Nghiên cứu kiến trúc và tạo khung tín hiệu trong mạng truyền tải quang (OTN)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN KHẮC THIỆN NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC VÀ TẠO KHUNG TÍN HIỆU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG (OTN) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI - NĂM 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN KHẮC THIỆN NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC VÀ TẠO KHUNG TÍN HIỆU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG (OTN) Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS BÙI TRUNG HIẾU HÀ NỘI – NĂM 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Bùi Trung Hiếu Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận văn LỜI CẢM ƠN Luận văn khép lại trình học tập, nghiên cứu em Học viện Công nghệ Bưu Viễn Thơng Em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn khoa học, PGS.TS Bùi Trung Hiếu định hướng nghiên cứu tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo suốt trình thực luận văn Đồng thời em xin bày tỏ lòng biết ơn Lãnh đạo Học viện, thầy cô Khoa Đào tạo sau đại học, Khoa Viễn Thông Học viện Công nghệ Bưu Viễn Thơng Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 11 năm 2020 i MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG 1.1 Cấu trúc mạng truyền tải quang 1.1.1 Lớp kênh quang 1.1.2 Lớp ghép kênh quang 1.1.3 Lớp mạng truyền tải quang .3 1.2 Từ mã FEC OTN 1.3 TCM (Tandem Connection Monitoring) .5 1.4 OTN công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng 1.4.1 Cơng nghệ WDM .7 1.4.2 OTN WDM 1.5 Một số điểm bật mạng truyền tải quang 10 1.5.1 Độ trễ đảm bảo thấp .10 1.5.2 Khả mở rộng cao với băng thông đảm bảo 11 1.5.3 Tính bảo mật cao .11 1.5.4 Chuyển đổi mạng linh hoạt .12 KẾT LUẬN CHƯƠNG .14 CHƯƠNG 15 CẤU TRÚC KHUNG TÍN HIỆU TRONG OTN 15 2.1 Cấu trúc tín hiệu 15 2.1.1 Cấu trúc Och 15 2.1.2 Cấu trúc chức đầy đủ OTM-n.m 16 2.1.3 Cấu trúc chức rút gọn OTM-nr.m OTM-0.m 16 2.2 Ghép tín hiệu ánh xạ OTN 16 2.3 Cấu trúc khung tín hiệu OPUk 19 2.3.1 Cấu trúc khung tín hiệu 19 2.3.2 Mào đầu OPUk 20 2.3.3 Ánh xạ tín hiệu CBR2G5, CBR10G, CBR40G vào OPUk .22 2.4 Cấu trúc khung tín hiệu ODUk .26 ii 2.4.1 Cấu trúc khung tín hiệu .26 2.4.2 Mào đầu ODUk 26 2.5 Cấu trúc khung tín hiệu OTUk .35 2.5.1 Cấu trúc khung tín hiệu .36 2.5.3 Mào đầu đồng chỉnh khung .39 2.5.4 Các byte mào đầu OTU 40 2.5.5 Kênh thông tin chung (GCC0) 44 2.5.6 Mào đầu dự phòng (RES) 44 2.5.7 Kênh thông báo đồng OTN (OMSC) .44 KẾT LUẬN CHƯƠNG 45 CHƯƠNG 46 KIẾN TRÚC MODULE TẠO KHUNG TÍN HIỆU TRONG OTN 46 3.1 Cấu trúc số khung tín hiệu điển hình 46 3.1.1 Cấu trúc khung STM-1, STM-n SDH 46 3.1.2 Cấu trúc khung ATM 47 3.1.3 Cấu trúc khung Ethernet 49 3.1.4 Cấu trúc khung IP 51 3.2 Các khối chức thiết yếu Module tạo khung tín hiệu OTN .53 3.2.1 Vị trí, chức Module tạo khung 53 3.2.2 Các khối thiết yếu Module tạo khung tín hiệu OTN .54 3.3 Đề xuất kiến trúc Module tạo khung tín hiệu OTN 55 3.3.1 Sơ đồ kiến trúc 55 3.3.2 Chức khối Module tạo khung tín hiệu OTN 57 3.3.3 Nguyên lý hoạt động Module tạo khung tín hiệu OTN 58 KẾT LUẬN CHƯƠNG 61 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt APS Automatic Protection Switching Bảo vệ chuyển mạch tự động BDI Backward Defect Indication Chỉ thị phản hồi cố BEI Backward Error Indication Chỉ thị phản hồi lỗi BEIA Backward Incoming Alignment Chỉ thị phản hồi lỗi đồng tín Error hiệu đến BIP-8 Bit Interleaved