1.3.1. Tổng quan
Sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống máy tính và các dịch vụ băng rộng dẫn tới sự ra đời của mạng B-ISDN có phạm vi toàn cầu. Mạng B-ISDN đòi hỏi tốc độ truyền dẫn rất lớn. Việc phát triển các cấp cao hơn nữa của công nghệ PDH nhằm đáp ứng các dịch vụ băng rộng mà B-ISDN đòi hỏi không
phải là giải pháp tối ưu do những hạn chế đã nói trên của công nghệ PDH. Theo quan điểm mạng B-ISDN phải là mạng đồng bộ và giải quyết các khó khăn đặt ra với công nghệ PDH thì ITU đã thông qua những khuyến nghị chủ yếu về hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH.
Các tiêu chuẩn của SDH thực sự bắt đầu từ năm 1985 tại Mỹ. Khởi đầu là các nỗ lực để tạo ra một mạng giao tiếp quang có thể hoạt động với tất cả các hệ thống truyền dẫn khác nhau theo tiêu chuẩn châu Âu hoặc Bắc Mỹ. Dần dần các tiêu chuẩn này được phát triển và được ứng dụng rộng rãi để xử lý các tín hiệu trong mạng hiện tại và cả trong tương lai, đặc biệt tính đến các phương diện khai thác và bảo dưỡng.
Năm 1985, công ty BELLCORE- một công ty con của công ty BELL ở Mỹ đề nghị một đẳng cấp số mới nhằm khắc phục những nhược điểm của hệ thống cận đồng bộ PDH. Đẳng cấp mới nà được gọi là SONET (Synchronous Optical Network: Mạng quang đồng bộ) dựa trên nguyên lý ghép kênh đồng bộ và sử dụng cáp quang làm môi trường truyền dẫn. Tiếp sau đó, các tiêu chuẩn về thiết bị cũng được nghiên cứu nhằm kết nối được nhiều loại thiết bị khác nhau, đặc biệt quan tâm đến vấn đề bảo dưỡng, giám sát, chuyển mạch bảo vệ và các vấn đề quản lý mạng lưới của các thiết bị đó.
Đề nghị của hãng BELLCORE đã được ủy ban Viễn thông của Hoa Kỳ nghiên cứu và cuối năm 1988 một tiêu chuẩn quốc gia của Hoa Kỳ được thông qua. Đồng thời SONET cũng gây được chú ý và cũng được phát triển tại Châu Âu, tuy nhiên các nhà sản xuất Châu Âu cũng nghiên cứu đề nghị một chuẩn của Châu Âu.
Cuối năm 1988, trên cơ sở tiêu chuẩn SONET, xét đến các tiêu chuẩn ghép kênh khác nhau ở Châu Âu, Nhật Bản và Bắc Mỹ, ITU-T đưa ra tiêu chuẩn quốc tế về công nghệ truyền dẫn đồng bộ dùng cho cáp quang và viba. Tiêu chuẩn SDH được nêu trong các khuyến nghị G707, G708. Các khuyến nghị này định nghĩa tốc độ truyền dẫn cơ sở của SDH là 155.52 Mb/s (STM- 1: Module chuyển tải mức 1), các tốc độ truyền dẫn cao hơn là Module
chuyển tải đồng bộ mức 4 (STM-4): 622,080 Mb/s; Module chuyển tải đồng bộ mức 16 (STM-16): 2488,320 Mb/s; Module chuyển tải đồng bộ mức 64 (STM-64): 9953,280 Mb/s.
1.3.2. Các tiêu chuẩn của hệ thống SDH
Tiêu chuẩn phân cấp đồng bộ SDH xây dựng theo tiêu chuẩn do ITU-T đề xuất trên cơ sở một hệ thống các khuyến nghị [2]:
G.707 Các mức phân cấp số đồng bộ.
G.708 Giao diện tại các nút mạng cho phân cấp số đồng bộ. G.709 Cấu trúc ghép kênh SDH.
G.780 Các định nghĩa và các thuật ngữ trong SDH.
G.781 Cấu trúc của các khuyến nghị với các thiết bị ghép kênh SDH. G.782 Các loại và đặc tính chung của các thiết bị ghép kênh SDH. G.783 Các đặc tính của khối chức năng thiết bị ghép kênh SDH. G.784 Quản lý SDH.
G.957 Giao diện quang cho các thiết bị và các hệ thống liên quan đến SDH.
G.958 Các hệ thống truyền dẫn SDH sử dụng cáp sợi quang.
1.3.3. Phân cấp hệ thống SDH
Ngày nay có 4 phân cấp tín hiệu SDH được định nghĩa. Cấp và mức bit được chỉ ra trong bảng 1.1 và được miêu tả như hình 1.4.
Một STM-1 (tín hiệu SDH cơ bản) được sử dụng để truyền một tín hiệu PDH 139Mbit/s hoặc tương đương. Với đoạn mào đầu bổ sung, tín hiệu 139Mbit/s này sẽ hình thành một tín hiệu STM-1 155,52Mbit/s. Bên cạnh đó, cũng có nhiều luồng cấp thấp hơn được truyền bởi một tín hiệu STM-1.
Bảng 1.1. Phân cấp tín hiệu SDH [1]. Mức SDH Tốc độ bit STM-1 STM-4 STM-16 155,52 Mbit/s 622,08 Mbit/s 2488,32 Mbit/s
STM-64 9953,28Mbit/s
Bốn tín hiệu STM-1 được ghép vào một tín hiệu STM-4, và bốn tín hiệu STM-4 được ghép vào một tín hiệu STM-16 tốc độ 2488,32Mbit/s. Một lần nữa bốn tín hiệu STM-16 được ghép tiếp vào một tín hiệu STM-64 có tốc độ SDH cao nhất hiện nay là 9953,28Mbit/s.
Hình 1.4. Phân cấp tín hiệu SDH
1.4. Cấu trúc ghép kênh SDH
1.4.1.Cấu trúc chung của tín hiệu SDH
Tín hiệu đồng bộ SDH là một tập các byte 8 bit được tổ chức và biểu diễn dưới dạng cấu trúc khung như hình 1.5:
- Khung gồm N hàng và M cột. - 1 ô vuông = 1 byte 8 bit
- Byte đầu tiên ở hàng 1 cột 1 gọi là byte đánh dấu khung F, nó cho phép định vị các byte khác trong khung.
Thời gian tồn tại của khung:120μs
9,95328 Gbit/s 2,48832 Gbit/s 622,08 Mbit/s 155,52 Mbit/s (4) (3) (2) (1) [4] [3] [2] [1] (số): cấp ghép kênh [số]: hệ số ghép
Hình 1.5. Cấu trúc chung của tín hiệu SDH
1.4.2. Cấu trúc ghép kênh cơ bản
Quá trình ghép kênh trong SDH phân biệt rõ 2 quá trình độc lập nhau. Đó là sự hình thành modul chuyển tải đồng bộ STM-1 và STM-n. Sự hình thành modul STM-n bậc cao được tiến hành bằng cách xen tín hiệu STM-1.
Các tín hiệu PDH có thể được ghép vào SDH và được truyền dẫn thông qua hệ thống này, điều này giải thích tại sao CCITT đề xuất ra STM-1 vì tất cả các tín hiệu PDH 1,5Mb/s đến 140Mb/s đều có thể ghép vào và trở thành tín hiệu SDH theo kiến nghị G.709.
Hệ thống đồng bộ được hình thành từ các hệ thống cận đồng bộ khác nhau, các hệ thống cận đồng bộ này có thể thuộc hệ Châu Âu hoặc Bắc Mỹ. Đầu vào của các hệ thống đồng bộ cơ sở là các luồng cận đồng bộ có tốc độ bit khác nhau, được ghép lại theo nhiều bước, mỗi bước lại đưa vào các bit điều khiển, quản lý và phối hợp tốc độ. Khi đó đầu ra được một luồng đồng bộ cơ sở như trên hình 1.6.
M*N byte F F F F F B B B B B 1 N*M byte 2 Thứ tự truyền
B: ký hiệu cho byte tín hiệu 8 bit
F: ký hiệu cho byte khung 8 bit N
hàng
Hình 1.6. Cấu trúc ghép kênh SDH
Trong đó:
- Cn: Container (cấp n) là một cấu trúc chứa thông tin từ các nguồn PDH đưa đến. Tại đây thực hiện việc chèn thêm bit đệm để thực hiện đồng bộ hóa các tín hiệu PDH từ các hướng khác nhau đưa đến đồng hồ của SDH.
- VC-n: Container ảo (cấp n) có chức năng nhận thông tin trong container, bổ sung thêm phần mào đầu tuyến POH (Path OverHead) để quản lý tuyến nối các VC-n.
- TU-n: Đơn vị nhánh, tại khối TU-n, các VC-n cấp thấp sẽ được bổ sung con trỏ TU để tạo thành đơn vị nhánh. Con trỏ chỉ thị vị trí byte đầu tiên của khung VC-n. Quá trình này gọi là đồng chỉnh.
- TUG-n: Nhóm đơn vị nhánh, chức năng ghép một số TU-n lại với nhau tạo thành nhóm đơn vị nhánh. TUG-2 gồm 3 TU-12 hoặc 4 TU-11 hoặc 1 TU-2. TUG-3 gồm 7 TU-2 hoặc 1 TU-3.
- AU-n: Đơn vị quản lý. AU-n là một cấu trúc thông tin để làm tương thích VC-n bậc cao với STM-n. AU-n gồm một VC-n bậc cao và con trỏ AU để chỉ thị vị trí byte đầu tiên của khung VC-n bậc cao trong khung STM-n.
44,736 Mb/s 34,368 Mb/s STM-N AUG AU-4 VC-4 VC-3 VC-3 TUG-2 C-2 C-12 C-11 C-3 TUG-3 TU-3 139,264 Mb/s 6,312 Mb/s 2,048 Mb/s 1,544 Mb/s xN x1 x3 x3 x3 x7 x4 x7 x1 x1 C-4 VC-12 VC-2 VC-11 Xö lý con trá S¾p xÕp §ång chØnh GhÐp kªnh AU-3 TU-11 TU-2 TU-12
AU-4 bao gồm VC-4 và con trỏ AU-4 PRT, AU-3 gồm 1 VC-3 và con trỏ AU-3 PTR.
- AUG: Nhóm đơn vị quản lý bao gồm 1 AU-4 hoặc 3 AU-3 ghép xen byte.
- POH (Path Overhead): Thông tin giám sát. - SOH (Section Overhead): Thông tin quản lý.
Hình 1.7. Sơ đồ ghép kênh từ C-12 qua AU-4
Hình 1.7 mô tả quá trình ghép kênh từ container C-12, là container có tốc độ 2,048Mbit/s qua AU-4. Quá trình này được thưc hiện qua nhiều giai đoạn như bổ sung bit chèn, thêm mào đầu đoạn, mào đầu tuyến, con trỏ... để cuối cùng thu được tín hiệu STM-n.
Tương tự ta có sơ đồ ghép kênh từ C-4 được mô tả như hình 1.8.
C-12 VC-12POH TU-12Ptr TU-12Ptr TU-12Ptr VC-12 TUG-3 TU-12 TUG-2 TUG-3 TUG-3 TUG-3 TUG-3 VC-4 AU-4Ptr AU-4 AU-4Ptr AUG AUG AUG SOH STM-n
Hình 1.8. Sơ đồ ghép kênh từ C-4 lên STM-n
1.4.3. Cấu trúc các khối trong SDH
1.4.3.1. Container C
Là đơn vị nhỏ nhất trong khung truyền dẫn, là nơi ta bố trí vào đó các luồng tín hiệu truyền dẫn cấp thấp nhất như các luồng PDH, luồng hình, luồng số liệu. Có các loại container khác nhau được sử dụng để tương thích với các tốc độ truyền dẫn khác nhau cho hai hệ SONET và SDH được thể hiện trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Các loại container
Dữ liệu được ghép vào container theo nguyên lý xen bit hoặc byte. Đối với tín hiệu cận đồng bộ các container gồm có:
- Các luồng dữ liệu (như tín hiệu PDH).
- Các bit hoặc byte nhồi cố định trong khung không mang nội dung
C-4 C-4 TUG-3 VC-4 AU-4Ptr AU-4 AU-4Ptr AUG AUG AUG SOH STM-n
Ký hiệu Tín hiệu đường truyền (Mbit/s)
C-11 C-12 C-2 C-3 C-4 1,544 2,048 6,312 44,763 và 34,368 139,264
thông tin mà chỉ sử dụng để tương thích tốc độ bit của tín hiệu PDH được ghép với tốc độ bit container cấp cao hơn.
- Ngoài ra còn có các byte nhồi không cố định để đạt được sự đồng chỉnh một cách chính xác. Khi cần thiết các byte này có thể được sử dụng cho các byte dữ liệu (databyte). Trong trường hợp này trong khung còn có các bit điều khiển nhồi để thông báo cho đầu thu biết các byte này có thể là byte dữ liệu hoặc các byte nhồi thuần túy.Tùy theo kích thước của luồng data đầu vào mà ta gán container C tương ứng phù hợp.
1.4.3.2. Container ảo VC (Virtual container)
Một VC là sự kết hợp của container C với POH (VC= C+ POH) để tạo thành một khung hoàn chỉnh truyền đến đầu thu. Chức năng của POH là mang thông tin bổ trợ, giám sát và bảo trì đường truyền đồng thời thông báo vị trí mà container sẽ truyền đến. Trong VC thì POH được gắn vào đầu khung và tại đầu thu sẽ được dịch ra trước khi container được giải mã.
VC cũng có tùy loại tương ứng với kích thước của container. Một VC có thể truyền riêng rẽ trong một khung STM-1 hoặc là sẽ truyền xen kẽ nhau trong một VC lớn hơn rồi mới được chuyển đến STM-1. Ta có thể phân biệt hai cấp VC tùy theo container C như sau:
- Tất cả các container khi được ghép vào một container lớn hơn thì được gọi là container cấp thấp LOC (Low Order Container), tương ứng với container ảo cấp thấp LOVC là VC-11, VC-12, VC-2 và VC-3.
- Tất cả các container được truyền trực tiếp trong khung STM-1 thì được gọi là container cấp cao HOC(Hight Order Container) tương ứng ta có cotainer ảo cấp cao HOVC đó là VC-4 và VC-3 (trong trường hợp nó được truyền trực tiếp trong khung STM-1).
Cấu trúc các VC như sau:
- VC-11: Gồm 25 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH được sắp xếp trên 3 hàng dọc 9 byte. Được sử dụng để truyền dẫn tín hiệu 1,5 Mbit/s theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ.
- VC-12: Gồm 34 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH được sử dụng để tương thích với luồng 2 Mb/s theo tiêu chuẩn Châu Âu và được sắp xếp theo 4 hàng dọc 9 byte.
Hình 1.9. Cấu trúc khung VC-11 và VC-12
- VC-2: Gồm 160 byte dữ liệu với một byte POH dùng để tương thích với luồng 6,312Mb/s theo tiêu chuẩn của Mỹ. Cấu trúc gồm 12 hàng dọc 9 byte.
Hình 1.10. Cấu trúc khung VC-2
- VC-3: Gồm 750 byte dữ liệu cộng với 9 byte POH sắp xếp trên một
9 3 9 4 VC-11 : POH VC-12 9 12 9 : POH C-2
hàng dọc, trong đó mỗi byte POH thực hiện một chức năng riêng của mình. Cấu trúc gồm 85 hàng dọc 9 byte.
Hình 1.11. Cấu trúc khung VC-3 1.4.3.3. Đơn vị luồng TU
Bao gồm VC cộng với poiter : TU= VC+ Ptr.
Trước khi chuyển đến STM-1 để được phát đi các cấp VC cấp thấp sẽ được ghép vào một VC cấp cao hơn. Để tạo ra các phase của các VC người ta dùng Ptr (pointer) ghép theo vào VC tại một vị trí cố định trong VC đó và thông báo sự bắt đầu của VC đó. Tương ứng với VC, TU cũng có nhiều bậc từ 1 đến 3.
Việc truyền dẫn các byte pointer sẽ xảy ra lần lượt. Cứ một khung 125ms sẽ có một byte pointer. Byte pointer ghép theo vào VC tại một vị trí cố định trong khung cấp cao hơn (VC-3 hoặc VC-4). Như vậy tổng cộng sẽ có 3 byte pointer cho khung 125ms còn byte thứ 4 của đa khung 500ms cũng mang một byte pointer nhưng byte này chưa được quy định rõ chức năng, hiện nay đang được dùng để dự phòng.
Cấu trúc của các TU:
- Các TU-11, TU-12, TU-2 đều được cấu tạo bởi các VC tương ứng cộng thêm một byte pointer:
9
85 VC-3 POH
TU-11= VC-11 + Ptr. TU-12= VC-12 + Ptr. TU-2 = VC-2 + Ptr.
Quá trình hình thành cấu trúc TU-11 và TU-12 được miêu tả như hình 1.12. Tương tự thì TU-2 cũng được hình thành bằng cách thêm môt byte pointer.
Hình 1.12. Sự hình thành cấu trúc TU-11 và TU-12
TU-3 = VC-3 + Ptr.
3xVC-3 có thể ghép vào VC-4 theo nguyên tắc xen từng byte sau đó được phát đi trong khung AU-4. Trong quá trình truyền dẫn có hai cấp container được ghép vào.
Pointer AU-4 trong SOH để chỉ thị VC-4 trong khung STM-1. Sự hình thành của TU-3 từ VC-3 được chỉ ra ở hình 1.13.
9 3 9 4 VC-11 VC-12 + Pointer + Pointer 9 3 4 9 TU-12 TU-11
3 pointer TU-3 (mỗi pointer gồm 1byte) được gắn vào trong VC-4 để thông báo vị trí của VC-3 trong khung VC-4.
Hình 1.13. Sự hình thành cấu trúc TU-3 Từ VC-3 1.4.3.4. Nhóm đơn vị luồng TUG (Tributary Unit Group)
TUG là nhóm các TU ghép lại theo phương thức xen byte, có 2 loại TUG là TUG-2 và TUG-3.
- Cấu trúc của TUG-2
Hình 1.14. Quá trình hình thành TUG-2 từ TU-11
9 C-3 VC-3 VC-3 POH + 3byte Pointer 9 85 9 TU-3 Ptr 9 3 12 9 TUG-2 TU-11 85
Một TUG có thể được hình thành bởi 3 đơn vị luồng TU-12 hoặc 4 đơn vị luồng TU-11 hoặc 1 luồng TU-2. Do vậy, TUG-2 có kích thước là 108 byte với tốc độ bit là 6912 Kb/s.
Nhận xét:
- Các byte đầu tiên của hàng đầu tiên tương ứng với kiểu cấu trúc là các byte pointer, các byte sau đó là các byte data.
- TUG-2 có kích thước tương ứng một TU-2. - Có 2 cách để bố trí VC-2 vào trong TUG-2: