Tài liệu Đề tài “Ghép kênh trong SDH ” docx

Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng Mở đầu rong thời đại hiện nay, công nghệ viễn thông đã có những tiến bộ vợt 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 tơng tụ (analog). Các hệ thống này hoàn thiện dần và đợc tiêu chuẩn hoá thành các hệ thống cân đồng bộ PDH (Pleislochrouous Digital Hierachy) T Các hệ thống PDH phát triển chủ yếu trên cơ sở đáp ứng những dịch vụ thoại thông thờng. 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 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 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. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tiêu chuẩn hệ thống truyền dẫn mới dựa trên các 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 làm quá trình ghép kênh đơn giản hơn, linh hoạt hơn, giảm đáng kể lợng thiết bị trên mạng. Nó đợc nghiên cứu với mục đích cung cấp các giao diện tốc độ cao hơn cho các dịch vụ trong tơng lai trong khi đó vẫn hoàn toàn tơng thích với hầu hết mọi giao diện PDH đang tồn tại. Nó tạo ra khả năng quản lý tập trung nh một mạng truyền dẫn thống 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 bản báo 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 Em hoàn thành đồ án này. Sinh viên : Trần Yến Phơng 1 Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng Các thuật ngữ viết tắt SDH : 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 C : Container VC : Virtual Container TU : Tributary Unit TUG : Tributary Unit Group AU : Administrtive Unit 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 (tên gọi cũ: FERF - Remote Alarm) NPI : Non Pointer Indication BIP: Bit Interleaved Parity DEC : Data Communication Channel NE : Network Element SONET : Synchronous Optical Network 2 §å ¸n tèt nghiÖp TrÇn YÕn Ph¬ng CCITT : Consultative Commite on International Telegraphy and Telephone ETSI : European Telecommunication Standards Institute TMN : Telecommunication Management Network SMX : Sychronous Multiplex SDXC : Sychronous Digital Cross Connect BITS : Building Intergrated Timing Supply Q : Quality P : Priority EXT : External CNET : Control Network LTE : Line terminal Equipment EST : External Sychronisation Interface RSU : Remote Subscriber Unit TM : Terminal Multiplexer 3 Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng 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 dụng phơng pháp ghép kênh theo byte đối với PCM 30/32 và ghép theo bit đối với ghép kênh 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 luồng thấp hơn với nhau. Bốn cấp truyền dẫn đầu tiên của châu Âu đợc CCITT công nhận làm tiêu chuẩn quốc tế. Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ nh hình 1-2. 4 PCM 30 MUX 2/8 1 2 3 4 MUX 8/34 1 2 3 4 MUX 34/140 1 2 3 4 MUX 140/565 1 2 3 4 565,128 Mbit/s K 30 K 1 K 2 2,048 Mb/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 PCM 24 K 24 K 1 K 2 Hình 1-2: Phân cấp số cận đồng bộ của Bắc Mỹ 63 Mb/s X4 45 Mb/s X7 405 Mb/s X9 Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng 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 dữ liệu trong một công ty đa quốc gia, cho một tờ báo phát hành trên toàn quốc . Nhng với 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 thành cao, 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 nghiệp vụ cho phép trong khung tín hiệu là đồng bộ khung, cảnh báo mật đồng bộ điều khiển chèn. * Tốc độ tiêu chuẩn hoá cho mạng viễn thông còn thấp 5 PCM 24 K 24 K 1 K 2 Hình 1-3: Phân cấp số cận đồng bộ của Nhật 63 Mb/s X4 32 Mb/s X5 100 Mb/s X3 400 Mb/s X4 140 34 140 34 8 2 2 8 34 8 34 8 140 LTE 140 LTE Hình 1-4 : Quá trình tách - Xen luồng 2Mb/s từ luồng 140Mb/s Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng Theo khuyến nghị của CCITT, tốc độ bit cao nhất đợc tiêu chuẩn hoá cho mạng viễn 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 đợc một xa lộ thông tin, phục vụ cho nhiều loại dịch vụ tạo truyền thông khác nhau thể hiện tính linh hoạt của truyền thông số. * Thiết bị cồng kềnh Thiết bị ghép kênh bậc cao và thiết bị đầu cuối đờng độc lập với nhau. Ví dụ nh trong hệ thống thông tin quang, thiết bị ghép kênh bậc cao và thiết bị đầu cuối quang độc lập với nhau, hơn nữa mã đờng của hai loại thiết bị này là khác nhau. Đầu ra của thiết bị ghép kênh là mã HDB 3 còn đầu ra thiết bị đầu cuối quang là 5B6B. * 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 sự khác biệt vê cả luồng cơ sở đến các cấp tốc độ cao. Sự khác nhau này gây ra khó khăn trong 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 thuật tiên 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 mạng hiện 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 nhiều năm trớc đây rất nhiều hãng sản xuất thiết bị truyền dẫn cáp quang đã phát triển các phơng pháp khác nhau để mã hoá cho tín hiệu riêng của họ. Điều này dẫn đến hậu quả là việc quy hoạch, khai thác, bảo dỡng, quản lý và khai thác mạng hết sức phức tạp. Trong hoàn cảnh đó, năm 1985 công ty BELLCORE là công ty con của công ty BELL tại Mỹ đã đề nghị một đẳng cấp truyền dẫn mới nhằm mục đích khắc phục các nhợc 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 ở châu Âu, Mỹ, Nhật, CCITT (nay là ITU - T) đã đa ra tiêu chuẩn quốc tế về công nghệ truyền 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, 6 Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng G708, G709 của CCITT định nghĩa một số tốc độ truyền dẫn cơ sở ở SDH. Tốc độ nhỏ nhất của SDH là 155 Mvit/s của luồng STM -1. STM (Synchronuos Transport Module - 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 bị truyền 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/ghép kênh trọn vẹn tín hiệu tốc độ cao. Điều này cho phép các ứng dụng nối xen rẽ và nối chéo kênh có hiệu quả. - Các kênh quản lý mạng cung cấp các khả năng quản lý, vận hành và bảo dỡng mạng đợc quản lí có hiệu quả. - Dễ dàng phát triển đến các mức ghép cao hơn. - Cho phép truyền tải các tín hiệu số ở các tốc độ bit xác định trong khuyến nghị ITU - T G.702 (loại trừ 8 Mb/s) và các tốc độ bit băng rộng. Điều này cho phép thiết bị SDH đợc đa vào mạng hiện tại một cách trực tiếp và một phạm vi rộng các dịch vụ. 7 SDH 6,3 Mbit/s140 Mbit/s 1,5 Mbit/s34 Mbit/s 45 Mbit/s2 Mbit/s Hình 1-5 : Cấu trúc truy nhập Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng - Tiêu chuẩn SDH định nghĩa độ cáp trung bình tiếp nhận bên trong thiết bị từ các nguồn cung cấp khác nhau. * Các nh ợc điểm của SDH - Kỹ thuật phức tạp hơn do cần phải ghi lại sự tơng quan về pha giữa tín hiệu luồng và mào đầu. - Do xuất phát từ Mỹ nên dung lợng không đảm bảo cho hệ thống tín hiệu CEPT. - 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. * So sánh sự khác nhau giữa PDH và SDH Có thể tóm tắt sự khác nhau giữa kỹ thuật PDH và kỹ thuật SDH nh sau: PHD SDH Bộ dao động nội dao động tự do Dao động nội đợc điều khiển đồng bộvới nguồn đồng hồ ngoài Ghép kênh không đồng bộ Ghép kệnh đồng bộ Ghép luồng theo nguyên lý xen bit Ghép luồng theo nguyên lý xen byte Truy xuất luồng riêng lẻ sau khi tách / ghép đến cấp tơng ứng. Truy xuất trực tiếp từ nguồn tốc độ cao hơn. * Các khuyến nghị của ITU - T về SDH G . 707 - Các tốc độ bit của SDH G . 708 - Giao diện nút mạng của SDH G . 709 - Cấu trúc ghép đồng bộ 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 8 Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng 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 hình thành 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 bằng bội số nguyên lần tốc độ cơ bản, các tốc độ của SDH đợc liệt kê trong bảng dới đây. Cấp SDH Tốc độ (Mb/s) stm 1 155,52 stm 4 622,08 stm 16 2488,32 stm 64 9953,28 9 Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng Chơng II: Cấu trúc bộ ghép SDH I-/ Cơ sở ghép kênh SDH Quá trình ghép kênh của SDH gồm hai đoạn độc lập đó là quá trình hình thành khối truyền dẫn đồng bộ cơ sở STM - 1 và sự hình thành các khối STM - N cấp cao hơn bằng cách xen byte các luồng STM - 1. 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-N các luồng nhánh 1,544 M; 2,048 M; 6,312 M; 34,368 M; 44,736 M; 139;763 M hay luồng có tốc độ tơng đơng AMT (asynchronous Transfer mode). Chức năng của các khối trong bộ ghép SDH đợc mô tả nh sau: a. Khối C - n (Container - n) Là đơn vị nhỏ nhất trong khung truyền dẫn, là nơi bố trí vào đó các luồng tín hiệu truyền dẫn thấp nhất nh là các luồng PDH, luồng hình, luồng số liệu. 10 Hình 2-1 : Sơ đồ ghép kênh theo khuyến nghị ITU - T VC - 2 VC - 12 VC - 11 C - 2 C - 12 C - 11 0 0 0 C - 3 TU - 2 TU - 12 TU - 11 TUG - 2 TUG - 3 VC - 3 0 TU - 3 VC - 3 VC - 4 C - 4 AU - 4 AU - 3 AUG STM - N x N x 1 x 3 x 3 x 1 x 7 x 7 x 1 x 3 x 4 Pointer Procesing Multiplexing Aliging Mapping 0 SDH Multiplexing structure [...]... 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 của ETSI nên không đề cập đến các chỉ tiêu của Nhật và Bắc Mỹ sdh multiplexing structure STM-1 AUG AU - 4 C-4 x3 TUG -3 x1 TU -3 x3 TU -12 34... The bit Synchronous mapping Hình 2-21 : Các chế độ ghép trong SDH * Ghép không đồng bộ: Luồng tín hiệu 2 Mb/s không đồng bộ với luồng tín hiệu SDH Trong mạng dùng chế độ này không thể truy nhập với các kênh 64 Kb/s một cách trực tiếp Kiểu ghép này rất phù hợp với các luồng 2 Mb/s PDH hiện nay * Ghép đồng bộ bit: Tốc độ bit đợc đồng bộ với tín hiệu SDH không đồng bộ các tín hiệu nhận dạng khung * Ghép... Khi cần thiết các byte này sử dụng cho các byte dữ liệu Trong trờng hợp này trong khung có bit điều khiển nhồi để thông báo cho đầu thu biết các byte nhồi không cố định có thể là byte dữ liệu b Khối VC - n (Vitual Container) : Container ảo VC = C + POH Chức năng của POH là mang thông tin bổ trợ thông báo vị trí nơi mà Container này sẽ đợc truyền đến Trong VC thì POH đợc gắn vào đầu khung và tại đầu... tốc độ của dữ liệu truyền đợc trong 125às là N x 9 x 270 byte STM - N Multiplex : STM -1 (AU - 4) AAA STM - 1 BBB STM - 1 CCC STM - 1 STM - N AU - 4 AU - 4 N AU - 4 CBAN CBA STM - N byte interleaved multiplex NNN STM - 1 AU - 4 9xN 261 x N ABC NABC N N 9 rows RSOH AUPTR MSOH .N 17 125às Đồ án tốt nghiệp Trần Yến Phơng III-/ Sắp xếp các luồng PDH thành STM -1 Trong cấu trúc ghép kênh của ETSI,... quản lý trạm lặp MSOH (Multiplex SOH) gồm 9 byte đầu tiên của hàng 5 đến hàng 9 phần này chứa 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 cho các thông tin quản lý thêm Khung STM-1 đợc truyền dẫn 8000 lần /1s là tốc độ... Trần Yến Phơng 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) C - 11 1.544 C - 12 2.048 C-2 6.312 C-3 44.736 C-3 34.368 C-4 139.264 Các Container C - n gồm có: - Các byte thông tin - 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... nghiệp Trần Yến Phơng PTR (pointer) dùng để xác định vị trí VC trong khung Cứ 1 khung 125 às sẽ có 1 byte pointer, byte pointer sẽ đợc gắn vào 1 vị trí cố định trong khung cấp cao hơn VC - 2 PTR 12 9 TU - 12 Hình 2-5 : Cấu trúc các TU TU - 3 = VC - 3 + PTR 3VC - 3 có thể đợc ghép vào VC -4 theo nguyên tắc xen từng byte sau đó đợc phát đi trong khung AU - 4 VC - 3 PTR 85 9 Hình 2-6 : Cấu trúc TU - 3... x3 TU -12 34 M C -12 2M VC -3 x7 TUG -2 140 M ATM C-3 VC - 4 VC -12 Hình 2-13 : Cấu trúc bộ ghép kênh SDH (ETSI) 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 bit chèn để điền đầy các trờng tin đồng thời cho phép bù sự lệch tầng giữa SDH và PDH bằng việc hiệu chỉnh 1-/ Sắp xếp luồng 140 Mb/s Sắp xếp luồng 140 mb/s vào STM -1 theo... luồng nhánh 2 Mbit/s trong 125 às đợc ghép vào C - 12 là 32 byte sau đó trong C - 2 độn thêm 2 byte không mang tin thành 34 byte Các bit và các byte chèn đợc sử dụng để duy trì kích thớc xác định cho khung VC- 12 VC - 12 tạo thành 1 đa khung 500às dùng chung 1 byte VC - 12 POH (byte V5) và đứng đầu đa khung, 3 khung còn lại có 1 byte độn cố định (R) đứng ở đầu khung ta có số byte trong một VC - 12 là... trúc khung SDH * Cấu trúc khung STM - 1 STM - 1 (Synchronous Transport Module -1): Môđun truyền dẫn đồng hồ mức 1 9 261 R SOH 3 1 AU - PTR 5 Trường tin STM - 1 MSOH Hình 2-10 : Cấu trúc khung STM - 1 Cấu trúc khung STM - 1 đợc sắp xếp gồm 9 dòng x 270 cột, chiều dài của hung là 125às, mỗi ô là 1 byte, các byte đợc truyền thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuống dới, trong mỗi byte bit nào có trong số . và nghiên cứu về đề tài Ghép kênh trong SDH bản báo cáo gồm nội dung sau: Chơng I : Giới thiệu chung về SDH Chơng II : Cấu trúc bộ ghép SDH Em xin chân. 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