Đề tài ghép kênh trong SDH

Trong thời đại hiện nay, công nghệ viễn thông đã có những tiến bộ vượt bậc trong đó phải nói đến lĩnh vực truyền dẫn số. Các hệ thống truyền dẫn ban đầu chủ yếu dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có của các tuyến truyền dẫn tín hiệu tương tụ (analog). Các hệ thống này hoàn thiện dần và được tiêu chuẩn hoá thành các hệ thống cân đồng bộ PDH (Pleislochrouous Digital Hierachy) Các hệ thống PDH phát triển chủ yếu trên cơ sở đáp ứng những dịch vụ thoại thông thường. Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thông, các nhu cầu về dịch vụ viễn thông không ngừng tăng lên, các loại dịch vụ phi thoại như hội nghị truyền hình, truy nhập vào cơ sở dữ liệu từ xa, đa dịch vụ .v.v.. đòi hỏi phải có mạng lưới linh hoạt hơn và băng tần lớn hơn. Sự phức tạp của hệ thống truyền dẫn dựa trên tiêu chuẩn PDH không thể đáp ứng những nhu cầu này.

Các hệ thống PDH phát triển chủ yếu trên cơ sở đáp ứng những dịch vụ thoạithông thờng Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thông, các nhu cầu về dịch vụviễn thông không ngừng tăng lên, các loại dịch vụ phi thoại nh hội nghị truyền hình,truy nhập vào cơ sở dữ liệu từ xa, đa dịch vụ v.v đòi hỏi phải có mạng lới linh hoạthơn và băng tần lớn hơn Sự phức tạp của hệ thống truyền dẫn dựa trên tiêu chuẩnPDH không thể đáp ứng những nhu cầu này

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tiêu chuẩn hệ thống truyền dẫn mới dựa trêncác công nghệ tiên tiến nhất đã đợc hình thành, đó là tiêu chuẩn phân cấp số cận đồng

bộ SDH (Synchronous Digital Hierachy)

Kỹ thuật truyền dẫn SDH có rất nhiều u thế so với kỹ thuật PDH trớc đó Nó làmquá trình ghép kênh đơn giản hơn, linh hoạt hơn, giảm đáng kể lợng thiết bị trênmạng Nó đợc nghiên cứu với mục đích cung cấp các giao diện tốc độ cao hơn chocác dịch vụ trong tơng lai trong khi đó vẫn hoàn toàn tơng thích với hầu hết mọi giaodiện PDH đang tồn tại Nó tạo ra khả năng quản lý tập trung nh một mạng truyền dẫnthống nhất làm thay đổi hoàn toàn quan niệm về hệ thống truyền dẫn trớc đó, vốn chỉ

là các hệ thống hoàn toàn độc lập với nhau

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu về đề tài “Ghép kênh trong SDH ” bảnbáo cáo gồm nội dung sau:

Chơng I : Giới thiệu chung về SDH

Chơng II : Cấu trúc bộ ghép SDH

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS-PTS Lê Đức Hân đã hớng dẫn Emhoàn thành đồ án này

Sinh viên :Trần Yến Phơng

C¸c thuËt ng÷ viÕt t¾tSDH : Synchronous Digital Hierarchy

PDH : Plesiochronous Digital Hierarchy

HDTV : High Division Television

B – ISDN : BroadBand Intergrated Sersives Digital Network

UNI : user - Network Interface

OAM $ P : Operation Administration, Maintenance and Provisioning

STM : Synchronous Transport Module

AUG : Administrative Unit Group

POH : Path Overhead

RSOH : Regen Secsion Overhead

MSOH : Multiplex Secsion Overhead

N : New data flag

D : Decrement bit

I : Increment bit

PTR : Pointer

REI : Remote Error Indication

RFI : Remote Failure Indication

RDI : Remote Detect Indication (tªn gäi cò: FERF - Remote Alarm)NPI : Non Pointer Indication