Parity - level Sửa lỗi xen kẽ chẳn lẻ CLP Cell Loss Priority Độ ưu tiên tế bào CO Co-working Space Khơng gian làm việc CSF Client Signal Fail Tín hiệu lỗi khách hàng DAPI Destination Access Point Identifier Định dạng nguồn truy cập đích DMP Delay Measurement Path Chỉ thị đo độ trễ EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang Erbium EXP Experimental Thử nghiệm FA Frame Alignment Overhead Mào đầu đồng chỉnh khung FAS Frame Alignment Signal Tín hiệu đồng chỉnh khung FCS Frame Check Sequence Kiểm tra lỗi dư vòng FEC Forward Error Corection Sửa lỗi hướng thuận GCC General Communication Channel Kênh thông tin chung GFC Generic Flow Control Điều khiển luồng chung HEC Header Error Control Kiểm tra lỗi mào đầu IaDI Intra Domain Interface Giao diện miền nội IrDI Inter Domain Interface Giao diện liên miền JC Justification Control Điều khiển chèn MAC Media Access Control Điều khiển truy cập phương tiện iv MFAS Multiframe Alignment Signal Tín hiệu đồng chỉnh đa khung M SOH Multiplex Section Overhead Mào đầu đoạn ghép NJO Negative Justification Opportunity Chèn âm NNI Network Network Interface Giao diện mạng – mạng OAM Operations, Administration and Khai thác, quản lý bảo dưỡng Maintenance OCh Optical Channel with full Kênh quang với đầy dủ chức functionality OChr Opcical Channel with Reduce Kênh quang rút gọn functionality ODU Optical Data Unit Khối liệu kênh quang OMS Optical Multiplex Section Đoạn ghép kênh quang OPS Optical Physical Section Đoạn vật lý quang học OPU Optical Payload Unit Khối tải trọng quang OSMC OTN Synchronisation Message Channel Kênh thông báo đồng OTN OTS Optical Transmission Section Đoạn truyền dẫn quang OTU Optical Transport Unit Khối truyền tải quang PCC Protection Communication Channel Kênh thông tin bảo vệ P- CMEP Path-Connection Monitoring End Điểm cuối giám sát kết nối đường Point dẫn PM Path Monitoring Giám sát đoạn PJO Positive Justification Opportunity Chèn dương PSI Payload Structure Identifier Định danh cấu trúc tải trọng PT Payload Type Loại tải trọng PTR Pointer Con trỏ RES Reserved for future international Mào đầu dự phòng cho tiêu R SOH standardisation chuẩn quốc tế tương lai Regeneration Section Overhead Mào đầu đoạn lặp v Định dạng điểm nguồn truy cập SAPI Source Access Point Identifier S-CMEP Section-Connection Monitoring Điểm cuối giám sát đoạn ghép End Point SFD Start Frame Delimiter Bắt đầu phân cách khung SM Section Monitoring Giám sát đoạn ghép SPRing Shared Protection Ring Dùng chung vòng bảo vệ STAT Satus Chỉ thị trạng thái giám sát TCM Tandem Connection Monitoring Giám sát kết nối chuyển tiếp TTI Trail Trace Identifier Mào đầu nhận dạng dấu vết UNI User Network Interface Giao diện người dùng – mạng VCI Virtual Circuit Identifier Định danh kết nối ảo VPI Virtual Path Identifier Định danh đường ảo WDM Wavelength Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo bước sóng DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Bảng bước sóng chuẩn hóa ITU Bảng 1.2 Một số ví dụ đại hóa SDH 13 Bảng 2.1 Điểm mã loại tải trọng 21 Bảng 2.2 Tạo JC, NJO PJO quy trình ánh xạ khơng đồng 23 Bảng 2.3 Tạo JC, NJO PJO quy trình ánh xạ đồng bít 23 Bảng 2.4 Giải ánh xạ JC, NJO PJO 24 Bảng 2.5 Định nghĩa BEI ODU PM 29 Bảng 2.6 Định nghĩa trạng thái ODU PM 29 Bảng 2.7 Định nghĩa BEI ODUk TCM 32 Bảng 2.8 Định nghĩa trạng thái ODUk TCM 33 Bảng 2.9 Cấp độ giám sát riêng APS/PCC cho đa khung 34 Bảng 2.10 Định nghĩa BEI/BIAE OUT SM 42 Bảng 2.11 Giải thích trạng thái OTUCn SM 43 vi Bảng 2.12 Băng thơng OSMC 44 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc lớp mạng truyền tải quang Hình 1.2 Hệ thống FEC điển hình Hình 1.3 Cấu trúc RS (255,239) Hình 1.4 Giám sát kết nối Hình 1.5 Giám sát chồng lấn kết nối ODUk Hình 1.6 Ghép kênh phân chia theo bước sóng sử dụng khuếch đại EDFA Hình 1.7 Sắp xếp khung GFP vào OPU-k Hình 1.8 Ánh xạ kiểu liệu khác OTN vào WDM Hình 2.1 Cấu trúc tín hiệu OTN 15 Hình 2.2 Cấu trúc ghép ánh xạ tín hiệu OTN 16 Hình 2.3 Phân lớp ghép tín hiệu OTN 19 Hình 2.4 Cấu trúc khung tín hiệu OPUk 19 Hình 2.5 Vị trí byte mào đầu OPUk 20 Hình 2.6 Ánh xạ tín hiệu CBR2G5, CBR10G CBR40G vào OPUk 23 Hình 2.7 Ánh xạ tín hiệu CBR2G5 vào OPU1 24 Hình 2.8 Ánh xạ tín hiệu CBR10G vào OPU2 25 Hình 2.9 Ánh xạ tín hiệu CBR40G vào OPU3 25 Hình 2.10 Cấu trúc khung ODUk 26 Hình 2.11 Mào đầu ODUk 26 Hình 2.12 Mào đầu giám sát đường dẫn ODU 27 Hình 2.13 Mào đầu giám sát kết nối tadem ODU 27 Hình 2.14 Tính tốn BIP-8 ODUk PM 28 Hình 2.15 Tính tốn BIP-8 ODUk TCM 31 Hình 2.16 Cấu trúc khung OTUk, đồng chỉnh khung mào đầu OTUk 36 Hình 2.17 Cấu trúc khung OTUCn, đồng chỉnh khung mào đầu OTUCn 37 50 Phần Địa Địa Loại Tải trọng Phát mở đầu đích nguồn liệu lỗi khung sử dụng liệu Hình 3.4: Cấu trúc khung Ethernet Cấu trúc khung Ethernet bắt đầu 64 bít mở đầu Chức byte để đồng bộ, xác định thời điểm bắt đầu khung tín hiệu Sau phần mở đầu địa đích địa nguồn Việc định địa kiểm soát Hiệp hội Tiêu chuẩn IEEE (IEEE-SA), tổ chức quản lý phần trường địa Khi định khối địa để nhà cung cấp mạng sử dụng, IEEE-SA cung cấp Mã nhận dạng có tổ chức (OUI) 24 bit * OUI mã nhận dạng 24 bit cấp cho tổ chức xây dựng giao diện mạng Việc cung cấp địa trình sản xuất tránh vấn đề hai nhiều giao diện Ethernet mạng có địa Đồng thời loại bỏ vấn đề quản trị cục dễ dàng việc quản lý địa Ethernet Nhà cung cấp định 24 bit tiếp theo, phải đảm bảo địa Địa 48 bit thu thường gọi địa phần cứng, vật lý giao diện Ethernet Nó cịn gọi địa “Điều khiển truy cập phương tiện” (MAC), hệ thống điều khiển truy cập phương tiện Ethernet bao gồm khung địa Tiếp theo 16 bit thị trường độ dài kiểu liệu Thông thường, trường sử dụng để xác định loại giao thức mạng thực trường liệu, ví dụ: TCP/IP Trường sử dụng để mang thông tin độ dài Sau 16 bít thị trường độ dài kiểu liệu trường tải trọng Trường tải trọng từ 46 đến 1500 byte Trường tải trọng phải dài 46 byte độ dài đảm bảo tín hiệu khung tồn mạng đủ lâu để trạm Ethernet hệ thống mạng xác định thời gian xác định Nếu tải trọng giao thức mang trường ngắn 46 byte, liệu đệm sử dụng để điền vào trường tải trọng 51 Cuối 32-bit FCS (Frame Check Sequence) kiểm tra lỗi dư vòng, trạm gửi ghép thêm bít thứ tự vào frame truyền đi, gọi FCS (Frame Check Sequence), cho frame kết chia hết cho số định trước Trạm nhận chia frame cho số định trước có số dư frame truyền bị lỗi yêu cầu phiên truyền khác Hiện có nhiều kiểu Frame Ethernet, phổ biến Ethernet II Framing ( gọi DIX Ethernet) Ethernet Version dùng trực tiếp từ Internet Protocol Định dạng khung Ethernet thể hình 3.5 56 bít bit 48 bít 48 bít 46 đến 1500 16 bít 32 bít byte Phần mở SFD đầu Địa Địa Loại Tải trọng Phát đích nguồn liệu lỗi khung sử dụng liệu Hình 3.5: Cấu trúc khung Ethernet II Về cấu trúc khung Ethernet V2 tương tự cấu trúc khung Ethernet nguyên thủy, khác có thêm bit SFD để đánh dấu kết thúc phần mở đầu điểm bắt đầu Frame Ethernet SFD thiết kế để phá vỡ mẫu bit phần mở đầu đánh tín hiệu bắt đầu Frame thực 3.1.4 Cấu trúc khung IP Cấu trúc khung tín hiệu IP thể hình 3.6 [6, tr.134] Version IP bit Header length 16 Type of Service bit Identifier of IP packet 16 bit Time to live (TTL) bit 24 Total IP packet length 16 bit Flags Fragment Offset Next level protocol IP header checksum bit 16 bit Source IP address 32 bit Destination IP address 32 bit Options of header Data 52 Hình 3.6: Cấu trúc khung tín hiệu IP Cấu trúc khung tín hiệu IP gồm phần: Phần mào đầu phần liệu Phần mào đầu chưa thông tin quản lý gói tin, phần liệu chưa thơng tin cần truyền tải đóng gói gói tin IP - Version IP (4 bit): Thể phiên hành IP dùng, giá trị khác với giá trị IP thiết bị nhận, thiết bị từ chối loại bỏ gói tin Có phiên IP sử dụng Ipv4 Ipv6 - Header length (4 bit): Thể chiều dài mào đầu, chiều dài nhỏ mào đầu IP 20 byte - Type of Service (8 bit): Các bit dùng cho QoS để đặc tả tham số yêu cầu dịch vụ - Total IP packet length (16 bit): Thể tồn độ dài tồn gói IP tính theo byte Kích thước nhỏ phần 20 byte lớn 65.535 byte - Identifier of IP packet (16 bit): Nhận dạng gói IP đưa vào gói IP hệ điều hành người gửi - Flags (3 bit): Cờ đầu dùng để thị đoạn phân mảnh gói IP - Fragement Offset (13 bit): Chỉ thị vị trí đoạn phân mảnh gói IP - Time to live (TTL) (8 bit): Thời gian tồn gói tin để tránh tình trạng bị lặp (loop) mạng TTL thường có giá trị 32 64, giá trị giảm đơn vị liệu qua Router - Next level Protocol (8 bit): Chỉ giao thức sử dụng để truyền liệu tầng Các giao thức TCP, UDP, v.v… - IP header checksum (16 bit): Kiểm tra phần mào đầu gói liệu IP - Source IP address (32 bit) Destination IP address (32 bit) thị địa nguồn IP địa IP đích 53 - Option of header: Phần tiêu đề tùy chọn người gửi yêu cầu, thường thể độ an tồn bảo mật Nó thể bảng định tuyến mà gói IP qua ghi lại đường truyền v.v… Hai phiên hành gói IP IPv4 IPv6 Sự khác biệt lớn phiên thể qua phần mào đầu chúng Phần mào đầu IPv4 IPv6 thể hình 3.7 Mào đầu IPv4 Header Version length Type of Service Mào đầu IPv6 Total Length Version Traffic Class Fragment Identification Time to Live Flags Protocol Payload Length Offset Flow Label Next Header Hop Limit Header Checksum Source Address Source Address Destination Address Options Padding Phần không thay đổi Phần không giữ IPv6 Destination Address Tên vị trí thay đổi IPv6 Phần IPv6 Hình 3.7: So sánh cấu trúc khung tín hiệu IPv4 IPv6 3.2 Các khối chức thiết yếu Module tạo khung tín hiệu OTN 3.2.1 Vị trí, chức Module tạo khung Xét mạng mạng truyền dẫn quang có cấu hình hỗn hợp, gồm nút hình 3.8 Giả sử rằng, đoạn truyền dẫn i-j (i=1, 2, ,5; j=5, 4, , i≠j) truyền dẫn hướng hướng có m bước sóng truyền tải khung OTN 54 Hình 3.8: Cấu hình mạng truyền dẫn nút Tại nút mạng, giả sử nút 5, trình truyền tải thể hình 3.9 1-5 5-2 2-5 5-3 3-5 5-4 4-5 5-1 SDH, ATM, Ethernet, IP… Hình 3.9: Truyền tải tín hiệu nút mạng Hình 3.9 cho thấy, nút có bước sóng truyền thẳng (từ nút qua nút đến nút 3; từ nút qua nút đến nút 4, ) bước sóng tách (rẽ), ghép (xen) Từ bước sóng tách ra, gói tải SDH,IP, ATM, tách từ khung tín hiệu OTN đưa luồng nhánh tương ứng Tương tự, gói SDH, IP, Ethernet, từ luồng nhánh ghép vào khung OTN điều biến lên bước sóng ghép để truyền đến hướng yêu cầu Như vậy, Module tạo khung tín hiệu OTN nằm nút mạng, có chức tạo khung tín hiệu OTN từ gói tải đến từ luồng nhánh Hiển nhiên là, nút gói tải có đích đến hướng truyền, đến khoảng thời gian định đưa vào khung OTN Cùng lúc có nhiều khung OTN tạo thành (ví dụ, nút 5, lúc nhiều có tới 4m khung OTN tạo thành) 3.2.2 Các khối thiết yếu Module tạo khung tín hiệu OTN Khung tín hiệu OTN tổng qt có cấu trúc thể hình 3.10 FA OTU OH OPU ODU OH OH Tải trọng OPU FEC 55 Hình 3.10: Cấu trúc tổng quát khung tín hiệu OTN Ta thấy cấu trúc khung OTN gồm phần chính: Đồng chỉnh khung đa khung (FA), mào đầu, tải trọng mã sửa lỗi (FEC) Kết hợp với vị trí chức Module tạo khung tín hiệu OTN Module cần khối thực chức sau: - Xử lý tín hiệu mào đầu để xác đích đến tín hiệu, xác định độ dài khung tín hiệu để xếp chúng vào khung OTN - Tạo tín hiệu đồng chỉnh khung (đa khung), đồng thời tạo mào đầu OTU, ODU, OPU - Lưu trữ tồn phần tải trọng tín hiệu luồng nhánh trước xếp vào khung OTN - Tạo mã sửa lỗi dựa bit xếp vào khung phần trước khung Ngồi cịn số khối nhằm đảm bảo việc tạo nên khung OTN hoàn chỉnh (được trình bày phần 3.3) 3.3 Đề xuất kiến trúc Module tạo khung tín hiệu OTN 3.3.1 Sơ đồ kiến trúc Hình 3.11 thể sơ đồ kiến trúc Module tạo khung tín hiệu OTN nút mạng hình 3.8 Để thực tạo khung OTN trước đưa vào điều biến với bước sóng hướng truyến dẫn, Module có khối Xử lý trung tâm, Tạo bit, Tạo FEC, Bộ nhớ đệm, Trường chuyển mạch khối Tách mào đầu luồng nhánh, Lập khung Khối nguồn dùng chung cho tất thiết bị nút n SDH ATM Ethernet Tách mào đầu IP 1÷n 1÷n Trao đổi thông tin Điều khiển XỬ LÝ TRUNG TÂ TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN XỬ LÝ MÀO ĐẦ BỘ NHỚ ĐỆM n 56 Khối Xử lý trung tâm bao gồm khối Xử lý mào đầu, Tính tốn Điều khiển Khối Tạo bít có khối FA, OH Chèn Khối Bộ nhớ đệm có n nhớ dành riêng cho luồng nhánh đầu vào riêng rẽ Tốc độ ghi vào nhớ với tốc độ luồng nhánh, tốc độ đọc tốc độ truyền khung OTN tương ứng 57 Trường chuyển mạch không gian với (3×4m) đầu vào 4m đầu sử dụng Việc kết nối đầu vào với đầu nào, khoảng thời gian khối Xử lý trung tâm tính tốn điều khiển Tại hướng truyền, trước điều biến có Lập khung, nơi khung OTN có cấu trúc theo quy định hình thành Khối Tách mào đầu thực chất gồm n khối đặt luồng nhánh Tùy thuộc loại tải (SDH, IP, Ethernet, ) khối có cấu trúc hoạt động khơng hồn tồn giống 3.3.2 Chức khối Module tạo khung tín hiệu OTN Module tạo khung tín hiệu OTN gồm khối với chức cụ thể sau: - Khối tách mào đầu Khối tách mào đầu nhận tín hiệu luồng nhánh đầu vào, xử lý tách tín hiệu mào đầu đưa tới khối xử lý trung tâm Các tín hiệu luồng nhánh đầu vào đưa vào nhớ đệm tương ứng - Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm bao gồm khối con: Khối xử lý mào đầu, khối tính tốn khối điều khiển với chức cụ thể sau: Khối xử lý mào đầu thực xử lý mào đầu để xác định đích đến luồng nhánh, đồng thời thơng qua tín hiệu mào đầu để xác định độ dài luồng nhánh, từ tính tốn vị trí xếp luồng nhánh khung OTN Khối tính tốn thực thuật tốn để xác định tín hiệu đồng chỉnh khung (đa khung)…, từ mã sửa sai (FEC) tính tốn để xác định vị trí tín hiệu luồng nhánh khung OTN Khối điều khiển tạo tín hiệu điều khiển đóng mở kết nối trường chuyển mạch, đồng thời điều khiển trình hoạt động khối chức - Bộ nhớ đệm Bộ nhớ đệm lưu trữ tồn thơng tin luồng nhánh q trình chờ khối xử lý trung tâm tính tốn, xử lý việc tạo lập khung OTN 58 Sử dụng nhớ độc lập, tồn thơng tin luồng nhánh đầu vào lưu trữ vào nhớ tương ứng Thời điểm đọc thông tin khỏi ô nhớ thực điều khiển xử lý trung tâm - Khối tạo bit gồm khối FA, khối OH, khối chèn với chức năng: Khối FA tạo tín hiệu chỉnh khung, đa khung Khối OH tạo mào đầu cho khung OTN Khối chèn tạo bit chèn cần cho khung OTN - Khối tạo FEC Tạo bit sửa lỗi, đặt vị trí cố định khung (nếu cần thiết) Số lượng bit (byte) xác định thơng qua việc tính tốn xử lý trung tâm - Trường chuyển mạch Trường chuyển mạch đóng vai trị trung tâm trung chuyển Module tạo khung OTN Trường chuyển mạch bao gồm (3×4m) đầu vào 4m đầu nhằm đảm bảo đầy đủ kết nối cho hướng Điều khiển kết nối trường chuyển mạch nằm điều khiển xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch thực chuyển mạch không gian thời gian Thực chuyển mạch không gian trường chuyển mạch thiết lập kết nối để truyền tín hiệu (các bit) từ đầu vào đến đầu theo yêu cầu tạo khung Thời gian kết nối đầu vào đến đầu trường chuyển mạch phụ thuộc số lượng bit thông tin cần truyền qua q trình tạo khung tín hiệu OTN - Khối lập khung Thực đóng gói, xếp byte chức năng, vùng tải trọng vào vị trí xác định khung OTN - Khối nguồn Khối nguồn cung cấp nguồn điện chiều theo yêu cầu cho khối Module tạo khung hoạt động 3.3.3 Nguyên lý hoạt động Module tạo khung tín hiệu OTN 59 Theo cấu hình mạng truyền dẫn nút (Hình 3.8) Giả sử có luồng STM-16 khơng truyền thẳng theo hướng -2 mà thực rẽ (tách) để truyền theo hướng -1 Module phải thực xử lý, xếp luồng STM-16 vào khung OTN truyền dẫn bước sóng thứ tuyến 5-1 Tín hiệu STM-16 xếp cấu trúc khung OTN-1 (Hình 3.12) JC JC …………… 3824 3825 4080 FEC PJO ODU OH JC 17 Tải trọng OPU NJO RES OTU OH 16 RES FAS 15 RES … 14 PSI 1 … Hình 3.12 Cấu trúc khung tín hiệu OTN Độ dài khung tín hiệu OTN1 48.971 μs Như vậy, để truyền byte tín hiệu 48.971/(4080×4) ≈ 0.003 μs Quá trình xếp tạo khung OTN thực theo nguyên tắc từ trái qua phải, từ xuống theo thứ tự hàng - Quá trình hình thành cấu trúc khung OTN hàng thứ sau: Khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối khối tạo bit với khối tạo lập khung OTN cho bước sóng λ1 hướng 5-1, đồng thời điều khiển để khối tạo bit phát tín hiệu FAS (gồm byte, phát 0,018 μs) Tiếp theo, khối xử lý trung tâm điều khiển khối tạo bit phát tín hiệu OTU OH (gồm byte, phát trong 0,024 μs), phát Byte RES (gồm byte, phát trong 0.003 μs), phát Byte JC (gồm byte, phát trong 0.003 μs) Tiếp theo, khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối nhớ đệm có gói tín hiệu cần chuyển với khối lập khung OTN cho bước sóng λ1 hướng 5-1, đồng thời điều khiển để đọc 3808 Byte nhớ chuyển đến khối lập khung khoảng thời gian 11,424 μs 60 FEC khối xử lý trung tâm tính tốn, điều khiển khối FEC tạo thành mã sửa lỗi cho khung tín hiệu OTN Sau ghép hết hàng đầu vùng tải trọng, khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối khối FEC với khối lập khung OTN cho bước sóng λ1 hướng 5-1 điều khiển để FEC phát 256 Byte phần đầu mã sửa lỗi đến khối lập khung khoảng thời gian 0,768 μs - Sau xếp hết toàn hàng (sau 12,24 μs), trình hình thành cấu trúc khung OTN hàng thứ thực Khối xử lý trung tâm điều khiển khối tạo bit phát tín hiệu mào đầu gồm: Phát tín hiệu ODU OH (gồm 14 byte, phát trong 0,042 μs), phát Byte RES (gồm byte, phát trong 0.003 μs), phát Byte JC (gồm byte, phát trong 0.003 μs) Tiếp theo, khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối nhớ đệm có gói tín hiệu cần chuyển với khối lập khung OTN cho bước sóng λ1 hướng 5-1, đồng thời điều khiển để đọc 3808 Byte nhớ chuyển đến khối lập khung khoảng thời gian 11,424 μs Sau ghép hết hàng thứ vùng tải trọng, khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối khối FEC với khối lập khung OTN cho bước sóng λ1 hướng 5-1 điều khiển để FEC phát 256 Byte phần mã sửa lỗi đến khối lập khung khoảng thời gian 0,768 μs - Sau xếp hết toàn hàng (sau 24,48 μs), trình hình thành cấu trúc khung OTN hàng thứ thực hiện: Khối xử lý trung tâm điều khiển khối tạo bit phát tín hiệu mào đầu gồm: Phát tín hiệu ODU OH (gồm 14 byte, phát trong 0,042 μs), phát Byte RES (gồm byte, phát trong 0.003 μs), phát Byte JC (gồm byte, phát trong 0.003 μs) Tiếp theo, khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối nhớ đệm có gói tín hiệu cần chuyển với khối lập khung OTN cho bước sóng λ1 61 hướng 5-1, đồng thời điều khiển để đọc 3808 Byte nhớ chuyển đến khối lập khung khoảng thời gian 11,424 μs Sau ghép hết hàng thứ vùng tải trọng, khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối khối FEC với khối lập khung OTN cho bước sóng λ1 hướng 5-1 điều khiển để FEC phát 256 Byte phần mã sửa lỗi đến khối lập khung khoảng thời gian 0,768 μs - Sau xếp hết toàn hàng (sau 36,72 μs), trình hình thành cấu trúc khung OTN hàng thứ thực Khối xử lý trung tâm điều khiển khối tạo bit phát tín hiệu mào đầu cuối khung gồm: Phát tín hiệu ODU OH (gồm 14 byte, phát trong 0,042 μs), phát Byte PSI (gồm byte, phát trong 0.003 μs), phát Byte NJO (gồm byte, phát trong 0.003 μs), phát Byte PJO (gồm byte, phát trong 0.003 μs) Tiếp theo, khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối nhớ đệm có gói tín hiệu cần chuyển với khối lập khung OTN cho bước sóng λ1 hướng 5-1, đồng thời điều khiển để đọc 3807 Byte cuối nhớ chuyển đến khối lập khung khoảng thời gian 11,421 μs Sau ghép hết hàng thứ vùng tải trọng, khối xử lý trung tâm điều khiển trường chuyển mạch kết nối khối FEC với khối lập khung OTN cho bước sóng λ1 hướng 5-1 điều khiển để FEC phát 256 Byte cuối phần mã sửa lỗi đến khối lập khung khoảng thời gian 0,768 μs Q trình lập khung tín hiệu cho khung OTN khác thực tương tự qua trình lập khung tín hiệu trình bày phần ngun lý KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày cấu trúc số khung tín hiệu luồng nhánh thực ghép vào khung tín hiệu OTN khung tín hiệu SDH, khung tín hiệu ATM, khung tín hiệu Ethernet, khung tín hiệu IP 62 Trong chương đưa sơ đồ cầu hình mạng truyền dẫn Từ sơ đồ xác định trình chuyển, nhận tín hiệu nút mạng mạng truyền dẫn Xác định vị trí, chức Module tạo khung tín hiệu OTN nút mạng, kết hợp với cấu trúc khung tín hiệu OTN cụ thể để đề xuất Module Module tạo khung tín hiệu phải thỏa mãn yêu cầu như: - Xác định đích đến luồng nhánh - Xác định vị trí xếp luồng nhánh khung tín hiệu OTN cụ thể - Tạo tín hiệu mào đầu - Tính tốn, tạo mã sửa lỗi FEC Quá trình tạo lập khung OTN dựa trình: Điều khiển trao đổi thông tin khối Module Một trường chuyển mạch đóng vai trị làm trung tâm trung chuyển Module tạo khung OTN Trường chuyển mạch gồm nhiều đầu vào nhiều đầu nhằm đảm bảo đầy đủ kết nối cho hướng Quá trình điều khiển thực đóng mở kết nối trường chuyển mạch mặt khơng gian nhằm xác định xác đích đến tín hiệu luồng nhánh Ngồi ra, kết hợp với q trình điều khiển thực đóng mở kết nối trường chuyển mạch mặt thời gian nhằm xếp xác vị trí byte chức năng, vị trí luồng nhánh vào khung OTN cụ thể Chương đề xuất kiến trúc Module cụ thể (Module tạo khung tín hiệu) Trên sở kiến trúc đề xuất, cần tiếp tục nghiên cứu, phát triển bảng mạch cụ thể để kiến trúc triển khai ứng dụng cho thiết bị OTN nút mạng thực tế KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu hướng dẫn, bảo tận tình PGS.TS Bùi Trung Hiếu kết hợp với nỗ lực thân, luận văn “ Nghiên cứu kiến trúc 63 tạo khung tín hiệu mạng truyền tải quang (OTN)” hoàn thành với số kết cụ thể sau: - Nêu nội dung mạng truyền tải quang cấu trúc, mã sửa lỗi hướng thuận (FEC), giám sát kết nối Tandem (TCM), mối quan hệ OTN công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) - Đưa số điểm bật mạng truyền tải quang - Trình bày cấu trúc số khung tín hiệu OTN vị trí, chức tín hiệu mào đầu khung - Trình bày cấu trúc số khung tín hiệu điển hình ghép khung tín hiệu OTN khung tín hiệu SDH, IP, Ethernet, ATM - Xác định vị trí, chức Module tạo khung tín hiệu OTN, từ nghiên cứu, đề xuất kiến trúc Module Do thời gian thực đề tài có hạn, kinh nghiệm nghiên cứu thân chưa nhiều chịu chi phối nhiều nhiệm vụ khác nên nội dung luận văn có phần chưa chi tiết, từ ngữ sử dụng thiếu mạch lạc Trong thời gian tới học viên tiếp tục cố gắng hồn thiện luận văn mình, trình bày rõ ràng, cụ thể nội dung phần, xây dựng thêm nhiều kịch để mô tả q trình đóng khung Module Học viên mong nhận ý kiến đóng góp nhà khoa học, đồng nghiệp bạn bè để hoàn thiện luận văn Hà Nội, tháng 11 năm 2020 Nguyễn Khắc Thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Cao Phán, Cao Hồng Sơn (2007), Ghép kênh tín hiệu số, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông 64 [2] Đỗ Văn Việt Em (2007), Kỹ thuật thông tin quang 2, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng [3] Nguyễn Đức Nhân, Trần Thủy Bình, Ngô Thu Trang, Lê Thanh Thủy (2013) Cơ sở kỹ thuật thơng tin quang, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Tiếng Anh [4] Charles E.Spurgeon (2.2000), Ethernet The Definitive Guide, Published by O'Reilly & Associates, Inc., 101 Morris Street, Sebastopol, CA 95472 [5] ITU-T Rec.I.361 (02/09), B-ISDN ATM layer specification [6] Libor Dostálek, Alena Kabelová, Understanding TCP/IP – A clear and comprehensive guide to TCP/IP protocols, Published by Packt Publishing Ltd, 32 Lincold Road, Olton, Birmingham –B27 6PA-UK [7] Rec ITU-T G.709/Y.1331 (06/2020) - prepublished version [8] Steve Gorshe Principal Engineer (2011), A Tutorial on ITU-T G.709 Optical Transport Networks (OTN) [9] Tymothy P.Walker AMC-USA, Optical Transport Network Tutorial Internet [10] Franck Chevalier, John Krzwicki and Mike Pearson, Optical transport network (OTN) and/ormulti-protocol label switching (MPLS)? That is the question Available: https://www.juniper.net/us/en/local/pdf/whitepapers/2000486-en.pdf [11] Netanel Gonen, Maayan Morali, Bar Ilan University School of Engineering VLSI Lap, OTN Framer Available: https://idoc.pub/documents/otn-framer-project-book-9n0k7r8zmp4v [12] White Paper (9.2016), SDH Network Modernization with OTN Available: https://www-file.huawei.com/-/media/corporate/pdf ... mạng truyền tải quang (OTN)? ?? gồm chương: Chương 1: Tổng quan mạng truyền tải quang Chương 2: Cấu trúc khung tín hiệu OTN Chương 3: Kiến trúc Module tạo khung tín hiệu OTN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG... TRUYỀN TẢI QUANG 1.1 Cấu trúc mạng truyền tải quang Theo quan điểm phân lớp, mạng chia thành lớp: Lớp kênh quang, lớp ghép kênh quang lớp truyền tải quang Cấu trúc tổng quát mạng truyền tải quang. .. khung liệu công nghệ trước khối truyền tải quang Cấu trúc khung việc xếp vị trí loại liệu cấu trúc khung OTN coi vấn đề có ý nghĩa quan tâm Nội dung ? ?Nghiên cứu kiến trúc tạo khung tín hiệu mạng