Nghiên cứu kiến trúc và tạo khung tín hiệu trong mạng truyền tải quang (OTN) (tóm tắt luận văn ngành kỹ thuật viễn thông)

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 THƠNG Mã số: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2020 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI TRUNG HIẾU Phản biện 1: ……………………………………… Phản biện 2: ………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng LỜI NĨI ĐẦU Sự phát triển khơng ngừng khoa học công nghệ làm cho truyền thông băng rộng trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng Sự phát triển mạnh mẽ Internet dẫn đến ngày nhiều số lượng người truy cập trực tuyến, chi phối lượng băng thông lớn để truyền liệu Nghiên cứu cho lực mạng với dung lượng cực lớn bắt đầu Sợi quang có băng thơng lớn, suy hao nhỏ ưu điểm chi phí thấp so với cáp đồng Các yêu cầu tái tạo khuếch đại nhỏ Khi yêu cầu băng thơng đường truyền lớn việc tiến hành truyền liệu sợi quang yêu cầu xây dựng hệ thống mạng quang hoàn chỉnh Mạng truyền tải quang đời nhằm đáp ứng yêu cầu với khả cung cấp đường truyền liệu lên từ 2.5Gbps, 10Gbps, 40 Gbps 100 Gbps đồng thời tích hợp nhiều loại liệu dạng 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 Nhận thấy tính thiết thực vấn đề gợi ý giảng viên hướng dẫn, chọn đề tài: “Nghiên cứu kiến trúc tạo khung tín hiệu mạng truyền tải quang (OTN)” để làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Nội dung luận văn 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 Miền Mạng Miền OTN Mạng Mạng IrDI IaDIs OTS OTS IaDIs OTS OTS OTS OTS OMS OMS OPS OMS OCh OCh OChr OCh OTU OTU OTU OTU OTS OMS ODU Khuếch đại quang Tái tạo 3-R Kết nối chéo/xen rẽ/ghép kênh Truy cập khách hàng OTS : Đoạn truyền tải quang ODU: Khối liệu kênh quang OMS : Đoạn ghép kênh quang OPS : Đoạn vật lý quang học OTU : Khối truyền tải quang IrDI : Giao diện liên miền Och IaDI : Giao diện miền nội : Kênh quang Ochr : Kênh quang rút gọn Hình 1.1: Cấu trúc lớp mạng truyền tải quang 1.1.1 Lớp kênh quang Lớp kênh quang cung cấp dịch vụ truyền tải từ đầu cuối tới đầu cuối cho đa dạng tín hiệu khách hàng (tế bào ATM, PDH 565 Mbit/s, SDH STM-N, gói IP, …), đồng thời cung cấp khả xuyên suốt từ đầu cuối tới đầu cuối 1.1.2 Lớp ghép kênh quang Lớp ghép kênh quang cung cấp cho mạng lực truyền tải nhiều bước sóng qua sợi quang hay lực truyền tải tín hiệu quang đa bước sóng 1.1.3 Lớp mạng truyền tải quang Lớp mạng cung cấp chức cho truyền dẫn tín hiệu quang môi trường quang khác (G.652, G.653 G.655) 1.2 Từ mã FEC OTN FEC G.709 xác định RS(255,239) Từ mã Reed-Solomon thường viết dạng RS(n,k) với ký hiệu gồm s-bit n tổng số ký hiệu từ mã, k kích thước liệu từ mã Một từ mã gồm byte liệu byte chẵn lẻ Các byte chẵn lẻ thêm vào liệu để phát sửa lỗi nhằm mục đích khơi phục tín hiệu đầu thu Với G.709: s = 8bit; n = 255 byte; k = 239 byte 1.3 TCM (Tandem Connection Monitoring) Giám sát SONET/SDH chia thành giám sát đoạn, tuyến đường Khả giám sát đoạn truyền dẫn từ mạng qua mạng khác hạn chế TCM OTN tăng cường khả giám sát toàn mạng 1.4 OTN công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng 1.4.1 Cơng nghệ WDM Mục đích ghép kênh phân chia băng thông truyền dẫn kênh truyền cho người dùng Ghép kênh phân chia theo bước sóng phân biệt tín hiệu kênh truyền dựa bước sóng Do có nhiều kênh truyền sợi quang mà không bị ảnh hưởng lẫn Phương pháp sử dụng để tận dụng hiệu băng thông sợi quang, từ làm tăng dung lượng hệ thống quang Đầu vào liệu Đầu vào liệu Phát quang λ1 Phát quang λ2 Sợi quang Sợi quang WDM MUX λ1 Thu quang λ2 Thu quang λ3 Thu quang WDM DMUX Đầu liệu Đầu liệu EDFA Đầu vào liệu Phát quang λ3 Đầu liệu Hình 1.2: Ghép kênh phân chia theo bước sóng sử dụng khuếch đại EDFA 1.4.2 OTN WDM Mạng truyền tải quang cho phép truyền tải tín hiệu khác nhờ cơng nghệ DWDM Quá trình xếp, ánh xạ kiểu tải trọng khác mạng OTN để truyền GbE STM-N ATM Ethernet IP DWDM thể Hình 1.3 Khối liệu (ODU) Đoạn quang vật lý Khối giao vận (OTU) Đoạn truyền dẫn quang (OTSn) OTM-0 WDM Kế thừa OCh Đoạn ghép quang (OMSn) OTM-n Hình 1.3: Ánh xạ kiểu liệu khác OTN vào WDM 1.5 Một số điểm bật mạng truyền tải quang 1.5.1 Độ trễ đảm bảo thấp 1.5.2 Khả mở rộng cao với băng thông đảm bảo 1.5.3 Tính bảo mật cao 1.5.4 Chuyển đổi mạng linh hoạt CHƯƠNG CẤU TRÚC KHUNG TÍN HIỆU TRONG OTN 2.1 Cấu trúc tín hiệu Clients (STM-n, ATM, IP, Ethernet, OTN ODUk) OPUk ODUkP ODUk ODUkT OTUk OTUkV OTUkV OTUk Ochr Och OMSn OPSn OTSn OTM-n.m Giao diện OTM với chức đầy đủ OTM-0.m, OTM-nr.m Giao diện OTM với chức rút gọn Hình 2.1: Cấu trúc tín hiệu OTN 2.1.1 Cấu trúc Och Kênh quang với chức đầy đủ (OCh) chức rút gọn (OChr) , lựa chọn cung cấp thông suốt kết nối mạng điểm khôi phục 3R OTN 2.1.2 Cấu trúc chức đầy đủ OTM-n.m OTM-n.m (n ≥ 1) chứa lớp sau đây: - Đoạn truyền dẫn quang (OTSn) - Đoạn kênh quang (OMSn) - Kênh quang chức đầy đủ (OCh) - Khối truyền tải quang chuẩn hóa chức hoàn toàn (OTUk/OTUkV) - Khối liệu kênh quang (ODUk) 2.1.3 Cấu trúc chức rút gọn OTM-nr.m OTM-0.m OTM-nr.m OTM-0.m chứa lớp sau đây: - Đoạn vật lý quang (OPSn) - Kênh quang chức rút gọn (OChr) - Khối truyền tải kênh quang chuẩn hóa chức chuẩn hóa hồn tồn (OTUk/OTUkV) - Khối liệu kênh quang (ODUk) 2.2 Ghép tín hiệu ánh xạ OTN OTUCn ×1 ×1 OPUCn ×1 ×10n ×10n ODTUGCn PT=22 ×1 ×1 OPU50 ×1 OPU50 ×[2.5n] ×n ODTUCn.ts ODUflex ODTUCn.1 ODTUCn.2 ODU50 ×1 ×40 ×20 ×5 ×1 ×[40/ts ] ×1 ODU4 (*) Null PRBS Độc quyền ODTUG50 PT=21 OTU25 ODTUCn.20 ≤10n ODUCn ×1 OTU50 ODTUCn.8 Null PRBS Độc quyền ODU0 ODU1 ODU2 ODU2e ODU3 OPUCn ×1 OPU25 ×1 OPU25 ODTU50.1 ODTU50.2 ODTU50.31 ODTU50.ts ODUflex Null PRBS Độc quyền ×1 ×20 ×10 ODTUG25 PT=21 ×2 ×[20/ts ] đến ODUCn ×1 OPU4 ODU1 ODU2 ODU2e ODU3 ODTU50.8 ODU25 ×1 ODU4 ODU0 ODTU25.1 ODU0 ODTU25.2 ODU1 ODTU25.8 ODU2 ODU2e ODUflex ODTU25.ts Tín hiệu khách hàng ×1 OTU4[V] ×1 ODU4 ×1 OPU4 ×1 ×80 ×40 đến ODUCn ODTUG4 PT=21 ×10 ×2 ×[80/ts] ODTU4.1 ODU0 ODTU4.2 ODTU4.31 ODU1 ODU2 ODU2e ODU3 ODTU4.ts ODUflex ODTU4.8 đến ODU4, ODUCn ×1 ODU3 ×1 ODU3 ×1 OPU3 Tín hiệu khách hàng ×1 OTU3[V] ×1 OPU3 ×1 ×16 ×4 đến ODU4, ODUCn ODTUG3 PT=21 ×1 ×32 ×3 ×[32/ts] ODTUG3 PT=20 đến ODU3, 4, ODUCn ODU2e ×1 ×16 ×4 ODTU13 ODU1 ODTU23 ODU2 ODTU3.1 ODU0 ODTU3.9 ODU2e ODTU3.ts ODUflex ODTU13 ODU1 ODTU23 ODU2 Tín hiệu khách hàng OPU2e đến ODU3, 4, ODUCn ×1 ODU2 ×1 ODU2 ×1 OPU2 Tín hiệu khách hàng ×1 OTU2[V] ×1 OPU2 ×4 ×1 ODTUG2 PT=21 đến ODU3, 4, ODUCn ×8 ×[8/ts] ODTU12 ODU1 ODTU2.1 ODU0 ODTU2.ts ODUflex ODTU12 ODU1 ×1 ODTUG2 PT=20 ×4 đến ODU2, 3, 4, ODUCn ×1 ODU1 ×1 ODU1 ×1 OPU1 Tín hiệu khách hàng ×1 OTU1[V] ×1 OPU1 ×1 ODTUG1 PT=20 ×2 ODTU01 ODU0 đến ODU2, 3, 4, ODUCn đến ODU1, 2, 3, 4, ODUCn đến ODU2, 3, 4, ODUCn ODU0 ODUflex Ghép ×1 ×1 OPU0 OPUflex ×1 ×1 Tín hiệu khách hàng Tín hiệu khách hàng Ánh xạ (*) Hỗ trợ ghép lên đến 10n tín hiệu ODUk (k=0,1,2,2e,3,4,flex thành OPUCn Hình 2.2: Cấu trúc ghép ánh xạ tín hiệu OTN Một tín hiệu máy khách (khơng phải OTN) ánh xạ vào OPU Tín hiệu OPU ánh xạ vào ODU tương tứng Tín hiệu ODU ánh xạ vào tín hiệu OTU [V] liên kết vào ODTU Tín hiệu ODTU ghép thành nhóm ODTU (ODTUG) Tín hiệu ODTUG ánh xạ thành OPU Tín hiệu OPU ánh xạ vào ODU tương ứng OPUk (k = 0,1,2,2e, 3,4, flex, 25,50) cấu trúc thông tin giống nhau, với tín hiệu máy khách khác OPUCn có cấu trúc thông tin khác với OPUk; cấu trúc thông tin OPUCn bao gồm n cấu trúc thông tin OPU OPUk thể cấu trúc thơng tin OPU Tín hiệu máy khách nhóm đơn vị nhánh liệu quang (ODTUG) ánh xạ vào OPU OPU ánh xạ thành ODU ODU ánh xạ thành OTU Tốc độ dạng tín hiệu hình 2.2 khuyến nghị G.709/Y.1331 2.3 Cấu trúc khung tín hiệu OPUk 2.3.1 Cấu trúc khung tín hiệu Cấu trúc khung OPUk (k = 0,1,2,2e,3,4,flex,25,50) thể hình 2.4 Cột Hàng 15 3824 17 Mào đầu OPUk 16 Vùng tải trọng OPUk (4x3808 bytes) Hình 2.3: Cấu trúc khung tín hiệu OPUk 2.3.2 Mào đầu OPUk Vị trí byte mào đầu OPUk thể hình 2.4 Cột 15 16 32 32 RES JC Hàng 17 32 18 32 3824 RES JC RES JC PSI NJO PJO OPUkOH PSI PT RES OPUk payload (4x3808) Reserved 255 Hình 2.4: Vị trí byte mào đầu OPUk JC 10 2.4.2 Mào đầu ODUk Vị trí mào đầu ODUk thể hình 2.7, 2.8 2.9 1 10 Frame alignment overhead 11 12 13 14 15 16 OTU overhead RES EXP TCM6 TCM5 TCM4 EXP OPU overhead TCM3 TCM2 TCM1 PM EXP GCC1 GCC2 RES PM TCM APS/PCC RES RES Cấu trúc khung ODU thứ ODUk ODUCn Cấu trúc khung ODU thứ …n ODUCn Hình 2.7: Mào đầu ODUk PM#2 tới n PM, PM#1 TTI BIP-8 SAPI 15 16 31 32 63 BEI RES BIP-8 STAT BEI PM TCM DAPI Nhà điều hành cụ thể 2 DMp BDI Hình 2.8: Mào đầu giám sát đường dẫn ODU RES 11 TCMi #2 tới n TCMi, TCMi #1 TTI BIP-8 SAPI 15 16 31 32 BEI 63 RES BIP-8 STAT 3 BEI/BEIA RES PM TCM DAPI Nhà điều hành cụ thể 2 DMt DMt DMt DMt DMt DMt 6 BDI Hình 2.9: Mào đầu giám sát kết nối tadem ODU 2.4.2.1 Các byte mào đầu giám sát đường dẫn của ODUk 2.4.2.1.1 Mào đầu nhận dạng dấu vết (TTI) Để giám sát đoạn, mào đầu TTI có byte định nghĩa để truyền tải tín hiệu TTI có 64-byte quy định mục 15.2 ITU-T G.7714.1 ODUk ODUCn chứa mào đầu ODU TTI 2.4.2.1.2 Sửa lỗi xen kẽ chẵn lẻ (BIP-8) Để giám sát đường dẫn, tín hiệu BIP-8 byte xác định mào đầu ODU PM Byte cung cấp mã parity-8 (BIP-8) xen kẽ bit 2.4.2.1.3 Chỉ thị phản hồi cố (BDI) Để giám sát đướng dẫn, tín hiệu BDI sử dụng bit BDI truyền tải trạng thái cố tín hiệu tách kết cuối phần thu, phát theo hướng nguồn phát tín hiệu 2.4.2.1.4 Chỉ thị phản hồi lỗi (BEI) Để giám sát đường dẫn, tín hiệu BEI dùng bit truyền phía phát số lượng khối xen kẽ -bit có lỗi BIP-8 2.4.2.1.5 Chỉ thị trạng thái giám sát (STAT) Để giám sát đường dẫn, bit trạng thái STAT định nghĩa gồm bit STAT thị diện tín hiệu bảo trì 2.4.2.1.6 Chỉ thị đo độ trễ (DMp) 12 Để giám sát đường dẫn ODUk, tín hiệu đo độ trễ DMp có bit định nghĩa, để truyền bắt đầu thử nghiệm đo lường độ trễ 2.4.2.1.7 Mào đầu dự phòng (RES) Để giám sát đường dẫn OTUCn, 12 bit mào đầu PM ODU OH # đến # n dành cho việc tiêu chuẩn hóa quốc tế tương lai Giá trị bit đặt thành "0" 2.4.2.2 Các byte mào đầu giám sát kết nối Tandem 2.4.2.2.1 Mào đầu nhận dạng dấu vết (TTI) Để giám sát kết nối Tandem, mào đầu nhận dạng dấu vết TTI sử dụng byte để truyền tải tín hiệu TTI có 64-byte quy định mục 15.2 ITU-T G.7714.1 cho TCM6 2.4.2.2.2 Sửa lỗi xen kẽ chẵn lẻ (BIP-8) Với trường giám sát kết nối Tandem, tín hiệu mã phát lỗi byte xác định mào đầu ODU TCMi Byte cung cấp mã parity-8 (BIP-8) xen kẽ bit 2.4.2.2.3 Chỉ thị phản hồi cố (BDI) Với trường giám sát kết nối Tandem, tín hiệu thị phản hồi cố BDI sử dụng bit BDI truyền tải trạng thái cố tín hiệu tách phần kết cuối kết nối Tandem, phát theo hướng nguồn phát tín hiệu 2.4.2.2.4 Chỉ thị phản hồi lỗi /chỉ thị phản hồi lỗi đồng tín hiệu đến (BEI/BEIA) Đối với trường giám sát kết nối đơi TCM, tín hiệu thị phản hồi lỗi BEI gồm bit tín hiệu thị lỗi đồng tín hiệu đến BIAE định nghĩa 2.4.2.2.5 Chỉ thị trạng thái giám sát (STAT) Đối với trường giám sát kết nối Tandem, sử dụng bít để định nghĩa trạng thái (STAT) 2.4.2.2.6 Chỉ thị đo độ trễ Dmti (i=1…6) Để giám sát kết nối đôi TCM ODUk, sử dụng bit thực chức đo độ trễ DMti TCM 2.4.2.2.7 Mào đầu dự phòng (RES) Để giám sát kết nối Tandem, 12 bit mào đầu TCMi TCMi OH # đến # n dành cho tiêu chuẩn hóa quốc tế tương lai Giá trị bit đặt thành "0" 2.4.2.3 Kênh thông tin chung (GCC1, GCC2) Hai trường byte đặt tiêu đề ODUk để hỗ trợ kênh truyền thông chung GCC1, GCC2 hai phần tử mạng với quyền truy cập vào cấu trúc khung ODUk 2.4.2.4 Kênh truyền thông bảo vệ chuyển mạch tự động (APS/PCC) 13 Một tín hiệu ODUk-APS/PCC có byte định nghĩa hàng 4, cột đến cột tiêu đề ODUk 2.4.2.5 Tiêu đề thử nghiệm (EXP) Hai byte đặt tiêu đề ODUk để sử dụng cho mục đích thử nghiệm Các byte đặt hàng 3, cột 13 cột 14 tiêu đề ODUk 2.5 Cấu trúc khung tín hiệu OTUk 2.5.1 Cấu trúc khung tín hiệu Cấu trúc khung tín hiệu OTU thể qua hình 2.10, 2.11, 2.12 Cột Hàng 1 14 15 3824 3825 4080 FA OH OTUk OH OTUk FEC (4x256 byte) SM SM 10 11 12 13 14 GCC0 Chỉ thị phản hồi cố Chỉ thị phản hồi lỗi Chỉ thị phản hồi lỗi đồng chỉnh liệu đến Sửa lỗi xen kẽ chẵn lẻ Định dạng điểm truy cập đích Đồng chỉnh khung Tín hiệu đồng chỉnh khung Kênh thơng tin chung Chỉ thị lỗi đồng chỉnh tín hiệu đến Tín hiệu đồng chỉnh đa khung Kênh thơng báo đồng OTN Mào đầu dự phòng Định dạng điểm nguồn truy cập Giám sát đoạn ghép Nhận dạng dấu vết TTI BIP-8 3 SAPI BEI/BIAE 15 16 6 IAE BDI FAS RES BDI BEI BIAE BIP-8 DAPI FA FAS GCC IAE MFAS OSMC RES SAPI SM TTI MFAS OSMC RES DAPI 31 32 Operator specific 63 Hình 2.10: Cấu trúc khung OTUk, đồng chỉnh khung mào đầu OTUk Cấu trúc khung OTUk (k = 1,2,3,4,4-SC) gồm hàng 4080 cột Nó dựa cấu trúc khung ODUk thêm phần mở rộng với chức sửa lỗi chuyển tiếp (256 cột thêm vào khung ODUk dùng cho FEC) Các byte mào đầu nằm xếp hàng cột đến 14 Cụ thể: - Cột đến hàng chứa mào đầu đồng chỉnh khung, đa khung (FA OH) 14 - Cột đến 14 hàng chưa mào giám sát đoạn ghép (SM), kênh thông tin chung (GCC), kênh báo hiệu đồng OTN (OSMC) mào đầu dự phòng (RES) Cột Hàng 1 14 15 3824 FA OH OTUk OH SM#1 BDI BEI BIAE BIP8 DAPI FA GCC STAT MFAS OSMC RES SAPI SM TTI FAS MFAS SM 10 11 12 13 14 GCC0 RES Chỉ thị phản hồi cố Chỉ thị phản hồi lỗi Chỉ thị phản hồi lỗi đồng chỉnh liệu đến Sửa lỗi xen kẽ chẵn lẻ Định dạng điểm truy cập đích Đồng chỉnh khung Kênh thông tin chung Chỉ thị trạng thái giám sát Tính hiệu đồng chỉnh đa khung Kênh thơng báo đồng OTN Mào đầu dự phòng Định dạng điểm nguồn truy cập Giám sát đoạn ghép Nhận dạng dấu vết TTI BIP-8 3 SAPI BEI/BIAE 15 16 6 BDI STAT DAPI 31 32 Operator specific SM#2 to n 63 RES BIP-8 3 BEI/BIAE RES Hình 2.11: Cấu trúc khung OTUCn, đồng chỉnh khung mào đầu OTUCn Cấu trúc khung OTUCn gồm n × hàng 3824 cột dựa cấu trúc khung ODUCn Các byte mào đầu xếp hàng từ cột đến cột 14 Cụ thể: - Cột đến hàng chứa mào đầu đồng chỉnh khung, đa khung (FA OH) - Cột đến 14 hàng chưa mào đầu giám sát đoạn ghép (SM), kênh thông tin chung (GCC), mào đầu dự phòng (RES) 15 Cột Hàng 1 14 15 3824 FA OH OTUk OH SM SM 10 11 12 GCC0 13 14 Chỉ thị phản hồi cố Chỉ thị phản hồi lỗi Chỉ thị phản hồi lỗi đồng chỉnh liệu dến Sửa lỗi xen kẽ chẵn lẻ Định dạng điểm truy cập đích Đồng chỉnh khung Tín hiệu đồng chỉnh khung Kênh thơng tin chung Chỉ thị lỗi đồng chỉnh tín hiệu đến Tín hiệu đồng chỉnh đa khung Kênh thông báo đồng OTN Mào đầu dự phòng Định dạng điểm nguồn truy cập Giám sát đoạn ghép Nhận dạng dấu vết TTI BIP-8 3 SAPI BEI/BIAE 15 16 6 IAE RES FAS OSMC BDI BEI BIAE BIP-8 DAPI FA FAS GCC IAE MFAS OSMC RES SAPI SM TTI MFAS BDI RES DAPI 31 32 Operator specific 63 Hình 2.12: Cấu trúc khung OUT 25 OTU 50, đồng chỉnh khung mào đầu OTU Cấu trúc khung OTU25 OTU50 gồm hàng 3824 cột dựa cấu trúc khung ODU25 ODU50 Các byte mào đầu nằm xếp hàng cột đến 14 Cụ thể: - Cột đến hàng chứa mào đầu đồng chỉnh khung, đa khung (FA OH) - Cột đến 14 hàng chưa mào đầu giám sát đoạn ghép (SM), kênh thông tin chung (GCC), kênh báo hiệu đồng OTN (OSMC) mào đầu dự phịng (RES) Sửa lỗi chuyển tiếp, mã hóa (ví dụ: xáo trộn), giải mã thứ tự truyền OTU25 OTU50 định cho giao diện OTN liên miền với mã ứng dụng Khuyến nghị cụ thể giao diện (ITU-T G.709.4) 2.5.3 Mào đầu đồng chỉnh khung 2.5.3.1 Tín hiệu đồng chỉnh khung (FAS) 16 Tín hiệu OTUk-FAS sáu byte (Hình 2.13) xác định hàng 1, cột từ đến mào đầu OTUk OA1 "1111 0110" OA2 "0010 1000" FAS OH Byte FAS OH Byte FAS OH Byte FAS OH Byte FAS OH Byte FAS OH Byte 6 81 81 81 OA1 OA1 OA1 OA1 OA1 OA1 Hình 2.13: Cấu trúc tín hiệu mào đầu đồng chỉnh khung 2.5.3.2 Tín hiệu đồng chỉnh đa khung (MFAS) Một số tín hiệu mào đầu OTUk ODUk trải dài nhiều khung OTUk / ODUk Một byte tín hiệu chỉnh đa khung (MFAS) xác định hàng 1, cột mào đầu OTUk / ODUk (Hình 2.20) Giá trị byte MFAS tăng lên khung OTUk / ODUk đa khung gồm 256 khung 2.5.4 Các byte mào đầu OTU Vị trí byte mào đầu OTU thể hình 2.14, hình 2.15 Cột 10 11 SM 12 13 14 15 GCC0 Mào đầu ODUk OSMC RES RES 16 Mào đầu OPUk Mào đầu đồng chỉnh khung Hàng Cấu trúc khung OUT#1 OTUk Cấu trúc khung OUT#1…#n OTUCn Hình 2.14: Mào đầu OTU SM #2 đến #n SM, SM#1 TTI BIP-8 BEI/BIAE 156 IAE SAPI BDI RES BEI/BIAE Operator specific 63 BDI 316 326 STAT TTI BIP-8 OTUk 166 DAPI OTUCn 3 BEI/BIAE RES 17 Hình 2.15: Mào đầu giám sát đoạn OTU 2.5.4.1 Mào đầu nhận dạng dấu vết (TTI) Để giám sát đoạn , mào đầu nhận dạng dấu vết TTI có byte định nghĩa để truyền tải tín hiệu TTI có 64-byte quy định mục 15.2 ITU-T G.7714.1 2.5.4.2 Sửa lỗi xen kẽ chẵn lẻ (BIP-8) Để giám sát đoạn , tín hiệu mã phát lỗi byte xác định mào đầu OTU SM Byte cung cấp mã parity-8 (BIP-8) xen kẽ bit 2.5.4.3 Mào đầu thị phản hồi cố (BDI) Tín hiệu thị phản hồi cố (BDI) dùng bit BDI truyền tải trạng thái bị cố tín hiệu tách khối chức kết cuối đoạn phát theo hướng nguồn phát tín hiệu 2.5.4.4 Chỉ thị phản hồi lỗi/chỉ thị phản hồi lỗi đồng tín hiệu đến (BEI/BEIA) Dùng bít để thị lỗi phản hồi lỗi đồng Tín hiệu truyền phía phát thể số lượng khối xen kẽ -bit có lỗi, lỗi phát phần giám sát đoạn OTU phía thu thơng qua kiểm tra BIP-8 2.5.4.5 Chỉ thị lỗi đồng chỉnh tín hiệu đến (IAE) Tín hiệu IAE có bit, xác định phép nút mạng đến S-CMEP thông báo cho nút mạng ngang hàng S-CMEP biết phát có lỗi đồng khung phát tín hiệu đến nút mạng phía phát 2.5.4.6 Mào đầu dự phòng (RES) Đối với giám sát đoạn OTUk, OTU25 OTU50, hai bit mào đầu SM dành riêng để tiêu chuẩn hóa quốc tế tương lai Chúng đặt thành "00" 2.5.4.7 Mào đầu thị trạng thái giám sát OTUCn (STAT) Đối với giám sát đoạn, ba bit định nghĩa bit trạng thái (STAT) Chúng cho biết diện tín hiệu bảo trì có lỗi đồng chỉnh đến nguồn S-CMEP 2.5.5 Kênh thông tin chung (GCC0) Hai byte OTU hỗ trợ kênh thông tin chung kênh khám phá miêu tả [ITU-T G.7714.1] điểm kết thúc OTU 2.5.6 Mào đầu dự phòng (RES) 18 Một byte mào đầu OTU cấu trúc khung OTU # dành cho trình tiêu chuẩn hóa quốc tế tương lai Byte nằm hàng 1, cột 14 đặt tất thành 2.5.7 Kênh thông báo đồng OTN (OMSC) Đối với mục đích đồng hóa, byte mào đầu OTU kênh thơng báo đồng hóa OTN để vận chuyển tin SSM, eSSM PTP giao diện SOTU MOTU CHƯƠNG KIẾN TRÚC MODULE TẠO KHUNG TÍN HIỆU TRONG OTN 3.1 Cấu trúc số khung tín hiệu điển hình 3.1.1 Cấu trúc khung STM-1, STM-n SDH F =  270 = 2430 Byte 125s FAS FAS FAS FAS 270 cột 1 RSOH dòng AU-nPTR FAS: Tín hiệu đồng chỉnh khung Vùng tải trọng MSOH 125s Hình 3.1: Cấu trúc khung STM-1 F = 2430 Byte  n 125s FAS FAS FAS FAS 270 cột  n 261 cột cột RSOH n  AU-PTR dòng Vùng tải trọng MSOH 125s Hình 3.2: Cấu trúc khung STM-n 3.1.2 Cấu trúc khung ATM Hình 3.3: Cấu trúc khung ATM 3.1.3 Cấu trúc khung Ethernet Cấu trúc khung Ethernet thể hình 3.4 64 bít 48 bít 48 bít 16 bít 46 đến 1500 byte 32 bít 19 Phần Địa Địa Loại mở đầu đích nguồn liệu lỗi khung sử dụng liệu Tải trọng Phát Hình 3.4: Cấu trúc khung Ethernet 3.1.4 Cấu trúc khung IP Cấu trúc khung tín hiệu IP thể hình 3.5 48 Mào đầu Dữ liệu Byte 12 12 GFC VPI VCI PT CLP HEC 12 16 VPI VCI PT CLP Bit HEC Giao diện UNI Bit Giao diện NNI 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 Hình 3.6: Cấu trúc khung tín hiệu IP 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 3.7 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 20 Hình 3.7: Cấu hình mạng truyền dẫn nút Tại nút mạng, giả sử nút 5, trình truyền tải thể hình 3.8 1-5 5-2 2-5 5-3 3-5 5-4 4-5 5-1 SDH, ATM, Ethernet, IP… Hình 3.8: Truyền tải tín hiệu nút mạng 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 3.2.2 Các khối thiết yếu Module tạo khung tín hiệu OTN Khung tín hiệu OTN tổng qt có cấu trúc thể hình 3.9 FA OTU OH OPU OH Tải trọng OPU FEC ODU OH Hình 3.9: Cấu trúc tổng quát khung tín hiệu OTN 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 21 3.3 Đề xuất kiến trúc Module tạo khung tín hiệu OTN 3.3.1 Sơ đồ kiến trúc n SDH ATM Ethernet Tách mào đầu IP 1÷n 1÷n Trao đổi thơng tin Điều khiển ĐIỀU KHIỂN TÍNH TỐN XỬ LÝ MÀO ĐẦU XỬ LÝ TRUNG TÂM BỘ NHỚ ĐỆM n FA OH CHÈN TẠO BIT TẠO FEC ÷ 4m Nguồn ÷ 4m ÷ 4m Hình 3.11: Sơ đồ kiến trúc Module tạo khung tín hiệu OTN 1÷m 1÷m 1÷m Lập khung (1#λ1) Lập khung (2#λ2) Lập khung (m#λm) Lập khung (1#λ1) 5-1 Lập khung 5-2 (2#λ2) Lập khung (m#λm) Lập khung (1#λ1) Lập khung 5-4 (2#λ2) Lập khung (m#λm) 22 3.3.2 Chức khối Module tạo khung tín hiệu OTN 3.3.3 Nguyên lý hoạt động Module tạo khung tín hiệu OTN Theo cấu hình mạng truyền dẫn nút (Hình 3.7) Giả sử có luồng STM-16 không 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 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 FEC khối xử lý trung tâm tính toán, 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 λ 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 tồn hàng (sau 12,24 μs), q 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 λ hướng 5-1, đồng 23 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 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 tồn hàng (sau 36,72 μs), q 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: 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 24 KẾT LUẬN Cấu trúc khung OTN theo G.709 nâng cao lực truyền tải khung có dung lượng truyền lớn khả truyền suốt, nâng cao lực quản trị thông qua khả quản lý đầu-cuối đến bước sóng, tăng khoảng cách truyền dẫn nhờ sử dụng FEC, hội tụ mạng IP DWDM giúp giảm thiểu lớp mạng, tích hợp quản trị mạng IP DWDM, tối ưu hóa thêm bước lực truyền tải lực quảng trị mạng Từ đáp ứng địi hỏi ngày cao truyền dẫn băng rộng đa dạng loại liệu Nội dung luận văn trình bày nội dung mạng truyền tải quang (OTN) như: Chương trình bày nội dung tổng quát mạng truyền tải quang (OTN) gồm cấu trúc lớp mạng, từ mã FEC, giám sát kết nối Tandem (TCM), mối quan hệ OTN WDM điểm bật OTN Chương trình bày cấu trúc tín hiệu bản, cách thức ghép tín hiệu ánh xạ dạng tín hiệu vào OTN, trình bày cấu trúc khung tín hiệu điển hình mào đầu khung tín hiệu Từ nội dung tổng quan chương 1, cấu trúc khung tín hiệu OTN chương để nghiên cứu, đề xuất kiến trúc Module tạo khung tín hiệu OTN chương Chương trình bày cấu trúc số khung tín hiệu điển hình (các gói tin đầu vào Module đóng khung tín hiệu OTN); đưa cấu hình mạng truyền dẫn, xác định trình trao đổi thơng tin nút mạng cấu hình mạng từ xác định vị trí, chức Module Kết hợp với cấu trúc khung OTN theo G.709 đề xuất kiến trúc Module tạo khung tín hiệu OTN 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 ... đề tài: ? ?Nghiên cứu kiến trúc tạo khung tín hiệu mạng truyền tải quang (OTN)? ?? để làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Nội dung luận văn 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... cấu trúc tín hiệu bản, cách thức ghép tín hiệu ánh xạ dạng tín hiệu vào OTN, trình bày cấu trúc khung tín hiệu điển hình mào đầu khung tín hiệu Từ nội dung tổng quan chương 1, cấu trúc khung tín