BIP: Bit Interleaved Parity

DEC : Data Communication Channel

NE : Network Element

SONET : Synchronous Optical Network

CCITT : Consultative Commite on International Telegraphy and TelephoneETSI : European Telecommunication Standards Institute

TMN : Telecommunication Management Network

SMX : Sychronous Multiplex

SDXC : Sychronous Digital Cross Connect

BITS : Building Intergrated Timing Supply

P : Priority

EXT : External

CNET : Control Network

LTE : Line terminal Equipment

EST : External Sychronisation Interface

RSU : Remote Subscriber Unit

TM : Terminal Multiplexer

Chơng I:

giới thiệu chung về SDH

I-/ Khái niệm cơ bản về PDH ( Pleislochronous Digital Hierachy)

1-/ Các tiêu chuẩn ghép kênh cận đồng bộ PDH.

Kỹ thuật ghép kênh cận đồng bộ là một dạng ghép kênh với thời gian, sử dụngphơng pháp ghép kênh theo byte đối với PCM 30/32 và ghép theo bit đối với ghépkênh bậc cao

Các cấp truyền dẫn số cận đồng bộ đang tồn tại theo tiêu chuẩn của châu Âu,Bắc Mỹ, Nhật Bản

Theo tiêu chuẩn của Châu Âu, muốn đợc luồng số cao hơn phải ghép 4 luồngthấp hơn với nhau

Bốn cấp truyền dẫn đầu tiên của châu Âu đợc CCITT công nhận làm tiêu chuẩnquốc tế

Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ nh hình 1-2

PCM

2/8

1 2 3 4

MUX8/34

1 2 3 4

MUX34/140

1 2 3 4

MUX140/565

1 2 3 4

565,128 Mbit/s

8,448 Mb/s

34,368 Mb/s

139,264 Mb/s

Hình 1-1: Phân cấp số cận đồng bộ của Châu Âu

PCM24

X4

45Mb/s

X7

405Mb/s

X9

Tiêu chuẩn của Nhật nh hình 1-3

2-/ Nh ợc điểm của hệ thống PDH

* Tách xen phức tạp, yêu cầu thiết bị cồng kềnh làm giảm chất l ợng truyền dẫn Hiện nay nhu cầu sử dụng dịch vụ phi thoại càng ngày càng lớn nh truyền dữliệu trong một công ty đa quốc gia, cho một tờ báo phát hành trên toàn quốc Nh ngvới kỹ thuật PDH, để đáp ứng yêu cầu một quá trình tách xen phức tạp, qua nhiều cấp

Với quá trình xen nh vậy, các kênh dùng để phục vụ nh kể trên sẽ có giá thànhcao, độ tin cậy giảm làm ảnh hởng đến sự phục vụ và độ tin cậy của toàn hệ thống

* Khả năng quản lý và giám sát mạng kém, đặc biệt là với mạng viễn thông tốc

độ cao

Do nhu cầu về thông tin trớc đây cha cao, cấu hình mạng đơn giản, dễ quản lý

do vậy cấu trúc khung PDH không tạo ra khả năng giám sát và quản lý riêng Các

PCM24

X4

32Mb/s

X5

100Mb/s

X3

400Mb/s

34 8

Theo khuyến nghị của CCITT, tốc độ bit cao nhất đợc tiêu chuẩn hoá cho mạngviễn thông quốc tế là 140 Mb/s, tốc độ bit cao nhất cho mạng viễn thông quốc tế là

565 Mb/s Với giới hạn tốc độ nh vậy trên mạng viễn thông quốc tế không tạo ra đợcmột xa lộ thông tin, phục vụ cho nhiều loại dịch vụ tạo truyền thông khác nhau thểhiện tính linh hoạt của truyền thông số

* Trên thế giới tồn tại hai loại tiêu chuẩn phân cấp truyền dẫn khác nhau

Đó là 2 loại tiêu chuẩn của châu Âu và của Bắc Mỹ Hai tiêu chuẩn này có sựkhác biệt vê cả luồng cơ sở đến các cấp tốc độ cao Sự khác nhau này gây ra khó khăntrong việc hoà mạng và đồng mạng quốc tế

II-/ Giới thiệu về hệ thống SDH (Synchronous Digital Hierachy)

1-/ Lịch sử phát triển của SDH

Phân cấp số đồng bộ SDH là một thế hệ truyền dẫn mới ngày nay trên thế giới.SDH tạo ra một cuộc cách mạng trong các dịch vụ viễn thông thể hiện một kỹ thuậttiên tiến có thể đáp ứng rộng rãi các yêu cầu của các thuê bao, ngời khai thác cũng

nh các nhà sản xuất thoả mãn các yêu cầu đặt ra cho nghành viễn thông trong thời

đại mới, khắc phục nhợc điểm của thế hệ PDH mà chúng ta đang sử dụng hiện nay.Trong tơng lai, hệ thống đồng bộ SDH sẽ ngày càng đợc phát triển nhờ các u

điểm vợt trội so với PDH đặc biệt là SDH có khả năng kết hợp với PDH trong mạnghiện hành, cho phép thực hiện việc hiện đại hoá mạng lới viễn thông trong từng giai

đoạn phát triển

Các tiêu chuẩn của SDH thực sự bắt đầu vào năm 1985 tại Mỹ, nơi mà nhiềunăm trớc đây rất nhiều hãng sản xuất thiết bị truyền dẫn cáp quang đã phát triển cácphơng pháp khác nhau để mã hoá cho tín hiệu riêng của họ Điều này dẫn đến hậuquả là việc quy hoạch, khai thác, bảo dỡng, quản lý và khai thác mạng hết sức phứctạp

Trong hoàn cảnh đó, năm 1985 công ty BELLCORE là công ty con của công tyBELL tại Mỹ đã đề nghị một đẳng cấp truyền dẫn mới nhằm mục đích khắc phục cácnhợc điểm của hệ thống cận đồng bộ PDH Đẳng cấp mới này đợc đặt tên là SONET(Synchronous Optical Network ; Mạng quang đồng bộ) dựa trên nguyên lý ghép đồng

hồ với nhau trong đó cáp quang đợc sử dụng làm môi trờng truyền dẫn

Năm 1988, trên cơ sở tiêu chuẩn SONET và tiêu chuẩn ghép kênh khác nhau ởchâu Âu, Mỹ, Nhật, CCITT (nay là ITU - T) đã đa ra tiêu chuẩn quốc tế về công nghệtruyền dẫn theo cấu trúc số đồng bộ SDH (Synchronous Digital Hiecrachy) dùng cho

truyền dẫn cáp quang và viba Tiêu chuẩn SDH đợc nêu trong khuyến nghị G707,G708, G709 của CCITT định nghĩa một số tốc độ truyền dẫn cơ sở ở SDH Tốc độnhỏ nhất của SDH là 155 Mvit/s của luồng STM -1 STM (Synchronuos TransportModule - 1: Mô đun truyền tải mức 1) Các độ truyền dẫn cao hơn STM -4 là 622 Mb/

s và STM -16 là 2.5 Gb/s

2-/ Khái niệm về SDH

Phân cấp số đồng bộ SDH là mạng truyền dẫn tạo bởi sự kết hợp các thiết bịtruyền dẫn có tốc độ khác nhau là 1,5; 2; 6,3; 34; 45; 140 Mb/s

* Ưu điểm của SDH

- Đơn giản hoá các kỹ thuật ghép / tách kênh so với PSH

- Mã truyền dẫn cho tín hiệu quang đợc tiêu chuẩn hoá tơng thích với các thiết

bị của nhà sản xuất

- Truy nhập tới các luồng nhánh tốc độ thấp không cần đến quá trình tách/ghépkênh trọn vẹn tín hiệu tốc độ cao Điều này cho phép các ứng dụng nối xen rẽ và nốichéo kênh có hiệu quả

- Các kênh quản lý mạng cung cấp các khả năng quản lý, vận hành và bảo d ỡngmạng đợc quản lí có hiệu quả

- Tiêu chuẩn SDH định nghĩa độ cáp trung bình tiếp nhận bên trong thiết bị từcác nguồn cung cấp khác nhau.

