Tìm hiểu về mạng truyền dẫn quang

Tìm hiểu về mạng truyền dẫn quang

MỤC LỤC

Contents

I Tìm hiểu về mạng truyền dẫn quang: 1

1 Thế nào là truyền dẫn quang: 1

2 Sơ đồ tổng quát về truyền dẫn quang: 2

3 Các cơ chế bảo vệ mạng truyền dẫn: 4

II Hệ thống truyền dẫn đồng bộ SDH: 8

1 Truyền dẫn ghép kênh cận đồng bộ PDH: 8

2 Truyền dẫn đồng bộ SDH: 9

III Tìm hiểu về phương thức của chuyển mạch bảo vệ và cách đấu nối các node trên mạng: 10 IV Thiết bị truyền dẫn 4570: 12

1 Sơ nét về thiết bị: 12

2 Mô hình cơ bản , sơ đồ khối và đặc tính kĩ thuật: 14

3 Khả năng giao tiếp: (Vị trí của thiết bị truyền dẫn trong mạng) 18

4 Các mô hình kết nối thường gặp: 19

5 Các khối chính và chức năng của các khối: Gồm 4 khối chính 19

6 Các phương thức bảo vệ hệ thống và bảo vệ thiết bị: 26

7 Cấu hình thiết bị: 29

V Tổngkết……… 43

I Tìm hiểu về mạng truyền dẫn quang:

1 Thế nào là truyền dẫn quang:

Truyền dẫn cáp quang là phương thức truyền dẫn tín hiệu dùng cáp quang,có thể hoạt động ở tốc độ khá cao,vượt xa tốc độ cáp xoắn và cáp đồng trục.Vì số liệu được truyền thông bằng luồng ánh sáng ,nên không bị ảnh hưởng bởi các xuyên nhiễu điện từ

Do đó cáp quang thích hợp cho các ứng dụng truyền tốc độ cao,có khả năng loại bỏ nhiễu cao,như trong các công sở có các thiết bị công suất lớn.Ngoài ra cáp quang không bức xạ ra sóng điện từ

Mạng cáp quang truyền tải phục vụ như môi trường truyền cho các hệ thống truyền dẫn quang Cũng giống như các hệ thống truyền dẫn khác, một hệ thống truyền dẫn quang gồm: Đầu phát, đầu thu, môi trường truyền dẫn (Cáp quang) và các bộ lặp

Đầu phát nhận tín hiệu từ các thiết bị mạng đầu cuối như: các tổng đài điện thoại,các thiết bị node truyền số liệu, thiết bị truyền hình…sau đó biến đổi thành tín hiệuquang để truyền trên sợi quang

Tại đầu phát phải có bộ biến đổi điện - quang mà chứa một linh kiện quan trọng làLED hay LASER Đầu thu tái tạo tín hiệu điện từ tín hiệu quang nhận được sau đótruyền tới các thiết bị đầu cuối như: các node mạng hay thiết bị điện thoại, truyền sốliệu, truyền hình…Đầu thu phải có bộ biến đổi quang - điện mà chứa một linh kiệnquan trọng là diode thu quang PIN hay APD

Khi truyền xa, tín hiệu trên cáp quang cũng bị suy hao, đôi lúc cần các bộ phát lặp(repeaters) để khuếch đại tín hiệu Ngoài ra để tận dụng hiệu quả và quản lý đượcmạng cáp quang, tín hiệu còn phải đi ngang qua các thiết bị thụ động khác nhưsplitters, măng xông, ODF, tủ phối quang, tập điểm quang

Hình 1: Cấu trúc một mạng cáp quang truyền tải

Nếu chi tiết hơn, tại mỗi đầu của hệ thống đều có thiết bị ghép cả chức năng phátlẫn thu Để truyền nhiều kênh trên hệ thống, bộ ghép kênh (MUX) được sử dụng trướcmỗi bộ phát và bộ giải ghép kênh (DEMUX) được đặt sau các bộ thu.

