CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

KHOA VẬT LÝ

BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG

(((

Đề tài:

Sinh viên thực hiệnĐỖ VĂN ĐỨC

HỒ VĂN HƯNG

TRẦN NGỌC HUY

LớpĐTVT K28

Cán bộ hướng dẫnTh.S LÊ HỮU BÌNH

Th.S HOÀNG THỊ TỐ PHƯỢNG

HUẾ, 05/2009

Lời nói đầu

Công nghệ SDH (Synchronous Digital Hierachy) ra đời đã đánh dấu một bước phát triển mới trong lĩnh vực truyền dẫn của các mạng Viễn thông trên thế giới. SDH đã và đang mang lại cho các nhà khai thác mạng một giải pháp mạng tương lai với những ưu thế trong việc ghép kênh đơn giản, băng tần truyền dẫn rộng, tương thích với các giao diện PDH hiện có…tạo ra khả năng quản lý mạng một cách tập trung.

Trên cơ sở kế thừa những đặc điểm của SDH, công nghệ NG-SDH (Next Generation - SDH) ra đời đã khắc phục được những hạn chế của mạng truyền dẫn SDH. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao của khách hàng, các hãng cung cấp thiết bị Viễn thông, các nhà khai thác Viễn thông cũng đã và đang xây dựng mạng lưới truyền dẫn của mình dựa trên công nghệ NG-SDH.

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là: “Nghiên cứu hệ thống truyền dẫn SDH Alcatel Lucent STM-16 ở VNPT Thừa Thiên Huế” để có một cái nhìn tổng quát nhất về công nghệ NG-SDH đã được triển khai và khai thác ở VNTP Thừa Thiên Huế.

Đề tài gồm có hai phần chính:

· Phần I: Nghiên cứu cấu trúc của hệ thống truyền dẫn quang, công nghệ SDH và NG-SDH (Next Generation - SDH).

· Phần II: Tìm hiểu thiết bị OMSN (Optinex Multi Service Node) dựa trên công nghệ NG-SDH của Alcatel Lucent đang được sử dụng trên mạng Viễn thông của VNPT Thừa Thiên Huế, nghiên cứu sâu vào thiết bị 1660SM với dung lượng STM-16.

Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của tất cả các thầy cô và quý bạn đọc.

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADM

Add/Drop Multiplexer

ATM

Asychronous Transfer Mode

AU

Administrative Unit

AUG

Administrative Unit Group

COADMCoarse Optical Add/Drop Multiplexer

CONGIControl & General Interface

CWDMCoarse WDM

DCC

Data Communication Channel

DCN

Data Communication Network

ECC

Embeded Control Chanel

ECT

Equipment Craft Terminal

EML

Element Management Layer

EOW

Engineering Order Wire Extension

ESCON Enterprise Systems CONnection

FADs

Functional Access Domains

FDDI

Fiber Distributed Data Interface

FDM

Frequency Division Multiplexing

FEC

Forwarding Equivalent Class

FICONFiber CONnectivity

GFP

Generic Framing Procedure

HDLCHigh-level Data Link Control

HOCCHigher Order Cross Connections

ISA

Integrated Service Adapter

ISA PRPacket Ring card

ISA PR-EAPacket Ring Edge Aggregator card

ISDN

Intergrated Services Digital Network

LAPS

Link Access Protocol SDH

LCAS

Link Capacity Adjustment Scheme

LER

Label Edge Router

LOCC

Lower Order Cross Connections

LSP

Label Switch Path

LSR

Label Switching Router

MPLS

Multi Protocol Label Switching

NADs

Network Access Domains

NE

Network Element

NES

Network Element Synthesis

NML

Network Management Layer

NMS

Network Management System

OMSNOptinex Multi Service Node

PCM

Pulse Code Modulation

PDH

Plesiochronous Digital Hierachy

PRC

Primary Reference Clock

QoS

Quality of Service

REG

Regeneration

SDH

Synchronous Digital Hierachy

NG – SDHNext Generation SDH

SEC

Synchronous Equipment Clock

SERGIService General Interface

SETG

Synchronous Equipment Timing Generation

SETS

Synchronous Equipment Timing Source

SLAs

Service Level Agreements

SNCP

SubNetwork Connection Protection

SONETSynchronous Optical Network

SPF

Small Form Pluggable

SSU

Synchronization Supply Unit

TDM

Time Division Multiplexing

TMNTelecommunication Management Network

TU

Tributary Unit

TUG

Tributary Unit Group

VC

Virtual Container

VCATVirtual Concatenation

WDM

Wavelength Division Multiplexing

MỤC LỤC

Lời nói đầu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG

Error! Bookmark not defined.1.1. Giới thiệu về thông tin quang

Error! Bookmark not defined.1.1.1. Khái quát chung

Error! Bookmark not defined.1.1.2. Cấu trúc và các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang

Error! Bookmark not defined.1.2. Kỹ thuật ghép bước sóng quang (WDM)

Error! Bookmark not defined.1.2.1. Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang (WDM)

Error! Bookmark not defined.1.2.2. Ưu điểm của công nghệ WDM

Error! Bookmark not defined.1.3. Các cấu trúc mạng quang

Error! Bookmark not defined.1.3.1. Cấu hình điểm nối điểm

Error! Bookmark not defined.1.3.2. Cấu hình đa điểm

Error! Bookmark not defined.1.3.3. Cấu hình rẽ nhánh

Error! Bookmark not defined.1.3.4. Cấu hình vòng

Error! Bookmark not defined.1.3.5. Cấu hình đa vòng

Chương 2. CÔNG NGHỆ SDH

Error! Bookmark not defined.2.1. Lịch sử phát triển của các hệ thống truyền dẫn

Error! Bookmark not defined.2.2. Kỹ thuật phân cấp số cận đồng bộ PDH

Error! Bookmark not defined.2.2.1. Nguyên tắc cơ bản của PDH

Error! Bookmark not defined.2.2.2. Hạn chế của phân cấp số cận đồng bộ

Error! Bookmark not defined.2.3. Công nghệ SDH

Error! Bookmark not defined.2.3.1. Các khái niệm về SDH

Error! Bookmark not defined.2.3.2. Các đặc điểm của SDH

Error! Bookmark not defined.2.3.3. Phân cấp hệ thống SDH

Error! Bookmark not defined.2.3.4. Cấu trúc ghép kênh SDH

Error! Bookmark not defined.2.3.5. Các khối chức năng của bộ ghép kênh SDH

Error! Bookmark not defined.2.3.6. Cấu trúc khung STM-1

Error! Bookmark not defined.2.3.7. Cấu trúc khung STM-N (N = 4, 16)

Error! Bookmark not defined.2.4. Công nghệ NG - SDH

Error! Bookmark not defined.2.4.1. Hạn chế của công nghệ truyền dẫn SDH truyền thống

Error! Bookmark not defined.2.4.2. Ưu điểm của SDH thế hệ mới NG-SDH

Error! Bookmark not defined.2.4.3. Các công nghệ của mạng NG-SDH

Error! Bookmark not defined.2.4.4. Một số hạn chế của công nghệ NG-SDH

Chương 3. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ OMSN

Error! Bookmark not defined.3.1. Giới thiệu chung

Error! Bookmark not defined.3.2. Các chức năng của thiết bị OMSN

Error! Bookmark not defined.3.3. Các ứng dụng dịch vụ trên thiết bị OMSN

Error! Bookmark not defined.3.3.1. Dịch vụ Ethernet

Error! Bookmark not defined.3.3.2. Dịch vụ truyền dữ liệu

Error! Bookmark not defined.3.3.3. Dịch vụ ATM

Error! Bookmark not defined.3.3.4. Dịch vụ MPLS

Error! Bookmark not defined.3.3.5. Dịch vụ CWDM

Error! Bookmark not defined.3.4. Hệ thống quản lý trong mạng sử dụng OMSN

Error! Bookmark not defined.3.4.1. Cấu trúc của hệ thống quản lý

Error! Bookmark not defined.3.4.2. Phần mềm khai báo đầu cuối 1320CT

Error! Bookmark not defined.3.4.3. Hệ điều hành

Chương 4. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ 1660SM STM – 16

Error! Bookmark not defined.4.1. Cấu trúc chức năng của thiết bị 1660SM STM-16

Error! Bookmark not defined.4.1.1. Common Card

Error! Bookmark not defined.4.1.2. Các Card LS và HS

Error! Bookmark not defined.4.1.3. Các bộ khuếch đại quang

Error! Bookmark not defined.4.1.4. Card ISA

Error! Bookmark not defined.4.1.5 Card CWDM

Error! Bookmark not defined.4.2. Các cơ chế bảo vệ của thiết bị 1660SM

Error! Bookmark not defined.4.2.1. EPS (Equipment Protection Switching)

Error! Bookmark not defined.4.2.2 MSP (Multiplexer Section Protection)

Error! Bookmark not defined.4.2.3 SNCP (Subnet connection Protection)

Error! Bookmark not defined.4.3. Đồng bộ trong thiết bị 1660SM

Chương 5: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SDH ALCATEL LUCENT STM – 16 CỦA VIỄN THÔNG THỪA THIÊN HUẾ

Error! Bookmark not defined.5.1. Giới thiệu chung

Error! Bookmark not defined.5.2. Cấu trúc mạng truyền dẫn SDH ALCATEL của Viễn thông Thừa Thiên Huế.

