tâm ứng dụng công nghệ Viễn thông mới ( CT-IN ) trong việc giúp đỡ em hoàn
thành bản Đồ án tốt nghiệp này.
Hà nội, ngày 09 tháng 7 năm 2005
SINH VIÊN
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SDH
1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA PDH VÀ SDH
1.1.1. PHÂN CẤP TRUYỀN DẪN SỐ CẬN ĐỒNG BỘ PDH.
a, Lịch sử phát triển của kỹ thuật truyền dẫn .
Sự phát triển liên lạc viễn thông đã bắt đầu từ khi phát minh ra hệ thống điện
tín hoạt động theo chế độ chữ số. Nghĩa là khi Morse phát minh ra máy điện tín
năm 1835 và việc liên lạc viễn thông số bắt đầu bằng phát dòng chấm và gạch
ngang năm 1876, việc sử dụng chế độ tương tự bắt đầu với phát minh điện thoại
của A.G. Bell. Phương pháp truyền dẫn đa lộ cũng đã bắt đầu từ khi có dây dẫn ba
mạch thực hiện ở Mỹ năm 1925 và qua phát triển cáp đồng trục có 240 mạch, hiện
nay đã sử dụng phương pháp liên lạc cơ bản với cáp đồng trục có 3.600 - 10.800
mạch, FDM (Ghép kênh theo tần số) nhiều mạch 1.800 mạch bởi vi ba. Mặt khác
từ năm 1930, phương pháp 24 mạch PAM (Điều chế biên độ xung) và PWM (Điều
chế độ rộng xung) đã phát triển nhưng chưa phổ biến. Ngay sau đó A.H. Reeves
phát huy PCM (Điều chế xung mã). Năm 1948, ngay sau khi kết thúc chiến tranh
thế giới thứ hai, thiết bị PCM để thí nghiệm đã được thiết kế và sản xuất ở Mỹ.
Nhưng nó cũng không được thực hiện vì lúc đó ống điện tử chỉ là một phần tử tích
cực và ống mã dùng cho mã hoá bị có nhiều vấn đề khi thực hành. Sự phát minh
kỹ thuật bán dẫn tiếp theo phát minh chất bán dẫn đóng vai trò quyết định trong
việc áp dụng PCM. Do đó hệ thống T1 (Bộ điện thoại 1) dùng trong liên lạc viễn
thông công cộng sử dụng phương pháp PCM ở Chicago (Mỹ) trong năm 1962,
phương pháp PCM-24 áp dụng ở Nhật năm 1965, phương pháp Châu Âu hiện nay
(CEPT) đã phát triển và sử dụng trong những năm 1970. Hiện nay với việc phát
triển phương pháp khả năng siêu đại FT-1.7G, F-1.6G v.v. Trong tương lai ngoài
việc phát triển liên tục về ghép kênh và kỹ thuật liên lạc quang học như trên,
chúng ta có thể phát triển kỹ thuật liên quan như truyền dẫn thuê bao số và phát
triển kỹ thuật đấu nối, kỹ thuật CCC (Khả năng kênh xoá ) trên mạng đã có, kỹ
thuật UNI (Giao tiếp mạng - Người sử dụng) về tiếng nói, số liệu, thông tin hình
ảnh và kỹ thuật NNI (Giao tiếp nút - mạng), kỹ thuật tổ hợp siêu cao VLSI (Tổ
Trang
5
hợp quy mô rất lớn) bao gồm các loại kỹ thuật mã hoá, kỹ thuật truyền dẫn số
đồng bộ, mạng nối chéo, và bảo dưỡng mạng, IN (Mạng thông minh) và v.v.
b. Thế nào là PDH ?