Hình 2: Một đầu của hệ thống truyền dẫn quang

2 Sơ đồ tổng quát về truyền dẫn quang:

Các cấu hình mạng truyền dẫn đặc trưng:4 dạng cấu hình mạng

 Cấu hình điểm nối điểm

 Cấu hình mạng tuyến tính

 Cấu hình mạng vòng :

 Cấu hình mạng tập trung:

Cấu trúc lặp trong mạng:

Khi việc truyền thông tin giữa các thiết bị truyền dẫn trong phạm vi khoảng cách lớn,cầnmột thiết bị lặp Register ,nhằm củng cố chất lượng đường truyền.Giảm thiêủ tối đa sự suy hao tần số trên kênh truyền

3.Các cơ chế bảo vệ mạng truyền dẫn:

3.1 Bảo vệ 1+1:

Mô hình bảo vệ 1+1 như hình 4.1.Trong đó, tín hiệu được truyền liên tục trên

cả hệ thống hoạt động và hệ thống bảo vê Bộ chọn tại máy thu kiểm tra chất lượngtín hiệu thu được của cả hai hệ thống bằng cách đo BER và lựa chọn tín hiệu củađường truyền nào có chất lượng cao hơn

Hình 3: Mô hình bảo vệ 1 +1

3.2 Bảo vệ 1:1

Cơ chế bảo vệ 1:1 là trường hợp riêng của bảo vệ 1:N khi N=1 Bảo vệ 1:1 có đặcđiểm là ở trạng thái bình thường, tín hiệu chỉ truyền trên hệ thống hoạt động Nếu hệthống hoạt động bị đứt sợi quang thì chuyển mạch hoạt động để chuyển tín hiệu sang

hệ thống bảo vệ Kiểu bảo vệ này có thể trở lại hoặc không trở lại và là loại bảo vệphục hồi hoàn toàn các dịch vụ trên hệ thống có sợi bị đứt

Ở trạng thái bình thường, tín hiệu được truyền trên các hệ thống hoạt động Phíathu giám sát tín hiệu dựa vào mẫu khung, mã đường, BER Nếu BER hoặc chệchkhung (OOF) trong hệ thống hoạt động vượt ngưỡng cho phép, hoặc mất tín hiệu thu(LOS) trên hệ thống hoạt động thì nút đầu và nút cuối trao đổi thông tin điều khiển

để cùng chuyển mạch đưa tín hiệu trên hệ thống hoạt động kém chất lượng hoặc

có sự cố sang hệ thống bảo vệ Trong trường hợp có nhiều hệ thống hoạt động có

sự cố thì chỉ hệ thống có ưu tiên cao nhất được sử dụng hệ thống bảo vệ Sau khi sửachữa hỏng hóc trong hệ thống hoạt động thì tín hiệu trên hệ thống bảo vệ được chuyểntrở lại cho hệ thống hoạt động này

Mạng đường thẳng bảo vệ 1:N chỉ có hiệu quả khi mất tín hiệu trên hệ thống hoạtđộng hoặc chỉ đứt sợi trên hệ thống hoạt động Khi cáp bị đứt thì toàn bộ mạng ngừnghoạt động Trong mạng đường thẳng chuyển mạch bảo vệ 1:N, môđun chuyển mạchtại nút đầu và nút cuối và cơ cấu chuyển mạch hoạt động theo giao thức APS khi sửdụng byte K1 và byte K2

Sau đây mô tả giao thức hoạt động của K1 và K2 giữa hai nút khi đứt sợi trên hệ thống hoạt

- Bước 2: Nút cuối hệ thống bảo vệ ghép byte K1, gửi byte này đến nút đầu thông qua hệ

thống bảo

- Bước 3: Nút đầu hệ thống bảo vệ kiểm tra và đánh giá byte K1 Khi biết đượcyêu cầu của hệ thống hoạt động thứ nhất, nút cuối của hệ thống bảo vệ bắc cầu tới hệthống hoạt động thứ nhất (thông qua đóng các chuyển mạch 3a và 3b)

- Bước 4: Nút đầu hệ thống bảo vệ cài đặt yêu cầu chuyển mạch trong byte K1 và

số thứ tự kênh (luồng nhánh) hoạt động trong byte K2, sau đó gửi ngược trở lại cả haibyte này cho nút cuối của nó để đưa ra yêu cầu sử dụng hệ thống bảo vệ

- Bước 5: Nút cuối hệ thống bảo vệ xử lý byte K1 và byte K2 và thiết lập cầu tới

hệ thống hoạt động thứ nhất (5a và 5b đóng) Hoạt động này chỉ mới hoàn thànhchuyển mạch một hướng từ trái qua phải

- Bước 6: Khi nút cuối hệ thống bảo vệ đã bắc cầu tới hệ thống hoạt động thứ nhất

nó cài đặt số thứ tự của kênh hoạt động đang sử dụng hệ thống bảo vệ trong byteK2 và sau đó gửi byte K2 qua hệ thống bảo vệ tới nút đầu của nó

- Bước 7: Tại nút đầu hệ thống bảo vệ, khi số thứ tự kênh trong byte K2 thuđược phù hợp với số thứ tự kênh yêu cầu chuyển mạch thì kênh đó được lựa chọn chochuyển mạch và nút đầu thực hiện bắc cầu tới hệ thống hoạt động thứ nhất (7a và 7bđóng) Vì vậy đã hoàn thành chuyển mạch hai hướng

Hình 4: Hoạt động của giao thức APS trong bảo vệ 1:N

Chú ý rằng, các byte K1 và K2 thường được truyền trên hệ thống bảo vệ Thời gianphục hồi bao gồm thời gian xử lý các byte K1 và K2 và thời gian chuyển mạch củaphần tử chuyển mạch Tiêu chuẩn thời gian phục hồi nhỏ hơn hoặc bằng 50 ms

Khi xảy ra sự cố trên hệ thống hoạt động, thời gian phục hồi mạng Tph tính theo biểuthức sau

đây:

Tph(μs) = Tcđ + Txl × 3 + Tcm (1 )Trong đó Txl là thời gian xử lý byte K1 hoặc byte K2 tại mỗi nút Giả thiết rằng mỗinút nhận dạng byte K1 hoặc K2 trong 3 khung liên tiếp và chiếm thời gian một khung

là 125 μs để xử lý byte K1 hoặc byte K2 Vì vậy thời gian để xử lý và nhận dạng byteK1 hoặc K2 trước khi chuyển mạch là:

Txl = 125μs × 3 × 5 = 1,875 ms

(2)Thời gian cài đặt byte K1 hoặc K2 giả thiết bằng thời gian một khung 125 μs Do

đó thờIgian cài đặt toàn bộ là:

Tcđ = 125μs × 4 = 600 μs (3)Tcm là thời gian chuyển mạch của tất cả các phần tử chuyển mạch tham gia vào quátrình hoạt động chuyển mạch bảo vệ Trong hình 84 có 4 cặp phần tử chuyển mạchtham gia vào quá trình hoạt động chuyển mạch Tcm trở thành một yếu tố quyết địnhkhi xác định chỉ tiêu của APS

Tuy nhiên trong thực tế tổng thời gian từ lúc xảy ra sự cố cho đến khi hoàn thànhchuyển mạch bảo vệ thường nhỏ hơn chỉ tiêu 50 ms

1 Truyền dẫn ghép kênh cận đồng bộ PDH:

Hình5: Nguyên tắc ghép cận đồng bộ

PDH là một trong những hệ thống ghép kênh số bậc cao thông dụng trước đây Trong mạng thông tin PDH không sử dụng đồng bộ tập trung, nghĩa là tất cả các phần tử trongmạng không bị khống chế bởi một đồng hồ chủ Mỗi thiết bị ghép kênh hoặc tổng đài trong mạng này có một đồng hồ riêng Chính vì vậy mà các luồng số do chúng tạo ra có

sự chênh lệch về tốc độ bit

Chẳng hạn muốn ghép các luồng số có tốc độ bit khác nhau ở 2 tổng đài khác

nhau ,thành một luồng số có tốc độ cao hơn, thì phải hiệu chỉnh cho tốc độ bit của chúng bằng tốc độ bit của đồng hồ bộ ghép nhờ chèn bit Sau khi chèn bit thì các luồng

số đầu vào bộ ghép xem như đã đồng bộ về tốc độ bit, nhưng pha của chúng không đồng

bộ với nhau Kiểu ghép như vậy được gọi là ghép cận đồng bộ

Trong ghép kênh cận đồng bộ (Plesiochronous Digital Hierachy), người ta căn chỉnh pha bằng việc chèn xung Trong việc đồng bộ hoá bằng chèn xung, thì tốc độ của xung định thời (timing) hơi nhanh hơn tốc độ của xung tín hiệu vào Khi xung định thời khác nhau 1byte thì xung chèn được chèn vào vị trí thời gian thích hợp

Với sự ghép kênh PDH đã nêu trên, nếu ta muốn tách được một kênh riêng lẻ từ luồng tínhiệu bậc cao không thể không qua các thiết bị tách kênh theo trình tự từ cao xuống thấp Theo góc độ kinh tế thì vốn đầu tư vào các thiết bị phân kênh này khá tốn kém Đây là nhược điểm của hệ thống PDH

2 Truyền dẫn đồng bộ SDH:

 Khái niệm về SDH:

Trong những năm 1980 do hệ thống chuyển mạch số tăng ngày càng nhiều, thiết bị truyền dẫn số được dùng nhiều và nhu cầu thiết lập ISDN càng ngày càng lớn, việc đồng

bộ hoá mạng lưới đã trở nên quan trọng

Mặt khác, nhờ vào tiến bộ công nghệ tin học trong các thiết bị truyền dẫn, các bộ nối chéo thực hiện hoàn toàn bằng điện tử Tại đây dữ liệu tốc độ thấp có thể nối lẫn với tín hiệu tốc độ cao Tương ứng, công nghệ truyền dần theo phân cấp đồng bộ SDH

(Synchronous Digital Hierachy) ra đời và đưa tới một tiêu chuẩn quốc tế chung

Hình 6:Cấu trúc bộ ghép SDH của ITU-T

Trong mạng PDH, giao diện nút mạng NNI được dùng như các giao diện nối chéo (cross connect), nhưng mạng SDH cũng dùng NNI như các giao diện cho hệ thống truyền Với SDH, tốc độ bit tại các giao diện NNI cũng thống nhất với tốc độ bit chuyển tải của hệ thống tuyến Tốc độ bit là 155,529Mbit/s; 622,080Mbit/s và 2,488320Gbit/s Còn trong cấp hệ PDH, giao diện của tuyến không được tiêu chuẩn hoá Hơn nữa tiêu chuẩn SDH cho phép triển khai các thiết bị tương thích với sự vận hành giám sát và bảo dưỡng của mạng truyền dẫn quang

 So sánh SDH và PDH:

So với PDH thì SDH có các ưu điểm cơ bản sau đây:

Giao diện đồng bộ thống nhất Nhờ giao diện đồng bộ thống nhất nên việc ghép và tách các luồng nhánh từ tín hiệu STM-N đơn giản và dễ dàng Đồng thời trên mạng SDH có thể sử dụng các chủng loại thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau.

Ghép được các loại tín hiệu khác nhau một cách linh hoạt Không những tín hiệu thoại

mà cả tín hiệu khác như ATM, B-ISDN v.v đều có thể ghép vào trong khung SDH.Dung lượng các byte dành cho quản lý, giám sát và bảo dưỡng lớn Làm cho mạng hoạtđộng linh hoạt, độ tin cậy cao và giảm được chi phí rất lớn cho việc quản lý

Mạng có khả năng đáp ứng được tương lai, có nghĩa là cung cấp cho nhà khai thác một giải pháp đáp ứng được tương lai, cộng với khả năng cập nhật phần mềm và mở rộng được dung lượng của các thiết bị hiện có Có thể thay thế hệ thống SDH từng phần vào trong mạng theo nhu cầu của dịch vụ mới

III Tìm hiểu về phương thức của chuyển mạch bảo vệ và cách đấu nối các node trên mạng:

Phương thức của chuyển mạch bảo vệ trong mạng truyền dẫn:

 Bảo vệ đường path:

Thực hiện cơ chế bảo vệ path để bảo vệ truyền dẫn trên 1 tuyến,nối giữa các điểm đầu

và điểm cuối quá trình truyền dẫn.Khi xảy ra sự cố đứt dây dẫn và ngắt kết nối trên 1 tuyến

 Bảo vệ section:

Thực hiện cơ chế bảo vệ section ,khi có sự cố đường truyền giữa 2 thiết bị truyền dẫn hay thiết bị truyền dẫn nối giữa các bộ register

 Cách đấu nối các node trên mạng:

IV Thiết bị truyền dẫn 4570:

Hình 7 Flashwave 4570

1 Sơ nét về thiết bị:

Dựa trên nền tảng khai báo đa dịch vụ (MSPP), FLASHWAVE 4x70 của Fujitsu mang lại cho các nhà cung cấp và khai thác các dịch vụ viễn thông một giải pháp mạnh

mẽ cho sự cạnh tranh ngày càng mạnh trong nền công nghiệp viễn thông hiện nay

Sự tích hợp các tính năng của SDH và Ethernet một cách thông minh và đáng tin cậy vào trong một hệ thống gọn nhẹ, FLASHWAVE 4x70 cho phép đồng thời đưa các dịch vụ thoại cơ bản nhất và tăng dần các loại dịch vụ dữ liệu (ngày càng đa dạng) truyền trên một mạng quang thống nhất

Phong phú hơn với tính năng NG-SDH, FLASHWAVE 4x70 cho phép các nhà khai thác không chỉ tối giản mạng lưới mà hơn nữa còn làm cho nó hiệu quả, mềm dẻo

và năng động trong việc sử dụng băng thông mạng lưới với phương thức quản lý đơn giản FLASHWAVE 4x70 sẽ đáp ứng các yêu cầu ngày càng tăng của người dùng cuối bằng cách tăng giá trị của băng thông dịch vụ trong một mức giá tối thiểu

FLASHWAVE 4570 là thiết bị STM-64 MSPP được tối ưu cho các ứng dụng mạng Metro Aggregation và Metro Core

Các ưu điểm:

 Cung cấp các tính năng vận hành cho SDH, Layer2 switching và các chức năng WDM với GMPLS/ASON cho nâng cấp trong tương lai.

 Cấu trúc khung mềm dẻo có khả năng cấp 34 đường STM-64 hoặc 136 đường STM-16 với 504 luồng E1 ra trực tiếp và các giao diện Ethernet khác

 Giải pháp all-in-one-box để đáp ứng các yêu cầu về mạng và dịch vụ từ STM-16, STM-4, STM-1, STM-1E, E3, DS3 và E1 cho đến Fast Ethernet và Gigabit Ethernet

 Cung cấp 1 mạng quang đáng tin cậy thông qua các phương thức bảo vệ như 1+1 MSP, SNCP và 2-fiber MS-Spring cho lớp SDH cũng như Rapid Spanning Tree

Protocol (RSTP) cho lớp Ethernet

 Cung cấp các tính năng NG-SDH như General Framing Protocol (GFP), Virtual Concatenations (VCAT) và Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS) cho sự cung cấp, chỉnh sửa, bảo vệ băng thông một cách năng động

 Ma trận nối chéo dung lượng lớn phù hợp với các ứng dụng mạng Metro

Aggregation và Core: 340Gbps cho nối chéo bậc cao và 40Gbps cho nối chéo bậc thấp

 Sử dụng SFP cho các giao diện quang

2 Mô hình cơ bản , sơ đồ khối và đặc tính kĩ thuật:

Hình 8 : mô hình các slot trong thiết bị

Các ứng dụng:

 Đầu cuối TRM

 Chuỗi ADM

 Ring ADM

 Bộ đấu chéo mini

Các giao diện lưu lượng:

 STM-16 (L-16.2, L-16.1, S-16.1)

 STM-4 (V-4.2, L-4.2, L-4.1,S-4.1)

 STM-1 (V-1.2, L-1.2, L-1.1, S-1.1,electrical)

 E3/DS3

 E1 (75 ohms/120 ohms)

 GE (1000Base-T, GE-ZX, GE-E,GE- LX, GE-SX,trong suốt)

 FE (10/100Base-TX, trong suốt hoặc chuyển mạch lớp 2)

 Bộ khuyếch đại quang: Post-amp (đầu ra13 dBm,15 dBm, 18 dBm), pre-amp (hệ

Ethernet 1000 Base-X Optical/Electrical

Ethernet 10/100 Base-Tx Electrical

RPR 1000 Base-X Optical/Electrical

 2-fiber MS-SPRing tại STM-4, STM-16

 Đồng hồ nội bộ: G.813 Option 1, Optional Stratum 3 clock

 Nguồn đồng bộ: Đồng hồ ngoài (2 Mbps, 2 MHz), đường SDH, E1

 Chế độ hoạt động: Vận hành tự động (Free-running), chế độ lưu đồng bộ (hold-over), chế độ khóa (locked-mode)

 Chuyển mạch lớp 2

 802.1Q VLAN và lưu trữ VLAN

 Điều khiển luồng 802.3X

 Tự học địa chỉ MAC

 L2 multicast

 Giới hạn tốc độ trên một cổng hoặc trên một VLAN

 802.1p QoS/CoS trên một cổng hoặc trên một VLAN

 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)

 Thao tác và duy trì nhanh chóng thông qua Flexr L (LCT)

 Hệ thống quản lý mạng FLEXR C hỗ trợ quản lý tất cả các sản phẩm FLASHWAVE4x70, quản lý liên tục tất cả các lớp SDH, PDH và Ethernet

 Cài đặt và quản lý bằng FLEXR L

 Quản lý tập trung từ xa cho cả phần tử mạng và mạng bằng FLEXR C (SNM)

 SNMPv2 chuẩn MIBS

3. Khả năng giao tiếp: (Vị trí của thiết bị truyền dẫn trong mạng)

Hình9: vị trí 4570 trong mạng viễn thông

 Carrier’s carrier : Bộ phận cung cấp đường truyền bit tốc độ thấp

 ISP peering (BRAS) : Nhà cung cấp dịch vụ mạng ,vơí BRAS là thiết bị tách ghépkênh trên DSLAM

 Local exchange : Tổng đài chuyển mạch cục bộ

 Enterprise (PBX,TDM,IP,Ethernet) : Bộ phận tổng đài cố định khu công nghiệp

 Fixed part of mobile (NGN Mobile) : Tổng đài di động

 Residential : Hệ thống mạng ở khu dân cư

 Route : Thiết bị đinh tuyến mạng

4 Các mô hình kết nối thường gặp:

 Terminal-to-terminal topologies(điểm nối điểm).

 Linear topologies with add/drop function (Chains)(đường thẳng xen/ rẽ)

 Ring topologies with add/drop function ( mạng vòng)

 Meshednetworks(kếtnốimạngtậptrung)

Hình 10 : Các mô hình liên kết.

5 Các khối chính và chức năng của các khối: Gồm 4 khối chính

Hình 11: sơ đồ khối hệ thống.

a) Khối điều khiển (Center Controller): Bao gồm các card SC, SI SI-E

Khối điều khiển đảm nhiệm công việc điều hành hệ thống

 Card SC (System Controller) : là card quan trọng nhất của một thiết bị

flashwave 4570 Nó đảm nhiệm công việc cài đặt, kiểm tra, vận hành và bảo dưỡng hệ thống CF memory card chứa các chức năng lưu các phần mềm cấu hình để nạp lên hệ thống, quản lý nguồn thong tin cho hệ thống

Hình 12: card SC

 Card SI (System Interface _ NE management ) :

Hình 13 : card SI

Card SI cung cấp các chức năng :

o Truy cập FLEXR L và FLEXR C R3

SI-E cũng có các chức năng tương tự như SI card nhưng có thêm truy cập EOW.

b) Khối kết nối chéo (Cross Conection) : gồm card HOCC và LOCC

Khối kết nối chéo tạo ra tính năng mềm dẻo của hệ thống, tránh mất tín hiệu

 HOCC card (high order switch fabric) : cung cấp tốc độ tối đa lên tới 340Gbps,

giúp kết nối AU4s giữa SDH và port Ethernet Hoạt động ở mức cao VC-4, VC-4-4c, VC-4-16c, VC-4-64c Sử dụng cơ chế bảo vệ 1+1

Hình 14 : Card HOCC

 LOCC card (low order switch fabric) : Mỗi card có tốc độ 20Gbps Giúp kết nối

TU-12và TU-3s giữa SDH và port Ethernet Hoạt động ở mức thấp VC-12, VC-3

Hình15 : card LOCC