HỆ THÔNG TRUYỀN DẪN

HỆ THÔNG TRUYỀN DẪN 4.1.Tổng quan Chương này xem xét phương pháp truyền thông tin trên mạng truyền dẫn băng rộng .Như đã biết trong môi truờng chuyển mạch ATM,thông tin đuợcđóng gói thành các tế bào 53 byte, Tuy nhiên ở mạng truyền dẫn băng rộngATM ,không phải tất cả các thông tin ở dạng tế bào bởi vì mạng truyền dẫn băng rộng phải được thiết kế sao cho dòng thông tin của các hệ thống đồng bộ đang tồn tại cũng có thể được truyền trên cùng một mạng với luồng thông tin ATM. Nhiệm vụ chính của mạng truyền dãn này là truyền các thông tin từ nguồn tới đích với trễ và xác suất lỗi tối thiểu. Để hoàn thành nhiệm vụ trên ,chúng có các chức năng sau:  Tạo ra các tế bào ATM từ các dòng thông tin liên tục ,  Truyền các tế bào ATM và thông tin của các hệ thống truyền dẫn đồng bộ STM(Synchronous Tranfer Mode) đang tồn tại .  Ghép kênh và phân kênh dòng tế báo cũng như dòng thông tin số đồng bộ hiện tại.  Phân luồng và trung chuyển( cross- connecting) dòng tế bào ATM và các dònh thông tin đồng bộ .  Chuyển mạch tế báo và các thông tin của hệ thống đồng bộ STM hiện hữu. Để đáp ứng được các chức năng trên , ITU-T đã chọn mạng các quang đồng bộ SONET và hệ thống phân cấp số đòng bộ SDH làm cơ sở cho mạnh truyền dẫn B_ISDN,tuy vậy chúng không phải là hệ thống truyền dẫn duy nhất trong mạng ATM. Các hệ thống truyền dẫn dóng vai trò thực sự quan trọng trong B_ISDN,rát nhiều tiến bộ đạt được lĩnh vực chuyển mạch ,các mạng thông minh… là nhờ sự cải tiến hệ thống truyền dẫn . Một trong các cải tiến này là áp dụng của các quang và các thiết bị truyền dẫn quang. 4.2 Các hệ thống truyền dãn băng rộng Hệ thống truyền dẫn âm thanh ATM bao gồm rất nhiều thiết bị khác nhau ,mỗi thiết bị thực hiện một chức năng truyền dẫn nhấtđịnh.Sau đây sẽ trình bày một số loại thiết bị truyền dẫn băng rộng. 4.2.1 Bộ ghép kênh SDH 155,520Mb/s 1 p*155,520Mb/s STM-1 MUX STM-n 155,520Mb/s Bộ ghép kênh SDH có p đầu vào và 1 đàu ra duy nhất như trên hình . Các nhánh ở đầu vào vào có thể có tốc độ khác nhau .Đầu ra có tốc độ bằng tổng tốc độ của các nhánh dầu vào .Các bộ ghép kênh cũng có thể được kết hợp với nhau thành nhiều tầng để ghép nhiều loại kênh có tốc độ khác nhau ở một đầu thành một kênh tốc độ cao ở đầu ra. 4.2.2.Bộ phân kênh SDH Bộ phân kênh SDH thực hiện chức năng ngược lại với bộ ghép kênh . Nó phân kênh một đồng bộ dòng thông tin đơn đầu vào thành p đầu ra ứng với các đầu vào của bộ ghép kênh SDH. 155,520Mb/s P*155,520 Mb/s 1 STM-1 STM-1 DEMUX 155,520Mb/s p STM-1 4.2.3 Bộ phân luông thông tin đồng bộ ( Synchronous transport Signal Cross-connect) Bộ phân luồng thông tin đồng bộ có p đầu vào và p đầu ra như hình vẽ . Bộ phân luồng có khả năng nối một đầu vào với một hoặc nhiều đầu ra tức là nó có thể gửi các tín hiệu từ một đầu vào tới những đầu ra khác nhau . Chức năng chính của nó là nhóm những luồng thông tin từ các nhánh đầu vào có cùng địa chỉ đích thành một luồng thông tin duy nhất đưa chúng tới các đầu ra thích hợp . 1 1 2 2 Bộ phân luồng p thông tin đồng bộ p 4.2.4 Bộ phận tập trung ( ATM concentror) và bộ dãn ( ATM expender) Bộ phận tập trung ATM có p đầu vào và một đầu ra , nó nhận các tế bào ATM tại các đầu vào với tốc độ khác nhau . Tất cả các tế bào trống đều bị loại bỏ . Các tế bào ATM hữu ích nằm ở bộ đệm đầu vào cho tới khi chúng được trộn với nhau ở những tế bào nhánh khác thành một dòng duy nhất ở đầu ra . Tốc độ ở đầu ra phụ thuộc vào đặc điểm của luồng thông tin các nhánh đầu vào và mức độ tập trung các nhánh đó của bộ tâp trung . Như vậy tốc độ đầu ra luôn nhỏ hơn tổng tốc độ các nhánh đầu vào . Bộ dãn ATM thực hiện chức năng nguợc với bộ tập trung . Dòng ATM ở đầu vào được tách thành các luồng thông tin khác nhau và được chèn các tế bào trống để tái tạo lại các đầu ra tương ứng . 4.2.4 Bộ nối xuyên ATM ( ATM Cross-connect) Bộ nối xuyên có p đầu vào và q đầu ra . Nhiệm vụ chính của nó là phân hoặc ghép luồng các đường ảo VP (xem 3.3.2.1) ở đàu vào và đưa chúng tới các đầu ra thích hợp. Việc phân / ghép luồng này dựa trên giá trị VPI của các tế bào,do đó bộ nối xuyên còn được gọi là chuyển mạch VP.Bộ nối xuyên ATM còn thực hiện chức năng loại bỏ tế bào trống ra khỏi dòng thôngtin đầu vào ( đây cũng là chức năng của bộ tập trung ) . 4.2.5 Chuyển mạch ATM Cấu trúc chuyển mạch đã được trình bày ở chương 3 , tuy vậy trong thực tế chuyển mạch ATM còn bao gồm bộ tập trung ,bộ dãn ,bộ ghép kênh và phân kênh để làm cho dòng tế bào và đầu ra thích hợp với tốc độ bên trong đã được xác định trước . Tại đầu vào ,phần tiêu đề của các tế bào ATM được kiểm tra để định đường đầu ra thích hợp. Thông tin ở phân tiêu đề được sử dụng như một con trỏ trong bảng truyền đạt , bảng này chứa các thông tin định đường cho tế bào . Nút chuyển mạch ATM 1 1 2 2 p p Hình 4.1. Nút chuyển mạch ATM 4.2.6 Các khối dịch vụ Các khối dịch vụ là một phần của mạng , chúng thực hiện các chức năng của các lớp cao hơn lớp ATM như lớp AAL,mặt phẳng điều khiển ( xem 3.6.1) . Dưới đây là một số khối dịch vụ điển hình : - Khối dịch vụ thu nhận các thông điệp báo hiệu , thực hiện các chức năng xử lý cuộc gọi và điều khiển bảng ma trận chuyển mạch . - Khối dịch vụ phục vụ cho việc truyền số liệu không liên kết ( Connectionless data service) có tốc độ cao ,chúng thực hiện các chức năng tạo và tháo gói , kiểm tra phần tiêu đề gói lớp 3 và định đường cho các gói tới đích cần thiết hoặc tới một khôí dịch vụ số liệu không liên kết khác. Cầu phân phối (Multicast bridge) thu nhận tế bào từ một đầu vào ,nhân bản các tế bào này và gửi chúng tới nhiều đích khác nhau . 4.2.7 Phần tử kết nối liên mạng IWU (Interworking Unit) Phần tử kết nối liên mạng IWU có nhiệm vụ kết nối các mạng khác nhau vào mạng B-ISDN. Thông thường nó thực hiện các chức năng biến đổi các thủ tục của mạng hiện hữu cho phù hợp với các thử tục của mạng băng rộng. 4.3 Các chức năng truyền dẫn băng rộng Sau đây ta sẽ xem xét chi tiết các chức năngđã được trình bày ở 4.1 4.3.1 Tạo ra các tế bào ATM ừ dòng thông tin liên tục Thông thường các thiết bị đầu cuối băng rộng gửi vào kênh truyền thông tin đã được đóng thành các tế bào ATM dài 53 byte . Trong trường hợp này không cần bổ xung các chức năng đóng gói . Tuy vậy việc tạo gói cần thiết khi kết nối các thiết bị thông tin không phải là ATM vào mạng băng rộng .Lúc này bộ chế tạo tế bào ATM sẽ cắt kênh truyền đồnh bộ STM ( Synchronous Transfer Mode) thành nhiều mẩu nhỏ thích hợp với trường thông tin của tế bào ,nó cũng làm các thông tin dạng chuyển mạch gói phù hợp với kích thước tế bào ATM . Sự chuyển đổi này thường được thực hiện ở thiết bị kết cuối mạng B-ISDN ( xem 3.7.1.1) hoặc bất kỳ ở đâu trong mạng băng rộng ,nơi có liên kết với một mạng không ATM. Ngược lại ,ta cũng cần có những thiết bị tháo gói để chuyển các tế bào ATM thành dòng thông tin thường . Hình 4.2 thể hiện việc tháo và tạo tế bào tại B-NT2. S n T n B-NT1 S hoặc R B-NT2 Bộ tạo / tháo tế bào ATM Hình 4.3 Sử dụng bộ tạo / tháo tế bào tại B-NT2 4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM 4.3.2.1 Các tiêu chuẩn của hệ thống truyền dẫn Về nguyên tắc ,tế bào ATM có thể được truyền trên hệ thống truyền dẫn khác nhau.ITU-T đã định nghĩa 2 chế độ truyền dẫn tại giao diện người sử dụng- mạng ,đó là chế độ truyền dẫn SDH và chế độ truyền dẫn dựa trên cơ sở tế bào ATM(xem3.6.2.1.2), điển hình là hệ thống phân cấp số cân đồng bộ PDH, được định nghĩa trong khuyến nghị G.703 của ITU-T. Hệ thống PDH hoạt động ở tốc độ 2,3,34,140 Mb/s theo tiêu chuẩn CHÂU ÂU hoặc 1,5 và 45 Mb/s theo tiêu chuẩn BĂC MY. Các giao diện của hệ thống truyền dẫn phải luôn tuân theo chuẩn đã vạch ra bởi ITU-T. Những giao diện khác nhau sẽ được sử dụng vào loại dịch vụ được truyền , tốc độ và lưu lượng truyền tại các thuê bao hoặc nút truy nhập ở chuyển mạch địa phương . Tại mạng trung kế và đường dài, các giao diện như nhau cùng được sử dụng để truyền tiếng nói ,số liệu hình ảnh, mỗi loại giao diện lại có phương thức truyền khác nhau ( về mặt khung truyền ,cách truyền là cáp quang hoặc điện và mã đường truyền) . Bảng 4.4 Minh hoạ các giao diện của hệ thống truyền dẫn băng rộng. Tên giao diện Tốc độ truyền Kiểu tín hiệu T1 1,544Mbit/s Điện DS3 45,76Mbit/s Điện OC1 51,84 Mbit/s Điện OC3 155,52Mbit/s Quang OC12 622,08Mbit/s Quang OC24 1,244Mbit/s Quang OC48 2,488Mbit/s Quang OC192 9,6Mbit/s Quang 4.3.2.2 Đồng bộ mạng Như đã trình bày trong 3.6.2.1.2 có hai hệ thống sẽ được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật truyền dẫn ATM là hệ thồng truyền dẫn trên cơ sở tế bào và hệ thống truyền dẫn đồng bộ mà điển hình là mạng SONET/SDH. Mạng truyền dẫn dựa trên cơ sở tế bào ATM cần phải có khả năng đồng bộ từng bit cững như đồng bộ cả tế bào . Tại mỗi đầu vào của bộ ghép kênh hoặc nút chuyển mạch ATM cần phải cung cấp các tín hiệu đồng bộ độc lập để đồng bộ tế bào ở đầu vào với hệ thống bên trong .Khi giới hạn khoảng cách cực đại giữa một chu kỳ con là 26 tế bào ( xem 3.6.1.2) , độ lệch đồng bộ giữa đồng hồ bên ngoài và đồng hồ bên trong sẽ được điều chỉnh ( tế bào OAM mức vật lý mang các thông tin đồng bộ ngoài ) . trên nguyên tắc ,một đường truyền dẫn trong hệ thống truyền này không nhát thiết phải đồng bộ với các đường truyền dẫn khác. Ngược lại trong các mạng truyền dẫn đồng bộ của B-ISDN tín hiệu đồng bộ mạng phải được tạo ra từ những nguồn đồng hồ tin cậy và ổn định .Tất cả các phần tử trong mạng đều được đồng bộ trực tiếp từ một đồng hồ đơn .Tuy vây do không thể có đường liên kết trực tiếp từ nguồn đồng hồ đơn đó tới mỗi phần tử trong mạng nên thông tin đồng bộ của một nút mạng thường được lấy từ nút kề với nó .Nút mạng này tới lượt nó lại chuyển tín hiệu đồng bộ tới nút tiếp theo ,như vậy toàn bộ thiết bị trong mạng đều được đồng bộ.Bởi vì đồng hồ là phần tử rất quan trọng trong các mạng truyền dẫn đồng bộ nên cần phải có một nguồn khác dự