Nghiên cứu hệ thống truyền dẫn quang SDH các giải pháp kỹ thuật

Với mong muốn tìm hiểu nghiên cứu về kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ, trong giới hạn của luận văn này em xin trình bày tổng quan về kỹ thuật SDH, các thiết bị truyền dẫn hiện đang được sử dụ

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

Lời cam đoan

Lời mở đầu đ

CHƯƠNG 1: Tổng quan kỹ thuật SDH 1

1-1 Giới thiệu chung 1

1-2 Khái niệm SDH 2

1-3 Ghép kênh và phân kênh SDH 3

1-3-1 Ghép kênh PDH 4

1-3-2 Chức năng xen rẽ luồng PDH 5

1-3-3 Chức năng phối luồng 6

1-3-4 Nhược điểm của hệ thống PDH 7

1-4 Ghép kênh PDH 7

1-4-1 Chức năng ghép kênh PDH 8

1-4-2 Chức năng xen rẽ luồng 8

1-4-3 Chức năng nối chéo luồng 9

1-4-4 Đặc điểm thiết bị SDH 9

1-5 So sánh kỹ thuật PDH và SDH 11

CHƯƠNG 2: Quá trình tạo khung truyền dẫn SDH 13

2-1 Khung truyền dẫn PDH 13

2-1-1 Kỹ thuật PCM 13

2-1-2 Cấu trúc khung 2Mbit/s 13

2-1-3 Cấu trúc đa khung 14

2-1-4 Khung cấp cao sử dụng trong hệ thống PDH 14

2-2 Khung truyền dẫn SDH 14

2-3 Các phần tử tạo thành khung truyền dẫn SDH 18

2-3-1 Container C 18

2-3-5 Đơn vị quản lý AU 23

2-3-6 Nhóm đơn vị quản lý AUG 24

2-3-7 Khung STM-1 24

2-3-8 Khung truyền dẫn STM-N 29

2.4 Hoạt động con trỏ 31

2-4-1 Các phương pháp đồng chỉnh 31

2-4-2 Phân loại Pointer 33

CHƯƠNG 3: Các loại từ mào đầu SOH và POH 39

3-1 Khái niệm về các loại từ mào đầu 39

3-2 Từ mào đầu đoạn SOH 39

3-3 Từ mào đầu đường POH 40

3-3-1 VC-3 và VC-4 POH 40

3-3-2 Từ mào đầu VC-1x và VC-2 42

CHƯƠNG 4: Các sản phẩm truyền dẫn SDH trên thực tế mạng 45

4-1 Sản phẩm thiết bị SDH Siemens 45

4-1-1 Giới thiệu thiết bị 45

4-1-2 Chức năng các Module 46

4-1-3 Các khối giao tiếp trong thiết bị 48

4-1-4 Sơ đồ khối thiết bị 49

4-1-5 Khối điều khiển hệ thống 50

4-1-6 Các giao diện truyền dẫn 50

4-1-7 Hệ thống giám sát quản lý và khai thác 51

4-1-8 Các tính năng bảo vệ 55

4-1-9 Đồng bộ của thiết bị 62

4.2 Sản phẩm thiết bị SDH SMS-150 65

4-2-1 Giới thiệu thiết bị 65

4-2-5 Đồng bộ của thiết bị 71

4-3 Sản phẩm thiết bị SDH Optix 250 Huawei 73

4-3-1 Giới thiệu thiết bị 73

4-3-2 Cấu hình thiết bị 74

4-3-3 Chức năng các Module 74

4-3-4 Đặc tính bảo vệ 75

4-3-5 Ma trận đấu chéo 77

4-3-6 Đồng bộ của thiết bị 77

4-4 So Sánh các sản phẩm SDH của các nhà sản xuất 79

4-5 Lựa chọn thiết bị 79

4-6 Khả năng kết nối SDH với các loại thiết bị khác 80

4-6-1 Kết nối SDH với mạng truy nhập 80

4-6-2 Nguyên lý làm việc hệ thống 81

4-6-3 Mô tả thiết bị ONU SDH FTTC 81

CHƯƠNG 5: Phần ứng dụng thiết bị SDH ở Việt nam 84

5-1 Các thiết bị thực tế hiện nay trên mạng 84

5-1-1 Các vòng Ring SDH tốc đ ộ 622 Mbit /s 84

5-1-2 Các vòng Ring SDH tốc đ ộ 10 Gbit /s 87

5-2 Những khả năng mở rộng nâng cấp ở Việt nam 90

CHƯƠNG 6: Các giải pháp kỹ thuật 91

6-1 Xuất phát từ thực tế khai thác thiết bị 91

6-2 Các giải pháp kỹ thuật 91

6-3 Cách khắc phục 92

6-4 Lợi ích đạt được 92

6-5 Phạm vi áp dụng của giải pháp 93

6-6 Giải pháp được áp dụng trên mạng truyền dẫn 93

Kết luận 99

Hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo 99

Tài liệu tham khảo 101

Phụ lục 102

Tóm tắt luận văn 109

CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BSHR Bidirectional Self Healing Ring

DCCM Data Communication Chanel Multiplex Section

DCCR Data Communication Chanel Regenerator Section

EI140 Electrical Interface 140Mb/s

EI155 Electrical Interface 155Mb/s

EI2 Electrical Interface 2Mb/s

EI34 Electrical Interface 34Mb/s

LAD Local Alarm & Disk

MSPTF-4 Multiplex Section Protection Function STM-4

MUX Multiplexer

OI155 Optical Interface 155 Mb/s

OI622 Optical Interface 622 Mb/s

RTF-4 Regenerator Termination Function STM-4

SCU Synchronous Multiplexer Control Unit

SSM Synchronisation Status Message

STM-4 Synchronous Transport Module Level 4

TUG-2 Tributary Unit Group Level 2

TUG-3 Tributary Unit Group Level 3

Bảng 2.1: Các loại container 18

Bảng 2.2: Các loại TUG 22

Bảng 2.3: Tổng kết kích thước và tốc độ khung 27

B¶ng 4.1: So s¸nh c¸c s¶n phÈm SDH 79

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Truy nhập mạng truyền dẫn SDH 3