Đầu năm 70, các hệ thống truyền dẫn số bắt đầu phát triển. Trên các hệ
thống này chủ yếu sử dụng ghép kênh theo thời gian, điều xung mã. Nhờ điều
xung mã mà tín hiệu thoại có băng tần ( 0,3 - 3,4 ) KHz được chuyển thành tín
hiệu số có tốc độ 64Kbps . Các bước chuyển đổi tín hiệu Analog thành tín hiệu
PCM được biểu diễn trên hình 1.1.
← ↑ → ↓
← Tín hiệu Analog có băng hữu hạn.
↑ Xung lấy mẫu PAM.
→ Xung lượng tử.
↓ Tín hiệu số
Hình 1.1 Các bước chuyển đổi tín hiệu thoại ( Kỹ thuật PCM )
Tuy vậy việc truyền riêng biệt mỗi kênh một kênh thoại trên một đôi dây
đồng sẽ rất tốn kém. Vì vậy kỹ thuật ghép đồng bộ các tín hiệu 64Kbps thành
luồng số có tốc độ 1,544 Mbps hoặc 2,048 Mbps đã ra đời. Từ các luồng cấp 1 này
lại tiến hành ghép để được các luồng số có bậc cao hơn. Các cấp truyền dẫn số bậc
Trang
6
Lấy mẫu Lượng
tử
Mã hóa
cao theo kiểu như vậy gọi là truyền dẫn số cận đồng bộ PDH ( Plesiochronous
Digital Hierachy ).
Để hiểu rõ PDH , trước hết chúng ta xét nguyên lý hoạt động của PDH. Lấy
ví dụ ghép các luồng 2,048 Mbps thành các luồng số bậc cao hơn.
Vì các luồng 2,048Mbps được tạo ra từ các thiết bị ghép kênh hoặc từ các
tổng đài điện tử số khác nhau nên các tốc độ bit khác nhau đôi chút. Trước khi
ghép các luồng này thành một luồng số có tốc độ cao hơn thì phải hiệu chỉnh cho
tốc độ bít của chúng bằng nhau nghĩa là phải đổi thêm các bit mang thông tin giả .
Mặc dù tốc độ các luồng như nhau nhưng ở đầu thu không thể nhận biết được vị trí
của mỗi luồng thành phần trong luồng có tốc độ cao hơn. Kiểu ghép như vậy gọi là
ghép cận đồng bộ .
Hiện nay các cấp truyền dẫn số cận đồng bộ đang tồn tại không thống nhất
và phân theo 3 hệ thống phân cấp tốc độ số khác nhau: Hệ thống Bắc Mỹ, hệ thống
Châu Âu và hệ thống Nhật Bản ( Hình1-2 ).
Nhật Bản Bắc Mỹ Châu Âu
x 4 x 9 x 4
x 5
x 7 x 4
x 4
x 4
x 4 x 4
K1 K2 K30
K1 K2 K24
Ghép đồng bộ.
Ghép không đồng bộ
Hình 1-2 : Các hệ thống phân cấp số cận đồng bộ hiện nay.
Trên cơ sở phân tích hoạt động của PDH và dựa vào hệ thống phân cấp tốc
độ hiện đang tồn tại song song có thể rút ra một số đặc điểm chung nhất về PDH.
Trang
7
400MBit/s 405Mbit/s
139MBit/s
100MBit/s
32MBit/s
45MBit/s
34MBit/s
6,3MBit/s
6,3MBit/s
8MBit/s
1,5MBit/s
2MBit/s
c. Các đặc điểm của PDH.
Từ bản chất của PDH ta thấy hệ thống này có ưu điểm là có khả năng phục
vụ đa dịch và đa tốc. Về lý thuyết không có một hạn chế nào về modul hoá các tốc
độ cần chuyền với cùng một cơ câú truyền tin và chuyển mạch , đồng thời có thể
cung cấp các dịch vụ mới không phụ thuộc tiến triển của mạng khi dung lượng của
các dịch vụ mới không vượt quá dung lượng đã thiết kế cho các hệ thống hiện có.
Tuy nhiên PDH cũng có nhiều nhược điểm cần khắc phục đó là :
- Khó tách, ghép các tín hiệu thành phần, vì từ các tốc độ cao hơn muốn tách
hoặc ghép các luồng cơ bản 2Mbps phải qua các cấp trung gian. Việc phải qua
nhiều cấp tách ghép như vậy làm cho giá thành tăng, giảm độ tin cậy cũng như
chất lương của hệ thống .
- Phức tạp trong quản lý mạng bởi vì trong khung tín hiệu của các bộ ghép
PDH không đủ các byte nghiệp vụ để cung cấp cho điều khiển, giám sát và bảo
dưỡng hệ thống .
- Xác suất tắc nghẽn khác không tại các nút mạng và tại hệ thống chuyển
mạch.
- Hiệu suất sử dụng các nguồn lực truyền thông (Bao gồm thiết bị và dung
lượng kênh ) thấp do phải phải truyền các header lớn và do các hạn chế về tải do
các vấn đề tắc nghẽn gây ra. Tồn tại không thống nhất các tiêu chuẩn phân cấp
truyền dẫn khác nhau trên mạng Viễn thông Quốc tế . Vì vậy khó khăn và phức
tạp cho việc hoà mạng. Sự tồn tại các hạn chế của PDH dẫn đến nhu cầu cần có
một hệ thống phân cấp số thống nhất. Theo quan điểm kỹ thuật mạng, phương
thức truyền nhiều đồng bộ kinh tế hơn.
Do đó việc đồng bộ hoá mạng cần phải được tiến hành theo các hướng sau:
- Hướng thứ nhất : Sử dụng cải tiến cấu trúc đa khung không đồng bộ hiện
có với ý tưởng :
+ Ghép nhiều khung không đồng bộ vào một khung bội 125µs rồi truyền
đồng bộ .
+ Ghép khung không đồng bộ vào một khung bội 125µs để truyền đồng bộ .
- Hướng thứ hai : Thiết lập phân cấp số đồng bộ mới thống nhất toàn thế
giới nhằm tạo trục quốc gia , xuyên quốc gia , xuyên lục địa và toàn cầu.
Xuất phát từ những điều đã nêu ở trên, nhằm tạo hệ thống phân cấp đồng bộ
thống nhất phục vụ cho việc xây dựng mạng B-ISDN (Broadband Intergrated
Sevices Digital Network ) toàn cầu , đồng thời không ảnh hưởng các cấu hình và
cơ sở hạ tầng đã có của các mạng khu vực, từ năm 1988 CCITT đã khuyến nghị
về SDH (Synchronous Digital Hierchy - Phân cấp số đồng bộ) .
1.1.2 HỆ THỐNG PHÂN CẤP TRUYỀN DẪN SỐ ĐỒNG BỘ SDH.
a. Kiến trúc của hệ thống truyền dẫn đồng bộ SDH .
- Các hệ thống truyền dẫn SDH được dựa trên kiến trúc mạng phân lớp. Các
lớp cấu trúc mạng 3 lớp của SDH là :
+ Lớp mạch ( Circuit Layer ).
+ Lớp đường ( Path Layer ).
+ Lớp môi trường truyền dẫn ( Transmission ) Media Layer.
Trang
8
Một mạch là một thực thể truyền tin chuyển tải các dịch vụ viễn thông đối
với người sử dụng .
Môi trường là thực thể truyền tin cung cấp sự truyền tải của một mạch hoặc
của một nhóm mạch.
Môi trường truyền bao gồm các hệ thống liên lạc : Cáp quang , Vi ba
b .Các đặc điểm của SDH.
Cũng như các hệ thống truyền đồng bộ khác, hệ thống SDH cũng có các ưu
điểm:
+, Kinh tế do khả năng tiêu chuẩn hoá cao toàn mạng về giao diện, các thiết
bị xen / rẽ kênh ( Add / Drop Multiplexer - ADM, nối chéo luồng số đồng bộ
(Synchronous Digital Cross Connection - SDXC ) và đầu cuối tập trung ( Terminal
Multiplexer - TM) nên dễ lắp đặt và bảo dưỡng .
+, Khả năng tách ghép tải thành phần từ các tín hiệu toàn thể dễ dàng ( Trực
tiếp chứ không phải hạ từng bước như PDH ) tại các giao diện Multiplexer .
+, Hiệu quả sử dụng kênh cao do truyền đồng bộ ( Không phải truyền các
Header lớn hơn ) .
Thêm vào đó SDH còn có những ưu điểm :
+, Cho phép thành lập mạng được quản lý hoàn toàn với kênh OA & M
(Operation Administration & Mainternace ) có thể trực tiếp trên các giao diện vận
hành, bảo dưỡng và quản lý .
+, Mạng đồng bộ cao tốc có khả năng chuyển tải hiệu quả và mềm dẻo các
dịch vụ băng rộng .
Hạn chế của SDH liên quan đến mâu thuẫn giữa tín hiệu trong cấu trúc
khung tín hiệu ( Việc ghép các tốc độ Bit khác nhau của các tải bất phân cấp ) và
tính kinh tế do độ phức tạp của thiết bị tăng .
1-2. CÁC KHUYẾN NGHỊ CỦA CCITT VỀ SDH :
Các tiêu chuẩn đầu tiên của về tốc độ, khuôn tín hiệu, các cấu trúc ghép và
sắp xếp các nhánh nằm trong các khuyến nghị của CCITT :
G.702 : Phân cấp tốc độ bit .
G.703 : Các đặc tính .
G.707 : Các tốc độ bit của phân cấp số đồng bộ .
G.708 : Giao diện nút mạng cho phân cấp số đồng bộ .
G.709 : Cấu trúc ghép kênh đồng bộ .
G.773 : Giao thức phù hợp với các giao diện Q để quản lý các hệ thống
truyền dẫn .
G.782 : Các dạng và các chỉ tiêu kỹ thuật chung của thiết bị ghép kênh
SDH
G.783 : Chỉ tiêu kỹ thuật của các khối chức năng trong thiết bị ghép kênh
SDH.
G.874 : Quản lý SDH.
G.955 : Các hệ thống tin cáp sợi quang có luồng cơ sở 1,544Mbps.
G.956 : Các hệ thống thông tin cáp sợi quang có luồng cơ sở 2.048Mbps.
G.987 : Cáp giao diện quang cho thiết bị và hệ thống liên quan đến SDH.
G.958 : Hệ thống truyền dẫn số trên cơ sở SDH dùng cho cáp sợi quang.
Trang
9
Trong một loạt các khuyến nghị được đưa ra ta thấy các khuyến nghị G-707,
G-708, G-709 của CCITT là các tiêu chuẩn quốc tế chủ yếu liên quan đến truyền
dẫn đồng bộ . Riêng đối với SDH đã có nhiều ý kiến , đề nghị của các tổ chức
khác nhau.
Sự nhất trí cuối cùng đã đạt được vào năm 1988 khi mà T1X1 chấp nhận
các thay đổi theo đề nghị của CCITT . Nhóm nghiên cứu của XVIII đã đưa ra
được 3 khuyến nghị cơ bản cho SDH được ấn hành vào năm 1988.
1-2-1. KHUYẾN NGHỊ G.707 .
Khuyến nghị quy định về tốc độ truyền theo bit của SDH, được mô tả theo
bảng 1-1.
Cấp SDH
STM
Phân cấp tốc độ truyền
( Kbps )
1 155.520
4 622.080
Bảng 1.1: Tốc độ truyền theo bit của các cấp SDH.
Chú ý : Việc quy định rõ các cấp SDH cao hơn được quyết định trong quá
trình nghiên cứu tiếp theo. Các đề suất có thể thực hiện là :
Cấp Tốc độ truyền bit
8 1.244.160Kbps.
12 1.866.240Kbps.
16 2.488.320Kbps.
1-2-2. KHUYẾN NGHỊ G.708 .
Khuyến nghị G.708 mô tả cấu trúc khung ghép tín hiệu số tại giao diện nút
mạng NNI (Network Node Interface ) của mạng thông tin số đồng bộ bao gồm cả
mạng thông tin số đa dịch vụ ISDN (Intergrated Services Digital Network ) .
Vị trí của NNI được mô tả trong hình 1.3 . Tại các NNI được tách ghép các
tải tốc độ cao cũng như các tải không đồng bộ theo phân cấp quy định tại khuyến
nghị G.702 thành tải đồng bộ STM-n được thực hiện . Nguyên lý ghép kênh cơ bản
và các phần tử ghép kênh để tạo thành các cấu trúc ghép có thể thực hiện được
minh hoạ trên hình 1.3.
TR TR
TR • • • • TR
TR TR
•NNI • TR
Trang
10
SM
SM
Line/
Radio
DSC/EA
Line/
Radio
SM
SM
SM
SM
TR
Hình 1.3 : Vị trí của NNI trong mạng.
Chú giải : TR: (Tributaries ) - Các luồng số PDH .
SM : ( Sinchronous Multiplexer ) - Bộ ghép kênh đồng bộ .
DCS : ( Digital Crossconect System ) - Hệ thống nố chéo số.
EA : ( External Access Equipment ) - Thiết bị truy nhập bên ngoài.
1-2-3. KHUYẾN NGHỊ G.709 .
Khuyến nghị G-709 đưa ra 2 nội dung cơ bản là : Cấu trúc ghép kênh và giá
trị hoạt động của các con trỏ ( cấu trúc ghép đồng bộ ) sẽ được mô tả ở trong
chương trình sau .
Trang
11
CHƯƠNG 2
TỔ CHỨC GHÉP KÊNH TRONG SDH
2.1 CÁC TIÊU CHUẨN GHÉP KÊNH SDH .
Hiện nay các tiêu chuẩn SDH của CCITT kết hợp hai tiêu chuẩn SDH của
Châu Âu cho ETSI và tiêu chuẩn SONET của Mỹ đưa ra . Các khác biệt giữa hai
tiêu chuẩn này được cho ở bảng sau .
MỨC TỐC ĐỘ
( Mbps )
SONET ETSI
Oc-1 STS-1 51,84
Oc-3 STS-3 STM-1 155,52
Oc-9 STS-9 STM-3 466,56
Oc-12 STS-12 STM-4 622,08
Oc-18 STS-18 STM-6 933,12
Oc-24 STS-24 STM-8 1244,16
Oc-36 STS-36 STM-12 1866,24
Oc-48 STS-48 STM-16 2488,32
Bảng 2-1: Các tiêu chuẩn SDH của SONET và ETSI
Các ký hiệu của bảng trên như sau :
SONET : Mạng quang đồng bộ.
ETSI : Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu .
OC : Optical Carrier ( Truyền dẫn quang ).
STS : Synchronous Transport Signal ( Tín hiệu truyền tải đồng
bộ ).
STM : Synchronous Transport Module (Module truyền tải đồng
bộ).
Từ bảng trên ta thấy tốc độ luồng số của máy ghép kênh cơ sở STS-1 của
SONET ( OC-1) là 51,84Mbps còn tốc độ của máy ghép kênh cơ sở STM-1của
ETSI là 155,52Mbps . Các tốc độ cơ sở này đều là bội số của Byte, chẳng hạn :
51,84Mbps = 90 x 9 x 8000 Byte = 90 x 9 x 8000 x 8 Bit = 90 x 9 x 64Kbit và
155,52 Mbps = 270 x 9 x 8000Byte = 270 x 9 x 8000 x 8 Bit = 270 x 9 x 64Kbit .
Lý do đưa ra các thừa số nói trên sẽ được sáng tỏ ở các phần sau. Ngoài ra tốc độ
luồng cơ sở của STM-1 cũng gấp 3 lần tốc độ của luồng cơ sở STS-1. Từ bảng trên
ta cũng thấy các STS-3 , STS-12 , STS-48 tương đương với các STM-1 , STM-4,
STM-16.
Hiện nay ở Việt nam chỉ sử dụng các máy ghép kênh của ETSI nên chúng ta
cũng sẽ chủ yếu xét các loại máy ghép kênh này, vì trong các máy ghép kênh của
ETSI cấu trúc khung của STM-1 là cơ sở nhất .
Trang
12
2-2 CẤU TRÚC KHUNG CỦA STM-1 VÀ STM-N.
Cấu trúc khung của STM-1 và STM-N được biểu diễn ở hình 2.1 và hình 2.2.
270 cột ( Byte)
9 cột 261 cột
1
9 dòng
9 125µs
Hình 2.1 : Cấu trúc khung STM - 1
- Ký hiệu :
F: khung ; FAS: Tín hiệu đồng bộ khung ; B : Byte = 8Bit
RSOH: Regenerater Section Overhead- Mào đầu đoạn lặp.
AU PTR : Con trỏ của đơn vị quản lý .
MSOH : Multiplexer Section Overhead- Mào đầu đoạn ghép.
Khung STM-1 có độ dài 125µs, gồm 9 dòng, mỗi dòng ghép 270 byte ( 270
cột).
Thứ tự truyền các byte trong khung: Truyền theo dòng từ trên xuống và truyền
các byte trong mỗi dòng từ trái qua phải. Dòng thứ 4 của cột 1 đến cột 9 dành cho
con trỏ AU-4 PTR. Dòng 1,2,3,4,5,6,7,8,9 của cột 1 đến cột 9 ghép các byte SOH.
Phần còn lại của khung dùng để ghép các byte tải trọng do AUG chuyển đến.
Khung STM-N được tạo thành nhờ việc ghép các khung STM-1 với nhau theo
nguyên tắc xen byte ( Hình 2.2). Như vậy trong khung STM-N có 9xN cột đầu tiên
của 8 dòng dành cho SOH và 261xN cột dành cho các byte tải trọng của các STM-
1. Tuy nhiên không phải tất cả các byte SOH trong các khung STM-1 đều được
ghép hết vào khung STM-N.
270 cột ( Byte) x N
9cột x N 261cột x N
1
Trang
13
AU PTR Các byte tải trọng
STM-1
RSOH
MSOH
AU PTR Các byte tải trọng
của N x STM-1
RSOH
9 dòng
9 125µs
Hình 2.2: Cấu trúc khung STM-N
Các AU trong khung STM-N: Trường tin của khung STM-N gồm N trường
tin STM-1, mỗi trường tin của khung STM-1 chứa một nhóm khối quản lý AUG,
AUG này có thể là một AU-4 hoặc ba AU-3 .
a. STM-1 chứa 1 AU-
4
*, Chú thích:
X: Con trỏ AU-n
O: Con trỏ TU-n
b. STM-1 chứa VC-3
Hình 2.3 : Các AU trong STM-1 và cấu trúc tham chiếu 2 tầng.
AU-4 thông qua VC-4 có thể được dùng tải một số TU-n (n=1,2,3) do đó
tạo thành cấu trúc tham chiếu 2 tầng. VC tương ứng với các TU-n có độ lệch pha
không cố định đối với đầu VC-4, nhưng vị trí con trỏ TU-n là cố định trong VC-4
và nó chỉ ra vị trí byte đầu tiên của VC-n đó, do đó vị trí VC-n trong VC-4 là hoàn
toàn xác định.
Trang
14
MSOH
VC-4
J1 OO O
VC-n
VC-n
n=1,2,3
X
XX
VC-3
VC-3
VC-3
VC-n
n=1,2
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét