

3.2 Giới thiệu về công nghệ NG-SDH 59

3.3 SDH thế hệ sau và sự kế thừa 61

3.4 Những đặc trưng của NG-SONET/SDH 63

3.4.1 POS (Packet over SONET/SDH) 63

3.4.2 MAPOS (Giao thức đa truy nhập qua SONET/SDH) 65

3.4.3 LAPS (LAN Adapter Protocol Support Program) 66

3.5 Thủ tục tạo khung tổng quát GFP 68

3.5.1 Giới thiệu về GFP 68

3.5.2 Cấu trúc khung GFP 71

3.6 Ghép chuỗi 77

3.6.1 Ghép chuỗi liền kề của VC-4 78

3.6.2 Ghép chuỗi ảo VCAT 80

3.7 Cơ chế điều khiển dung lượng luyến LCAT 90

3.7.1 Gói điều khiển 91

3.7.2 Các chức năng chính của LCAT 94

3.7.3 Ứng dụng của LCAT 100

3.8 Các tiêu chuẩn liên quan đến công nghệ NG-SDH trên thế giới 101

3.8.1 Các tiêu chuẩn của ITU-T 102

3.8.2 Các tiêu chuẩn của IEEE 105

3.9 So sánh các giải pháp mạng ứng dụng công nghệ NG-SDH 106

3.10 Kết luận chương 108

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án "Tìm hiểu mạng truyền tải đồng bộ thế hệ sau (NG-SDH)"

nghiên cứu về công nghệ NG-SDH, nó là sự kết hợp giữa công nghệ SDH truyền thống và mạng truyền dữ liệu hiện đang sử dụng, tích hợp giữa cơ sở

hạ tầng mạng mới với mạng hiện có nhằm cung cấp nhiều loại hình dịch vụ với chất lượng cao, đáp ứng mọi nhu cầu thông tin của người dùng

Trước hết đồ án tìm hiểu về công nghệ SDH, là công nghệ nền tảng cho

sự ra đời của NG-SDH, sau đó là tìm hiểu về mạng quang sử dụng công nghệ này Từ đó đi vào phân tích, tìm hiểu những đặc trưng chính của công nghệ NG-SDH như thủ tục tạo khung tổng GFP, ghép chuỗi ảo VCAT, cơ chế điều khiển dung lượng tuyến LCAT

First, learn about projects SDH technology, the technology platform for the introduction of the NG-SDH, and then learn about optical network using this technology Form there fo into the analysis, find out the main features of the NG-SDH technology such as GFP, VCAT, LCAT

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ ghép kênh PDH tiêu chuẩn Châu Âu

3

Hình 1.2 Sơ đồ ghép kênh PDH tiêu chuẩn Bắc Mỹ

4

Hình 1.3 Sơ đồ ghép kênh PDH tiêu chuẩn Nhật Bản

4

Hình 1.4 Phân cấp tín hiệu PDH

8

Hình 1.5 Cấu trúc chung tín hiệu SDH

9

Hình 1.6 Cấu trúc ghép kênh SDH

10

Hình 1.7 Sơ đồ ghép kênh từ C-12 qua AU-4

11

Hình 1.8 Sơ đồ ghép kênh từ C-4 qua STM-n

12

Hình 1.9 Cấu trúc khung VC-11 và VC-12

14

Hình 1.10 Cấu trúc khung VC-2

14

Hình 1.11 Cấu trúc khung VC-3

15

Hình 1.12 Sự hình thành cấu trúc TU-11 và TU-12

16

Hình 1.13 Sự hình thành cấu trúc TU-3 từ VC-3

17

Hình 1.14 Quá trình hình thành TUG-2 từ TU-11

17

Hình 1.15 Cấu trúc TUG-3 từ TU-3

18

Hình 1.16 Cấu trúc hình thành TUG-3 từ TU-2

19

Hình 1.17 Cấu trúc AU-3

20

Hình 1.18 Cấu trúc AU-4

21

Hình 1.19 Cấu trúc khung STM-1

21

Hình 1.20 Sơ đồ bố trí AU-3 trong STM-1 phần pointer

23

Hình 1.21 SOH và POH (G.70x)

24

Hình 1.22 Cấu trúc khung STM-N

25

Hình 1.23 Tạo khung STM-4 từ STM-1

26

Hình 1.24 Tạo khung STM-16 từ STM-1

26

Hình 2.1 Cấu hình bộ ghép kênh tổng quát

30

Hình 2.2 Cấu hình bộ ghép đầu cuối kết hợp xen/ rớt

30

Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng quát cấu hình ADM

31

Hình 2.4 Các mức nối chéo số đồng bộ

32

Hình 2.5 Sơ đồ khối thiết bị SDXC-4/1

33

Hình 2.6 Cấu hình mạng điểm nối điểm

34

Hình 2.7 Cấu hình mạng tuyến tính

34

Hình 2.8 Cấu hình mạng vòng

35

Hình 2.9 Cấu hình mạng đa vòng

36

Hình 2.10 Cấu hình mạng Hub tập trung lưu lượng

36

Hình 2.11 Mạng vòng đơn hướng

40

Hình 2.12 Mạng vòng song hướng

40

Hình 3.1 Mô hình giao thức trong NG-SDH

44

Hình 3.2 Khả năng linh hoạt, mềm dẻo và hiệu quả của NG-SDH

46

Hình 3.3 Mô hình mạng truyền dữ liệu IP trên SONET/SDH

48

Hình 3.4 Ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-N sử dụng LAPS X.85

51

Hình 3.5 Mối quan hệ GFP với tín hiệu khách hàng và luồng tuyến tải

52

Hình 3.6 Sự tập hợp dữ liệu gói sử dụng GFP

53

Hình 3.7 Tổng quát về quá trình sắp xếp của GFP-F

54

Hình 3.8 Tổng quát về quá trình sắp xếp của GFP-T

55

Hình 3.9 Các giao thức và định dạng khung GFP

56

Hình 3.10 GFP định dạng, sắp xếp khách hàng

58

Hình 3.11 Khung GFP rỗi

59

Hình 3.12 Cấu trúc khung điều khiển

59

Hình 3.13 Sự lan truyền tín hiệu lỗi trong GFP

61

Hình 3.14 Ghép chuỗi liền kề VC-4-4c trong khung STM-16

62

Hình 3.15 Các con trỏ trong ghép chuỗi liền kề

63

Hình 3.16 Cấu trúc khung VC-4-Xc

63

Hình 3.17 Quá trình ghép chuỗi ảo

65

Hình 3.18 Phân phối của C-4-4c

66

Hình 3.19 Minh họa việc khôi phục lại VC-4-4c

67

Hình 3.20 Cấu trúc khung VC-3/4-Xv

68

Hình 3.21 Đa khung 32 bit

69

Hình 3.22 Cấu trúc đa khung tổng VC-3/4-Xc

69

Hình 3.23 Cấu trúc đa khung tổng VC-1/2-Xv

72

Hình 3.24 Cấu trúc đa khung VC-1/2-Xv

73

Hình 3.25 Ghép chuỗi ảo và ghép chuỗi liền kề

73

Hình 3.26 Quá trình thêm 2 thành viên

80

Hình 3.27 Quá trình xóa thành viên không phải thành viên cuối

81

Hình 3.28 Quá trình loại bỏ thành viên cuối

83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân cấp tín hiệu SDH

7

Bảng 1.2 Các loại Container

12

Bảng 1.3 Chức năng các byte của SOH

24

Bảng 1.4 Sự khác nhau giữa PDH và SDH

26

Bảng 2.1 Thứ tự ưu tiên chuyển mạch (4 bit đầu của byte K1)

38

Bảng 2.2 Yêu cầu kênh chuyển mạch (4 bit cuối của byte K1)

39

Bảng 2.3 Chức năng của byte K2

39

Bảng 2.4 Thứ tự ưu tiên chuyển mạch (4 bit đầu byte K1)

41

Bảng 2.5 Chức năng các bit trong byte K2

42

Bảng 3.1 Các giao thức sử dụng cho IP/SDH

48

Bảng 3.2 Khung MAPOS phiên bản 1 và phiên bản 2

50

Bảng 3.3 Định dạng khung LAPS theo X.85

51

Bảng 3.4 Ghép chuỗi liền kề của VC-4-Xc

64

Bảng 3.5 Dung lượng của ghép chuỗi ảo của SDH VC-n-Xv

65

Bảng 3.6 Dung lượng tải trọng của VC-3/4-Xv

68

Bảng 3.7 Chỉ thị thứ tự và đa khung trong byte

70

Bảng 3.8 Dung lượng tải trọng của VC-1/2-Xv

72

Bảng 3.9 So sánh ghép chuỗi liên tục và ghép chuỗi ảo

74

Bảng 3.10 Các từ mã điều khiển

77

Bảng 3.11 Các tiêu chuẩn liên quan đến công nghệ NG-SDH trên thế giới 86

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

Institute Kỳ

APS Automatic Protection

ARP Address resolution protocol Giao thức phân chia địa chỉATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ

cHEC Core Header Error Correction Sửa lỗi đầu đề chính

DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số thế hệ mới

eHEC Expansion Header Error

GFP Generic Framing Procedure Thủ tục đóng khung chung

GFP-F Generic Framing Procedure -

GFP-T Generic Framing Procedure-

HDLC High-level Data Link Control

Protocol

Giao thức điều khiển tuyến số liệu mức cao

HDTV High digital television Truyền hình độ nét cao

IEC International Electrotechnical

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers (USA) Viện kỹ sư điện và điện tử

IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet thế hệ 4IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet thế hệ 6

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng thông tín số tích hợp dịch vụ

ISO International Organization for

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

Standardization Sector of ITU

Ban tiêu chuẩn hoá viễn thông của tổ chức ITU

LAPS Link Access Procedure -SDH Thủ tục truy nhập tuyến SDH

LCAS Link Capacity Adjustment

Scheme

Sơ đồ điều chỉnh dung lượng tuyến

trường

MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MSP Multiplex Section Protection Bảo vệ vùng ghép

MSPP Multi-Service Provisioning

NMS Network Management Systems Các hệ thống quản lý mạng NNI Network to Network Interface Giao diện mạng - mạng

PPI Null Pointer Indication Chỉ thị con trỏ không có giá trị

thường

OAM Operations, Administration,

and Maintenance

Hoạt động, quản lý, và bảo dưỡng

OSI Open System Interconncetion Giao tiếp hệ thống mở

OTN Optical Transmission Network Mạng truyền dẫn quang

PDH Plesio Synchronous Digital

tải trọng

PLI Payload Length Indicator Bộ chỉ thị chiều dài tải trọng

PTI Payload Type Identifier Bộ nhận dạng kiểu tải trọng

RSOH Regenerator Section OverHead Mào đầu đoạn lặp

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SDXC Synchronous Digital cross

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

STM Synchronous Transfer Mode Chế độ truyền đồng bộ

STS Synchronous Transport System Hệ thống truyền dẫn đồng bộSTS Synchronous TRansport Signal Tải tín hiệu đồng bộ

TCP Transmission Control Protocol Bộ điều khiển giao thức

thời giantHEC Type Header Error Correction Sửa lỗi đầu đề kiểu

dụng

mạng

VCG Virtual Concatenation Group Nhóm kết chuỗi ảo

VC-n-Xc X contiguously Concatenated

VC-n-Xv X Virtually Concatenated

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

xDSL All the different DSL

technologies

Tất cả các công nghệ DSL khác nhau

bị phần cứng và các thủ tục cũng như giao thức mới

Vì vậy, việc nghiên cứu và triển khai công nghệ NG-SDH là vấn đề sức cần thiết Với mong muốn tìm hiểu về công nghệ mới này em đã chọn đề tài:

“Tìm hiểu mạng truyền tải đồng bộ thế hệ sau (NG-SDH).” làm đồ án tốt

nghiệp

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu kỹ về công nghệ NG-SDH qua các thành phần và các giao thức của mạng, tìm hiểu những ưu điểm nhược điểm của NG-SDH nhằm mục đích chọn lựa công nghệ truyền dẫn trong mạng thế hệ mới Tùy vào nhu cầu của từng nhà cung cấp mà công nghệ NG-SDH sẽ được chọn làm nền tảng

Bố cục đồ án được chia làm 3 chương:

Chương 1 Hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH

Chương 2 Mạng truyền tải quang sử dụng công nghệ SDH

Chương 3 Mạng truyền tải thế hệ sau (NG-SDH)

Trong quá trình tìm hiểu, mặc dù em đã cố gắng rất nhiều nhưng do kiến thức có hạn, tài liệu tham khảo và thời gian hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô trong khoa và bạn bè để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Th.S Nguyễn Thị Kim Thu- giảng viên Khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại Học Vinh đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Nghệ An, tháng 1 năm 2012 Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG PHÂN CẤP SỐ ĐỒNG BỘ SDH1.1 Giới thiệu chương

SDH (Synchronous Digital Hierarchy: Hệ phân cấp số đồng bộ) là một

hệ thống truyền dẫn ứng dụng nhiều trên thế giới SDH tạo ra một cuộc cách mạng trong các dịch vụ viễn thông, thể hiện một kỹ thuật tiên tiến có thể đáp ứng rộng với các yêu cầu của người sử dụng, người khai thác và người sản xuất , thỏa mãn các yêu cầu đặt ra cho ngành viễn thông trong thời đại mới, khắc phục được các nhược điểm của hệ thống phân cấp số cận đồng bộ PDH

Trong tương lai hệ thống SDH sẽ ngày càng phát triển nhờ những ưu điểm vượt trội so với PDH, đặc biệt SDH có khả năng kết hợp với PDH trong

mạng lưới hiện hành cho phép hiện đại hóa mạng lưới theo từng giai đoạn phát triển.

Chương 1 sẽ trình bày về kỹ thuật phân cấp số cận đồng bộ PDH cũng như những hạn chế của công nghệ này dẫn đến sự ra đời của công nghệ phân cấp số đồng bộ SDH, đồng thời chúng ta sẽ tìm hiểu các đặc điểm chính của

hệ thống này để làm rõ tại sao nó lại thay thế được công nghệ PDH được sử dụng trước đó

tử Cesium

Hai tín hiệu số là cận đồng bộ nếu sự chuyển tiếp xảy ra gần như ở cùng một tốc độ, và bất kỳ sự thay đổi nào cũng được cưỡng bức trong một giới hạn nhỏ Ví dụ nếu có hai mạng tương tác với nhau, xung đồng hồ của chúng có thể lấy từ hai PRC khác nhau Mặc dù các PRC này vô cùng chính xác, nhưng vẫn có sự sai khác giữa hai loại Điều này gọi là sự sai khác cận đồng bộ

Trong trường hợp mạng không đồng bộ, sự chuyển giao tín hiệu không nhất thiết phải xảy ra ở cùng tốc độ Trong trường hợp này, không đồng bộ có nghĩa là sai khác giữa hai đồng hồ lớn hơn sai khác cận đồng bộ Ví dụ, nếu hai đồng hồ lấy từ dao động thạch anh tự do, chúng được gọi là không đồng bộ

Người ta chấp nhận rộng rãi rằng một phương thức ghép kênh mới có thể được đồng bộ và không chỉ dựa trên việc chèn bit, gọi là PDH, mà còn dựa trên việc chèn byte, là cấu trúc ghép kênh từ 64kbit/s đến tốc độ cơ sở 1544kbit/s (1,5Mbit/s) và 2048kbit/s(2Mbit/s).

Vì các luồng 2Mbit/s được tạo ra từ các thiết bị ghép kênh khác nhau, nên tốc độ bit có khác nhau một chút Do đó, trước khi ghép các luồng này thành một luồng tốc độ cao hơn phải hiệu chỉnh cho tốc độ bit của chúng bằng nhau, tức là phải chèn thêm các bit giả Mặc dù tốc độ các luồng đầu vào là như nhau, nhưng phía thu không thể nhận biết được vị trí của các luồng đầu vào trong các luồng đầu ra Kiểu ghép kênh như vậy được gọi là cận đồng bộ (PlesioSynchronous)

1.2.2 Các tiêu chuẩn ghép kênh PDH

Trên thế giới hiện nay, người ta chia hệ thống ghép kênh PDH theo 5 cấp và có 3 tiêu chuẩn khác nhau là [1]:

- Tiêu chuẩn ghép kênh PDH của Châu Âu (CEPT)

Tiêu chuẩn Châu Âu bao gồm 5 mức được thể hiện trên hình 1.1 Tốc

độ bit của mức sau được tạo thành bằng cách ghép 4 luồng số của mức đứng trước liền kề Mức thứ nhất có tốc độ bit 2,048Mbit/s được tạo thành từ thiết

bị ghép kênh PCM-30 hoặc từ tấm mạch trung kế của tổng đài điện tử số Tốc

độ bit mức 2 là 8,448Mbit/s, gồm 120 kênh Mức 3 có 480 kênh và tốc độ bit

là 34,368Mbi/s Mức thứ 4 có 1920 kênh và tốc độ bit là 139,368Mbit/s Bốn mức này được ITU-T chấp nhận làm tốc độ bit tiêu chuẩn quốc tế Mức thứ năm có tốc độ bit là 564,992Mbit/s bao gồm 7680 kênh

Hình 1.1 Sơ đồ ghép kênh PDH tiêu chuẩn Châu Âu

- Tiêu chuẩn ghép kênh PDH của Bắc Mỹ

Hình 1.2 Sơ đồ ghép kênh theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ

Tiêu chẩn Bắc Mỹ gồm 5 mức như hình 1.2 Mức thứ nhất có tốc độ bit

là 1544kbit/s, được hình thành từ thiết bị ghép kênh PCM-24 hoặc từ tổng đài điện tử số và có 24 kênh Ghép 4 luồng số mức thứ nhất được tốc độ bit mức thứ hai là 6312kbit/s và gồm 96 kênh Mức thứ ba có tốc độ bit là 44736kbit/s được ghép từ 7 luồng số mức hai và bao gồm 6732 kênh Ba mức này được ITU-T chấp nhận làm chuẩn quốc tế Mức thứ tư được ghép từ 6 luồng cố

2

mức ba, tốc độ bit là 274176kbit/s và bao gồm 4032 kênh Mức thứ năm được ghép từ 3 luồng số mức bốn để nhận được 8464 kênh và có tốc độ bit là 560160kbit/s.

- Tiêu chuẩn ghép kênh PDH của Nhật Bản

Hai mức đầu tiên hoàn toàn giống tiêu chuẩn Bắc Mỹ Mức thứ ba được hình thành từ việc ghép 5 luồng số mức hai, tốc độ bit là 32064kbit/s và

có 480 kênh Ba mức này đã được ITU-T chấp nhận Ghép ba luồng số mức

ba được luồng số mức bốn có tốc độ bit là 97728kbit/s, 1440 kênh Mức cuối cùng ghép từ 4 luồng số mức bốn để được 5760 kênh và tốc độ bit là 400352kbit/s 5 mức này được thể hiện qua hình 1.3

Hình 1.3 Sơ đồ ghép kênh theo tiêu chuẩn Nhật Bản

1.2.3 Nhược điểm của ghép kênh PDH

- Mạng PDH chủ yếu đáp ứng các dịch vụ điện thoại, đối với các dịch

vụ mới như: mạng ISDN, truyền data, dịch vụ điện thoại truyền hình thì mạng PDH khó có thể đáp ứng được

- Mạng PDH không linh hoạt trong việc kết nối các luồng liên tục Khi

có nhu cầu rút luồng nhỏ từ một luồng có dung lượng lớn thì phải trải qua các cấp độ trung gian để hạ tốc độ từ cao xuống thấp tương ứng, cũng như việc ghép luồng phải trải qua đầy đủ các cấp độ từ tốc độ thấp đến tốc độ cao

4

Điều này rõ ràng là không mềm dẻo, không thuận tiện cho việc kết nối, cần phải có đủ các thiết bị để giải phép luồng do đó không tiết kiệm và khó thực hiện đồng thời đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp.

- Mạng PDH đòi hỏi thông tin mào đầu (Header) khá lớn nên tốc độ luồng bit ghép từ N nhánh sẽ lớn hơn tổng tốc độ của các nhánh, dẫn đến làm giảm hiệu suất của đường truyền

- Các thông tin về bảo trì không được liên kết trên toàn tuyến thông tin

mà chỉ đối với từng đoạn truyền dẫn riêng lẻ Thủ tục bảo trì cho toàn tuyến phức tạp

- Chưa có chuẩn chung cho thiết bị đường dây, nhà sản xuất mới chỉ có tiêu chuẩn đặc trưng riêng cho thiết bị riêng của họ

- Có nhiều thiết bị ghép luồng Một luồng 2Mbit/s có thể sẽ đi qua nhiều hướng trước khi đến đích do đó vấn dề quản lý luồng tại mỗi trạm phải đồng bộ và chặt chẽ Trong thực tế nhiều khi sinh ra lỗi lầm trong thực tế hoặc đầu nối không chỉ ảnh hưởng đến luồng đang kết nối mà có thể sẽ gây ra mất liên lạc cho những luồng đang khai thác

- Hệ thống PDH thiếu các phương tiện giám sát, đo thử từ xa mà chỉ được tiến hành ngay tại chỗ

Tóm lại, ta thấy rằng công nghệ phân cấp số cận đồng bộ PDH không đáp ứng được nhu cầu ngày càng đa dạng của người sử dụng, các yêu cầu của nhà khai thác và sản xuất Vì vậy đòi hỏi phải nghiên cứu xây dựng một công nghệ truyền dẫn mới khắc phục được các nhược điểm nói trên của công nghệ PDH

1.3 Hệ phân cấp số đồng bộ SDH

1.3.1 Tổng quan

Sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống máy tính và các dịch vụ băng rộng dẫn tới sự ra đời của mạng B-ISDN có phạm vi toàn cầu Mạng B-ISDN đòi hỏi tốc độ truyền dẫn rất lớn Việc phát triển các cấp cao hơn nữa của công nghệ PDH nhằm đáp ứng các dịch vụ băng rộng mà B-ISDN đòi hỏi không

phải là giải pháp tối ưu do những hạn chế đã nói trên của công nghệ PDH Theo quan điểm mạng B-ISDN phải là mạng đồng bộ và giải quyết các khó khăn đặt ra với công nghệ PDH thì ITU đã thông qua những khuyến nghị chủ yếu về hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH.

Các tiêu chuẩn của SDH thực sự bắt đầu từ năm 1985 tại Mỹ Khởi đầu

là các nỗ lực để tạo ra một mạng giao tiếp quang có thể hoạt động với tất cả các hệ thống truyền dẫn khác nhau theo tiêu chuẩn châu Âu hoặc Bắc Mỹ Dần dần các tiêu chuẩn này được phát triển và được ứng dụng rộng rãi để xử

lý các tín hiệu trong mạng hiện tại và cả trong tương lai, đặc biệt tính đến các phương diện khai thác và bảo dưỡng

Năm 1985, công ty BELLCORE- một công ty con của công ty BELL ở

Mỹ đề nghị một đẳng cấp số mới nhằm khắc phục những nhược điểm của hệ thống cận đồng bộ PDH Đẳng cấp mới nà được gọi là SONET (Synchronous Optical Network: Mạng quang đồng bộ) dựa trên nguyên lý ghép kênh đồng

bộ và sử dụng cáp quang làm môi trường truyền dẫn Tiếp sau đó, các tiêu chuẩn về thiết bị cũng được nghiên cứu nhằm kết nối được nhiều loại thiết bị khác nhau, đặc biệt quan tâm đến vấn đề bảo dưỡng, giám sát, chuyển mạch bảo vệ và các vấn đề quản lý mạng lưới của các thiết bị đó

Đề nghị của hãng BELLCORE đã được ủy ban Viễn thông của Hoa Kỳ nghiên cứu và cuối năm 1988 một tiêu chuẩn quốc gia của Hoa Kỳ được thông qua Đồng thời SONET cũng gây được chú ý và cũng được phát triển tại Châu Âu, tuy nhiên các nhà sản xuất Châu Âu cũng nghiên cứu đề nghị một chuẩn của Châu Âu

Cuối năm 1988, trên cơ sở tiêu chuẩn SONET, xét đến các tiêu chuẩn ghép kênh khác nhau ở Châu Âu, Nhật Bản và Bắc Mỹ, ITU-T đưa ra tiêu chuẩn quốc tế về công nghệ truyền dẫn đồng bộ dùng cho cáp quang và viba Tiêu chuẩn SDH được nêu trong các khuyến nghị G707, G708 Các khuyến nghị này định nghĩa tốc độ truyền dẫn cơ sở của SDH là 155.52 Mb/s (STM-1: Module chuyển tải mức 1), các tốc độ truyền dẫn cao hơn là Module

chuyển tải đồng bộ mức 4 (STM-4): 622,080 Mb/s; Module chuyển tải đồng

bộ mức 16 (STM-16): 2488,320 Mb/s; Module chuyển tải đồng bộ mức 64 (STM-64): 9953,280 Mb/s

1.3.2 Các tiêu chuẩn của hệ thống SDH

Tiêu chuẩn phân cấp đồng bộ SDH xây dựng theo tiêu chuẩn do ITU-T

đề xuất trên cơ sở một hệ thống các khuyến nghị [2]:

G.707 Các mức phân cấp số đồng bộ

G.708 Giao diện tại các nút mạng cho phân cấp số đồng bộ

G.709 Cấu trúc ghép kênh SDH

G.780 Các định nghĩa và các thuật ngữ trong SDH

G.781 Cấu trúc của các khuyến nghị với các thiết bị ghép kênh SDH.G.782 Các loại và đặc tính chung của các thiết bị ghép kênh SDH.G.783 Các đặc tính của khối chức năng thiết bị ghép kênh SDH

Bảng 1.1 Phân cấp tín hiệu SDH [1]

STM-1STM-4STM-16

155,52 Mbit/s622,08 Mbit/s2488,32 Mbit/s

STM-64 9953,28Mbit/s

Bốn tín hiệu STM-1 được ghép vào một tín hiệu STM-4, và bốn tín hiệu STM-4 được ghép vào một tín hiệu STM-16 tốc độ 2488,32Mbit/s Một lần nữa bốn tín hiệu STM-16 được ghép tiếp vào một tín hiệu STM-64 có tốc

độ SDH cao nhất hiện nay là 9953,28Mbit/s

Hình 1.4 Phân cấp tín hiệu SDH

1.4 Cấu trúc ghép kênh SDH

1.4.1.Cấu trúc chung của tín hiệu SDH

Tín hiệu đồng bộ SDH là một tập các byte 8 bit được tổ chức và biểu diễn dưới dạng cấu trúc khung như hình 1.5:

- Khung gồm N hàng và M cột

- 1 ô vuông = 1 byte 8 bit

- Byte đầu tiên ở hàng 1 cột 1 gọi là byte đánh dấu khung F, nó cho phép định vị các byte khác trong khung

Thời gian tồn tại của khung:120μs

9,95328

Gbit/s

2,48832 Gbit/s

622,08 Mbit/s

155,52 Mbit/s

Hình 1.5 Cấu trúc chung của tín hiệu SDH

1.4.2 Cấu trúc ghép kênh cơ bản

Quá trình ghép kênh trong SDH phân biệt rõ 2 quá trình độc lập nhau

Đó là sự hình thành modul chuyển tải đồng bộ STM-1 và STM-n Sự hình thành modul STM-n bậc cao được tiến hành bằng cách xen tín hiệu STM-1

Các tín hiệu PDH có thể được ghép vào SDH và được truyền dẫn thông qua hệ thống này, điều này giải thích tại sao CCITT đề xuất ra STM-1 vì tất

cả các tín hiệu PDH 1,5Mb/s đến 140Mb/s đều có thể ghép vào và trở thành tín hiệu SDH theo kiến nghị G.709

Hệ thống đồng bộ được hình thành từ các hệ thống cận đồng bộ khác nhau, các hệ thống cận đồng bộ này có thể thuộc hệ Châu Âu hoặc Bắc Mỹ Đầu vào của các hệ thống đồng bộ cơ sở là các luồng cận đồng bộ có tốc độ bit khác nhau, được ghép lại theo nhiều bước, mỗi bước lại đưa vào các bit điều khiển, quản lý và phối hợp tốc độ Khi đó đầu ra được một luồng đồng

bộ cơ sở như trên hình 1.6

M*N byte

F B

B B

B

B

1 N*M byte 2

Thứ tự truyền

B: ký hiệu cho byte tín hiệu 8 bit

F: ký hiệu cho byte khung 8 bit

N

hàng

M cột

Hình 1.6 Cấu trúc ghép kênh SDH

Trong đó:

- Cn: Container (cấp n) là một cấu trúc chứa thông tin từ các nguồn PDH đưa đến Tại đây thực hiện việc chèn thêm bit đệm để thực hiện đồng bộ hóa các tín hiệu PDH từ các hướng khác nhau đưa đến đồng hồ của SDH

- VC-n: Container ảo (cấp n) có chức năng nhận thông tin trong container, bổ sung thêm phần mào đầu tuyến POH (Path OverHead) để quản

lý tuyến nối các VC-n

- TU-n: Đơn vị nhánh, tại khối TU-n, các VC-n cấp thấp sẽ được bổ sung con trỏ TU để tạo thành đơn vị nhánh Con trỏ chỉ thị vị trí byte đầu tiên của khung VC-n Quá trình này gọi là đồng chỉnh

- TUG-n: Nhóm đơn vị nhánh, chức năng ghép một số TU-n lại với nhau tạo thành nhóm đơn vị nhánh TUG-2 gồm 3 TU-12 hoặc 4 TU-11 hoặc

1 TU-2 TUG-3 gồm 7 TU-2 hoặc 1 TU-3

- AU-n: Đơn vị quản lý AU-n là một cấu trúc thông tin để làm tương thích VC-n bậc cao với STM-n AU-n gồm một VC-n bậc cao và con trỏ AU

để chỉ thị vị trí byte đầu tiên của khung VC-n bậc cao trong khung STM-n

44,736 Mb/s 34,368 Mb/s

139,264 Mb/s

x4

x7 x1

x1

C-4

VC-12 VC-2

TU-12

AU-4 bao gồm VC-4 và con trỏ AU-4 PRT, AU-3 gồm 1 VC-3 và con trỏ AU-3 PTR.

