CHƯƠNG 4 LIÊN KẾT MẠNG VỆ TINH VỚI MẠNG TRÁI ĐẤT
4.7. Phân cấp mạng số đồng bộ (SDH)
Để hiểu đúng khái niệm về SDH/SONET, trước hết ta cần hiểu đúng thế nào là
đồng bộ, khơng đồng bộ và cận đồng bộ. Trong tập các tín hiệu đồng bộ, việc chuyển tiếp số liệu trong tín hiệu xảy ra ở chính xác cùng một tốc độ. Tuy nhiên vẫn cĩ sự
lệch pha giữa những lần chuyển giao của hai tín hiệu, và sự lệch pha này nằm trong giới hạn cho phép. Sự lệch pha này cĩ thể do suy hao, trễ thời gian hay jitter trong mạng truyền dẫn. Trong mạng đồng bộ, tất cả các đồng hồ đều tham chiếu đến một
đồng hồ chuẩn cơ sở PRC. Độ chính xác của PRC là 10-12 - 10-11 và được lấy từ đồng hồ nguyên tử Cesium.Hai tín hiệu số là cận đồng bộ nếu sự chuyển tiếp xảy ra gần như ở cùng tốc độ, và bất kỳ sự thay đổi nào cũng được cưỡng bức trong một giới hạn nhỏ. Ví dụ nếu cĩ hai mạng tương tác với nhau, xung đồng hồ của chúng cĩ thể lấy từ hai PRC khác nhau. Mặc dù các PRC này vơ cùng chính xác, nhưng vẫn cĩ sự khác nhau giữa hai loại. Điều này gọi là sự sai khác cận đồng bộ.Trong trường hợp mạng khơng đồng bộ, sự chuyển giao tín hiệu khơng nhất thiết phải xảy ra ở cùng tốc
độ. Trong trường hợp này, khơng đồng bộ cĩ nghĩa là sai khác giữa hai đồng hồ lớn hơn sai khác cận đồng bộ. Ví dụ, nếu hai đồng hồ lấy từ dao động thạch anh tự do, chúng được gọi là khơng đồng bộ. Phân cấp số cận đồng bộ SDH và mạng quang
đồng bộ SONET chỉ một tập hợp các tốc độ truyền dẫn bằng cáp sợi quang cĩ thể
truyền tải tín hiệu số với dung lượng khác nhau.
Người ta chấp nhận rộng rãi rằng một phương thức ghép kênh mới cĩ thể được
đồng bộ và khơng chỉ dựa trên việc chèn bit, gọi là PDH, mà cịn dựa trên việc chèn byte, là các cấu trúc ghép kênh từ 64kbit/s đến tốc độ cơ sở 1,544kbit/s (1,5Mbit/s) và 2,048kbit/s (2Mbit/s).SDH được định nghĩa bởi Viện tiêu chuẩn viễn thơng Châu Âu
(ETSI), được sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới. Nhật Bản và Bắc Mỹ cũng xây dựng các tiêu chuẩn về SDH riêng. SONET do Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ phát triển và được ứng dụng ở Bắc Mỹ.
4.7.1. Các chuẩn SDH
Tiêu chuẩn mới xuất hiện lần đầu tiên là SONET do cơng ty Bellcore (Mỹ) đưa ra, được chỉnh sửa nhiều lần trước khi trở thành tiêu chẩn SDH quốc tế. Cả SDH và SONET được giới thiệu rộng rãi giữa những năm 1988 và 1992. SDH được định nghĩa bởi Viện tiêu chuẩn viễn thơng Châu Âu (ETSI), được sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới. Nhật Bản và Bắc Mỹ cũng xây dựng các tiêu chuẩn về SDH riêng. SONET do Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ phát triển và được ứng dụng ở Bắc Mỹ.
Bảng dưới đây thể hiện các tốc độ tiêu chuẩn của SDH và SONET.Mặc dù SONET và SDH được đưa ra ban đầu cho truyền dẫn cáp quang, nhưng các hệ thống SDH hiện tại vẫn tương thích cao với cả SDH và SONET.
Tín hiệu SONET tốc độ bit Mbt/s Tín hiệu SDH Dung lượng
SONET Dung lượng SDH
STS-1, OC-1 51,840 STM-0 28DS1,hoặc 1 DS-3 21E1 STS-3, OC-3 155,520 STM-1 84DS-1, hoặc 3DS-3 63E1, hoặc 1E4 STS-12, OC-12 622,080 STM-4 336DS-1, hoặc12DS-3 252E1, hoặc 4E4 STS-48, OC-48 2488,320 STM-16 1344DS-1, hoặc 48DS-3 1008E1, hoặc 16E4 STS-192, OC- 192 9953,280 STM-64 5376DS-1, hoặc 192DS-3 4032E1, hoặc 64E4 Bảng : phân cấp đồng bộ SDH/SONET ANSI ITU-T Tín hiệu Tốc độ bit Số kênh Tín hiệu Tốc độ bit Số kênh
DS-0 64 Kbit/s 1 DS-0 64 Kbit/s 64 Kbit/s 1 64 Kbit/s
DS-1 1,544 Mbit/s 24 DS-0 E1 2,048 Mbit/s 1 E1
DS-2 6,312 Mbit/s 96 DS-0 E2 8,450 Mbit/s 4 E1
DS-3 44,7 Mbit/s 28 DS-1 E3 34 Mbit/s 16 E1
Bảng phân cấp khơng đồng bộ ANSI/ITU-T 4.7.2. Nguyên tắc ghép kênh
Hệ thống số đồng bộ được hình thành từ các hệ thống cận đồng bộ khác nhau, các hệ thống cận đồng bộ này cĩ thể thuộc hệ Châu Âu hoặc Bắc Mỹ. Đầu vào của các hệ thống đồng bộ cơ sở là các luồng cận đồng bộ cĩ tốc độ bít khác nhau, được ghép lại thành nhiều bước, mỗi bước lại được đưa vào các bit điều khiển, quản lý và phối hợp tốc độ. Khi đĩ, đầu ra được một luồng đồng bộ cơ sở. Các luồng đồng bộ cơ
sở được nâng lên N lần thành các luồng đồng bộ cấp N. Cấu trúc bộ ghép SDH như
hình 4.12
Cá
c chữ số trong hình này liên quan đến các tốc độ truyền dẫn cận đồng bộ như sau:
11Tương ứng với 1554 Kbit/s 12 Tương ứng với 2048 Kbit/s 21 Tương ứng với 6312 Kbit/s 22 Tương ứng với 8448 Kbit/s 31 Tương ứng với 34368 Kbit/s 32 Tương ứng với 44736 Kbit/s 4 Tương ứng với 139264 Kbit/s
Chữ số đầu tiên đại diện cho mức phân cấp truyền dẫn như quy định trong G702-"Tốc độ bit của các cấp truyền dẫn số", và chữ số thứ hai đặc trưng cho tốc độ
thấp hơn (1) và cao hơn (2). Cịn chữ số 4 là mức thứ 4, bằng 140 Mbit/s cĩ trong tiêu chuẩn Châu Âu và Bắc Mỹ. Các khối cĩ ký hiệu và chức năng sau đây:
• C-n: (n = 1-->4) là các contener: Phần tử này cĩ kích thước đủ để chứa các byte tải trọng thuộc một trong các luồng cận đồng bộ.
• VC-n: là các contener ảo:
─ Contener ảo cơ sở (n = 1,2): gồm một C-n (n = 1,2) đơn cộng thêm các byte mang thơng tin điều khiển và giám sát tuyến nối hai VC-n này và gọi là POH.
─ Contener ảo bậc cao hơn VC-n (n = 3,4): gồm một C-n (n = 3,4) đơn và tập hợp các nhĩm khối nhánh (TUG-2S) hoặc một tập của TU-3S cùng với các byte mang thơng tin điều khiển và giám sát tuyến nối hai VC-n và được gọi là POH.
Con trỏ được sử dụng để tìm các phần khác nhau của AU và TU gọi là container ảo VC. Con trỏ AU xác định ở VC bậc cao hơn và con trỏ TU xác định ở
VC bậc thấp hơn. Ví dụ AU-3 gồm VC-3 cộng với một con trỏ, TU-2 gồm VC-2 cộng với một con trỏ.
Một VC là một thực thể tải chạy trên mạng được tạo ra và hủy đi ở điểm kết cuối dịch vụ hoặc ở gần điểm đĩ. Các tín hiệu lưu lượng PDH được ánh xạ tới các container với kích thước phù hợp với yêu cầu băng thơng, sử dụng các bit đơn để
bám tốc độđồng hồ khi cần thiết. Các POH được thêm vào sau đĩ cho mục đích quản lý, tạo một VC. Phần mào đầu này được bỏ đi sau khi VC bị hủy và tín hiệu gốc ban
đầu được tái tạo lại. Mỗi tín hiệu PDH được ánh xạ vơi VC của nĩ, và các VC với cùng kích thước khơng đáng kểđược ghép lại bằng cách chèn byte tạo thành tải SDH.
• TU-n (n = 1,2,3) là khối nhánh: gồm một VC cộng thêm một con trỏ khối nhánh. Con trỏ khối nhánh chỉ thị sự đồng bộ pha của VC-n đối với POH của VC mức cao hơn tiếp theo. Con trỏ khối nhánh cĩ vị trí cố định so với POH mức cao hơn.
• AU-3S (S = 1 hoặc 2) và AU-N (N=4): gồm một VC bậc cao cộng thêm con trỏ khối quản lý. Con trỏ khối quản lý cĩ vị trí cố định trong khung STM-1 và thể hiện quan hệ về pha của VC bậc cao hơn
4.7.3. Cấu trúc khung STM-1
Khung STM-1 bao gồm 2430 bytes và thường được chia làm hai vùng, tương
ứng với 9 hàng x 270 cột. Độ dài khung là 125 ms, tương ứng với tần số của khung là 8000 Hz. Tốc độ truyền dẫn của một byte trong khung là 64 Kbit/s. Khung STM-1 gồm 3 khối:
• Khối trọng tải Payload
• Khối con trỏ AU
• Khối SOH
Các byte trong khung STM-1 được truyền từng hàng một và truyền từ trái sang phải, bắt đầu từ hàng thứ nhất và cột thứ nhất. Như vậy, sau 9 byte SOH (trừ hàng 4 là 9 byte AU) là 261 byte tải trọng được truyền xen kẽ.
+ Phần điều khiển SOH: gồm cĩ 8x9 byte, gồm các byte cần thiết cho dịch vụ
như từ mã đồng bộ khung, các byte bổ sung để giám sát, điều khiển và quản lý.
+ Phần trọng tải : các tín hiệu phân nhánh, các tín hiệu POH trong khuyến nghị
G.703 của CCITT từ 2 Mbit/s đến 140 Mbit/s được truyền tải trong cùng tải trọng gồm cĩ 9x261 byte.
+ Phần con trỏ: Quan hệ thời gian giữa trọng tải và khung STM-1 được ghi lại nhờ con trỏ, ngồi ra nĩ cịn định vị các tín hiệu phân nhánh ở trong khối tải trọng. Do đĩ, sau khi diễn giải con trỏ một cách thích hợp thì cĩ khả năng truy nhập tới từng kênh của người sử dụng độc lập ở bất kỳ thời điểm nào, mà khơng cần tách luồng STM-1. Con trỏ ở hàng thứ tư, cột từ 1 --> 9 gọi là con trỏ vùng A, cịn con trỏ ở
hàng 1-->3 và cột 11-->14 gọi là con trỏ vùng B. Khung STM-1 cĩ độ dài 125ms, cĩ tần số là 8000 Hz, như vậy được truyền 8000 lần/s. Do đĩ, tốc độ bit của tín hiệu STM-1 là : 8000 x 9 x 270 x 8 = 155520 kbit/s
9 Byte (9 hàng)
Hình 4.13 Cấu trúc khung STM-1
Các mức cao hơn STM-N của phân cấp đồng bộ được hình thành bởi cách chèn byte vào phần tải của N tín hiệu STM-1, thêm các mào đầu gấp N lần mào đầu của STM-1 và lấp đầy với dữ liệu quản lý và giá trị con trỏ phù hợp.
Hình 4.14: cấu trúc khung STM-4
4.7.4. Ánh xạ từ PDH lên SDH
Khuyến nghị cũng định nghĩa cấu trúc ghép kênh nhờđĩ tín hiệu STM-1 cĩ thể
mang một số lượng bit tốc độ thấp như là tải trọng vì vậy cho phép tín hiệu PDH
đang cĩ được mang đi thơng qua mạng đồng bộ như trong hình 4.15
Hình 4.15 Ánh xạ từ PDH lên SDH
Tất cả các tín hiệu cận giữa 1,5Mbit/s và 140Mbit/s là phù hợp với cách mà họ
cĩ thể kết hợp từ dạng tín hiệu STM-1 đã được định nghĩa trong khuyến nghị G.709. SDH định nghĩa số lượng “container” tương ứng với mỗi tốc độ cận đồng bộ. Thơng tin từ tín hiệu cận đồng bộ sẽ được gắn vào các container tương ứng. sau đĩ mỗi container sẽ cĩ một số thơng tin điều khiển được biết đến như là mào đầu đường (POH) được gắn vào nĩ. Container cùng với POH hình thành nên container ảo (VC).
Trong mạng đồng bộ tất cả các thiết bịđều được đồng bộ với tồn thể đồng hồ
mạng đĩ là một chú ý quan trọng. Tuy nhiên, những trễ liên quan tới liên kết truyền thì thời gian cĩ thể khác một chút, kết quả là vị trí của container ảo trong khung cĩ thể khơng cố định. Những thay đổi này cĩ thể được điều chỉnh bằng cách liên kết con trỏ với mỗi VC con trỏ sẽ cho biết vị trí đầu của VC trong quan hệ của khung STM-1 nĩ cũng cĩ thể được tăng hoặc giảm phụ thuộc vào độ cần thiết để làm thích ứng vị
trí của VC.G709 định nghĩa các kết hơp khác nhau của container ảo mà cĩ thể sử
dụng để làm đầy vùng tải trọng của khung STM-1. Quá trình tải container và gắn mào
đầu được lặp lại trong nhiều mức của SDH kết quả là container nhỏ được chứa vào container lớn hơn, quá trình xử lý này được lặp lại cho tới khi kích thước lớn nhất của VC được làm đầy và sau đĩ nĩ sẽ được đưa vào trong tải trong của khung STM- 1(giới thiệu trong hình 4.15)
Khi phần tải trọng của khung STM-1 đầy, một số byte thơng tin điều khiển sẽ được thêm vào khung để tạo thành dạng “vùng mào đầu”. Mục đích của chúng là cung cấp kênh truyền thơng cho các chức năng chẳng hạn như OAM ,phương tiện và
điều chỉnh.
Khi được yêu cầu tốc độ truyền lớn hơn 155Mbit/s trong mạng đồng bộ, nĩ đạt
được bằng cách sử dụng mơ hình ghép kênh xen byte tương đối đơn giản, theo cách này cĩ thể đạt được tốc độ 622Mbit/s (STM-4) và 2.4Gbit/s (STM-16).
4.7.5. Lợi ích của SDH
SDH mang lại nhều lợi ích to lớn cho nhà cung cấp mạng:
• Tốc độ truyền dẫn cao: Tốc độ truyền dẫn cĩ thể đạt tới 10Gbit/s, do đĩ phù hợp với các mạng đường trục, mạng lõi.
• Chức năng xen/rẽ kênh đơn giản: so với PDH, SDH dễ dàng chèn các luồng tốc độ thấp vào luồng tốc độ cao, và cũng như lấy các luồng tốc đọ thấp hơn ra khỏi các luồng tốc đọ cao hơn.
• Khả năng đáp ứng cao và dung lượng phù hợp: với SDH, nhà cung cấp dễ
dàng và nhanh chĩng đáp ứng yêu cầu của khách hàng. Các phần tử mạng
được quản lý và điều khiẻn từ trung tâm, sử dụng hệ thống TNM.
• Độ tin cậy cao: mạng SDH hiện đại cĩ nhiều cơ chế bảo vệ và dự phịng khác nhau. Lỗi một phần tử trong mạng khơng thể gây lỗi tồn bộ hệ thống.
• Làm nền tảng của nhiều dịch vụ tương lai: Ngay bây giờ, mạng SDH đã là nền tảng cho các dịch vụ POTS, ISDN, di động...Nĩ cũng dề dàng đáp ứng
được các dịch vụ video theo yêu cầu, truyền hình số quảng bá...
• Kết nối dễ dàng với các hệ thống khác: Giao diện SDH được tiêu chuẩn hĩa tồn cầu, cĩ thể kết hợp nhiều phần tử khác nhau trong cùng một mạng và tương tác với các mạng khác dễ dàng.
Sắp tới, cơng nghệ ghép kênh phân chia theo bước sĩng DWDM sẵn sàng được sử dụng thay thế cho SDH. Cơng nghệ này cĩ thể truyền nhiều bước sĩng trong cùng
sợi quang đơn mode. Hiện tại cĩ thể truyền 16 bước sĩng, từ 1520nm đến 1580nm, do đĩ tốc độ truyền dẫn cĩ thể đạt tới 40Gbit/s và cao hơn nữa trên một sợi quang. Do đĩ, cĩ thể nĩi rằng DWDM là cơng nghệ truyền dẫn quang của tương lai.
4.7.6. Mạng quang đồng bộ
Tại bắc mỹ ANSI cơng bố chuẩn SONET mà được phát triển trong cùng khoảng thời gian sử dụng cùng nguyên tắc như SDH và cĩ thể coi như một nhĩm của chuẩn SDH trên tồn thế giới, tuy nhiên cũng cĩ một vài khác biệt khối cơ bản trong SONET là tín hiệu truyền dẫn đồng bộ mức 1(STS-1) mà nhỏ hơn ba lần STM-1 trong điều kiện tốc độ bit và kích thước khung nĩ cĩ cùng tốc độ bit 51,840Mbit/s với sĩng mang quang mức 1(OC-1). Khung STS-1 bao gồm 9*90 byte với khoảng thời gian của khung là 125 micro giây trong đĩ 3 cột được sử dụng như là mào đầu truyền dẫn và 87 cột như tải trọng STS-1 được gọi là bao thư dung lượng
4.7.7. SDH qua mạng vệ tinh-mơ hình intelsat
Các chuẩn ITU-T và ITU-R cùng với intelsat đã kí kết phát triển một loạt các cấu hình mạng SDH tương thích với vệ tinh hình thành nên phần của liên kết truyền dẫn. Nhĩm nghiên cứu số 4 ITU-R chịu trách nhiệm nghiên cứu tính ứng dụng của các khuyến nghị của ITU-R tới mạng truyền dẫn vệ tinh.SDH khơng được thiết kế
cho truyền dẫn các tín hiệu ở tốc độ cơ bản bởi vì sẽ gặp phải một thách thức lớn để
thực hiện và vận hành một hệ thống mạng vệ tinh tại tốc độ bit 155.520Kbit/s, các cấu hình mạng khác sẽ được nghiên cứu để cho phép các thành phần SDH liên quan hoạt động được tại tốc độ bit thấp bất kỳ khi nào cần để truyền tín hiệu SDH thơng qua mạng vệ tinh những cấu hình này được gọi tắt là các “mơ hình”
Những mơ hình sau định nghĩa các lựa chọn khác nhau để hỗ trợ SDH thơng qua vệ tinh, được tĩm tắt như sau:
• Truyền dẫn đầy đủ STM-1 (điểm-điểm) thơng qua bộ phát đáp chuẩn 70MHz, điều này yêu cầu phải cĩ 1 bộ điều chế để chuyển đổi tín hiệu số
STM-1 thành dạng tín hiệu tương tự đề truyền thơng qua bộ phát đáp chuẩn