Thiết kế chế tạo thiết bị truyền dẫn quang NG SDH đa dịch vụ ứng dụng vào mạng truy nhập của hệ thống viễn thông (tt luận văn ngành kỹ thuật viễn thông

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - LÊ THỊ XUÂN THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN QUANG NG-SDH ĐA DỊCH VỤ ỨNG DỤNG VÀO MẠNG TRUY NHẬP CỦA HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THƠNG Mã số: 08.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2020 Luận văn hoàn thành tại: Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ TUẤN LÂM Phản biện 1: PGS TS Bùi Trung Hiếu Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Tài Hưng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: 00 ngày 09 tháng 01 năm 2021 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Trước phát triển nhanh chóng cơng nghệ, đặc biệt yêu cầu ngày gia tăng việc tích hợp song song nhiều dịch vụ thiết bị Trong đó, hầu hết thiết bị sử dụng công nghệ SDH trước đáp ứng Sự đời công nghệ NG-SDH bước cải tiến dựa tảng SDH, nhằm mục tiêu giải vấn đề nêu Các thiết bị NG-SDH không cung cấp dịch vụ SDH PDH thông thường, mà cịn tích hợp thêm dịch vụ Ethernet/IP Điều cho phép người dùng sử dụng linh hoạt nhiều dịch vụ bổ sung EoS thiết bị mạng truy nhập Để làm điều đó, cơng nghệ NG-SDH chuẩn hóa tạo nút MSPP Một số hãng lớn đầu việc cung cấp thiết bị MSPP ECI, Fujitsu, ALU, Siemen, Tejas Cụ thể hệ thống sử dụng số lượng lớn dòng thiết bị ALU1642; BG20; HIT7020, TJ1400… Những thiết bị kể sử dụng rộng rãi hệ thống viễn thông Tuy nhiên, thiết bị thiết bị nhập ngoại, vòng đời sản phẩm phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất Khi xuất cố hỏng hóc, gặp nhiều khó khăn cơng tác sữa chữa, khắc phục Do đó, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị có tính kỹ thuật tương đương với dịng thiết bị kể nội dung cần thiết Với lý kể trên, chọn đề tài luận văn là: “Thiết kế chế tạo thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH đa dịch vụ ứng dụng vào mạng truy nhập hệ thống viễn thơng” Mục đích nghiên cứu Thiết kế hoàn chỉnh thiết bị truyền dẫn quang NG–SDH đa dịch vụ ứng dụng vào mạng truy nhập hệ thống viễn thơng đáp ứng tính tiêu kỹ thuật tương đương cho phép thay dòng thiết bị nhập ngoại kể Luận văn chia làm chương: Chương Tổng quan công nghệ truyền dẫn NG-SDH Chương Thiết kế xây dựng thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH Chương Đo kiểm đánh giá tiêu kỹ thuật thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH ứng dụng hệ thống viễn thơng CHƯƠNG – TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN NG-SDH Tóm tắt: Chương nghiên cứu lý thuyết vấn đề kỹ thuật có liên quan đến đề tài, chẳng hạn giao thức sử dụng cơng nghệ NGSDH Tiếp theo tìm hiểu kiến trúc mạng truy nhập sử dụng công nghệ NGSDH thực trạng việc nghiên cứu sản xuất thiết bị truyền dẫn quang NGSDH Việt Nam 1.1 Giới thiệu chung cơng nghệ NG-SDH 1.1.1 Giao thức đóng khung GFP GFP kỹ thuật đóng khung định nghĩa ITU-T G.7041, cho phép ánh xạ tín hiệu từ khách hàng lớp cao có độ dài thay đổi qua mạng truyền tải OTN, SDH/SONET PDH GFP thuật ngữ chung, xếp chồng hai hướng: Đối với hướng lớp GFP cho phép sử dụng kiểu công nghệ truyền tải nào, chuẩn hóa cho SDH OTN Cịn hướng cho lớp phía trên, GFP hỗ trợ nhiều kiểu gói khác Ip, khung Ethernet, khung HDLC PPP Giao thức đóng khung GFP làm tương thích luồng liệu khung đến luồng liệu định hướng byte cách xếp dịch vụ khác vào khung có mục đích chung, sau khung xếp vào khung SDH biết Chính điều cho phép ưu điểm việc phát sửa lỗi cung cấp hiệu sử dụng băng thông lớn so với thủ tục đóng gói truyền thống 1.1.2 Kỹ thuật ghép chuỗi ảo VCAT Ghép chuỗi trình gom băng tần X tải (C-i) thành tải có băng tần lớn hơn, trình cho băng tần lớn gấp X lần C-i Các tải ghép chuỗi mạng xử lí tải riêng biệt độc lập, nhà khai thác mạng truyền tải tự thực chức ghép chuỗi mà không sợ ảnh hưởng đến hệ thống sử dụng Có hai phương pháp ghép chuỗi: Ghép chuỗi liên tục ghép chuỗi ảo Bảng 1.1: So sánh hiệu sử dụng dịch vụ có không dùng VCAT Hiệu sử dụng Hiệu sử dụng Dịch vụ không dùng dùng VCAT VCAT Ethernet (10 Mbit) VC-3 > 20% VC-12-5v > 92% Fast Ethernet (100 Mbit) VC-4 > 67% VC-12-47v > 100% ESCON (200 MByte) VC-4-4c > 33% VC-3-4v > 100% Fibre Channel (1 Gbit) VC-4-16c > 33% VC-4-6v > 89% Gigabit Ethernet (1000 Mbit) VC-4-16c > 42% VC-4-7v > 85% Một số ưu điểm sử dụng VCAT: + Hiệu quả: Các kênh VCAT định tuyến độc lập thông qua mạng SDH sau nhóm lại nút đích, loại trừ việc tắc nghẽn sử dụng hiệu băng thơng + Có khả mở rộng: VCAT cho phép băng thông thay đổi phù hợp với tăng giảm nhỏ nhu cầu Dựa tốc độ liệu mong muốn, kênh VCAT thay đổi để phù hợp với băng thông sử dụng tránh lãng phí + Tính tương thích: Chỉ có nút nguồn đích cần nhận VCAT, nút lại mạng SDH mạng khơng cần biết nhóm ghép nối ảo Do VCAT truyền thẳng mạng SDH làm việc mạng sẵn + Duy trì dịch vụ: Trong nhóm VCAT, kênh định tuyến khác mạng, kênh có cố, kênh khác làm việc bình thường Do liên kết bị cố có kênh nhánh nhóm VCAT bị liên kết liệu tiếp tục cung cấp dịch vụ với băng thông bị giảm xuống 1.1.3 Cơ chế điều chỉnh dung lượng LCAS Như trình bày trên, ghép chuỗi ảo thực để tạo nên tải có dung lượng khác Mặc dù số lượng tải ghép chuỗi xác định trước cho phần lớn ứng dụng thực tế cần phân phát động số tải cho vài ứng dụng cụ thể LCAS chuẩn hoá ITU-T G.7042, thiết kế để thực chức LCAS đưa thêm loại bỏ số tải thành viên VCG, sử dụng lượng băng tần hiệu mà không làm ảnh hưởng đến liệu truyền tải LCAS giao thức báo hiệu thực trao đổi tin hai điểm kết cuối VC để xác định số lượng tải ghép chuỗi Với yêu cầu người sử dụng, số lượng tải ghép chuỗi tăng/giảm phù hợp với kích thước lưu lượng trao đổi nhằm tối ưu băng thơng Đặc tính hữu dụng nhà khai thác để thích ứng băng tần thay đổi theo thời gian, theo mùa…giữa định tuyến Cơ chế hoạt động LCAS dựa việc trao đổi gói điều khiển phát (So) thu (Sk) Mỗi gói điều khiển mơ tả trạng thái tuyến gói điều khiển Những thay đổi truyền tới phía thu để thu chuyển tới cấu hình nhận Gói điều khiển gồm loạt trường dành cho chức định trước chứa thông tin từ phát đến thu thông tin từ thu đến phát 1.2 Kiến trúc mạng truy nhập sử dụng công nghệ NG-SDH Thông thường mạng truyền dẫn quang hệ thống viễn thông phân chia thành lớp: lớp lõi, lớp biên lớp truy nhập Mạng truy nhập hệ thống SDH đảm bảo luồng có tốc độ thấp, chủ yếu giao diện STM1 PDH Giải pháp để thực nâng cấp từ mạng SDH trở thành mạng NG-SDH, bổ sung thêm thiết bị MSPP Tại đó, thiết bị sử dụng ngồi việc cung cấp dịch TDM truyền thống SDH hay PDH, cịn bổ sung thêm giao diện gói Ethernet lớp 1, lớp 2, MPLSTP, GigE, Fiber Channel Sử dụng giao thức GFP, LCAS VCAT đóng gói điều khiển băng thông dịch vụ Giao diện quang thiết bị thường có tốc độ từ STM-0/STS-1 đến STM-64/OC-192 Khảo sát mạng truy nhập nhận thấy số lượng thiết bị truyền dẫn MSPP lớn Chủ yếu thiết bị nhập ngoại hãng ECI, ALU Tejas Các thiết bị có chủng loại đa dạng, dung lượng từ 2,5G đến 10G, cung cấp dịch vụ TDM Ethernet lớp 1, lớp 2, MPLS-TP Số liệu thống kê chủng loại, số lượng trang thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH vận hành, khai thác hệ thống khảo sát sau: 1.3 Thực trạng nghiên cứu sản xuất thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH Việt Nam Như đề cập trên, hệ thống trang bị số lượng lớn thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH Đặc biệt mạng truy nhập, giải pháp sử dụng bổ sung nút MSSP dựa mạng truyền dẫn SDH truyền thống Tuy nhiên, tất thiết bị kể thiết bị nhập ngoại hãng lớn ECI, Fujitsu, ALU, Siemen Tejas mà cụ thể dòng thiết bị ALU 1642; ECI BG20; HIT 7020; NPT 1030, TJ1400… Những thiết bị kể sử dụng rộng rãi hệ thống viễn thông Tuy nhiên, thiết bị thiết bị nhập ngoại Khả bảo đảm kỹ thuật mạng lưới khó khăn hầu hết thiết bị hết khấu hao khơng cịn nhận hỗ trợ kỹ thuật hãng cung cấp thiết bị Do việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH thay thiết bị có mạng truy nhập đóng vai trò quan trọng việc nâng cao khả làm chủ trang thiết bị, góp phần tăng cường chủ động bảo đảm kỹ thuật cho trang bị, giảm thiểu yếu tố phụ thuộc vào doanh nghiệp nước ngoài, hãng cung cấp thiết bị viễn thơng Ở Việt Nam, chưa có doanh nghiệp sản xuất thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH, mà chủ yếu nhà phân phối cho hãng thiết bị lớn để cung cấp giải pháp thiết bị hệ thống 1.4 Kết luận chương Chương nêu vấn đề tổng quan công nghệ truyền dẫn NG-SDH Khái quát kỹ thuật then chốt cơng nghệ Ngồi ra, cịn trình bày kiến trúc mạng truy nhập ứng dụng công nghệ NG-SDH Nêu thực trạng nghiên cứu sản xuất thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH Việt Nam Như chương khái quát lên vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ NG-SDH, thống kê dòng thiết bị sử dụng mạng truy nhập đa dịch vụ hệ thống viễn thông, làm sở lý thuyết làm công cụ tham chiếu, so sánh để thiết kế thực xác thành cơng Chương – THIẾT KẾ XÂY DỰNG THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN NG-SDH Tóm tắt: Chương tiến hành nghiên cứu xây dựng đề xuất tiêu tính thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH Sau tiến hành thiết kế phần cứng hệ thống xây dựng phần mềm quản lý thiết bị 2.1 Nghiên cứu xây dựng đề xuất tiêu tính thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH 2.1.1 Chỉ tiêu kỹ thuật chung thiết bị Bảng 2.1: Chỉ tiêu kỹ thuật chung thiết bị STT Tham số ĐVT Chỉ tiêu VDC 36 đến 72 A Nguồn cung cấp Dòng tiêu thụ, lớn Giao diện quản lý console Giao diện quản lý mạng Phần mềm quản lý phần tử Kích thước cực đại (Rộng × Sâu × Cao) mm 483 × 375 × 44 Trọng lượng, lớn kg ≤8 Nhiệt độ làm việc o C ÷ 50 Độ ẩm làm việc, cực đại % 95 Ghi USB Ethernet Telnet/CLI, SSH/CLI, Web rack 19 inch, 1U 2.1.2 Chỉ tiêu kỹ thuật giao diện E1 Bảng 2.2: Chỉ tiêu kỹ thuật giao diện E1 STT Tham số Số giao diện E1 Mặt nạ xung Tốc độ truyền dẫn Trở kháng VT2/TU12 Map/DeMap Mode ĐVT Cổng Kb/s Chỉ tiêu 21 G.703 2048 ± 50 ppm Ω 120 Bit Asynchronous Ghi Cân 2.1.3 Chỉ tiêu kỹ thuật giao diện Ethernet Bảng 2.3: Chỉ tiêu kỹ thuật giao diện Ethernet Tham số STT ĐVT Chỉ tiêu Số giao diện cổng 08 Tốc độ Mbps 10/100 Tiêu chuẩn áp dụng Loại đầu nối Số VCG cho HO/LO VCAT-LCAS Giao thức LCAS Protocol G.7042/Y.1355 (2006) Đóng gói GFP-F G.7041, G.8040 Số kênh GFP-F ≤8 VLAN Ghi IEEE 802.3 RJ45 ≤8 802.1Q/802.1ad 2.1.4 Chỉ tiêu kỹ thuật giao diện SDH Bảng 2.4: Chỉ tiêu kỹ thuật giao diện SDH STT Tham số ĐVT Chỉ tiêu Số giao diện STM-1 Cổng Tốc độ truyền dẫn STM-1 Kb/s 155520 ± 20ppm Clock Reference Ghi SDH, E1, clock nội bộ, clock 2.2 Thiết kế phần cứng hệ thống NG-SDH đa địch vụ Tiến hành khảo sát loại thiết bị ECI BG20, Acatel ALU1642 HIT 7020 thấy phần cứng thiết bị phân chia thành cách bảng mạch Trong bảng mạch đảm nhiệm chức riêng đáp ứng giao diện khác thiết bị Các bảng mạch chức kết nối với bus liệu thông qua bảng mạch lưng Nhờ việc thiết kế hiệu chỉnh phần cứng thiết bị thuận tiện nhanh chóng Ngồi ra, việc phân chia bảng mạch theo sơ đồ khối chức cho phép đo kiểm riêng rẽ phần thiết bị q trình hồn thiện Đối với thiết bị truyền dẫn NG-SDH nghiên cứu thiết kế theo phương án phân chia khối chức Cụ thể thiết bị phân chia thành bảng mạch SDH, CPU-XCC, E1, EoS, POWER, OAM, BACK PLANE Nguyên lý hoạt động chung thiết bị: - Bảng mạch CPU-XCC có chức quản lý, điều khiển giám sát toàn thiết bị thực chuyển mạch dịch vụ với băng thơng tối đa 3×STM4 4×STM1 2,5Gbps Bảng mạch CPU thiết kế module CFPGA có chức tiếp nhận thông tin điều khiển CPU truyền tới đối tượng cần xử lý khối khác qua SPI, I2C, Local Bus, OHXC bus - Bảng mạch POWER có chức biến đổi nguồn 48 VDC từ đầu vào thành cách mức điện áp DC khác cung cấp cho tất bảng mạch lại thiết bị - Bảng mạch E1 có chức gom 21 luồng E1 thành luồng STM-1 giao tiếp với bảng mạch CPU - XCC - Bảng mạch EoS có chức chuyển đổi liệu Ethernet (8 luồng FE) thành luồng liệu SDH - Bảng mạch SDH có chức ghép/tách giao diện SDH đầu vào (tốc độ STM-1 STM-4) thành đường truyền thông (telecom bus) đến bảng mạch kết nối chéo XCC - Bảng mạch OAM thực chức cung cấp giao diện RJ45 để kết nối phục vụ quản lý cấu hình thiết bị - Bảng mạch BACK PLANE có chức cung cấp đường bus kết nối bảng mạch Ngoài ra, cịn có nhiệm vụ cung cấp nguồn từ bảng mạch POWER tới bảng mạch chức Ngoài thiết bị thiết dự phòng cho phép cắm nóng mạch CPU-XCC, POWER Phân tích thiết kế phần cứng cụ thể bảng mạch kể trình bày 2.2.1 Thiết kế bảng mạch CPU-XCC Sơ đồ khối chức bảng mạch CPU-XCC mơ tả hình 2.1 Minh họa page (SysClock & PCIe_CLK) CARD #1: XCC STM4 #1 bank113 19.44PN CARD CH bank113 STM4 #3 bank116 STM4 #4 116 PLL (Part2) 8T49N286B 155.52 PN FPGA XCC XC7200T-FFG1156 #8 PCIeSW #0 SPI bank213 38.88MHz (±0.5ppm) Oscilator clkref#2 19.44MHz (±0.5ppm) Oscilator PCIeCLK (100MHz) bank213 STM4 to Mate MCLK Tx&Rx signals OHXC BUS (5 slot) PCIe #1 POWER LOCAL BUS SYSH4 (5 slot) -Hot-Swap -Power Sequence - Công t PCIe #0 CFPGA XC7A200T-2FBG676C I2C BUSES(5 slot) I2C SPI CONNECTOR 8KHz RefCLK RCV CLKS (5 slot) Select M/S CLK 100MHz #0 #1 CPU P1020 SPI clkref#0,1 19.44PN 155.52 PN PLL (Part1) 8T49N286B 19.44PN&SysH4 to Mate CH MUX & BUF clkref#3 RTC Mate 19.44 & SysH4 #3 CARD Micro SD card #1 #2 #0 PCIeSW #10 #9 89H12NT12G2 01 ETH 10/100/1000Mbps (Mate XCC) 01 ETH 10/100/1000Mbps (OAM) TSEC#3->MATE TSEC#1->OAM DIAG RS232 Hình 2.1: Sơ đồ khối chức bảng mạch CPU-XCC Bảng mạch CPU-XCC bao gồm khối CPU, XCC CFPGA thực chức cụ thể: 2.2.2 Thiết kế bảng mạch POWER Bảng mạch POWER thiết kế dựa sơ đồ khối chức thiết bị Nguồn đầu vào sử dụng nguồn -48 VDC (-72 VDC ÷ -36 VDC) phổ biến trạm máy thông tin qua chuyển đổi nguồn từ -48 VDC sang 12 VDC cấp bảng mạch chức khác thông qua bảng mạch BACK PLANE thiết bị Hình 2.5: Sơ đồ khối bảng mạch POWER 2.2.3 Thiết kế bảng mạch E1 Sơ đồ khối bảng mạch giao tiếp E1 thể hình 2.7 CARD #2: 21E1 STM4 XCC0 19.44PN PCIe XC0 PCIe XC1 PLL (Part2) 8T49N286B FPGA 21E1 XC7200T-FBG676 PCIeMUX MAX4969 2.048MHz PCIeCLK (100MHz) OHXC SPI RCV CLK0 RCV CLK1 SysH4 Tx&Rx signals OHXC (XCC0&XCC1) 2.048MHz I2C (XCC0&XCC1) CONNECTOR 8KHz RCV CLK to XCC0&XCC1 CFPGA XC7A15T-1FTG256C LIU#1 XRT83VSH3 16 SPI#1 SPI#2 SYSH4 (XCC0) SYSH4 (XCC1) VCO 2.048MHz RefCLK #1 #2 2.048M 19.44PN (XCC0) 19.44PN (XCC1) 38.88MHz (±50ppm) Oscilator POWER SPI 19.44 PN 155.52 PN 19.44PN PLL (Part1) 8T49N286B TRANS& PROTECT DIODE (PULSE T1068) 160 PIN LHF LIU#2 XRT83VSH3 16 VCO 2.048MHz Hình 2.7: Sơ đồ khối bảng mạch E1 Bảng mạch E1 có chức gom 21 luồng E1 thành luồng STM-1, thiết kế công nghệ FPGA Chuỗi liệu 21 E1 độc lập từ IC LIU XRT83VSH316 bên thực ánh xạ (mapping) luồng số E1 thành tải trọng TU-12/VC-12 với việc thực tạo toàn bytes Low-Order Path Overhead cần thiết (V5, J2, N2, K4), tạo bít chèn cho mục đích đồng luồng E1 khung SDH hướng giao tiếp với khối chuyển mạch XCC 2.2.4 Thiết kế bảng mạch SDH Sơ đồ khối bảng mạch SDH trình bày hình 2.9 CARD #3: SDH STM4 XCC0 bank113 PCIe XC0 PCIe XC1 PCIeMUX MAX4969 PCIeCLK (100MHz) FPGA SDH XC7A200T-2FFG1156C bank216 PLL (Part2) 8T49N286B POWER bank213 bank216 SerDes OHXC SPI RCV CLK0 RCV CLK1 SysH4 Tx&Rx signals OHXC (XCC0&XCC1) SPI DATA I2C (XCC0&XCC1) CONNEC TOR 8KHz 19.44PN 155.52 PN RCV CLK to XCC0&XCC1 SYSH4 (XCC0) SYSH4 (XCC1) CFPGA XC7A15T-1FTG256C RefCLK I2C x #1 #2 19.44PN (XCC0) 19.44PN (XCC1) 38.88MHz (±50ppm) Oscilator TxDisable TxFault SPI 04 SFP CAGE 1X1 PRESS FIT 19.44PN 155.52 PN PLL (Part1) 8T49N286B Hình 2.9: Sơ đồ khối bảng mạch STM1 Frammer 2.2.5 Thiết kế bảng mạch EoS Bảng mạch EoS sử dụng chip giao tiếp vật lý cổng 10/100 Mbps RTL8208 hãng Realtek, luồng liệu đưa vào chip xử lý FPGA Xilinx dòng Artix7 XC7A200T-2FFG1156C qua giao diện SMII, giao diện điều khiển khiển sử dụng MDC/MDIO Sơ đồ khối bảng mạch EoS trình bày hình 2.10 DDR3 #1 DDR3 #2 CARD #4: EoS/EoP STM4 XCC0 19.44 bank113 PCIe XC0 PCIe XC1 FPGA EoS/EoP XC7A200T-2FFG1156C PCIeMUX MAX4969 PCIeCLK (100MHz) DDR3CLK (200MHz) TIMING BLOCK VCO 25MHz 0.5ppm bank216 SerDes OHXC SPI 125MHz RCV CLK0 RCV CLK1 SysH4 Tx&Rx signals OHXC (XCC0&XCC1) CONNEC TOR 8KHz PORTS SMII RxDs SPI SMII TxDs LEDS I2C (XCC0&XCC1) RCV CLK to XCC0&XCC1 SYSH4 (XCC0) SYSH4 (XCC1) CFPGA XC7A15T-1FTG256C 38.88MHz (±50ppm) Oscilator FE PHY (RTL8208BFLF) TRANS& RJ45 LED INDEX 02 SFP CAGE 1X1 PRESS FIT POWER SerDes RefCLK I2C #1 #2 19.44PN (XCC0) 19.44PN (XCC1) MDC MDIO SPI 19.44PN 155.52 PN PLL (Part1) 8T49N286B DATA Hình 2.10: Sơ đồ khối bảng mạch EoS 2.2.6 Thiết kế bảng mạch OAM Bảng mạch có chức làm mát cung cấp giao diện quản lý (OAM: operator, administration, management) cho thiết bị ; chứa giao diện: NMS, MGN, Alarm In, Alarm Out, BITS Data & Clk EOW (thoại công vụ) ; vị trí khe cắm số 10 Trong q trình hoạt động, bên thiết bị tỏa lượng nhiệt lớn Nguồn nhiệt chủ yếu phát từ mô đun nguồn, FPGA, CPU IC chuyển đổi vật lý Trong trình sản xuất phần tử tỏa nhiệt lớn gắn tản nhiệt theo khuyến nghị nhà sản xuất linh kiện Tuy nhiên để tăng tính ổn định tuổi thọ thiết bị cần lắp thêm hệ thống quạt tản nhiệt 2.2.7 Thiết kế bảng mạch BACKPLANE Bảng mạch BACK PLANE có chức cung cấp nguồn cho bảng mạch khác thiết bị Nguồn đầu vào -48 VDC biến đổi thành mức điện áp yêu cầu bảng mạch, sau đưa tới bảng mạch BACK PLANE để cung cấp tới bảng mạch chức Ngoài ra, chức quan trọng khác bảng mạch BACK PLANE cung cấp tất giao tiếp liệu điều khiển từ bảng mạch CPU-XCC tới bảng mạch lại Bao gồm PCIe, SPI, I2C, DCC, STM1, STM4… Thiết kế mạch EPROM có chức lưu địa chỉ, part number, serial number thiết bị Khi đổi card CPU giá trị không thay đổi (gắn liền với khung giá máy) Khi CPU cắm vào BACK PLANE, đọc thông tin từ EEPROM Ngồi cịn có chức nhận diện card cắm vào khe cắm, trừ khe cắm CPU-XCC POWER cố định, card cịn lại cắm bất kỳ 2.3 Xây dựng phát triển phần mềm quản lý điều khiển thiết bị 2.3.1 Phần mềm Khối CPU có chức điều khiển quản lý thiết bị thông qua hệ điều hành nhúng chip PowerPc P1020, thực giao tiếp với khối FPGA bảng mạch chức E1, SDH, EoS để điều khiển thực kết nối truyền dẫn theo yêu cầu từ người quản lý Sử dụng thư viện hàm API, cho phép người dùng thao tác tạo kết nối truyền dẫn thông qua việc thao tác trực tiếp đến ghi phần mềm FPGA bảng mạch a Chức lựa chọn nguồn đồng SSM: External Commands Outout QL Mode QL Mode S1 Quality Priority STM1-1-3-1 STM1-1-3-2 SETG STATUS E1-1-2-1 E1-1-2-2 E1-1-2-3 SSM State Machine Selected Clock E1-1-2-4 E1-1-2-5 BITS-1-3-1 Output QL BITS-1-3-2 PPM Out-Of-Range Signal Fail INTERNAL Hình 2.2: Sơ đồ máy trạng thái module SSM Lựa chọn nguồn clock từ nguồn độc lập đầu vào: Hệ thống SSM hỗ trợ nguồn clock source đề cử từ tín hiệu đầu vào STM-N, tín hiệu đầu vào PDH tín hiệu tham chiếu bên (đầu vào BITS) Sơ đồ máy trạng thái module SSM trình bày hình 2.12 b Chức bảo vệ MSP Tiêu chí điển hình để bắt đầu chế bảo vệ: - Phát có lỗi:LOS, LOF - Tín hiệu lỗi:BER - Suy giảm tín hiệu: BER cao - Lệnh từ người quản trị chuyển mạch thủ công cưỡng chuyển mạch Tập hợp lệnh để điều khiển hệ thống phân thành mức ưu tiên khác nhau: - Forced switch: có mức ưu tiên cao thường sử dụng người vận hành muốn bảo trì nâng cấp có tình trạng lỗi gây ảnh hướng đến kênh làm việc khác - LOS có mức ưu tiên cao hơn, thực tế BER cao xem LOS - Manual switch có mức ưu tiên thấp 2.3.2 Phần mềm CFPGA Khối CFPGA có chức chuyển đổi giao diện truyền thông điều khiển, thực lựa chọn nguồn đồng bộ, giao diện OH (Overhead) buses, trường chuyển mạch mức DS0 đóng khung lớp HDLC cho kênh DCN, giao tiếp với CPU qua giao diện Localbus 2.3.3 Phần mềm FPGA E1 Mapper Phần mềm FPGA E1 mapper có chức gom 21 luồng E1 thành luồng STM-1, thiết kế công nghệ FPGA Sơ đồ khối phần mềm E1 Mapper mô tả hình 2.15 1xSTM-1 from XCC Ser Des Ser Des CLK Synth DCM High Order Mapper + POH Low Order Mapper + OH (VC-12 mapper + TU-12) STM-1 Framer High Order DeMapper + POH Low Order DeMapper + OH (VC-12 mapper + TU-12) Configuration Registers 21 E1 Interfaces 1xSTM-1 to XCC STM-1 DeFramer CPU bus Hình 2.15: Sơ đồ khối phần mềm FPGA E1 mapper 2.3.4 Phần mềm FPGA SDH Framer Phần mềm FPGA SDH Framer có chức ghép/tách giao diện SDH đầu vào (ở STM-1/4) thành đường truyền thông (telecom bus) đến bảng mạch kết nối chéo XCC Phần mềm thực tính như: xử lý khung SDH, xáo trộn liệu, xử lý trỏ mức thấp mức cao Quá trình xử lý SDH tuân thủ tiêu chuẩn ITU-T SDH hỗ trợ cấu hình giao diện 1xSTM-4 4xSTM-1 hướng đường dây (SDH line side) 1xSTM-4 hướng kết nối đến XCC 2.3.5 Phần mềm FPGA EoS Phần mềm EoS có chức chuyển đổi liệu Ethernet (8 luồng FE) thành luồng liệu SDH Về phía FE, khối MAC xử lý khung Ethernet MAC trước lưu trữ chúng vào đệm riêng để đóng gói khung theo chuẩn HDLC GFP-F Xử lý khung MAC bao gồm phần mở đầu, SFD, Ethernet Header (DA, SA, Len/Type, Vlan), kiểm tra lỗi khung, loại bỏ phần đệm, tách FCS Chức kiểm soát luồng (flow control) thực quản lý đệm dựa thuật toán xử lý Leaky Bucket EoS hỗ trợ chức xử lý VCAT/LCAS Tổng số VCG hỗ trợ VCG cho SDH VCAT/LCAS 2.3.6 Phần mềm kết nối chéo FPGA XCC Phần mềm kết nối chéo FPGA XCC thực chức kết nối chéo (non-blocking), cấu hình kết nối chéo với băng thông tối đa 3xSTM4 4xSTM1 2,5 Gbps XCC cho phép cấu hình linh hoạt luồng liệu bất kỳ đầu mức tối thiểu VC-4/VC-3/VC-12 cấu hình ngẫu nhiên để kết nối với bất kỳ đầu vào VC-4/VC-3/VC-12 liên quan 2.4 Thiết kế khí vỏ hộp Thiết kế khí thực giống thiết bị TJ1400 Tejas, kích thước phù hợp lắp đặt rack 19 inch, với tất giao diện thực phía trước: Hình 2.20: Thiết kế khí mặt trước thiết bị Hình 2.21: Hình ảnh thiết bị sau chế tạo hoàn chỉnh 2.5 Kết luận chương Chương tiến hành nghiên cứu, khảo sát dòng thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH nhập ngoại sử dụng hệ thống Đề xuất tính tiêu kỹ thuật thiết bị cần nghiên cứu chế tạo Tiến hành thiết kế phần cứng hệ thống thiết bị, phân chia bảng mạch thiết kế phần cứng bảng mạch Chương tiến hành xây dựng phát triển phần mềm quản lý điều khiển thiết bị Đưa phương án thiết kế vỏ hộp, giao diện bên thiết bị Chương - ĐO KIỂM VÀ ĐÁNH GIÁ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ VÀ ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Tóm tắt: Chương tiến hành xây dựng kịch đo đo kiểm thiết bị sau chế tạo Kiểm tra tiêu kỹ thuật so với đề xuất ban đầu Đưa sơ đồ thử nghiệm đánh giá thiết bị, đề xuất ứng dụng thiết bị hệ thống viễn thông 3.1 Xây dựng kịch đo kiểm thiết bị sau chế tạo 3.1.1 Đo công suất phát quang 3.1.2 Đo độ nhạy quang 3.1.3 Đo trôi pha rung pha giao diện 3.1.4 Đo mặt nạ xung luồng E1 3.1.5 Đo tỷ lệ lỗi bit luồng E1 3.1.6 Đo kiểm tra dịch vụ Ethernet 3.1.7 Đo kiểm tính bảo vệ mạch vịng SNCP 3.1.8 Đo kiểm tính bảo vệ chuyển mạch MSP 1+1 3.2 Sơ đồ thử nghiệm đánh giá thiết bị Kết đo kiểm từ mục 3.1 cho thấy thiết bị sau thiết kế chế tạo đảm bảo đầy đủ tiêu, tính kỹ thuật bảng đề xuất 2.2, 2.3, 2.4 Tuy nhiên, để đánh giá mức độ đáp ứng thiết bị triển khai vào hệ thống, cần phải tiến hành thử nghiệm Sơ đồ đề xuất thử nghiệm biểu diễn hình 3.8 Hình 3.8: Sơ đồ thử nghiệm thiết bị hệ thống Kết thử nghiệm trạm đánh giá: Thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH sau thiết kế chế tạo đáp ứng tốt dịch vụ, cho phép thay tương đương với thiết bị BG20 ALU1642, TJ1400 triển khai hệ thống viễn thơng Tuy nhiên, q trình khai báo dịch vụ thử nghiệm chưa có giao diện người dùng nên cịn chưa thuận tiện Cần tiếp tục hồn thiện thời gian 3.3 Ứng dụng thiết bị hệ thống viễn thông Từ kết kiểm tra thiết bị trình bày mục 3.1 3.2 sở khẳng định khả đáp ứng thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH đa dịch vụ triển khai mạng truy nhập hệ thống viễn thông Để khẳng định thêm điều ấy, công việc triển khai thiết bị vào hệ thống viễn thơng theo sơ đồ hình 3.9 Với kết thu hình 3.10, kết luận thiết bị hoạt động tốt triển khai hệ thống viễn thông Thiết bị NG-SDH sau chế tạo thay tương đương thiết bị nhập ngoại BG20, ALU1642, TJ1420… Do thiết bị hồn tồn có đủ điều kiện sản xuất hàng loạt để biên chế sử dụng mạng truy nhập hệ thống viễn thông Việt Nam 3.4 Kết luận chương Chương tiến hành xây dựng kịch đo kiểm tra tiêu kỹ thuật thiết bị sau chế tạo hoàn chỉnh So sánh đánh giá với bảng tiêu đề xuất từ trước Sau đó, thực thử nghiệm thiết bị hệ thống, đánh giá tính tương thích khả đáp ứng so với dòng thiết bị nhập ngoại hoạt động Từ đề xuất ứng dụng thiết bị hệ thống viễn thông Việt Nam KẾT LUẬN Như sau thời gian nghiên cứu với nỗ lực thân hướng dẫn tận tình TS Vũ Tuấn Lâm, đề tài “Thiết kế chế tạo thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH đa dịch vụ ứng dụng vào mạng truy nhập hệ thống viễn thơng” học viên hồn thành với số kết sau: - Nắm kỹ thuật cơng nghệ NG-SDH Vai trị chức thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH mạng truy nhập hệ thống viễn thông - Nghiên cứu đề xuất tính năng, tiêu kỹ thuật thiết bị thiết kế dựa vào tiêu tính dịng thiết bị trang bị hệ thống - Thiết kế hoàn chỉnh phần cứng phần mềm thiết bị - Xây dựng mơ hình đo kiểm, thử nghiệm đánh giá thiết bị sau chế tạo, đối chiếu với bảng tiêu kỹ thuật đề xuất ban đầu Những hạn chế hướng phát triển đề tài: - Do thời gian thực đề tài có hạn, cơng việc nhiều, chịu chi phối nhiều nhiệm vụ khác nên chưa tối ưu thiết kế Thiết bị sau chế tạo chưa có phần mềm quản lý NE mà việc khai báo LCT - Trong thời gian tới học viên tiếp tục hoàn thiện đề tài mình, xây dựng phần mềm quản lý Thử nghiệm thời gian dài mạng truy nhập để đánh giá tính ổn định thiết bị sau chế tạo Học viên mong nhận góp ý nhà khoa học, đồng nghiệp bạn bè để hồn thiện đề tài  ... luận văn là: ? ?Thiết kế chế tạo thiết bị truy? ??n dẫn quang NG- SDH đa dịch vụ ? ?ng d? ?ng vào m? ?ng truy nhập hệ th? ?ng viễn th? ?ng? ?? Mục đích nghiên cứu Thiết kế hoàn chỉnh thiết bị truy? ??n dẫn quang NG? ? ?SDH. .. c? ?ng nghệ truy? ??n dẫn NG- SDH Chư? ?ng Thiết kế xây d? ?ng thiết bị truy? ??n dẫn quang NG- SDH Chư? ?ng Đo kiểm đánh giá tiêu kỹ thuật thiết bị truy? ??n dẫn quang NG- SDH ? ?ng d? ?ng hệ th? ?ng viễn th? ?ng CHƯ? ?NG. .. ? ?ng d? ?ng thiết bị hệ th? ?ng viễn th? ?ng Từ kết kiểm tra thiết bị trình bày mục 3.1 3.2 sở kh? ?ng định khả đáp ? ?ng thiết bị truy? ??n dẫn quang NG- SDH đa dịch vụ triển khai m? ?ng truy nhập hệ th? ?ng viễn