- AUG: Nhóm đơn vị quản lý bao gồm 1 AU-4 hoặc 3 AU-3 ghép xen byte

- POH (Path Overhead): Thông tin giám sát

- SOH (Section Overhead): Thông tin quản lý

Hình 1.7 Sơ đồ ghép kênh từ C-12 qua AU-4

Hình 1.7 mô tả quá trình ghép kênh từ container C-12, là container có tốc độ 2,048Mbit/s qua AU-4 Quá trình này được thưc hiện qua nhiều giai đoạn như bổ sung bit chèn, thêm mào đầu đoạn, mào đầu tuyến, con trỏ để cuối cùng thu được tín hiệu STM-n

Tương tự ta có sơ đồ ghép kênh từ C-4 được mô tả như hình 1.8

C-12 VC-12POH

TU-12Ptr TU-12Ptr TU-12Ptr

VC-12

TUG-3

TU-12 TUG-2 TUG-3 TUG-3

Hình 1.8 Sơ đồ ghép kênh từ C-4 lên STM-n

1.4.3 Cấu trúc các khối trong SDH

Bảng 1.2 Các loại container

Dữ liệu được ghép vào container theo nguyên lý xen bit hoặc byte Đối với tín hiệu cận đồng bộ các container gồm có:

- Các luồng dữ liệu (như tín hiệu PDH)

- Các bit hoặc byte nhồi cố định trong khung không mang nội dung

C-4 C-4

AUG AUG

C-11C-12C-2C-3C-4

1,5442,0486,31244,763 và 34,368139,264

thông tin mà chỉ sử dụng để tương thích tốc độ bit của tín hiệu PDH được ghép với tốc độ bit container cấp cao hơn.

- Ngoài ra còn có các byte nhồi không cố định để đạt được sự đồng chỉnh một cách chính xác Khi cần thiết các byte này có thể được sử dụng cho các byte dữ liệu (databyte) Trong trường hợp này trong khung còn có các bit điều khiển nhồi để thông báo cho đầu thu biết các byte này có thể là byte dữ liệu hoặc các byte nhồi thuần túy.Tùy theo kích thước của luồng data đầu vào

mà ta gán container C tương ứng phù hợp

1.4.3.2 Container ảo VC (Virtual container)

Một VC là sự kết hợp của container C với POH (VC= C+ POH) để tạo thành một khung hoàn chỉnh truyền đến đầu thu Chức năng của POH là mang thông tin bổ trợ, giám sát và bảo trì đường truyền đồng thời thông báo vị trí

mà container sẽ truyền đến Trong VC thì POH được gắn vào đầu khung và tại đầu thu sẽ được dịch ra trước khi container được giải mã

VC cũng có tùy loại tương ứng với kích thước của container Một VC

có thể truyền riêng rẽ trong một khung STM-1 hoặc là sẽ truyền xen kẽ nhau trong một VC lớn hơn rồi mới được chuyển đến STM-1 Ta có thể phân biệt hai cấp VC tùy theo container C như sau:

- Tất cả các container khi được ghép vào một container lớn hơn thì được gọi là container cấp thấp LOC (Low Order Container), tương ứng với container ảo cấp thấp LOVC là VC-11, VC-12, VC-2 và VC-3

- Tất cả các container được truyền trực tiếp trong khung STM-1 thì được gọi là container cấp cao HOC(Hight Order Container) tương ứng ta có cotainer ảo cấp cao HOVC đó là VC-4 và VC-3 (trong trường hợp nó được truyền trực tiếp trong khung STM-1)

Cấu trúc các VC như sau:

- VC-11: Gồm 25 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH được sắp xếp trên

3 hàng dọc 9 byte Được sử dụng để truyền dẫn tín hiệu 1,5 Mbit/s theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ

- VC-12: Gồm 34 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH được sử dụng để

tương thích với luồng 2 Mb/s theo tiêu chuẩn Châu Âu và được sắp xếp theo

4 hàng dọc 9 byte

Hình 1.9 Cấu trúc khung VC-11 và VC-12

- VC-2: Gồm 160 byte dữ liệu với một byte POH dùng để tương thích

với luồng 6,312Mb/s theo tiêu chuẩn của Mỹ Cấu trúc gồm 12 hàng dọc 9 byte

hàng dọc, trong đó mỗi byte POH thực hiện một chức năng riêng của mình Cấu trúc gồm 85 hàng dọc 9 byte.