Error! Bookmark not defined.5.3. Cấu trúc các Ring STM-16 và dung lượng của các ADM

Error! Bookmark not defined.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

SỢI QUANG

1.1. Giới thiệu về thông tin quang

1.1.1. Khái quát chung

Lưu lượng thông tin trên Internet đang tăng trưởng với tốc độ nhanh chóng, các loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng, có yêu cầu tốc độ cao, băng thông rộng. Các kỹ thuật truyền dẫn bằng cáp đồng và viba số không thể đáp ứng tốt các yêu cầu này.

Sự ra đời của của công nghệ truyền dẫn quang có thể xem như một bước ngoặc trong việc giải quyết các yêu cầu về tốc độ và băng thông cho các dịch vụ truyền thông đa phương tiện. Sợi quang có băng thông rộng, lên tới hàng Tbps nên có thể thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao, suy hao tín hiệu không đáng kể (trung bình khoảng 0,2dB/km). Cáp sợi quang hoàn toàn cách điện, không chịu ảnh hưởng của sấm sét, không bị can nhiễu bởi trường điện từ, xuyên âm giữa các sợi quang không đáng kể. Vật liệu chế tạo là SiO2 sẵn có trong tự nhiên nên giá thành thấp. Với các ưu điểm vượt trội này, sợi quang đang được chọn làm phương tiện truyền dẫn hàng đầu trong các mạng đường trục, mạng thành phố, mạng vùng và mạng truy nhập.

Cùng với sợi quang, công nghệ chế tạo các nguồn phát quang và thu quang đã tạo ra hệ thống thông tin quang với những ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với các hệ thống thông tin khác, đó là :

· Suy hao truyền dẫn nhỏ.

· Băng tần truyền dẫn lớn.

· Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ.

· Có tính bảo mật thông tin cao.

· Kích thước và trọng lượng nhỏ.

· Độ tin cậy cao và linh hoạt.

1.1.2. Cấu trúc và các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang

Trong hệ thống thông tin quang, tín hiệu điện từ các thiết bị đầu cuối khác nhau được chuyển thành tín hiệu quang thông qua bộ chuyển đổi điện quang (E/O). Các tín hiệu quang này được khuếch đại với công suất đủ lớn để đưa vào môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang. Với khoảng cách truyền dẫn lớn, công suất của tín hiệu có thể suy giảm trên đường truyền. Trong trường hợp này cần phải dùng thêm các trạm lặp để bù lại công suất đã bị suy giảm. Ở đầu thu, quá trình thực hiện ngược lại so với đầu phát, nghĩa là tín hiệu thu được là tín hiệu quang được đưa qua bộ chuyển đổi quang điện (O/E) để khôi phục lại nguyên dạng tín hiệu điện ban đầu, đưa đến thiết bị đầu cuối của bên nhận. Hình 1.1 dưới đây mô tả cấu trúc tổng quát của một hệ thống thông tin quang.

Một đặc điểm quan trọng của sợi quang là độ rộng băng tần, cáp sợi quang có thể truyền tín hiệu với tần số cao hơn rất nhiều so với cáp kim loại và cáp đồng trục. Đặc điểm này cho phép các nhà khai thác thực hiện các dịch vụ truyền thông băng rộng hiện đang có nhu cầu phát triển lớn. Đặc biệt, với công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng quang (WDM), nhiều kênh tín hiệu có bước sóng khác nhau có thể truyền dẫn đồng thời trên một sợi quang. Công nghệ WDM cho phép khai thác đến mức tối đa độ rộng băng tần của sợi quang, làm cho dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang trở nên rất lớn.

1.2. Kỹ thuật ghép bước sóng quang (WDM)

1.2.1. Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang (WDM)

Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thường, mỗi một sợi quang sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và một tách sóng quang ở phía thu. Các nguồn phát quang khác nhau sẽ cho ra các luồng ánh sáng mang các tín hiệu khác nhau và phát vào sợi dẫn quang xác định riêng biệt, bộ tách sóng quang tương ứng sẽ nhận tín hiệu từ sợi này. Như vậy muốn tăng dung lượng hệ thống thì phải sử dụng thêm sợi quang. Kỹ thuật ghép bước sóng quang sẽ cho phép ta tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ bit đường truyền và cũng không cần dùng thêm sợi dẫn quang, nó đã thực hiện truyền các luồng ánh sáng với các bước ánh sáng khác nhau trên cùng một sợi. Ở đầu thu có thể thực hiện thu các tín hiệu quang riêng biệt nhờ quá trình lọc các bước sóng khác nhau này.

Hình 1.2. Hệ thống ghép kênh quang WDM

Hình 1.2 minh họa nguyên lý chung của một hệ thống thông tin quang WDM. Các nguồn tín hiệu điện ban đầu S1, S2, …, Sn sau khi qua bộ chuyển đổi điện/quang được chuyển thành các luồng tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ((1, (2, …, (n). Các tín hiệu quang này được ghép lại tạo thành một luồng quang đa bước sóng nhờ thiết bị ghép kênh quang (MUX) để truyền trên một sợi quang. Ở đầu thu, luồng quang đa bước sóng được đưa qua bộ tách kênh (DEMUX) để tách thành các tín hiệu quang với bước sóng khác nhau ban đầu. Các tín hiệu quang này được đưa qua bộ chuyển đổi quang/điện để khôi phục lại tín hiệu gốc ban đầu, đưa đến thiết bị đầu cuối.

1.2.2. Ưu điểm của công nghệ WDM

So với công nghệ truyền dẫn đơn kênh truyền thống, công nghệ WDM có ưu điểm nổi trội nhất là tăng dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang lên rất lớn nhờ tăng số kênh bước sóng trên mỗi sợi quang. Hiện nay, mạng đường trục của Việt Nam do Công ty Viễn thông liên tỉnh chủ trì đã sử dụng 8 kênh bước sóng, dung lượng của mỗi kênh là 10Gbps, như vậy tổng dung lượng là 80Gbps. Tuy nhiên, hệ thống này cho phép sử dụng tối đa 32 kênh bước sóng và tốc độ của mỗi kênh có thể lớn hơn. Ngoài ra, với các hệ thống khác, số kênh bước sóng có thể sử dụng là 64, 128 hoặc lớn hơn. Công nghệ WDM cũng có thể triển khai hoặc nâng cấp hệ thống trên cơ sở mạng quang hiện có, giảm chi phí đầu tư.

1.3. Các cấu trúc mạng quang

1.3.1. Cấu hình điểm nối điểm

TRMTRMCác

luồng

nhánh

Các

luồng

nhánh

REGSTM-NSTM-N

Hình 1.3. Cấu hình mạng điểm nối điểm

Cấu hình điểm nối điểm bao gồm hai thiết bị ghép đầu cuối (TRM) được kết nối trực tiếp hoặc qua các thiết bị lặp hay còn gọi là tái sinh (REG) bằng một cáp sợi quang. Vì dọc theo hệ thống không có các nút trung gian, chỉ có hai nút đầu cuối nên dung lượng tổng thấp. Hơn nữa, khi cáp bị đứt thì thông tin bị gián đoạn.

1.3.2. Cấu hình đa điểm

Trong cấu hình này, ngoài hai nút đầu cuối còn có các nút ADM như hình 1.4

TRMA

D

M

Các

luồng

nhánh

REGSTM-NSTM-NTRMCác

luồng

nhánh

STM-NCác luồng nhánh

Hình 1.4. Cấu hình mạng đa điểm

Cấu hình đa điểm thích hợp cho các hệ thống kéo dài qua các điểm dân cư tập trung, tại đó mật độ thuê bao cao. Cấu hình này không những được sử dụng trên mạng quốc gia, mà cả trên mạng quốc tế

1.3.3. Cấu hình rẽ nhánh

Cấu hình rẽ nhánh cũng là cấu hình đa điểm. Chỉ khác cấu hình đa điểm ở chỗ có thêm ít nhất một nút rẽ nhánh như hình 1.5.

TRMCác

luồng

nhánh

REGSTM-NSTM-NTRMCác

luồng

nhánh

STM-NRẼ

NHÁNH

TRMSTM-m

Hình 1.5. Cấu hình mạng rẽ nhánh

Tại điểm rẽ nhánh, tín hiệu STM-(m< N) được kết nối sang một hướng khác để tạo thành một nhánh của hệ thống chính.

1.3.4. Cấu hình vòng

Cấu hình vòng (ring) bao gồm tối thiểu ba nút ADM kết nối với nhau bởi một cáp sợi quang tạo thành một vòng kín như hình 1.6. Vì vậy cấu hình này còn gọi là cấu hình kín để phân biệt với cấu hình hở đã trình bày trên đây.

ABCEDADMADMADMADMADMRing STM-N

Hình 1.6. Cấu hình mạng Ring

Cấu hình vòng (Ring) được kết nối với nhau qua 2 sợi hoặc 4 sợi quang. Cấu hình vòng có khả năng duy trì mạng (hay còn gọi là tự phục hồi) khi đứt cáp tại một điểm bất kỳ hoặc hỏng một ADM bất kỳ bằng cách chuyển mạch bảo vệ.

1.3.5. Cấu hình đa vòng

Có thể kết nối nhiều vòng với nhau qua các ADM hoặc qua nút nối chéo số để tạo thành mạng đa vòng (hình 1.7). Cấu hình này được sử dụng nhiều trong thực tế, bởi vì đáp ứng được nhu cầu phát triển các dịch vụ viễn thông trên một vùng địa lý rộng lớn không chỉ bao gồm một quốc gia mà nhiều quốc gia.