trữ. Trong B-ISDN ,mỗi nút mạng cần có khả năng nhanh chóng chuyển sang sử dụng nguồn đồng bộ dự trữ trong trường hợp nguồn chính bị hỏng hay thiết bị bị mất đồng bộ trong một khoảng thời gian ngắn. Thông thường nguồn đồng bộ dự trữ nằm ngay bên trong nút mạng .Hình 4.5 minh hoạ một ví dụ đồng bộ trong mạng B-ISDN Nguồn đồng hồ dự trữ Nguồn đồng hồ dự Mguồn dồng hồ dự Nguòn đồng hồ dự trữ Thiếtbị Núttruynhập Nút mạng Nút mạng Nút Thiết đầu mạngATM ATM Truy bị cuối nhập đầu Nguồng đồng ATM cuồi Hồ chính Đường cung cấp nguồn đồng bộ chính Đường cung cấp nguồn đồng bộ dự trữ Hình 4.5:Cung cấp đồng bộ cho mạng truyền dẫn ATM 4.3.3 Ghép kênh tập trung dòng thông tin Trong bộ ghép kênh SDH các tế bào trống không được loại khỏi luồng thông tin đầu vào ,như vậy có nghĩa là bộ ghép không có chức năng xử lý các “container” SDH mang tế bào ATM( xem 3.6.2.1.2).Hình 4.6 trình bày một bộ ghép kênh SDH. 155,520Mb/s 1 STM-1 Bộ tập trung 155,520Mb/s ATM STM-1 155,520Mb/s P STM-1 Hình 4.6. Bộ tập trung ATM Ngược lại bộ tập trung ATM ,tất cả các tế bào trống đều được tách ra khỏi dòng tế bào mang thông tin có ích .Vì vậy dung lượng thôngtin tại đầu ra của bộ tập trung ATM nhỏ hơn tổng dung lượng thông tin đầu vào , điều này được minh hoạ trên hìng 4.6. Bộ tập trung ATM tháo các tế bào ATM ra khỏi khung truyền dẫn ( trên hìng vẽ là khung STM-1).Loại bỏ những tế bào trống hoặc bị lỗi sau đó ghép các tế bào mang thông tin hữu ích vào khung STM-1 . Trong thí dụ trên hình 4.6 tỷ lệ tập trung là 1/p,tuy vậy tỷ lệ này chỉ đúng với số p nhỏ (cho tới 8) và tốc độ truyền của dòng thông tin hữu ích tại mỗi nhánh không quá 20 Mb/s . 4.3.4 Phân luông và trung chuyển dòng tế bào Dường dây thuê bao Luồng A Luồng B Đường dây thuê bao Chuyển mạch địa phương Nút nối xuyên ATM Hình 4.7. Phân luồng thông tin ở nút nối xuyên Chức năng phân luông thông tin và trung chuyển dòng tế bào được thực hiện ở nút nói xuyên .cũng như chuyển mạch ATM ,nút nối xuyên có thể có dễ dàng liên kết các kênh ảo VC , đường ảo VP ở đầu vào với các VC,VP ở đầu ra và do đó cho phép thiết lập các cuộc nối kênh ảo VCC và cuộc nối đường ảo VPC qua mạng (xem 3.3.2.3) . Nó còn thực hiện các chức năng vận hành ,quản lý ,bảo dưỡng OAM cần thiết ở lớp vật lý và lớp ATM . Bộ nối xuyên có thể được sử dụng trong mạng truy nhập để phân tách luồng thông tin của khách hàng thành một luồng đi tới nút chuyển mạch địa phương và các luồng cố định đi tới một điểm nào đó trong mạng . Hình 4.7 minh hoạ việc phân luồng thông tin ở lớp nối xuyên . Trong khi chuyển ATM thiết lập và giải phóng cuộc nối thông qua các thủ tục báo hiệu thì nút nối xuyên lại được điều khiển bởi mặt phẳng quản lý . 4.4 Mạng truyền dẫn SONET /SDH SONET/ SDH là một hệ thống đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển B- ISDN . SONET (Synchronous Optical network ) là một giao diện truyền dẫn quang được hãng Bellcore đưa ra và được chuẩn hoá bởi ANSI (American Nation Standard institude ) . Tương đương với SONET , ITU-T cũng đưa ra chuẩn riêng của mình là hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH (Synchronous Digital Hứeachy ), Những tiêu chuẩn của hệ thống này nàm trong khuyến nghị G.707, G.708, G.709. Trong quá trình phát triẻn hai chuẩn truyền dẫn trên , người ta nhận thấy điều hết sức cần thiết là phải đồng nhất về mặt tiêu chuẩn cũng như yêu cầu của cả ITU-T cũng như ANSI . Cuối cùng hai tổ chức trên đã đi đến một thoả hiệp cho phép tạo tính tương thích giữa hai hệ thống SONET và SDH . Vì vậy về mặt cấu trúc cũng như tốc độ truyền , hai hệ thống này có rất ít điểm khác biệt về mặt thực tế , hệ thống SONET/ SDH được xây dựng và phát triển nhằm đạt một số mục đích sau :  Đưa ra các chuẩn phân cấp phân cấp truyền dẫn mới để có thể mang các kênh truyền dẫn cơ sở của cả CHÂU ÂU và BĂC MY (thí dụ : Cấp DS3 45,76 Mbps của BĂC MY hoặc kênh PCM 2.048 của CHÂU ÂU ).  Tạo nên các chuẩn truyền dẫn quang đồng nhất để kết nối thiết bị của các nhà sản xuất khácnhau .  Đưa ra khả năng giám sát , vận hành và bảo dưỡng mới .  Tạo ra giao diện thuận tiện , đơn giản với nút chuyển mạch , nút nối xuyên và bộ ghép / tách luồng thông tin .  Đưa ra một cấu trúc mền dẻo nhằm thoả mãn các dịch vụ đa tốc độ băng rộng của tương lai .  Cung cấp khả năng truy nhập dễ dàng vào một vài kênh thông tin nào đó nằm trong khối thông tin đa kênh tốc độ cao 4.5 Cấu trúc mạng truyền dẫn băng rộng 4.4.1 Cấu trúc mạng địa phương Cấu hình mạng địa phương đơn giản nhất là cấu hình hình sao . trong cấu hình này , mỗi thuê bao đều có một đường dây truy nhập riêng. Hinh 4.9 trình bày các cấu hình mạng địa phương khác nhau . Cấu hình hình sao kép,và hình vòng cũng đóng vai trò quan trọng trong mạng địa phương . Để tối ưu hoá luồng thông tin tới người sử dụng ,các đường truy nhập từ thuê bao thường được nối với bộ nối xuyên trước khi đi tới nút chuyển mạh cũng như các nơi khác nhau trong mạng Đầu cuối Đầu cuối Đầu cuối Chuyển mạch địa phương Đầu cuối Đầu cuối Chuyển mạch địa phương Đầu cuối Nút nối xuyên Đầu cuối Đầu cuối Mạng Đầu cuối Đầu cuối Chuyển mạch địa phương Hình 4.9 : Một số cấu hình mạng địa phương 4.4.2 Cấu trúc mạng trung kế Mạng trung kế là mạng dùng để liên kết các nút chuyển mạch ( hoặc mạng địa phương ) lại với nhau . Từ thuê bao , một cuộc gọi đường dài sẽ đợc truyền qua nút chuyển mạch địa phương và mạng trung kế để tới đợc thuê bao bị gọi . Mạng trung kế thường được tạo thành từ bộ nối xuyên và nút chuyển mạch ATM, trong đó các nút nối xuyên hoặc bộ ghép kênh dóng vai trò trung gian giữa chuyểnATM và cac thiết bị truyền dẫn SONET. Thiết bị này có nhiệm vụ biến đổi dòng tế bào ATM thành dòng thông tin quang thích hợp với đường truyền . Hình 4.10 là một ví dụ về Mạng trung kế. Chuyển Mạch ATM Nút nối Xuyên Nút nối Xuyên Chuyển Mạch ATM [...]...Nút Nối xuyên Chuyển Mạch ATM Luồng thông tin Tới mạng địa Phương Luồng thông tin Tới mạng địa Phương Thiết bị truyền dẫn Đường trung kế Luồng thông tin Tớí mạng địa Hình 4.10 Mạng trung kế 4.5 Tóm tắt chương này chúng ta đề cập đến tới các vấn đề có liên quan tới hệ thống truyền dẫn băng rộng và chức năng của chúng Các giao diện của mạng truyền dẫn và vấn đề đồng bộ mạng cũng đã được nghiên . B-NT2 4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM 4.3.2.1 Các tiêu chuẩn của hệ thống truyền dẫn Về nguyên tắc ,tế bào ATM có thể được truyền trên hệ thống truyền dẫn khác. 3.6.2.1.2 có hai hệ thống sẽ được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật truyền dẫn ATM là hệ thồng truyền dẫn trên cơ sở tế bào và hệ thống truyền dẫn đồng bộ mà