Hình 1.11 Cấu trúc khung VC-3 1.4.3.3 Đơn vị luồng TU

Bao gồm VC cộng với poiter : TU= VC+ Ptr

Trước khi chuyển đến STM-1 để được phát đi các cấp VC cấp thấp sẽ được ghép vào một VC cấp cao hơn Để tạo ra các phase của các VC người ta dùng Ptr (pointer) ghép theo vào VC tại một vị trí cố định trong VC đó và thông báo sự bắt đầu của VC đó Tương ứng với VC, TU cũng có nhiều bậc

từ 1 đến 3

Việc truyền dẫn các byte pointer sẽ xảy ra lần lượt Cứ một khung 125ms sẽ có một byte pointer Byte pointer ghép theo vào VC tại một vị trí cố định trong khung cấp cao hơn (VC-3 hoặc VC-4) Như vậy tổng cộng sẽ có 3 byte pointer cho khung 125ms còn byte thứ 4 của đa khung 500ms cũng mang một byte pointer nhưng byte này chưa được quy định rõ chức năng, hiện nay đang được dùng để dự phòng

Cấu trúc của các TU:

- Các TU-11, TU-12, TU-2 đều được cấu tạo bởi các VC tương ứng cộng thêm một byte pointer:

9

85 VC-3 POH

VC-3

Hình 1.12 Sự hình thành cấu trúc TU-11 và TU-12

TU-3 = VC-3 + Ptr

3xVC-3 có thể ghép vào VC-4 theo nguyên tắc xen từng byte sau đó được phát đi trong khung AU-4 Trong quá trình truyền dẫn có hai cấp container được ghép vào

Pointer AU-4 trong SOH để chỉ thị VC-4 trong khung STM-1

Sự hình thành của TU-3 từ VC-3 được chỉ ra ở hình 1.13

3 pointer TU-3 (mỗi pointer gồm 1byte) được gắn vào trong VC-4 để thông báo vị trí của VC-3 trong khung VC-4.

Hình 1.13 Sự hình thành cấu trúc TU-3 Từ VC-3 1.4.3.4 Nhóm đơn vị luồng TUG (Tributary Unit Group)

TUG là nhóm các TU ghép lại theo phương thức xen byte, có 2 loại TUG là TUG-2 và TUG-3

- Cấu trúc của TUG-2

Hình 1.14 Quá trình hình thành TUG-2 từ TU-11

9

VC-3 POH

+ 3byte Pointer

Một TUG có thể được hình thành bởi 3 đơn vị luồng TU-12 hoặc 4 đơn

vị luồng TU-11 hoặc 1 luồng TU-2 Do vậy, TUG-2 có kích thước là 108 byte với tốc độ bit là 6912 Kb/s

Nhận xét:

- Các byte đầu tiên của hàng đầu tiên tương ứng với kiểu cấu trúc là các byte pointer, các byte sau đó là các byte data

- TUG-2 có kích thước tương ứng một TU-2

- Có 2 cách để bố trí VC-2 vào trong TUG-2:

+ Kiểu nối (Floating mode) cho phép các VC được gắn vào khung TUG tại một vị trí nào đó và sử dụng pointer liên kết với mỗi VC để chỉ thị điểm bắt đầu của VC trong TUG Vị trí con trỏ sẽ được gắn cố định trong TUG tương ứng bất kể vị trí của VC

+ Kiểu chốt (Locked): VC được gắn vào trong TUG tại một vị trí cố định, do đó không cần sử dụng pointer như kiểu Floating

- Cấu trúc của TUG-3

Một TUG-3 có thể được hình thành từ một đơn vị luồng TU-3 hoặc 7 nhóm đơn vị luồng TUG-2 Có kích thước gồm 774 byte với tốc độ bit là 49536Kb/s

Nếu TUG-3 chứa một TU-3 thì cột đầu tiên chứa 3 byte pointer TU-3

và 6 byte còn lại là byte nhồi cố định (Justification) như hình dưới

Hình 1.15 Cấu trúc TUG-3 từ TU-3

TU-3 Ptr

9 9

TUG-3

Byte nhồi cố định

Nếu TUG-3 được cấu thành từ 7x TUG-2 thì nguyên tắc ghép cũng là ghép từng byte, cột đầu tiên cũng chứa 3 byte pointer và 6 byte nhồi cố định Tuy nhiên trong trường hợp này pointer trong TUG-3 không có chức năng định vị địa chỉ trạm đến của các luồng tín hiệu mà lúc này các byte pointer riêng lẻ định vị địa chỉ của các VC-1x hoặc VC-2 sẽ là các pointer nằm trong TUG-2 Các byte này được sắp xếp trong hàng đầu tiên của cột TUG tương ứng.

Hình 1.16 Cấu trúc hình thành TUG-3 từ TU-2

Các TUG-2 được bố trí theo kiểu cố định vào trong các TUG-3, 3 byte trong cột đầu tiên của TUG-3 này sẽ không mang ý nghĩa nào mà nó chỉ mang