ADCRing STM-4ABRing STM-1ACRing STM-4BBCXNối qua

2ADM

Nối qua

SDXC

Hình 1.7. Cấu hình mạng đa vòng

Mạng đa vòng có khả năng tự phục hồi trong trường hợp trên mỗi vòng cáp bị đứt tại một điểm bất kỳ hoặc hỏng một nút, trừ nút kết nối hai vòng.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SDH

2.1. Lịch sử phát triển của các hệ thống truyền dẫn

Như đã biết, mạng điện thoại ngày nay phát triển dựa trên cơ chế truyền tiếng nói giữa các máy điện thoại, bằng việc truyền tín hiệu tương tự trong các cáp đồng xoắn đôi và ghép kênh phân chia tần số FDM; dùng trong các tuyến đường dài để kết hợp truyền nhiều kênh thoại trong một cáp đồng trục.

Vào đầu những năm 1970, các hệ thống truyền dẫn số bắt đầu xuất hiện sử dụng phương thức điều chế xung mã PCM. PCM cho phép truyền tín hiệu tương tự ở dạng nhị phân. Sử dụng phương thức này, tín hiệu thoại tương tự chuẩn 4 kHz có thể truyền dưới dạng luồng tín hiệu số 64 kbit/s.

Các nhà kỹ thuật đã nhận thấy khả năng hạ giá thành sản xuất các hệ thống truyền dẫn bằng cách kết hợp một số kênh PCM và truyền chúng trong một đôi cáp đồng xoắn mà trước đây chỉ dùng để truyền một tín hiệu tương tự duy nhất.

Phương thức ghép nhiều kênh 64 kbit/s thành một luồng bit tốc độ cao duy nhất còn được gọi là ghép kênh phân chia thời gian TDM. Một cách đơn giản, mỗi byte của mỗi kênh đầu vào theo thứ tự được đưa xuống kênh tốc độ cao ở đầu ra. Quá trình xử lý này còn được gọi là “chèn byte tuần tự”.

Ở châu Âu và sau đó là rất nhiều nơi trên thế giới, sơ đồ TDM chuẩn được sử dụng để ghép 30 kênh 64 kbit/s, cùng với 2 kênh điều khiển kết hợp tạo thành một kênh có tốc độ 2,048 Mbit/s. Do nhu cầu sử dụng điện thoại tăng lên, kênh chuẩn tốc độ 2 Mbit/s không đủ cho lưu lượng tải trên mạng trung kế. Để tránh không phải sử dụng quá nhiều kết nối 2 Mbit/s thì cần tạo ra một mức ghép kênh cao hơn. Châu Âu đưa ra chuẩn ghép 4 kênh 2 Mbit/s thành một kênh 8 Mbit/s. Tiếp đó do nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, các mức ghép kênh cao hơn nữa được xây dựng thành chuẩn, tạo ra một phân cấp đầy đủ các tốc độ bit là 34 Mbit/s, 140 Mbit/s và 565 Mbit/s.

Cùng với phát triển phân cấp truyền dẫn số ở châu Âu, khu vực Bắc Mỹ cũng phát triển phân cấp riêng của mình. Sử dụng nguyên tắc chung như nhau, nhưng phân cấp Bắc Mỹ khác phân cấp châu Âu ở chỗ tốc độ bit của nó thấp hơn, đó là 1,5 Mbit/s, 6 Mbit/s và 45 Mbit/s. Tuy nhiên, khác biệt này đã làm cho liên kết hoạt động giữa 2 phân cấp trở nên phức tạp và tốn kém.

2.2 Kỹ thuật phân cấp số cận đồng bộ PDH

2.2.1 Nguyên tắc cơ bản của PDH

Khi ghép các kênh 2 Mbit/s, tín hiệu các kênh được phát ra từ các thiết bị khác nhau, tốc độ bit không hoàn toàn như nhau. Do vậy, trước khi ghép kênh, tốc độ của chúng được đưa về một tốc độ bit duy nhất bằng cách bổ sung thêm các bit thông tin gọi là “các bit chèn”. Khi tách kênh, các bit chèn được nhận dạng và loại bỏ chỉ còn lại tín hiệu ban đầu. Quá trình xử lý này gọi là thao tác cận đồng bộ.

Chèn

Bit

Chèn

Bit

12345612345J

J - Các bit chènBộ tạo xung đồng hồBộ chuyển

mạch

Tín hiệu raBộ ghép

12345612345

Các bit dữ

liệu đầu vào

Luồng số 2Mbit/s có

tốc độ bit định mức

Luồng số 2Mbit/s có tốc

độ bit thấp hơn định mức

Hình 2.1. Nguyên tắc ghép kênh PDH

Quá trình ghép kênh từ tốc độ thấp lên tốc độ cao như mô tả ở trên xảy ra ở mọi mức phân cấp ghép kênh, các bit bổ sung được bổ sung ở từng mức một. Việc áp dụng cơ chế cận đồng bộ trên toàn bộ phân cấp đã hình thành thuật ngữ “phân cấp số cận đồng bộ”, viết tắt là PDH.

Về tiêu chuẩn tốc độ bit PDH, hiện nay trên thế giới có 3 tiêu chuẩn: châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản. Các tiêu chuẩn này được trình bày dưới dạng phân cấp số cận đồng bộ như hình 2.2.

2048

kbit/s

8448

kbit/s

34368

kbit/s

139264

kbit/s

564992

kbit/s

1554

kbit/s

6312

kbit/s

32064

kbit/s

97728

kbit/s

400352

kbit/s

44736

kbit/s

274176

kbit/s

560160

kbit/s

E1E2E3E4E5CEPTx4x4x4x4ITU-TITU-Tx4x5x7x3x4x6x2T1T2T3T4T5Bắc MỹNhật Bản

Hình 2.2. Các mức truyền dẫn của PDH

2.2.2 Hạn chế của phân cấp số cận đồng bộ

· Mạng PDH chủ yếu đáp ứng các dịch vụ điện thoại, đối với các dịch vụ mới như: mạng ISDN, truyền dữ liệu, dịch vụ điện thoại truyền hình… thì mạng PDH khó có thể đáp ứng được.

· Mạng PDH không linh hoạt trong việc kết nối các luồng liên tục. Khi có nhu cầu rút luồng từ một luồng có dung lượng lớn thì phải qua các cấp độ trung gian để hạ tốc độ từ cao xuống thấp tương ứng, cũng như việc ghép luồng cũng phải trải qua đầy đủ các cấp từ tốc độ thấp lên tốc độ cao. Điều này rõ ràng là không mềm dẻo, không thuận tiện cho việc kết nối, cần phải có đủ các cấp thiết bị để giải ghép luồng do đó không tiết kiệm và khó thực hiện, đồng thời đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp.

· Các thông tin về bảo trì không được liên kết trên toàn tuyến thông tin mà chỉ đối với từng đoạn truyền dẫn riêng lẻ. Thủ tục bảo trì cho toàn tuyến phức tạp.

· Chưa có tiêu chuẩn chung cho thiết bị đường dây, các nhà sản xuất mới chỉ có tiêu chuẩn đặc trưng cho riêng thiết bị của họ.

· Hệ thống PDH thiếu các phương tiện giám sát, đo thử từ xa mà chỉ tiến hành ngay tại chỗ.

2.3 Công nghệ SDH

2.3.1 Các khái niệm về SDH

Song song bên cạnh các dịch vụ về thoại, ngày nay người ta phát triển thêm nhiều loại hình dịch vụ mới quan trọng như là telefax, truyền dẫn data, truyền dẫn video… trong đó chất lượng và khả năng đáp ứng các yêu cầu đó về băng tần hoặc các giao tiếp tương thích luôn luôn đóng một vai trò quan trọng hàng đầu.

Để thoả mãn các yêu cầu trên, ngành viễn thông cần phải có các thay đổi cần thiết để đáp ứng kịp thời.

· Thời gian thiết lập luồng truyền dẫn ngắn, dung lượng thoả mãn theo mọi yêu cầu.

· Tăng cường khả năng sẵn sàng phục vụ các mạng viễn thông.

· Giá thành thiết lập mạng phải thấp, chi phí dành cho các khoảng khai thác, bảo dưỡng… phải giảm.

· Có khả năng quốc tế hoá dịch vụ.

Các hệ thống PDH phát triển không đáp ứng được các nhu cầu trên do đó phải có một thế hệ truyền dẫn mới trên thế giới. Kỹ thuật SDH ra đời tạo một cuộc cách mạng trong ngành viễn thông, thể hiện một kỹ thuật tiên tiến có thể đáp ứng rộng rãi các yêu cầu của các thuê bao, người khai thác cũng như các nhà sản xuất… thoả mãn các yêu cầu đòi hỏi đặt ra cho ngành viễn thông, khắc phục các nhược điểm của thế hệ PDH mà chúng ta đang sử dụng hiện nay.

Trong tương lai hệ thống đồng bộ SDH sẽ ngày càng phát triển mạnh nhờ các ưu điểm vượt trội so với PDH và một điểm quan trọng là SDH có khả năng kết hợp với PDH trong mạng lưới hiện tại, nó cho phép thực hiện việc hiện đại hoá dần dần theo từng giai đoạn phát triển.

Tháng 11 năm 1988, trên cơ sở tiêu chuẩn của SONET và xét đến các tiêu chuẩn khác ở Châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản, ITU-T đã đưa ra tiêu chuẩn quốc tế về công nghệ truyền dẫn theo phân cấp số đồng bộ SDH dùng cho truyền dẫn cáp quang và vi ba. Các tiêu chuẩn của SDH đã được ITU-T ban hành trong các khuyến nghị sau đây.