Hình 1.2: Các tiêu chuẩn phân cấp cận đồng bộ 4

Hình 1.3: Ghép kênh PDH 5

Hình 1.4: Chức năng xen rẽ luồng PDH 6

Hình 1.5: Chức năng phối luồng PDH 6

Hình 1.6: Miêu tả ghép kênh SDH 8

Hình 1.7: Chức năng xen rẽ STM-16 9

Hình 1.8: Nối chéo luồng DXC 9

Hình 1.9: Phối luồng PDH và SDH 12

Hình 2.1: Cấu trúc ghép kênh SDH 15

Hình 2.2: Cấu trúc khung STM-1 17

Hình 2.3: Cấu trúc VC-3 20

Hình 2.4: Khung STM-1 24

Hình 2.5: Ghép byte xen byte 26

Hình 2.6: Khung STM-1 tạo bởi 3 khung AUG-3 26

Hình 2.7: Khung STM-1 tạo bỏi VC-4 27

Hình 2.8: Quá trình tạo khung STM-1 28

Hình 2.9: Khung truyền dẫn STM-N 29

Hình 2.10: Nguyên lý ghép STM-N 29

Hình 2.11: STM-N tạo bởi N khung AUG-4 30

Hình 2.12: STM-N tạo bởi N khung STM-1 30

Hỡnh 2.16: Cấu trỳc Bye H1, H2, H3 34

Hỡnh 2.17: Đồng chỉnh dương của AU-4 Pointer 36

Hỡnh 2.18: Đồng chỉnh õm của AU-4 Pointer 37

Hỡnh 3.3: Cấu trỳc byte VS 43

Hỡnh 4.1: Vị trớ chức năng cỏc Module 46

Hỡnh 4.2: Khối chức năng trong SMA-4 48

Hỡnh 4.3: Sơ đồ tải trọng Truyền dẫn 49

Hỡnh 4.4: Sơ đồ quản lý SMA-4 thiết bị 51

Hỡnh 4.5: Kết nối NCT và LCT 52

Hỡnh 4.6: Sơ đồ phần mềm quản lý thiết bị SMA-4 53

Hỡnh 4.7: Cửa sổ giao diện quản lý 54

Hỡnh 4.8: Chế độ bảo vệ của cỏc Modul 55

Hỡnh 4.9: Bảo vệ line protection 57

Hỡnh 4.10: Bảo vệ đoạn mạch vũng 59

Hỡnh 4.11: Bảo vệ BSHR-2 60

Hỡnh 4.13: Cấp đồng bộ cho hệ thống 63

Hỡnh 4.17: Cỏc card thiết bị SMS-150 65

Hỡnh 4.18: Sơ đ ồ khối thiết bị SMS-150 67

Hỡnh 4.19: Cấu hỡnh Hệ thống 68

Hỡnh 4.22: Cấu trỳc tổng thể Optix 2500 73

Hỡnh 4.23: Cấu hình bảo vệ Dual 74

Hỡnh 4.24: Vị trí modul trên thiết bị 74

Hỡnh 4.27: SDH kết nối mạng Truy nhập 82

Hỡnh 5.1: Các vòng ring SDH 622Mbit/s 85

Hình 5.2: Các khối chức năng đấu nối thiết bị SDH 622Mbit/s 86

Hình 5.3: Cấu trúc ghép kênh VC- 4 của thiết bị SDH 622Mbit/s 87

Hình 6.2: Sơ đồ vòng Ring đang hoạt động 95 Hình 6.4: Đường báo hiệu chạy theo hướng thứ 2 97 Hình 6.5: Sơ đồ bố trí và chế độ bảo vệ các Modul 97

Lời cam đoan

Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS: Đặng Văn Chuyết đã tận tình tạo điều kiện hướng dẫn và giúp đỡ em làm quyển Luận văn này Em xin cam đoan đây chính là sản phẩm mà em tự tìm hiểu nghiên cứu từ các tài liệu có trên thực tế, cùng với kinh nghiệm thực tiễn của mình trong quá trình trực tiếp khai thác, quản lý và bảo dưỡng thiết bị Nếu sai

em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Cuối cùng em hy vọng rằng cuốn Luận văn này sẽ có nhiều đóng góp cho mạng viễn thông Việt nam

Xin trân thành cám ơn!

vượt bậc trong đó phải kể đến những tiến bộ trong lĩnh vực truyền dẫn số Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thông, các nhu cầu về dịch vụ viễn thông cũng tăng lên không ngừng Các loại dịch vụ phi thoại như hội nghị truyền hình, truy nhập dữ liệu từ xa, các loại đa dịch vụ băng rộng xDSL Do vậy đòi hỏi phải có một mạng truyền dẫn linh hoạt hơn, có độ tin cậy cao hơn

và có băng thông lớn hơn mà hệ thống truyền dẫn cận đồng bộ PDH không

đáp ứng được

Chính vì vậy, việc lựa chọn và áp dụng kỹ thuật truyền dẫn SDH làm cơ

sở cho mạng viễn thông quốc gia là hướng phát triển hoàn toàn đúng đắn và

có vai trò quyết định nhằm đưa mạng viễn thông Việt nam sánh ngang tầm với các nước trên thế giới Với mong muốn tìm hiểu nghiên cứu về kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ, trong giới hạn của luận văn này em xin trình bày tổng quan về

kỹ thuật SDH, các thiết bị truyền dẫn hiện đang được sử dụng, đưa ra những giải pháp kỹ thuật được áp dụng thực tế trên mạng truyền dẫn

Do thời gian có hạn nên chắc chắn luận văn không đề cập hết tất cả các khía cạnh liên quan tới thiết bị truyền dẫn Rất mong nhận được nhiều ý kiến

đóng góp quý báu từ các Thầy, Cô và toàn thể các bạn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Đặng Văn Chuyết, cùng toàn thể các thầy cô trong khoa Công nghệ-Thông tin và bạn bè đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 11 năm 2006

Học viên

Lê Văn Huynh

Chương 1: Tổng quan kỹ thuật SDH 1-1 Giới thiệu chung

Các tiêu chuẩn SDH thực sự bắt đầu từ năm 1985 tại Mỹ Khởi đầu là việc tạo ra một mạng cáp quang có thể hoạt động với tất cả các hệ thống khác nhau của tất cả các hãng khác nhau (theo tiêu chuẩn Châu Âu hoặc theo tiêu chuẩn Mỹ)