- Việc nhồi byte - byte tăng độ Jitter hơn kiểu bit - bit của PDH

- Đồng hồ phải đợc cung cấp từ ngoài

- Thiếu tín hiệu ghép trung gian 8 Mb/s

- Luồng STM -1 tốc độ 155 Mb/s chỉ chứa 63 luồng 2 Mb/s hoặc 3 luồng 34 mb/s

G 773 - Giao thức của giao diện Q

G 774 - Mô hình thông tin quản lý SDH để quan sát phân tử mạng

G 782 - Các loại và những đặc tính cơ bản của thiết bị ghép SDH

G 783 - Các đặc tính của khối chức năng trong thiết bị ghép SDH

G 784 - Quản lý SDH

G 803 - Cấu trúc mạng truyền dẫn dựa trên cơ sở SDH

G 957 - Các giao diện quang của thiết bị và hệ thống SDH

G 958 - Các hệ thống truyền dẫn SDH sử dụng cáp sợi quang

* Phân cấp tốc độ bit của SDH

Theo khuyến nghị G 707 các cấp tốc độ bit trong SDH nh 1,5 Mb/s; 2Mb/s;6,3Mb/s ; 34Mb/s; 45Mb/s và 140Mb/s là các giao diện giữa hệ thống PDH và SDH

đợc gọi là các luồng nhánh PDH Các luồng nhánh này qua bộ ghép SDH để hìnhthành các luồng số đồng bộ STM - N

Tốc độ nhỏ nhất của SDH là STM - 1 = 155,52 Mb/s các tốc độ cao hơn bằngbội số nguyên lần tốc độ cơ bản, các tốc độ của SDH đợc liệt kê trong bảng dới đây

Sơ đồ ghép kênh SDH đợc biểu diễn trong hình 2.1

Từ hình vẽ trên ta thấy theo tiêu chuẩn của ITU- T ta có thể ghép vào STM-Ncác luồng nhánh 1,544 M; 2,048 M; 6,312 M; 34,368 M; 44,736 M; 139;763 M hayluồng có tốc độ tơng đơng AMT (asynchronous Transfer mode)

Chức năng của các khối trong bộ ghép SDH đợc mô tả nh sau:

TU - 11

TUG - 2

TUG - 3



SDH Multiplexing

structure

Các C - n tơng ứng với tốc độ truyền dẫn khác nhau cho hai hệ SONET và SDH

Ký hiệu Tín hiệu đờng truyền (Kb/s)

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

mà chỉ sử dụng để tơng thích với tốc độ bit của tín hiệu PDH đợc ghép vào tốc độ bitcủa Container cao hơn

- Các byte nhồi không có định để đạt đợc đồng chỉnh một cách chính xác hơn.Khi cần thiết các byte này sử dụng cho các byte dữ liệu Trong trờng hợp này trongkhung có bit điều khiển nhồi để thông báo cho đầu thu biết các byte nhồi không cố

- Tất cả các Container đợc truyền trực tiếp vào khung STM - 1 đợc gọi làContainer ảo cấp cao nh là VC - 4, VC -3

c §¬n vÞ luång TU (Tributary Unit)

PTR (pointer) dùng để xác định vị trí VC trong khung Cứ 1 khung 125 s sẽ có

1 byte pointer, byte pointer sẽ đợc gắn vào 1 vị trí cố định trong khung cấp cao hơn

d Nhóm đơn vị luồng TUG (Tributary Unit Group)

TUG là nhóm các TU ghép lại theo phơng thức xen byte Có 2 loại TUG là TUG-2 và TUG -3

TU -3 PTR

byte nhồi

cố định

Ngoài ra vì dung lợng truyền của AU -3 (87 cột) lớn nên ngời ta bố trí các bytenhồi cố định vào trong cột thừa.

g Nhóm đơn vị quản lý AUG (Administration Unit Group)

Nhiều AU đợc ghép với nhau theo phơng thức xen byte tạo thành AUG

AUG có cấu trúc khung gồm 9 x 261 byte

85

P O P

C - 3

87

P O P

C - 3

3

AU - 3PTR

Hình 2-8 : Cấu trúc AU - 3 từ VC - 3

AUG 261

9

Hình 2-9 Cấu trúc AUG

II-/ Cấu trúc khung SDH

* Cấu trúc khung STM - 1

STM - 1 (Synchronous Transport Module -1): Môđun truyền dẫn đồng hồ mức 1

Cấu trúc khung STM - 1 đợc sắp xếp gồm 9 dòng x 270 cột, chiều dài của hung

là 125s, mỗi ô là 1 byte, các byte đợc truyền thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuốngdới, trong mỗi byte bit nào có trong số lớn sẽ đợc phát đi trớc

Qua hình vẽ trên ta thấy cấu trúc khung STM -1 gồm 3 phần chính:

- Mào đầu đoạn SOH (Section overhead)

- Con trỏ AU (Administration Unit Pointer)

-Trờng tin (Payload)

 Phần mào đầu chiếm 9 byte đầu tiên của các hàng từ 1 đến 3 và từ 5 đến 9 vàgồm 2 phần nhỏ

RSOH (Regennerater SOH) gồm 9 byte đầu tiên của hàng 1 đến hàng 3 phầnnày chứa thông tin để quản lý trạm lặp

MSOH (Multiplex SOH) gồm 9 byte đầu tiên của hàng 5 đến hàng 9 phần nàychứa thông tin để quản lý ghép kênh

 Con trỏ AU chiếm 9 byte đầu của hàng thứ 4

 Phần còn lại gồm 261 byte của hàng tạo nên trờng tin để truyền tải tin SDH.Tuy nhiên nh ta thấy trên sơ đồ ghép kênh một số byte của phần này đợc dùng chocác thông tin quản lý thêm

Khung STM-1 đợc truyền dẫn 8000 lần /1s là tốc độ bit sử dụng cho tín hiệuPCM Mỗi khung STM -1 chiếm 125 s do đó tốc độ STM -1 là:

8000 khung x 9 hàng / khung x 270 byte / hàng x 8bit/byte =155,52 mb/s Tốc

3

5

Hình 2-10 : Cấu trúc khung STM - 1

8000 khung x 8bit/khung = 64 Kb/s

* Cấu trúc khung bậc cao STm-N

Khung STM - N đợc tạo thành nhờ việc ghép các khung STM-1 tăng lên N lầntheo phơng thức ghép từng byte tạo thành cấp STM -1 có tốc độ truyền dẫn là 4 x155,52 = 622,08 Mb/s, STM-16 có tốc độ truyền dẫn là 16 x 155,52 = 2,488 Gb/s.Cấu trúc khung STM -N giống cấu trúc khung STM -1 chỉ khác là tốc độ của dữ liệutruyền đợc trong 125s là N x 9 x 270 byte

AU - PTR

R SOH

MSOH

261xN 9xN

AAABBBCCC

III-/ Sắp xếp các luồng PDH thành STM -1

Trong cấu trúc ghép kênh của ETSI, quá trình ghép kênh SDH chia thành 2 giai

đoạn:

- Sắp xếp các luồng nhánh vào các gói tơng ứng

- Ghép các gói vào khung STM -1

Hiện nay ở nớc ta chỉ sử dụng các máy ghép kênh SDH theo tiêu chuẩn củaETSI nên không đề cập đến các chỉ tiêu của Nhật và Bắc Mỹ

A-/ Sắp xếp các luồng nhánh vào VC - n

Đối với mỗi loại tín hiệu có cách sắp xếp tơng ứng, việc sắp xếp định rõ các bitchèn để điền đầy các trờng tin đồng thời cho phép bù sự lệch tầng giữa SDH và PDHbằng việc hiệu chỉnh

Khung tín hiệu của C - 4 có 260 cột x 9 dòng Nh vậy khối C - 4 tiếp nhận luồng

140 Mb/s trong 125 s là 2176 byte chèn thêm 164 byte

C - 4

C - 3

C -12

140MATM

VC - 4

AU - 4 AUG

VC - 4 bổ xung thêm 9 byte VC - 4 POH vào cột tiên của khung VC - 4 sắp xếpthành khung có 260 cột x 9 dòng.