G.702 - Số lượng mức trong phân cấp số đồng bộ.

G.707 - Các tốc độ bit của SDH.

G.708 - Giao diện nút mạng SDH.

G.709 - Cấu trúc ghép đồng bộ.

G.773 - Giao thức phù hợp với giao diện Q.

G.774 - Mô hình thông tin quản lý SDH.

G.782 - Các kiểu và các đặc tính chủ yếu của thiết bị ghép SDH.

G.784 - Quản lý SDH.

G.803 - Cấu trúc mạng truyền dẫn SDH.

G.825 - Điều khiển rung pha và trôi pha trong mạng thông tin SDH.

G.957 - Các giao diện quang của các thiết bị và hệ thống liên quan đến SDH.

G.958 - Hệ thống truyền dẫn SDH sử dụng cho cáp sợi quang.

2.3.2 Các đặc điểm của SDH

So với PDH thì SDH có các ưu điểm cơ bản sau đây.

- Trong PDH việc ghép kênh được tiến hành tại mỗi cấp, quá trình ghép phải lần lượt qua các mức trung gian từ 2 đến 140 Mbit/s. Việc truy cập trực tiếp đến một luồng 2 Mbit/s trong một luồng 140 Mbit/s là không thể thực hiện được. Đối với SDH thì ưu điểm nổi bật hơn là đơn giản hoá mạng lưới, linh hoạt trong sử dụng khai thác. Khác với PDH, trong mạng SDH quá trình ghép kênh chỉ thực hiện qua một giai đoạn, do đó việc tách một kênh 2 Mbit/s trong một luồng tốc độ cao là đơn giản. Hơn nữa việc sử dụng phần mềm trong quản lý bảo dưỡng đã làm cho việc vận hành và quản lý mạng lưới đơn giản hơn nhiều.

- Trong SDH tốc độ bit lớn hơn 140 Mbit/s lần đầu tiên được tiêu chuẩn hoá trên phạm vi toàn thế giới.

- Chuẩn hoá: Với các chuẩn SDH, thiết bị truyền dẫn của các nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động trên cùng một tuyến. Việc chuẩn hoá các thiết bị và giao diện SDH cho phép các nhà khai thác mạng tự do lựa chọn thiết bị của các hãng sản xuất khác nhau mà vẫn đảm bảo là chúng sẽ cùng hoạt động tốt. Các chuẩn SDH cũng tạo ra khả năng hoạt động qua lại giữa các phân cấp truyền dẫn châu Âu và Bắc Mỹ.

- Tốc độ bit và cấu trúc khung của cấp cao hơn được tạo thành từ tốc độ bit và cấu trúc khung của luồng cơ bản cấp thấp hơn do đó việc tách ghép luồng thông tin dễ dàng.

- Có các kênh riêng cho giám sát, quản lý, đo thử hoặc điều khiển trong phần mạng quản lý.- Tất cả các tín hiệu SDH có tốc độ thấp hơn 140 Mbit/s đều có thể ghép được vào cấp SDH thấp nhất là STM-1 có tốc độ là 155 Mbit/s.

Bên cạnh đó, hệ thống SDH cũng có những nhược điểm sau:

· Kỹ thuật phức tạp hơn.

· Đồng hồ phải cung cấp từ ngoài.

· Truyền dư thừa và thiếu mức 8 Mbit/s.

2.3.3 Phân cấp hệ thống SDHCác cấp

Truyền dẫnTốc độ

Truyền dẫnCác luồng PDH tạo thành

STM-1155.520 Mbit/s63 Luồng 2 Mbit/s; 3 luồng 34 Mbit/s

3 Luồng 45 Mbit/s; 1 luồng 140 Mbit/s

STM-4622.080 Mbit/s252 Luồng 2 Mbit/s; 12 luồng 34 Mbit/s

12 Luồng 45 Mbit/s; 4 luồng 140 Mbit/s

STM-162.488.320 Mbit/s1088 Luồng 2 Mbit/s; 48 luồng 34 Mbit/s

48 Luồng 45 Mbit/s; 16 luồng 140 Mbit/s

STM-649.853.280 Mbit/s4032 Luồng 2 Mbit/s; 192 luồng 34 Mbit/s

192 Luồng 45 Mbit/s; 64 luồng 140 Mbit/s

2.3.4 Cấu trúc ghép kênh SDH

STM-NAUGAU-4VC-4TUG-3TU-3VC-3C-4C-3VC-3AU-3STM-0C-2C-12C-11VC-2VC-12VC-11TU-2TU-12TU-1TUG-2

x

N

x

1x1x3x1x3x1x3x4x7x7139,264

Mbit/s

44,736 Mbit/s

34,368 Mbit/s

6,312 Mbit/s2,048 Mbit/s1,544 Mbit/sChú thíchXử lý con trỏĐường ghép các luồng nhánh PDH châu Âu

N = 1, 4, 16, 64, 256

C-12VC-12TU-12TUG-

2

VC-3AU-3AUGSTM-

N

TUG-3VC-4AU-4

Hình 2.3. Cấu trúc ghép kênh SDH

2.3.5 Các khối chức năng của bộ ghép kênh SDH

Các ngăn chứa (Container) C-n:

Là đơn vị nhỏ nhất trong khung truyền dẫn, chứa các luồng tín hiệu truyền dẫn cấp thấp như là các luồng PDH, luồng số liệu… Có các loại Container khác nhau được sử dụng để tương thích với các tốc độ truyền dẫn khác nhau.

Ký hiệu

ContainerTốc độ truyền dẫn

(Mbit/s)

C–11

C–12

C–2

C–3

C–41.544

2.048

6.312

44.736 & 34.368

139.264

Bảng 2.1. Các loại Container

Dữ liệu được ghép vào Container theo nguyên lý xen bit hoặc xen byte. Các Container gồm có: · Các byte thông tin. · Các bit hoặc byte nhồi cố định trong khung không mang nội dung 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 sử dụng cho các byte dữ liệu. Trong trường hợp này trong khung còn có các bit nhồi để thông báo cho đầu thu biết các byte này có thể là byte dữ liệu hoặc các byte nhồi.Các gói ảo VC-n:Mỗi gói ảo là một cấu trúc dùng để trao đổi thông tin ở mức truyền dẫn trong SDH. 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.

Có 2 loại gói ảo VC được định nghĩa như sau:

· Gói ảo cấp thấp: Tất cả các Container khi được ghép vào Container lớn hơn thì được gọi là Container cấp thấp tương ứng với gói ảo cấp thấp, đó là VC-11, VC-12, VC-2 và VC-3.

· Gói ảo cấp cao: Tất cả các Container được truyền trực tiếp trong khung STM-1 thì được gọi là Container cấp cao tương ứng với gói ảo cấp cao, đó là VC-4 và trong trường hợp VC-3 được truyền trực tiếp vào khung STM-1.

Ký hiệu

các VCKích thướcTín hiệu PDH

VC-1125 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH1,5 Mbit/s

VC-1234 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH2 Mbit/s

VC-2106 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH6,312 Mbit/s

VC-3756 byte dữ liệu cộng với 9 byte POH34,368 Mbit/s

44,768 Mbit/s

VC-42340 byte dữ liệu cộng với 9 byte POH139,264 Mbit/s

Bảng 2.2. Các loại VC

Đơn vị luồng TU-n:

TU = VC + PTR (Pointer)

Trước khi sắp xếp vào khung STM-1, các VC cấp thấp sẽ được ghép vào một VC cấp cao hơn. Để tạo ra các pha của các VC, người ta dùng PTR ghép theo vào VC tại một vị trí cố định trong VC đó và thông báo sự bắt đầu của VC đó.Cấu trúc của các TU:

TU-11 = VC-11 + PTR

TU-12 = VC-12 + PTR

TU-2 = VC-2 + PTR

TU-3 = VC-3 + 3 byte PTR

Nhóm đơn vị luồng TUG:

TUG là nhóm các TU được ghép lại theo phương thức ghép xen byte để tạo thành các tín hiệu số có tốc độ cao hơn, chuyển đến các VC bậc cao hơn. Có hai loại TUG: đó là TUG-2 và TUG-3 với các thông số như sau:

Các loại TUGTUG-2TUG-3

Kích thước108 Byte774 byte

Tốc độ6,912 Mbit/s45,536 Mbit/s

Bảng 2.3. Các loại TUG Các đơn vị quản lý AU-n:

Các AU bao gồm các gói ảo VC cấp cao cộng với PTR

AU = VC cấp cao + PTR

Trong trường hợp này, các giá trị của con trỏ AU (AU-PTR) được gắn trong khung STM-1 để ghi nhận mối quan hệ về pha giữa khung truyền dẫn và các VC tương ứng. Các byte AU-PTR được gắn không cố định vào trong 9 byte đầu tiên của hàng thứ tư trong khung STM-1 có chức năng đánh dấu các AU. Tuy nhiên cần phải lưu ý rằng, các AU-PTR của AU-3 và AU-4 là khác nhau.

Nhóm đơn vị quản lý AUG:

Nhiều AU được ghép với nhau theo phương thức ghép xen byte tạo thành một AUG. Cấu trúc AUG gồm 9 x 261 + 9 byte, giống như cấu trúc khung STM-1 khi chưa có SOH.

2.3.6. Cấu trúc khung STM-1

STM-1 = AUG + SOH

Khung STM-1 có cấu trúc như hình 2.4

RSOHMSOHPayload9 hàng261 cột

270 cột9 cột

AU-4 PTR

Hình 2.4. Cấu trúc khung STM-1

Khung STM-1 gồm 9 hàng x 270 cột (9 x 270 byte) và được truyền theo nguyên tắc từ trái sang phải, từ trên xuống dưới. Cấu trúc khung STM-1 gồm 3 phần chính: · Phần mào đầu SOH: được chia làm 2 phần là phần mào đầu đoạn lặp RSOH chiếm 3 hàng 9 cột và phần mào đầu đoạn ghép MSOH chiếm 5 hàng 9 cột.· Con trỏ AU-4 PTR ghép vào hàng 4, cột 1 đến cột 9.· Trường tin (Payload): có 9 hàng và 261 cột dùng để truyền tin SDH.

Tổng số byte trong khung STM-1: 270 × 9 = 2430 byte

Khung STM-1 được truyền dẫn 8000 lần/s là tốc độ bit sử dụng cho tín hiệu PCM. Chiều dài mỗi khung là 125μs do đó có tốc độ bit là:

8000 Khung /s× 2340 byte/khung × 8 bit/byte = 155,520 Mbit/s.

Đây chính là tốc độ bit mức 1 của SDH.

Muốn tạo thành khung STM-1 có thể sử dụng một trong số các phương pháp sau đây:

(1) Ghép 1 luồng nhánh 139,264 Mbit/s.

(2) Ghép 3 luồng nhánh 34,368 Mbit/s.

(3) Ghép 63 luồng nhánh 2,048 Mbit/s.

(4) Ghép 1 luồng nhánh 34,368 Mbit/s và 42 luồng nhánh 2,048 Mbit/s.

(5) Ghép 2 luồng nhánh 34,368 Mbit/s và 21 luồng nhánh 2,048 Mbit/s.

2.3.6.1. Sắp xếp các luồng nhánh 140 Mbit/s vào khung STM-1

Quá trình sắp xếp luồng tín hiệu PDH 140 Mbit/s vào khung STM-1 được cho ở hình 2.5.

C-4VC-4AU-4STM-1 +SOH+AU-4 PTR+POH140 Mbit/sATM cell

Hình 2.5. Sắp xếp luồng nhánh 139,264 Mbit/s vào khung STM-1

2.3.6.2. Sắp xếp luồng nhánh 34 Mbit/s vào khung STM-1

Quá trình sắp xếp luồng tín hiệu PDH 34 Mbit/s vào khung STM-1 được cho ở hình 2.6.

C-3C-3C-3VC-3VC-3VC-3TU-3TU-3TU-3TUG-3VC-4AU-4STM-1 +AU-4 PTR+SOHTUG-3TUG-3+POH+TU-3 PTR+6 fixed

just. bytes

34

Mbit/s

34

Mbit/s

34

Mbit/s

Hình 2.6. Sắp xếp luồng nhánh 34,368 Mbit/s vào khung STM-1

2.3.6.3. Sắp xếp 63 luồng nhánh 2,048 Mbit/s vào khung STM-1Quá trình sắp xếp luồng tín hiệu PDH 2 Mbit/s vào khung STM-1 được cho ở hình 2.7.

C-12C-12C-12VC-12VC-12TU-12TU-12TU-12TUG-2TUG-3VC-4AU-4STM-1 VC-122

Mbit/s

2

Mbit/s

2

Mbit/s

+POH+TU-12 PTR7x3x+AU-4 PTR+SOH

Hình 2.7. Quá trình ghép 63 luồng 2,048 Mbit/s vào STM-1

2.3.7 Cấu trúc khung STM-N (N = 4, 16)

Cấu trúc khung STM-N (với N = 4 hoặc N = 16) giống như cấu trúc khung STM-1, là mức truyền dẫn cấp cao của SDH, đạt được bằng cách ghép STM-1 theo nguyên lý ghép xen byte tạo thành các mức sau:

· STM-4 có tốc độ truyền dẫn là 155,520 × 4 = 622,08 Mbit/s.

· STM-16 có tốc độ truyền dẫn là 155,520 × 16 = 2.448,32 Mbit/s.

Tạo khung STM-16 từ STM-1

A1A2P1P2STM-1 #1STM-1 #2

MUX16 : 1

STM-16A1B1C1D1P1A2B2. . . .. . .16

Hình 2.8. Tạo khung STM-16 từ 16 × STM-1.

Ngoài ra để có được STM-16 ta cũng có thể ghép 4× STM-4 với nhau theo phương thức ghép từng byte một.(hình 2.9)

MUX

4 : 1

D1A2A1...H1E2E1...L1I2I1...P1

M2M1

...4444

M

U

X

4:1

M

U

X

4:1

M

U

X

4:1

M

U

X

4:1

A1A2D1D2E1E2H1H2I1I2L1L2

M1M2

P1P2STM-1 #1STM-1 #4STM-1 #1STM-1 #4STM-1 #1STM-1 #4STM-1 #1STM-1 #4D1E1P1A2H1A1...........1644STM-16

Hình 2.9. Tạo khung STM-16 từ STM-4.

2.4. Công nghệ NG-SDH

2.4.1. Hạn chế của công nghệ truyền dẫn SDH truyền thống

SDH truyền thống là công nghệ TDM đã được tối ưu hoá để truyền tải các lưu lượng dịch vụ thoại. Khi truyền tải các lưu lượng dựa trên nền IP, các mạng sử dụng công nghệ SDH truyền thống gặp phải một số hạn chế sau:

- Liên kết cứng: Do các tuyến kết nối giữa hai điểm kết nối được xác lập cố định, có băng tần không đổi, thậm chí không có lưu lượng đi qua hai điểm này thì băng thông này cũng không thể được tái sử dụng để truyền tải lưu lượng của kết nối khác dẫn tới không sử dụng hiệu quả băng thông của mạng. Cách xác lập kết nối cứng như vậy làm giới hạn băng thông tối đa khi truyền dữ liệu đi qua hai điểm kết nối, đây là một hạn chế cơ bản của mạng SDH truyền thống khi truyền tải dịch vụ IP, do các dịch vụ này có đặc điểm thường có sự bùng nổ về nhu cầu lưu lượng một cách ngẫu nhiên.

- Lãng phí băng thông khi sử dụng cấu hình Mesh (mắt lưới): Khi mạng SDH thiết lập các liên kết logic để tạo ra cấu trúc mesh, băng thông của vòng (ring) buộc phải chia cho các liên kết logic. Việc định tuyến phân chia lưu lượng như vậy không những rất phức tạp mà còn làm lãng phí rất lớn băng thông của mạng. Khi nhu cầu lưu lượng truyền trong nội bộ mạng MAN tăng lên, việc thiết lập thêm các node, duy trì và nâng cấp mạng trở nên hết sức phức tạp.

- Các lưu lượng truyền dữ liệu quảng bá: Trong các Ring SDH, việc truyền tải các dữ liệu quảng bá chỉ có thể thực hiện được khi phía phát và tất cả các điểm thu đều đã được xác lập kết nối logic. Các gói tin quảng bá được sao chép lại thành nhiều bản và gửi đến từng điểm đích dẫn tới việc phải truyền nhiều lần cùng một gói tin trên vòng ring. Điều này gây lãng phí lớn đối với băng thông của mạng.

- Lãng phí băng thông cho việc bảo vệ mạng: Thông thường đối với các mạng SDH, 50% băng thông của mạng được dành cho việc dự phòng cho mạng. Mặc dù việc dự phòng này là hết sức cần thiết nhưng các công nghệ SDH truyền thống không cung cấp khả năng cho phép nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn băng thông sử dụng cho việc dự phòng các sự cố.

Ngoài ra, khi sử dụng mạng SDH truyền thống để truyền các lưu lượng Ethernet, ngoài các hạn chế trên thì còn một yếu tố nữa là tốc độ của Ethernet không tương đương với SDH. Điều này dẫn đến phải thiết lập các tuyến kết nối của mạng SDH có tốc độ cao hơn so với của dịch vụ Ethernet, điều này lại là nguyên nhân làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông của mạng lưới. Bảng 2.4 mô tả hiệu suất sử dụng băng thông khi truyền dịch vụ Ethernet qua mạng.

Bảng 2.4. Hiệu suất sử dụng băng thông khi truyền dịch vụ Ethernet qua mạng

Ethernet

SONET

SDH

Tốc độ truyền

Hiệu suất sử dụng băng thông

10 Mbps

STS-1

VC-3

48,4 Mbps

21%

100Mbps

STS-3c

VC-4

150 Mbps

67%

1 Gbps

STS-28c

VC-4 - 16C

2,4 Gbps

42%

2.4.2. SDH thế hệ mới: NG-SDH

SDH thế hệ mới là thuật ngữ mô tả tính kế thừa và phát triển dựa trên những tiêu chuẩn hình thành từ mạng SDH sẵn có, được các nhà cung cấp dịch vụ đường dài sử dụng đầu tiên như một cách để hỗ trợ các dịch vụ mới như Ethernet, Fibre Channel, ESCON và DVB (Bảng 2.5), SDH thế hệ mới cho phép truyền dữ liệu băng thông rộng với tốc độ cao hơn trong điều kiện tài chính giới hạn.

Bảng 2.5. Bảng so sánh giữa GE và FC

Gigabit Ethernet

Fiber Channel

Ứng dụng

Mạng số liệu

SAN, Audio/Video, số liệu

Tốc độ truyền

1.25Gbit/s

1.06Git/s, 2.12Gbit/s, 10Gbit/s

Kích thước khung

Thay đổi, 0 – 1.5kB

Thay đổi, 1 – 2 kB

Các kết nối định hướng

Không

Có

Sự bùng nổ của Ethernet trong các mạng LAN do tính đơn giản và hiệu quả của nó. Các tốc độ truyền Ethernet chuẩn như 10/100/1000 Mbit/s và 10Gbit/s đã hiện diện trong mạng MAN. Do Ethernet hoạt động dựa trên nguyên tắc tối ưu, dễ gây ra việc truyền tải số liệu không được đảm bảo, nên đã tạo ra lo lắng rằng Ethernet không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về chất lượng dịch vụ, tính bảo mật, tính dư thừa và khả năng khôi phục cho cả lưu lượng thoại và số liệu.

Mặc dù Ethernet Gigabit cung cấp một khung chuẩn chung từ người dùng tới đường trục, nhưng cũng cần có thêm một công nghệ thực hiện chức năng như một dịch vụ truyền dẫn để lưu trữ, truyền tải dịch vụ dữ liệu thô, âm thanh, hình ảnh độc lập về giao thức. Fiber Channel được thiết kế để loại bỏ nhiều trở ngại về hoạt động trước đây đã tồn tại trong các mạng LAN truyền thống. Các kênh đang cung cấp phù hợp với công nghệ Gigabit cho điều khiển, tự quản lý và tin cậy tại khoảng cách lên tới 10km.

Hình 2.10. Sơ đồ truyền dẫn lưu lượng Ethernet qua mạng SDH

Tuy nhiên, khi Fiber Channel rời bỏ mạng SAN và tương tác với SDH, việc mất gói và các lỗi sẽ xảy ra. Mặc dù cơ chế TCP hỗ trợ sửa các lỗi này, nhưng sự trễ và giảm băng thông lại gây ra các vấn đề về hiệu năng.

Mạng SDH thế hệ mới nâng cao tính hữu dụng trong mạng SDH hiện có bởi việc tận dụng cơ chế mạng lớp 1 hiện có cùng với việc bổ sung các công nghệ như: kết chuỗi ảo VC (Virtual Concatenation), thủ tục tạo khung chung GFP (Generic Framing Procedure) và sơ đồ điều chỉnh dung lượng liên kết LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme). Mô hình cấu trúc SDH thế hệ mới như mô tả trên hình 2.11.

N

a

t

i

v

e

i

n

t

e

r

f

a

c

e

s

GFP

Generic

Frame

Procedure

LAPSVCAT

Virtual

Concatenation

LCAS

Link

Capacity

Adjustment

Scheme

M

U

X

/

D

E

M

U

X

SONET/

SDH

EthernetFiconEsconFiber

Channel

Hình 2.11. Khái quát về mô hình cấu trúc SONET/SDH

2.4.3. Các công nghệ của mạng NG-SDH

2.4.3.1. Kết chuỗi ảo VCAT

Phương pháp ghép nối truyền thống được định nghĩa trong G.707 là thuật ngữ “kề nhau” (contiguous). Nghĩa là các container kế cận được kết hợp lại và truyền qua mạng SDH như là một container tổng. Hạn chế của ghép nối kề nhau là tất cả các node mạng là thành phần của đường truyền phải có khả năng nhận ra và xử lý container được ghép nối và thiếu tính mềm dẻo của việc sử dụng băng thông làm cho truyền dữ liệu không có hiệu quả.

VCAT sắp xếp các container độc lập vào trong một liên kết ghép nối ảo. Bất kỳ các số container có thể nhóm lại được với nhau để cung cấp độ linh hoạt của băng thông tốt hơn so với cách ghép nối truyền thống. Hơn nữa VCAT còn cho phép các nhà khai thác mạng điều chỉnh được dung lượng truyền theo dịch vụ của khách hàng yêu cầu để đạt được hiệu quả sử dụng tốt hơn. Bởi vì các node mạng trung gian xử lý mỗi container trong tuyến bằng một chuẩn - container ở dạng ghép nối, do vậy chỉ cần các thiết bị tại điểm gốc và kết cuối của đường dẫn nhận ra và xử lý các các cấu trúc tín hiệu VCAT. Điều này có nghĩa là mỗi tuyến có thể thực hiện đường dẫn riêng của nó qua mạng do đó sẽ dẫn đến sự khác nhau về pha giữa các container đến tại thiết bị kết cuối của đường dẫn nên yêu cầu thiết bị có bộ đệm cho trễ.

Ngày nay các tải trọng truyền dẫn đối với SDH là STM-0/1/4/16 và STM-64. Ví dụ dịch vụ 1 Gbit/s hiện thời được truyền dẫn qua kênh STM-16. Trong trường hợp này, hiệu quả của dung lượng đường truyền là 42%. Bảng 2.6 đưa ra so sánh hiệu quả sử dụng các dịch vụ khi có và không dùng VCAT. Nhóm VC-4-7v là một nhóm ghép nối ảo VCATG (VCAT Group), trong đó VC-4 là đã được định nghĩa trong SDH và 7v là số phần tử trong nhóm, sẽ tăng lên hiệu quả sử dụng băng thông là 85%.

Dịch vụ

Hiệu quả sử dụng

Không dùng VCAT

Hiệu quả sử dụng

Dùng 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 (1Gbit)

VC-4-16c --> 42%

VC-4-7v --> 85%

Bảng 2.6. So sánh hiệu quả sử dụng các dịch vụ khi có và không dùng VCAT

Các tham số yêu cầu đối với VCAT là bộ chỉ thị đa khung MFI (Multi-Frame Indicator) và số thứ tự SQ (Sequence Number). Bởi vì các phần tử của VCATG có thể đi qua mạng với nhiều đường dẫn khác nhau, chúng không đến cổng đích cùng một lúc nên gây ra độ trễ giữa các container. Để loại bỏ trễ khác nhau này và đảm bảo việc tích hợp các container trong nhóm, số thứ tự SQ được gán với mỗi phần tử. MFI có thể phát hiện các độ trễ khác nhau giữa các phần tử của VCATG.

Ưu điểm khi sử dụng VCAT:

- Hiệu quả: Các kênh VCAT được định tuyến độc lập thông qua mạng SDH và sau đó được nhóm lại tại node đích, do vậy loại trừ được việc tắc nghẽn và sử dụng hiệu quả băng thông.

- Có khả năng mở rộng: Phương pháp ghép nối liền kề truyền thống theo các bước cố định, trong khi VCAT cho phép băng thông thay đổi phù hợp với sự tăng giảm nhỏ của nhu cầu. Dựa trên tốc độ dữ liệu mong muốn, các kênh VCAT có thể thay đổi để phù hợp với băng thông sử dụng và tránh được sự lãng phí băng thông.

- Tính tương tích: Chỉ có các node nguồn và đích cần nhận ra VCAT, các node còn lại của mạng SDH trong mạng không cần biết về các nhóm ghép nối ảo này. Do đó VCAT được truyền thẳng trong mạng SDH và làm việc trên các mạng có sẵn.

- Duy trì dịch vụ: Trong các nhóm VCAT, mỗi kênh có thể được định tuyến khác nhau trên mạng, nếu một kênh có sự cố, các kênh khác vẫn làm việc bình thường. Do đó nếu một liên kết bị sự cố thì chỉ có một kênh nhánh trong nhóm VCAT bị mất nhưng liên kết dữ liệu vẫn tiếp tục cung cấp dịch vụ với băng thông bị giảm xuống

2.4.3.2 Thủ tục tạo khung chung GFP

Thủ tục tạo khung chung (GFP) là một cơ chế tạo khung các tín hiệu client và sắp xếp các tín hiệu ở dạng khung này vào trong một luồng số của mạng truyền dẫn SDH. GFP là một giao thức thích ứng cung cấp một cơ chế sắp xếp các kiểu luồng bit khác nhau một cách linh hoạt vào trong kênh SDH. Cơ chế thích ứng dựa trên việc tạo khung và cho phép đưa phân đoạn của kênh vật lý vào trong các khung có kích thước cố định hoặc thay đổi được. Các tín hiệu của client có thể là theo kiểu gói (như là IP/PPP hoặc Ethernet) hoặc theo kiểu các khối đã mã hoá (như là FC).

Kỹ thuật đóng gói như GFP phải được sử dụng để tương thích với dữ liệu không đồng bộ, thay đổi nhanh và kích thước các khung thay đổi trước khi lưu lượng dữ liệu như IP/PPP, Ethernet MAC, FC, ESCON và FICON được truyền đi qua các mạng SDH. GFP làm thích ứng một luồng dữ liệu trên nền một khung đến luồng dữ liệu định hướng byte bằng cách sắp xếp các dịch vụ khác nhau vào một khung mục đích chung sau đó khung này được sắp xếp vào trong các khung SDH đã biết. Cấu trúc khung này có ưu điểm hơn ở việc phát hiện và sửa lỗi và cung cấp hiệu quả sử dụng băng thông lớn hơn so với các thủ tục đóng gói truyền thống.

Hình 2.12. Cấu trúc khung GFP

Bốn thành phần trong khung GFP là: mào đầu (core header), mào đầu tải tin (payload header), thông tin của tải tin (payload information) và trường tuỳ chọn phát hiện lỗi (FCS).

· Core header định nghĩa chiều dài khung và phát hiện lỗi CRC.

· Payload header định nghĩa kiểu thông tin được truyền, các khung quản lý hoặc các khung khách hàng cũng như nội dung tải tin.

· Client payload information định nghĩa tải tin thực tế được chuyển đi.

· Tuỳ chọn FCS phát hiện lỗi.

Hiện nay có hai kiểu tương thích client được định nghĩa đối với GFP:

· GFP được đóng khung (framed) GFP-F: một khung dữ liệu được được thu và sắp xếp vào trong một khung GFP mà không có overhead kết hợp.

· GFP trong suốt (transparent) GFP-T: Các mã khối tín hiệu dữ liệu được sắp xếp vào trong các khung tuần hoàn có chiều dài được xác định trước và được phát tức thời mà không đợi toàn bộ khung dữ liệu.

Bảng 2.6 đưa ra so sánh GFP-F và GFP-T.

Kiểu giao thức

Mô tả

Ứng dụng

GFP-F

Dịch vụ được sắp xếp theo kiểu khung – khung vào trong khung GFP.

Mào đầu tối thiểu.

Chiều dài khung GFP thay đổi.

Fast Ethernet, Giga Ethernet, IP …

GFP-T

Dịch vụ được sắp xếp theo kiểu bye – byte vào trong khung GFP

Tối ưu hoá trễ truyền dẫn.

Chiều dài khung không đổi.

FC,FICON, ESCON, Ethernet …

Bảng 2.7. So sánh GFP-F và GFP-T

Tuỳ vào dịch vụ được truyền đi thì sẽ sử dụng theo kiểu GFP nào, tuy nhiên ngày nay Ehernet là tín hiệu được định nghĩa trong GFP-F. GFP-T sắp xếp bất kỳ dữ liệu nào bao gồm Ethernet, FC và ESCON. Các dịch vụ được sắp xếp qua GFP-F dùng số lượng overhead ít nhất để đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông tốt nhất, trong khi đó độ ưu tiên của các dịch vụ này được sắp xếp qua GFP-T là nhanh, truyền tải hiệu quả dữ liệu.

Hơn nữa GFP là một cơ chế thích ứng, còn có các phương pháp khác: Giao thức truy cập liên kết LAPS (the Link Access Protocol) và điều khiển liên kết dữ liệu mức cao HDLC (High-level Data Link Control) là hai cơ chế tạo khung có ưu thế hơn. Tuy nhiên GFP hỗ trợ đa dịch vụ và có tính mềm dẻo vì vậy nó có thể dùng trong việc tổ hợp với đầu cuối mạng truyền dẫn quang.

2.4.3.3. Sơ đồ điều chỉnh dung lượng liên kết LCAS

Gần đây người ta đưa ra sơ đồ điều chỉnh dung lượng liên kết LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) dùng giữa hai phần tử mạng được kết nối đến giao diện khách hàng đến mạng SDH truyền thống. LCAS là một phần mở rộng của VCAT như được định nghĩa trong chuẩn G.704/Y.1305 của ITU, LCAS cho phép thay đổi động các kênh trong số các kênh của SDH trong một nhóm VCAT. Mỗi byte H4/K4 truyền đi một gói điều khiển bao gồm thông tin liên quan đến VCAT và các tham số của giao thức LCAS.

Bằng việc xác định thành phần nào của một VCATG được kích hoạt và chúng được sử dụng như thế nào, LCAS cho phép thiết bị phía xuất phát thay đổi linh hoạt số các container trong một nhóm được ghép nối để đáp ứng với sự thay đổi thời gian thực trong yêu cầu sử dụng băng thông. Sự tăng giảm băng thông truyền có thể đạt được mà không ảnh hưởng đến dịch vụ. Các bản tin báo hiệu của LCAS được trao đổi giữa các node đầu cuối thông qua overhead của SDH để thay đổi số các luồng nhánh hoặc các các phần tử của một nhóm VCAT. Số các phần tử của một nhóm VCAT có thể được tăng lên và giảm xuống mà không bị mất khung. Khi một sự cố được phát hiện ở một kênh thành phần, thông lượng sẽ thấp hơn mà không xảy ra việc mất hoàn toàn lưu lượng. Điều này đạt được bằng cách đảm bảo rằng các kênh bị sự cố của một nhóm VCAT bị loại bỏ trong khi các kênh của nhóm VCAT còn lại tiếp tục mang lưu lượng. Do vậy các kênh được phát hiện và loại bỏ tự động từ nhóm VCAT.

Các tham số sau trong gói điều khiển có liên quan đối với giao thức LCAS:

· Lệnh điều khiển CTRL (Control) đồng bộ nguồn và đích và các thông tin truyền tải lưu ý đến trạng thái của các thành phần độc lập trong một VCATG.

· Nhận dạng nguồn GID (Source Identifier) báo cho đầu thu VCATG nào có phần tử thực tế nào thuộc về nó.

· Nhận biết sự sắp xếp lại RS-Ack (Resequence Acknowledgement) thông báo cho phía nguồn biết đầu thu đã nhận sự thay đổi đã bắt đầu.

· Trạng thái thành viên MST (Member Status) chuyển đi trạng thái của liên kết từ thiết bị nhận đến nguồn đối với mỗi thành phần độc lập của VCATG (OK=0, FAIL=1).

· Bảo vệ lỗi CRC phát hiện lỗi và bỏ các gói điều khiển bị lỗi đối với mỗi thành phần của VCATG.

Hình 2.13. Khuôn dạng trường điều khiển LCAS/VCAT

2.4.4. Một số hạn chế của công nghệ NG-SDH

2.4.4.1. Hạn chế của VCAT

Về mặt lý thuyết, có hai hạn chế: thứ nhất là có sự giới hạn số tối đa của các kênh thành phần trong một nhóm VCAT được xác định bởi SQ nằm trong byte H4 của POH của SDH. Đối với đường dẫn bậc cao (VC-3, VC-4) SQ có 8 bit xác định được tối đa là 256 phần tử của một nhóm VCAT, đối với đường dẫn bậc thấp (VC-12) SQ có 6 bit xác định được tối đa 64 phần tử trong một nhóm VCAT. Vấn đề thứ hai là giới hạn của độ trễ do đường dẫn khác nhau cực đại do MFI xác định cũng nằm trong byte đa khung H4 của POH cho cả hai đường dẫn bậc cao và đường dẫn bậc thấp cho phép trễ khác nhau tối đa của các phần tử của một nhóm VCAT là 256ms.

Hạn chế về mặt thực tế: Do khó khăn kỹ thuật của việc tích hợp nhiều bộ đệm trên một vi mạch VCAT, trễ đường dẫn khác nhau cung cấp bởi vi mạch này là rất nhỏ, điển hình khoảng (25ms hoặc nhỏ hơn . Do đó các nhà cung cấp thiết bị phải dùng bộ nhớ ngoài và để tốc độ truyền của bộ nhớ ngoài đủ nhanh chỉ có thể sử dụng SRAM. So sánh với với DRAM và SDRAM, SRAM có dung lượng ít hơn và đắt hơn, do đó giá thành thiết bị do đó sẽ cao.

2.4.4.2. Hạn chế của GFP

Trong khung GFP, có tuỳ chọn header mở rộng là trường 1byte gọi là nhận dạng kênh CID (Channel Indentifier), node mạng phía thu có thể dùng CID để nhận dạng giao diện Ethernet đích, do vậy có thể nhiều giao diện Ethernet tại node phía nguồn chia sẻ cùng một kênh VCAT.

Ghép kênh GFP có hạn chế: Lưu lượng từ các giao diện tại node nguồn mà chia sẻ cùng một kênh VCAT phải đến chung một node phía thu. Nghĩa là chỉ khi nhiều khách hàng cùng một nơi và lưu lượng của họ đến cùng một đích thì việc sử dụng GFP mới có hiệu quả.

Hiện nay trên thế giới công nghệ NG-SDH đã và đang được triển khai, cho phép các nhà khai thác cung cấp nhiều hơn nữa các dịch vụ truyền tải và đồng thời tăng hiệu suất của hạ tầng mạng SDH đã có. Ưu điểm của NG-SDH là không cần phải lắp đặt một mạng truyền dẫn mới hay thay đổi tất cả các thiết bị nút mạng hay các tuyến cáp quang, nhờ vậy sẽ giảm được chi phí và thu hút được các khách hàng mới trong khi vẫn duy trì được các dịch vụ đã có. NG-SDH tạo ra phương thức truyền tải các dịch vụ khách hàng có tốc độ cố định (như PDH) và các dịch vụ có tốc độ biến đổi như Ethernet, VPN, DVB, SAN... qua các thiết bị và mạng SDH hiện có bằng cách bổ sung một số thiết bị phần cứng và các thủ tục cũng như giao thức mới. Các thủ tục và giao thức này được phân thành các lớp là: thủ tục định dạng khung GFP, kết nối ảo VCAT và giao thức điều chỉnh dung lượng tuyến LCAS...

Chương 3: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ OMSN

3.1. Giới thiệu chung

Trước đây, công nghệ SDH được thiết kế tối ưu cho mục đích truyền tải các tín hiệu ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM). Tuy nhiên hiện nay yêu cầu đặt ra đối với mạng đã hoàn toàn thay đổi khi các dịch vụ truyền tải dữ liệu ngày càng tăng. Điều đó có nghĩa là trong tương lai, hệ thống SDH truyền thống không thể đáp ứng được nhu cầu gia tăng của các dịch vụ số liệu nữa. SDH thế hệ tiếp theo (NG-SDH) là một cơ chế truyền tải cho phép tồn tại đồng thời các dịch vụ truyền thống và các dịch vụ mới trên cùng một mạng mà không làm ảnh hưởng lẫn nhau.