Công ty BELLCORE là chi nhánh của công ty BELL tại Mỹ đã đề nghị một đẳng cấp truyền dẫn mới nhằm mục đích khắc phục các nhược điểm của

hệ thống cận đồng bộ PDH Đẳng cấp mới này gọi là mạng quang đồng bộ

SONET (Synchronous Optical Network) Đẳng cấp này hoạt động trên nguyên

lý ghép đồng bộ và tất cả các tín hiệu đều được đồng bộ với nhau, trong đó dùng cáp quang làm môi trường truyền dẫn

Đề nghị của hãng BELLCORE đã được một ủy ban khoa học Mỹ nghiên cứu và đến đầu năm 1988, một tiêu chuẩn quốc gia Mỹ đã được thông qua

Đồng thời SONET gây được chú ý và cũng được phát triển tại Châu Âu, các nhà sản xuất dựa trên tiêu chuẩn riêng để làm mạng SONET phù hợp với mạng PDH theo tiêu chuẩn Châu Âu hiện hành

Năm 1988, CCITT đã đưa ra một tiêu chuẩn tương tự, dựa trên tiêu chuẩn của Mỹ CCITT đã đưa ra các khuyến nghị đầu tiên cho hệ thống đồng bộ số SDH Đó là các khuyến nghị G.707, G.708 và G.709

Năm 1989, các tiêu chuẩn mới tiếp tục được nghiên cứu, CCITT đã sửa

đổi các khuyến nghị cũ và đưa ra các khuyến nghị mới có liên quan đến thiết

bị mạng

Năm 1990, các công việc nghiên cứu của CCITT vẫn tiếp tục Một loạt các khuyến nghị có liên quan đến cấu trúc ghép kênh và phân kênh, giao tiếp quang, thiết bị thuê bao vòng và điều hành mạng, thiết bị phối luồng, thiết bị xen rẽ luồng cũng đã được xem xét

Dưới đây là các khuyến nghị của hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH xây dựng theo các tiêu chuẩn do CCITT đề xuất:

∗ G.707 Định nghĩa các mức SDH chuẩn

∗ G.708 Cấu tạo, nguyên lý tạo thành khung cơ bản SDH và giao diện

tại nút mạng

∗ G.709 Cấu trúc ghép kênh SDH

∗ G.781 Khuyến nghị liên quan đến thiết bị ghép kênh SDH

∗ G.782 Các đặc điểm chung của thiết bị ghép kênh SDH

∗ G.783 Đặc điểm của các khối chức năng trong thiết bị ghép kênh

SDH

∗ G.784 Quản lý mạng SDH

∗ G.sdxc1 Khuyến nghị liên quan đến nối chéo luồng

∗ G.sdxc2 Đặc điểm chung của bộ nối chéo luồng SDH

∗ G.sdxc3 Đặc tính của các khối chức năng của bộ nối chéo luồng

SDH

∗ G.803 Cấu trúc mạng truyền dẫn SDH

∗ G.825 Điều khiển độ jitter và wander trong mạng SDH

∗ G.957 Giao diện quang cho thiết bị và hệ thống SDH

∗ G.958 Các hệ thống truyền dẫn SDH sử dụng sợi quang

∗ G.sna1 Cấu trúc mạng truyền dẫn SDH

∗ G.sna2 Truyền dữ liệu trên mạng SDH

Hệ thống phân cấp đồng bộ số SDH là một mạng truyền dẫn có khả năng kết hợp được tất cả các thiết bị truyền dẫn có tốc độ khác nhau trong hệ thống PDH như hình sau

45 M bit /s

6.3

12 M bit /s

1.5 M bit/s 34 Mb it/s

34 Mb

it/s 1.5 M

bit/s

Hình 1.1: Truy nhập mạng truyền dẫn SDH Thiết bị SDH chỉ có thể truyền các luồng tín hiệu trên đi vào mạng truyền dẫn SDH mà không thể phân kênh chúng Điều này có nghĩa là khi một luồng tín hiệu 140 Mbit/s đi vào SDH thì ta không thể tách 1 luồng 2 Mbit/s trực tiếp từ luồng 140 Mbit/s này Để thực hiện chức năng này, tín hiệu 140 Mbit/s cần phải được cung cấp các thiết bị 4DME, 3DME và 2DME tương ứng để tách luồng tín hiệu 2 Mbit/s

1-3 Ghép kênh và phân kênh PDH

Kỹ thuật phân cấp số cận đồng bộ PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) là quá trình ghép kênh một số luồng đơn lẻ có tốc độ thấp để tạo thành một luồng có tốc độ cao hơn

Trong hệ thống PDH người ta sử dụng các bit đồng chỉnh (Justification Bits) để bù lại sự sai khác về phase và tần số giữa các luồng đầu vào.Các bit

đồng chỉnh này sẽ được tách ra ở phía thu để tạo lại thông tin gốc

Hiện nay trên thế giới tồn tại 3 tiêu chuẩn ghép kênh cận đồng bộ như hình sau:

JAPAN

U.S.A

EUROPE

397200 97728

32064

6312 1544

564992 139264

34368 8448

O L T E

64

2 D M E

4 D M E

3 D M E

2 D M E

3 D M E

H×nh 1.3: GhÐp kªnh PDH T¹i mçi cÊp ghÐp kªnh ph¶i thùc hiÖn c¸c viÖc sau:

9 ChÌn tõ chèt khung

9 ChÌn thªm bit kiÓm tra

9 Céng thªm c¸c tÝn hiÖu dÞch vô

Qu¸ tr×nh ghÐp kªnh chia lµm c¸c cÊp:

9 CÊp 2 - GhÐp 64 luång 2 Mbit/s thµnh 16 luång 8Mbit/s dïng 8 x 2DME

9 CÊp 3 - GhÐp 16 luång 8 Mbit/s thµnh 4 luång 34 Mbit/s dïng 4 x 3DME

CÊp 4 - GhÐp 4 luång 34 Mbit/s thµnh 1 luång 140 Mbit/s dïng 1 x 4DME

1-3-2 Chøc n¨ng Xen -RÏ luång PDH

§Ó thùc hiÖn chøc n¨ng nµy, ta ph¶i sö dông c¸c bé ghÐp- ph©n kªnh Back

to Back, c¸c bé ghÐp kªnh cÊp 2, cÊp 3, cÊp 4 nh− h×nh 1.4

Level 1

Drop Tributaries

Insert Tributaries

140 Mbit/s

4 D M E

3 D M E

3 D M E 2

D M E

2 D M E

140 Mbit/s 4

D M E

Hình 1.4: Chức năng xen rẽ luồng PDH

1-3-3 Chức năng phối luồng (nối chéo luồng) PDH

Để thực hiện chức năng phối luồng, tín hiệu tốc độ cao 140 Mbit/s đ−ợc phân kênh thành các tín hiệu cơ sở 2 Mbit/s Các tín hiệu 2 Mbit/s này sẽ đ−ợc nối chéo luồng bằng cáp nhảy tại giá đấu dây

O L T E

O L T E

O L T E

Hình 1.5: Chức năng phối luồng PDH

1-3-4 Nhược điểm của hệ thống PDH

9 Mạng PDH chủ yếu đáp ứng dịch vụ điện thoại Đối với các dịch vụ phi thoại mới, yêu cầu dung lượng lớn như: truyền dữ liệu, truyền hình, Mạng ISDN thì mạng PDH khó có thể thực hiện được

9 Mạng PDH không linh hoạt trong việc kết nối các luồng tín hiệu Ví

dụ, khi có nhu cầu rẽ luồng có dung lượng thấp (2 Mbit/s) từ một luồng

có dung lượng lớn hơn (ví dụ 140 Mbit/s), thì việc phân kênh phải qua tất cả các cấp trung gian để hạ tốc độ từ cao xuống thấp tương ứng, cũng như việc ghép luồng cũng phải trải qua từ cấp thấp đến cấp cao để

đạt được tốc độ yêu cầu Điều này rõ ràng là rất bất tiện và không linh hoạt

9 Các thông tin bảo trì không liên tiếp với toàn tuyến mà chỉ đối với từng

đoạn tuyến đơn lẻ Thủ tục bảo trì toàn tuyến rất phức tạp

9 Chưa có tiêu chuẩn chung cho thiết bị đường dây, mỗi nhà sản xuất có tiêu chuẩn riêng cho các thiết bị của mình

9 Do trong mạng PDH có rất nhiều thiết bị ghép luồng cho nên dễ sinh ra lỗi lầm trong quản lý hoặc đấu nối Điều đó không những ảnh hưởng

đến luồng đang kết nối mà còn ảnh hưởng đến luồng đang khai thác

9 Hệ thống PDH thiếu phương tiện giám sát, đo thử từ xa mà chỉ có thể tiến hành ngay tại chỗ

1-4 Ghép kênh SDH

Phân cấp đồng bộ số SDH dựa trên 2 tiêu chuẩn luồng số cơ bản

ƒ North America 1.544 Mbit/s (1.5 Mbit/s)

ƒ European 2.048 Mbit/s ( 2 Mbit/s)

Việc ghép kênh đồng bộ được thực hiện theo nguyên lý ghép byte xen byte

Do đó khi tách luồng phải tách các byte dùng cho các mục đích khác ra khỏi

luång sè chÝnh:(luång th«ng tin) C¸c chøc n¨ng nèi chÐo vµ xen rÏ luång cã thÓ thùc hiÖn trùc tiÕp mµ kh«ng cÇn qua nhiÒu cÊp ghÐp kªnh

Trong hÖ thèng SDH c¸c thiÕt bÞ ®−îc sö dông gäi lµ c¸c phÇn tö m¹ng NE (Network Elements) vµ chia lµm 3 lo¹i :

9 ThiÕt bÞ ®Çu cuèi tuyÕn quang LT (Line Terminal)

9 ThiÕt bÞ xen rÏ luång ADM (Add/Drop Multiplexer)

9 ThiÕt bÞ nèi chÐo luång sè DXC (Digital Cross Connect)

C¸c phÇn tö m¹ng ®−îc ®iÒu khiÓn m¹ng ®iÒu hµnh SMN (SDH Management Network)

1-4-1 Chøc n¨ng ghÐp kªnh SDH

Bé ghÐp kªnh ®Çu cuèi TM (Terminal Multiplexer) sÏ thùc hiÖn ghÐp 63 luång 2 Mbit/s thµnh 1 luång 155 Mbit/s ( h×nh1.6) C¸c tÝn hiÖu PDH kh¸c nh− tÝn hiÖu 34 Mbit/s, 140 Mbit/s còng cã thÓ ®−îc ghÐp kªnh nÕu cÇn

H×nh:1.7 m« t¶ viÖc xen rÏ luång cña thiÕt bÞ STM-16 DXC

Tributary Interface

D XC

Line I/F

W est

Line I/F East

Hình 1.7: Miêu tả chức năng xen rẽ luồng STM-16 ADM

1-4-3 Chức năng nối chéo luồng

Chức năng nối chéo luồng được thực hiện bởi bộ nối chéo luồng số DXC (Digital Cross Connect) Có 3 loại DXC thường dùng là DXC 1/0 DXC 4/1 và DXC 4/4 Nhưng loại DXC 4/1 có khả năng làm việc mềm dẻo nhất Nó nhận các tín hiệu có tốc độ là 2, 34, 140 hoặc 155 Mbit/s và nối chéo luồng VC-11, VC-12, VC-2, VC-3 và VC-4

9 Thực hiện chức năng hợp nhất và tách riêng

9 Bảo vệ - phục hồi mạng

9 Quảng bá

9 Cổng nối giữa PDH & SDH

1-4-4 Các đặc điểm của thiết bị SDH

ưu điểm:

9 SDH làm đơn giản hoá mạng lưới nhờ việc tách ghép luồng trực tiếp

và nối chéo luồng bằng phần mềm

9 Mạng SDH tương thích được với tất cả các tín hiệu PDH

9 Tốc độ bit trên 140 Mbit/s lần đầu tiên được tiêu chẩn hoá trên phạm

9 Có trang bị kênh riêng cho giám sát, quản lý, đo thử hoặc điều khiển

sử dụng trong việc quản lý mạng

9 Tất cả các tín hiệu PDH có tốc độ từ 140 Mbit/s trở xuống đều được ghép vào khung truyền dẫn cấp thấp nhất STM-1 có tốc độ là 155 Mbit/s

9 Đồng hồ phải được cung cấp từ ngoài vào

9 Thiếu tín hiệu ghép trung gian 8 Mbit/s

9 Luồng STM-1 chứa tới 63 luồng 2 Mbit/s, do đó sẽ thừa dung lượng

khi sử dụng mạng SDH ở những nơi có dung lượng thông tin nhỏ

Cấp truyền dẫn trong SDH

Các cấp truyền dẫn trong SDH gọi là các Module truyền dẫn STM (Synchronous Transport Modules) đ−ợc trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.1: Các đơn vị truyền dẫn STM-N Các cấp

truyền dẫn

Tốc độ truyền dẫn

63 luồng 2 Mbit/s hoặc

3 luồng 34 Mbit/s hoặc

3 luồng 45 Mbit/s hoặc 1 luồng 140 Mbit/s

Điện-Quang (Electrical /Optical)

STM-4 622.080 Mbit/s

(622 Mbit/s)

252 luồng 2 Mbit/s hoặc

12 luồng 34 Mbit/s hoặc 12luồng 45 Mbit/s hoặc

4 luồng 140 Mbit/s

Quang

STM-16 2 488.320Mbit/s

(2.5 Gbit/s)

1008 luồng 2 Mbit/s hoặc

48 luồng 34 Mbit/s hoặc

48 luồng 45 Mbit/s hoặc

16 luồng 140 Mbit/s

Quang

STM-64 9.953.280Mbit/s

(10 Gbit/s)

4032 luồng 2 Mbit/s hoặc

192 luồng 34 Mbit/s hoặc

192 luồng 45 Mbit/s hoặc

Có cấu trúc khung đặc tr−ng cho mỗi cấp Cấu trúc khung không đồng nhất.Ghép luồng theo nguyên lý ghép xen bit Ghép luồng theo nguyên lý xen

& SDH có tốc độ khác nhau

Thiết bị phối luồng

SD H

Thiết bị phối luồng

PD H

I F U

I F U

I F U

I F U

I F U

I F U

L T E

34 M

O L T E

140 M

140 M

O L T E

1

1

16

O L T E

1

OLTE

IFU : T hiết bị đầu cuối quang : K hối giao diện

Hình 1.9: So sánh phối luồng PDH và SDH

Chương 2: quá trình tạo khung truyền dẫn SDH

Khung truyền dẫn SDH có dạng rất khác biệt đối với các khung truyền dẫn PDH Sự khác biệt này sẽ được xem xét đưới đây

2-1 Khung truyền dẫn PDH

2-1-1 Kỹ thuật PCM (Pulse Code Modulation)

Kỹ thuật điều xung mã PCM là một quá trình chuyển đổi tín hiệu thoại

có dải tần từ (0.3 ữ 3.4) Khz thành dòng số 64 Kbit/s.Quá trình này được thực hiện làm 3 giai đoạn :

• Lấy mẫu (Sampling)

• Lượng tử hoá (Quantising)

• Mã hoá (Encode)

Trong thực tế người ta thường lấy dải tần tín hiệu thoại là từ (0 ữ 4) Khz, tần số lấy mẫu là 8 Khz (8000 sample per second) và mỗi mẫu (sample) được biểu diễn bởi một từ mã nhị phân 8 bits Do đó dòng số 64 Kbit/s được tạo ra như sau :

8000 samples/ second ì 8 bits/ sample = 64000 bit/s

Đối với tiêu chuẩn Châu Âu thì 1 kênh 2.048 Mbit/s được tạo bởi 32 kênh thoại 64 Kbit/s Trong đó, 30 kênh dùng để tải tin và 2 kênh điều khiển

(Hiện nay ở Việt Nam dùng theo tiêu chuẩn Châu Âu) Mỗi luồng PCM cơ bản 2 Mbit/s có chu kỳ là : 1/8000 = 125 às

2-1-3 Cấu trúc khung 2Mbit/s cơ bản

Cấu trúc khung 2 Mbit/s Một khung PCM bao gồm 32 khe thời gian TS (Time Slot), độ rộng của một khe là 3.9 às Các khe thời gian đ−ợc đánh số từ TS0 ữ TS31

Trong đó :

ƒ Khe TS0 và TS16 bao gồm các thông tin điều khiển

ƒ Các khe thời gian từ TS1 đến TS15 và từ TS17 đến TS31 là 30 kênh thoại tải tin

2-1-4 Cấu trúc đa khung PCM

Một đa khung bao gồm 16 khe khung (Fram Slot) Mỗi khe là 125 às Do

đó một đa khung có thời gian tồn tại là 2 ms

Khe 16 trong khung bao gồm các thông tin điều khiển và sắp xếp khung

Từ khe 1 đến khe 15 là các bits thông tin

Cấu trúc khung 2 Mbit/s và đa khung PCM đ−ợc mô tả ở rất nhiều tài liệu

2-1-5 Khung cấp cao sử dụng trong hệ thống PDH

Các luồng thông tin dung l−ợng lớn sẽ đ−ợc tạo bởi một số luồng thông tin dung l−ợng thấp hơn :

• Luồng 8 Mbit/s sẽ đ−ợc tạo bởi 4 luồng 2 Mbit/s

• Luồng 34 Mbit/s đ−ợc tạo bởi 4 luồng 8 Mbit/s

• Luồng 140 Mbit/s đ−ợc tạo bởi 4 luồng 34 Mbit/s

2-2 Khung truyền dẫn SDH

Quá trình hình thành khung truyền dẫn STM-1 qua các cấp độ ghép từ trái qua phải Điều quan trọng là kỹ thuật tạo luồng cấp cao khác hẳn với kỹ thuật tạo luồng của PDH

ý nghĩa các chữ viết tắt tạm dịch nh− sau

C-x : Container cấp x Khối luồng cấp x

VC-x : Virtual Container cấp x Container ảo cấp x

TU-x : Tributary Unit cấp x Đơn vị luồng cấp x

TUG-x : Tributary Unit Group cấp x Nhóm đơn vị luồng cấp x

AU : Administrative Unit Đơn vị quản lý

AUG : Administrative Unit Group Nhóm đơn vị quản lý

STM : Synchronous Transport Module Đơn vị truyền dẫn đồng bộ

RSOH : Repeater Section Overhead Mào đầu trạm lặp

MSOH : Multiplex Section Overhead Mào đầu đoạn ghép kênh

139264 Kbit/s

6321 Kbit/s

2048 Kbit/s

1544 Kbit/s

44736 34366 Kbit/s

C-4 VC-4

AU-4

C-3 VC-3

AU-3

VC-3 TU-3

TUG-3

TUG-2 TU-12 VC-12 C-12

C-11 VC-11

TU-11

C-2 VC-2

TU-2

x4

x1

x1 x7

Định nghĩa các khái niệm :

9 C-x : là cấp thấp truyền dẫn thấp nhất trong hệ thống dùng để bố trí các luồng cận đồng bộ

9 VC-x : gồm các Container tương ứng C-x kết hợp với thông báo vị trí POH

9 TU-x : gồm các VC-x tương ứng kết hợp với từ chỉ dẫn Pointer

9 TUG-x : là nơi ghép các TU với nhau để tạo thành một khung có tốc

độ cao hơn

9 POINTER : có nhiệm vụ tương hợp các luồng tín hiệu có thời gian

định thời khác nhau, điều khiển ghép luồng đưa lên luồng số có tốc

độ cao hơn

9 AU : là đơn vị quản lý ghép các VC với Pointer Chức năng của AU

& TU có các điểm tương tự nhau nhưng có điểm khác nhau là

- AU là tập hợp các luồng có thể được nối chéo trong mạng lưới và

có thể truyền đưa giữa các STM-1

- TU là một đơn vị khung không thể truyền dẫn giữa các STM-1 nếu không có cấp AU

9 STM gồm có AU pointer và từ mào đầu đoạn SOH thông báo đoạn tuyến được truyền đưa

9 RSOH là từ mào đầu dùng để quản lý trạm lặp

9 MSOH là từ mào đầu để quản lý trạm ghép phân kênh

Khung truyền dẫn cấp 1 (cấp thấp nhất) trong hệ thống phân cấp đồng bộ

số SDH được gọi là STM-1 (Synchronous Transport Module level 1) và có cấu trúc như sau:

9 lines

Periodicity

of 125 às

Hình 2.2: Cấu trúc khung STM-1 Các thông số của khung truyền dẫn STM-1:

ƒ Phần mào đầu SOH (Section Overhead): Phần này cũng được chia ra 2 phần nhỏ

9 Phần mào đầu trạm lặp RSOH (Regeneration SOH): Là phần chứa các thông tin giám sát và điều khiển trên đoạn lặp

9 Phần thông tin mào đầu ghép kênh (Multiplexing SOH) : là phần lưu giữ các thông tin ghép kênh giữa các trạm, truyền các cảnh báo

ƒ Phần AU Pointer : AU Pointer có chức năng khắc phục sự sai lệch về tần số và đồng thời định vị điểm bắt đầu của các VC tạo thành

ƒ Phần payload: là phần mang các thông tin chính cần truyền dẫn

2-3 Các phần tử tạo thành khung truyền dẫn SDH

2-3-1 Container C

Container C là đơn vị truyền dẫn nhỏ nhất trong khung truyền dẫn và là nơi để sắp xếp các luồng tín hiệu cấp thấp như là các luồng PDH, luồng tín hiệu hình, luồng dữ liệu

Các loại Container được sử dụng tương ứng với các tốc độ truyền dẫn

khác nhau cho cả hai hệ SONET & SDH như bảng sau:

Bảng 2.1: Các loại container Types of Level Container Input Speed

C-12

1.544 Mbit/s 2.048 Mbit/s

ƒ Tín hiệu trong các Container gồm có :

9 Các luồng dữ liệu (ví dụ như các luồng PDH)

9 Các Bit hoặc Byte nhồi cố định trong khung: Chúng không mang nội dung dữ liệu mà chỉ sử dụng để tương thích giữa tốc độ bit của tín hiệu PDH với tốc độ bit của container cấp cao hơn

9 Ngoài ra còn có các byte nhồi không cố định nhằm đạt được sự đồng chỉnh một cách chính xác Khi cần thiết các byte này cũng được sử dụng cho các byte dữ liệu Trong trường hợp này, trong khung còn có các bit điều khiển nhồi Các bit điều khiển nhồi này sẽ thông báo cho phía thu biết các byte nhồi không cố định là byte dữ liệu hay là byte nhồi thuần tuý

Cấu trúc của container C tùy theo cấp ghép kênh và kích thước của luồng dữ liệu đầu vào

2-3-2 Container ảo VC (Virtual Container)

VC = C + POH

Một VC là sự kết hợp của một container C và từ mào đầu đường POH (Path Overhead) để tạo thành một khung hoàn chỉnh truyền đến đầu thu Chức năng của POH này là mang thông tin bổ trợ vị trí mà container này sẽ được truyền đến Trong khung VC thì POH này sẽ được gắn ở đầu khung và tại đầu thu nó sẽ được dịch ra trước tiên khi mà container được giải mã Ngoài ra POH còn mang thông tin về giám sát và bảo dưỡng của đường truyền

VC có nhiều loại tương ứng với các container nhưng được chia làm 2 cấp như sau:

ƒ Tất cả các container khi được ghép trong một container lớn hơn thì được gọi là các container cấp thấp LO (Low Order Container), tương ứng sẽ có các container ảo cấp thấp LOVC đó là VC-11,VC-12 và VC-2

ƒ Tất cả các container truyền trực tiếp trong khung STM-1 gọi là các container cấp cao (HO Container) Tương ứng có các Container ảo cấp cao là VC-4 Trong trường hợp VC-3 được truyền trực tiếp vào khung STM-1 thì VC-3 cũng được coi là container cấp cao (HO VC)

Cấu trúc các VC

♦ VC-11:

VC-11 gồm 25 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH, sắp xếp trên 3 cột dọc

9 byte Được dùng để truyền dẫn tín hiệu 1.5 Mbit/s theo tiêu chuẩn của

Mỹ

♦ VC-12:

VC-12 bao gồm 34 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH, sắp xếp trên 4 cột dọc 9 byte Được sử dụng để tương thích với tín hiệu 2 Mbit/s tiêu chuẩn Châu Âu

Có 3 loại tín hiệu 2 Mbit/s có thể bố trí vào VC-12:

9 Tín hiệu 2 Mbit/s không đồng bộ (Asynchronous): cho phép mang tín hiệu 2Mbit/s nh−ng không có khả năng giám sát từng bit

9 Tín hiệu 2Mbit/s đồng bộ bit (Bit Synchronous): cho phép giám sát đến từng bít nh−ng không nhận dạng đ−ợc khung

9 Tín hiệu 2 Mbit/s đồng bộ byte (Byte Synchronous) cho phép giám sát và nhận dạng tất cả các bít dữ liệu

C-3

9 VC-3

VC đó Pointer được ghép thêm tại một vị trí cố định trong VC và tạo ra các

TU tương ứng như sau:

• TU-1X: (TU-11 và TU-12)

TU-1X = VC-1X + 1 byte PTR

Là các TU được tạo thành từ các VC-1X (VC-11 và VC-12) kết hợp với 1 byte PTR (Pointer)

• TU-2: TU-2 = VC-2 + 1byte PTR

Việc truyền dẫn các byte pointer sẽ xảy ra lần lượt, cứ mỗi khung 125às

sẽ có 1 byte pointer Byte pointer này sẽ được gắn vào 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 3 khung 125às Còn byte thứ tư của đa khung 500às cũng mang 1 byte pointer, nhưng byte này chưa được qui định rõ chức năng và hiện nay dùng để

dự phòng

• TU-3 : TU-3 = VC-3 + 3 bytes PTR

Ngoài ra, có thể ghép 3 VC-3 vào 1 khung VC-4 theo nguyên lý ghép xen byte Sau đó, chúng được phát đi trong khung AU-4 Trong quá trình truyền dẫn đó có 2 cấp pointer được ghép vào để thực hiện các nhiệm vụ sau:

9 Pointer AU-4 trong thành phần SOH chỉ thị vị trí của VC-4 trong khung STM-1

9 3 pointers TU-3 (mỗi pointer 3 bytes được gắn vào trong VC-4 để thông báo vị trí của mỗi VC-3)

2-3-4 Nhóm đơn vị luồng TUG (Tributary Group Unit)

TUG là một nhóm các đơn vị luồng TU được ghép lại với nhau theo phương thức byte xen byte

Có 2 loại TUG là TUG-2 và TUG-3 có các thông số như sau:

Bảng 2.2: Các loại TUG Các loại TUG TUG-2 TUG-3 Kích thước 108 Bytes 774 Bytes Tốc độ 6.912 Mbit/s 49.536 Mbit/s

ắ TUG-2 :

1 TUG-2 có thể được hình thành bởi 3 cách sau :

9 TUG-2 = 4 x TU-11

4 x TU-11 tạo thành 1 TUG-2 theo nguyên lý ghép xen byte Bốn bytes

đầu tiên của hàng thứ nhất là các byte pointer, các byte sau là các byte dữ liệu

9 TUG-2 = 3 x TU-12

3 x TU-12 cũng sắp xếp theo nguyên lý xen byte để tạo thành 1 TUG-2 Tương tự như trường hợp trên, 3 bytes đầu của hàng đầu tiên là các byte pointer, các byte sau đó là các byte dữ liệu Có hai cách để bố trí VC-12

vào trong TUG-2: Chốt (Locked Mode) và Động (Floating Mode)

• Kiểu Floating cho phép các VC gắn vào khung TUG tại một vị trí nào

đó và sử dụng pointer để liên kết các VC để chỉ thị điểm bắt đầu của VC trong TUG-2 Vị trí của pointer sẽ được gắn cố định trong TUG tương ứng với vị trí của VC

• Kiểu Locked thì ngược lại, về nguyên tắc các VC sẽ được gắn vào một

vị trí cố định trong TUG-2 và do đó không cần sử dụng pointer của TU như trong kiểu Floating

9 TUG-2 tạo bởi TU-2 : Mỗi TU-2 có kích thước tương ứng 1TUG-2, việc ghép TU-2 vào TUG-2 như sau:

ắ TUG-3

TUG-3 có kích thước 9 x 86 bytes, có thể tạo bởi :

• 7 TUG-2 = TUG-3

• 1 TU-3 = TUG-3

9 TUG-3 tạo thành từ 1 x TU-3 Nếu TUG-3 tạo thành từ 1 x TU-3 thì cột đầu tiên bao gồm 3 bytes TU-3 pointer và 6 bytes còn lại là các byte nhồi cố định

9 TUG-3 tạo thành từ 7 x TUG-2 TUG-3 tạo thành từ 7 x TUG-2 (các TUG-2 này được cấu thành từ các TU-12) theo nguyên tắc ghép là ghép xen byte Trong trường hợp này các pointer trong TUG-3 không có chức năng định vị trạm đến của các luồng tín hiệu Lúc này các byte pointer riêng lẻ định vị địa chỉ của các VC-1X và 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 Các TU-2 được bố trí theo kiểu cố định vào TUG-3 Cột đầu tiên chứa 3 bytes pointer NPI (Null Pointer Indication) và 6 bytes nhồi cố định (Fixed Stuff Bytes) Các pointer NPI gọi là pointer chỉ thị không giá trị, chúng không mang ý nghĩa nào cả mà chỉ mang các mẫu bit cố

định

Chú ý:

3 x TUG-3 được ghép vào 4 theo trình tự cột thứ nhất là 9 byte

VC-4 POH, cột thứ hai và ba chứa các byte nhồi cố định

2-3-5 Đơn vị quản lý AU (Administration Unit)

Gồm hai loại AU-3 & AU-4, nguyên lý tạo thành

AU = VC + Pointer

Trong trường hợp này, các giá trị của con trỏ AU (AU Poiter) được gắn trong khung STM-1 để ghi lại mối quan hệ về phase giữa khung truyền dẫn và các VC tương ứng Các byte AU pointer này được gắn không cố định vào 9 byte đầu tiên của hàng thứ tư trong khung STM-1, chúng có chức năng đánh dấu các AU (tuy nhiên các AU-PTR của AU-3 & AU-4 là khác nhau)

Các AU có thể được cấu thành như sau :

AU-4 có kích thước : (9 x 261) byte + 9 byte PTR

Tương ứng với khung STM-1, được cấu thành từ container C-4 có kích thước : (9 x 260) byte + 9 byte POH

2-3-6 Nhóm đơn vị quản lý AUG

AUG được tạo bởi 1 x AU-4 hoặc 3 x AU-3, sắp xếp theo nguyên lý ghép xen byte AUG có cấu trúc khung giống cấu trúc khung STM-1 khi chưa

có phần mào đầu SOH

2-3-7 Khung STM-1 (Synchronous Transport Mode)

of 125 às

Hình 2.4: Khung truyền dẫn STM-1 Thông số cơ bản của khung truyền dẫn STM-1 là:

LENGTH : 2430 bytes

DURATION : 125 às RATE : 155.520 Mbit/s PAYLOAD : 2349 bytes

9 Khung STM-1 gồm 9 hàng x 270 cột, được truyền theo nguyên tắc truyền từ trái sang phải và từ trên xuống dưới và chia làm 3 phần :

Phần dùng để tải tin playload bao gồm:

∗ AU-PTR gồm 9 byte ở hàng thứ tư có chức năng định vị các VC hợp thành

Khung STM-1 có thể tạo bởi các AU-3 hoặc AU-4

ắ STM-1 tạo bởi 3 x AU-3

3 x AU-3 được ghép byte xen byte vào khung STM-1 Mỗi AU-3 có 3byte pointer có chức năng xác định vị trí cho VC-3 bằng cách chỉ thị byte

đầu tiên của POH trong VC-3 tương ứng và được xếp ở 9 byte đầu tiên của hàng thứ tư Các byte nhồi cố định được sắp làm 2 cột và bố trí vào các vị trí như hình: 2.5

F I X E D S T U F F

F I X E D S T U F F

STM-1 STM-1 AUG-3 270

9

3 Byte Pointer

Hình 2.6: Mô tả khung STM-1 tạo bởi 3 khung AUG-3

ắ STM-1 tạo bởi 1 x AU-4

Việc bố trí VC-4 vào STM-1 cũng tương tự như bố trí VC-12 vào TUG-2 VC-4 cho phép bố trí không cố định trong khung STM-1 Vị trí của nó được xác định bởi AU-4 PTR Bình thường VC-4 chỉ cần 2 byte để xác định vị trí là byte H1 và byte H2 Còn byte H3 là byte nhồi chỉ dùng trong trường hợp cần thiết

MSOH

AU-4 Ptr

J1 B3 C2 G1 F2 H4 Z3 Z4 Z5

Hình 2.7: STM-1 tạo bởi VC-4

Bảng 2.3: Tổng kết kích thước & tốc độ các khung CONTAINER

Kích thước (Bytes)

Tốc độ bit (Mbit/s)

C-11

25 1.600

C-12

34 2.176

C-2

106 6.784

C-3

756 48.384

C-4

2340 149.760 VIRTUAL CONTAINER

Kích thước (Bytes)

Tốc độ bit (Mbit/s)

VC-11

26 1.664

VC-12

35 2.240

VC-2

107 6.848

VC-3

765 48.960

VC-4

2349 150.336 TRIBUTARY UNIT

Kích thước (Bytes)

Tốc độ bit (Mbit/s)

TU-11

27 1.728

TU-12

36 2.304

TU-2

108 6.912

TU-3

768 49.152 TRIBUTARY UNIT

TUG-3

774 49.536

AU-4

2358 150.912 ADMINISTRATIVE UNIT

T U G - 3 b

T U G - 3 c

J1 B3 C2 G1 F2 H4 Z3 Z4 Z5

VC-4

DS 140M 261

86

T U G - 3 a

T U G - 3 b

T U G - 3 c

S T U F F B Y T E S

S T U F F

T U G - 3 a

T U G - 3 b

T U G - 3 c

T U G - 3 d

T U G - 3 e

T U G - 3 f

T U G - 3 g

T U G-

(7

x

T U G-

S T U F F

H1 H2 H3

H4 Z3 Z4 Z5 J1 B2 C2 G1 F2

TU-3 ( VC-3 + PTR )

T U G - 2 b

T U G - 2 c

T U G - 2 d

T U G - 2 e

T U G - 2 f

TU-2 (VC-2 + PTR)

12 12

DS 6 4

DS 2M

N P I

270 bytes (cột)

Bytes Pointer Fixed Stuff Bytes POH Bytes

T U G - 2 g

T U - 1 2 a

T U - 1 2 b

T U - 1 2 c

TU G- 2

( 3

x

T U- 12

T U - 1 2 a

T U - 1 2 b

T U - 1 2 c

( VC -12 + PT

R )

Hình 2.8: Sơ đồ tổng kết quá trình tạo khung STM-1

Có 2 cách để tạo ra khung truyền dẫn STM-N là :

• Tạo khung STM-N bằng cách ghép N x AUG

• Tạo khung STM-N bằng cách ghép N x STM-1

Tạo khung STM-N theo nguyên lý byte xen byte như sau :

S M U X

ắ STM-N tạo bởi N x AUG

Khi ghép N x AUG thành STM-N thì phần tải tin Payload sẽ bao gồm các VC-4 mà đã tạo thành các AUG

Việc ghép kênh sẽ thực hiện theo nguyên lý byte xen byte N x VC-4 Phần Payload sẽ là N x 261 cột để có thể chứa được N x VC-4 Sau khi thực hiện ghép byte xen byte, các AU pointer sẽ được xếp vào hàng thứ tư của khung và có kích thước là N x 9 bytes

MUX by I N T E R L A C I N G

VC-4

(1)

STM-1 Addition of theSOH of the STM-1

Pointer

AUG

VC-4 VC-4

of bytes

RSOH MSOH Addition of MSOH of the STM-N

Addition of RSOH of the STM-N

VC-4

(1)

Pointer

AUG VC-4

VC-4

(1)

Pointer

AUG VC-4

VC-4

(1)

H×nh 2.12: STM-N t¹o bëi N khung STM-1