Mỗi VC - 4 gồm 9 byte (1 cột) POH và một trờng tin 9 x 260 byte dùng để tảitín hiệu 140 Mb/s

Hình 2-14 : Trình tự sắp xếp 140 Mb/s thành STM - 1

AU4 PTR SOH

261

9

125m 9

261

9

125m

P O H

STM - 1

VC - 4

AU - 4

Sắp xếp 140 mb/s thành STM - 1

+ 8 bit thông tin (byte W) hoặc

+ 8 bit độn cố định (byte Y) hoặc

+ 1 bit điều khiển hiệu chỉnh (C), 5 bit nhồi cố định (R) và 2 bit mào đầu (O)(byte X) hoặc

+ 6 bit thông tin I, 1 bit cơ hội hiệu chỉnh (s) và 1 bit nhồi cố định R(byte X)

- 12 byte còn lại của khối thông tin

- Các bit O đợc dùng thông tin quản lý trong tơng lai Bộ 5 bit điều khiển chỉnh

đợc dùng để điều khiển việc sử dụng bit S

RSOH

MSOH Con trỏ AU

Hình 2-15 : Ghép 140 Mb/s vào VC - 4

Container ảo VC - 3 gồm 9 byte POH và 1 trờng tin 9 dòng x 84 cột chia thành

3 khung con mỗi khung gồm:

96I Y 96I

96I X 96I W POH

96I Y 96I

96I Y 96I X

96I Y 96I

96I Y 96I Y

96I Y 96I

96I Y 96I Y

12 byte 1

Y: R R R R R R R R X: C R R R R R 0 0 Z: I I I I I I S R

I: Bit thông tin R: Bit độn cố định 0: Bit quản lý

S: Bit chèn C: Bit điều khiển chèn

Hình 2-16 : Cấu trúc một hàng trong khung VC - 4

Các bit C1, C2 đợc dùng để điều khiển lần lợt S1, S2.

84Byte1Byte

P O H

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

3*

8I

3*8I

3*8I

A B 8I

3*

8I

3*8I

3B1B3B

C1 C1 C1 C1 C1 = 11111 chỉ ra rằng S1 là bit hiệu chỉnh.

Bit C2 cũng điều khiển S2 một cách tơng tự Trong trờng hợp có lỗi bit C thìkiểu đánh giá theo đa số đợc sử dụng

Sau đây ta xét quá trình sắp xếp VC - 3 thành STM - 1

Ta biết rằng cần 3VC - 3 để ghép thành 1VC - 4 d vậy mỗi TU - 3 chỉ cần 3 bytecon trỏ (H1H2H3) từ đó 3 x TU - 3 sẽ cần 9 byte con trỏ Khối TU - 3 bổ xung 3 bytecon trỏ TU -3 và độn thêm 6 byte và để tạo thành khung TU -3 có 86 cột và 9 dòng.Khối TUG -3 đơn thuần chỉ tiếp nhận khung Tu -3 và giữ nguyên khung đó 3 khungTUG -3 ghép xen byte để tạo thành khung VC -4 Nhng 3 khung TUG -3 chỉ có 258cột vì vậy khối VC - 4 bổ xung thêm cột VC - 4 POH và độn thêm 2 cột gồm 16 bytekhông mang tin S Khối AU - 4 bổ xung con trỏ AU - 4, khối AUG tiếp nhận VC - 4.Khối STM - 1 bổ xung thêm các byte SOH

H1 H2 H3

S

H1 H2 H3

S

H1 H2 H3