Cùng với sự phát triển của mạng NG – SDH, các thiết bị SDH cũng phát triển theo để đáp ứng được nhu cầu của nhà cung cấp dịch vụ. Các thiết bị OMSN của Alcatel – Lucent cung cấp các nền tảng đa dịch vụ trên nền quang để xây dựng các mạng truyền tải NG – SDH đa dịch vụ. Các thiết bị OMSN này tích hợp các chức năng truyền dẫn tốt nhất trong một lớp (best–in–class), các chức năng tách ghép CWDM, kết nối chéo SDH cùng với lớp truyền thông (carrier–class) và các chức năng chuyển mạch gói/tế bào lớp 2 bao gồm: Ethernet, chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ATM. Chia sẻ các đặc tính và các module chung, các thiết bị Alcatel – Lucent OMSN đảm bảo triển khai linh hoạt và hỗ trợ các đặc tính cho mạng NG – SDH.

Ngày nay, các hãng truyền thông và các nhà cung cấp dịch vụ đòi hỏi các giải pháp trên nền quang cho các mạng vùng và mạng metro mà có khả năng cung cấp dung lượng cao, có độ tin cậy, tính linh hoạt và tính khả chuyển để hướng đến các dạng thức truyền thông mới có hiệu quả. Cùng với các chức năng dựa trên TDM truyền thống, công nghệ truyền dẫn đã hỗ trợ những nguồn lợi nhuận đáng kể cho các hãng truyền thông, các dịch vụ mới cho các ứng dụng băng rộng trên nền gói (based–packet) đang được mở rộng và cần sự phân phối hiệu quả trên một cơ sở hạ tầng tập hợp băng rộng để mang lại hiệu quả lợi nhuận cho các hãng truyền thông. Các thiết bị OMSN tích hợp các công nghệ truyền dẫn và chuyển mạch gói, chuyển giao các giải pháp mạng metro hỗ trợ phân phối dịch vụ băng rộng mới. Với khả năng này, các thiết bị OMSN hướng đến các ứng dụng mạng vùng và metro, cung cấp một nền tảng truyền dẫn đa dịch vụ để mang lại lợi nhuận từ nhiều dịch vụ băng rộng như: triple–play (dữ liệu, thoại, hình ảnh), các dịch vụ Ethernet…

Các đặc tính của OMSN

· Truyền dẫn và quản lý hiệu quả các ứng dụng dữ liệu trên nền gói với cơ sở hạ tầng quang đã có.

· Tăng cường kết nối trong các Topo mạng: ring, hình sao, mắt lưới (mesh).

· Độ tin cậy cao cho các chức năng truyền dẫn và mục đích xây dựng mạng.

· Theo dõi, xử lý sự cố, cung cấp dịch vụ.

· Hỗ trợ các dịch vụ tốc độ cao, trong dải từ 2 Mbit/s và Ethernet lên đến Gigabit Ethernet GE và 10 Gbit/s.

· Tiến tới hợp nhất các dịch vụ Internet, thoại và video trong cùng một môi trường đồng nhất.

· Quản lý chất lượng dịch vụ và hiệu năng để hỗ trợ các yêu cầu SLA (Service Level Agrement) khó khăn nhất.

Các ưu điểm của OMSN

Các thiết bị OMSN dựa trên một cấu trúc truyền dẫn SDH cứng, chưa linh hoạt, mang lại cho các nhà cung cấp dịch vụ một vài lợi ích sau:

· Mang lại tính sẵn sàng tối đa cho dịch vụ, hỗ trợ các dịch vụ tiềm năng từ việc truy nhập đến mạng đường trục với bất kỳ luồng lưu lượng nào.

· Hợp lý hóa các thao tác và cải thiện một cách đáng kể vốn xây dựng cơ bản và chi phí kinh doanh mà không ảnh hưởng đến các dịch vụ hiện có.

· Tạo ra những lợi nhuận mới từ các dịch vụ hiện tại và các dịch vụ cạnh tranh trong tương lai.

· Cải thiện băng thông sử dụng, cung cấp không gian cho các dịch vụ mới phát sinh lợi nhuận nhiều hơn.

Các thiết bị OMSN của Alcatel – Lucent

Các thiết bị OMSN của Alcatel – Lucent gồm có: 1642EMC, 1640FOX, 1642EMUX, 1650SM-C, 1662SM-C, 1660SM và 1670SM.

1642EMC, 1640FOX, 1642EMUX, 1650SM-C, 1662SM-C và 1660SM được dự định cho các ứng dụng mạng metro, trong khi đó, 1670SM là OMSN cho mạng truyền dẫn lõi.

1640FOX, 1650SM-C, 1662SM-C, 1660SM, và 1670SM chia sẻ nhiều thiết bị đã được xác định bởi lưu lượng được hỗ trợ (PDH, SDH, ATM, Ethernet…). Hầu hết các cổng lưu lượng có bộ xử lý không nằm trên bản mạch và có thể được tái sử dụng từ một OMSN đến một OMSN khác hoặc được khôi phục từ những kho dự trữ mà không phải lo lắng về các phiên bản phần mềm SW.

1660SM và 1662SMC tích hợp các đặc tính CWDM để mở rộng dung lượng truyền dẫn của mạng bởi việc đề nghị các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông:

· Tăng băng thông cho các ứng dụng mạng vùng và mạng metro.

· Phát triển các dịch vụ từ bước sóng đơn đến nhiều bước sóng trong cùng một node.

· Giải pháp CWDM hiệu quả cho cơ sở hạ tầng mạng quang đô thị.

Chuyển mạch gói

Các thiết bị OMSN chia sẻ bộ chuyển đổi dịch vụ tích hợp ISA (Integrated Service Adapter) chung, cung cấp các chức năng chuyển mạch gói lớp 2, thích nghi với cơ sở hạ tầng truyền dẫn SDH yêu cầu cho các dịch vụ băng rộng trên nền gói ngày càng tăng:

· Cung cấp các chức năng chuyển mạch MPLS, Ethernet và khả năng chuyển mạch ATM, với các giao diện ESCON, FICON, FC để cải thiện sự kết nối các luồng dữ liệu và phân phối các dịch vụ băng rộng mới trên nền IP như là các mạng riêng ảo Ethernet, mạng lưu trữ và tập hợp di động 3G.

· Quản lý có hiệu quả và truyền dẫn các ứng dụng dữ liệu trên nền gói trong giới hạn cơ sở hạ tầng quang đã có, tránh sự chồng chéo các mạng dữ liệu để tập hợp mạng metro băng rộng.

· Tạo ra các lợi nhuận mới từ các dịch vụ hiện tại và tương lai bằng việc bắt buộc và xác nhận sự thỏa thuận mức dịch vụ SLA dựa vào chất lượng dịch vụ QoS được hỗ trợ.

Hình 3.1. Các dịch vụ băng rộng được cung cấp bởi OMSN

Những khả năng này làm cho các thiết bị OMSN trở thành các node đa công nghệ hiệu quả hướng đến các mạng metro quang mà ở đó dung lượng, giá thành, cơ sở hạ tầng, độ tin cậy và các dịch vụ trên nền gói đóng vai trò chìa khóa trong một kiến trúc băng rộng hướng đến người dùng.

Các ứng dụng đa dịch vụ

Ngày nay, tính linh hoạt cũng có nghĩa là có khả năng hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu băng rộng và các ứng dụng đa phương tiện trong mạng. Các thiết bị OMSN mang lại cho các nhà cung cấp dịch vụ khả năng phân phối một vài loại dịch vụ đa giao thức khác nhau để mang lại sự cân bằng tốt nhất giữa các dịch vụ dữ liệu băng rộng mới và các dịch vụ cho thuê đường dây và dịch vụ thoại truyền thống. Các thiết bị OMSN được trang bị các khe cắm ISA để thực hiện các chức năng chuyển mạch Ethernet, ATM hoặc video, cho phép các ứng dụng mới. Phạm vi rộng lớn của kỹ thuật ISA trên nền gói cho phép các nhà điều hành và các nhà cung cấp dịch vụ đối phó với lưu lượng băng rộng hiện tại và tương lai cần truyền qua mạng bằng cách cho phép quy tụ nhiều lớp trong một node đơn.

3.2. Các chức năng của thiết bị OMSN

Node đa dịch vụ trên nền quang OMSN tương thích với những hệ thống PDH đã có cũng như những mạng SDH đã được lắp đặt, do đó thiết bị OMSN cung cấp các chức năng đã có ở mạng SDH và bổ sung thêm một số các chức năng mới cho các ứng dụng mới. Các chức năng đó là:

· OMSN có thể được cấu hình như là một bộ ghép đầu cuối đa đường (Multi Line Terminal Multiplexer) hoặc là một bộ tách ghép đa kênh (Multi Add/Drop Multiplexer) hoặc là một bộ nối chéo (Cross Connect).

· OMSN tích hợp khả năng chuyển mạch ATM, có thể sử dụng được trong một card chuyển mạch tùy chọn.

· OMSN có thể được trang bị với những thiết bị Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet để cho phép kết nối LAN to LAN và chuyển mạch Ethernet.

· OMSN có thể sử dụng cho chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS), nghĩa là nó thực hiện phân loại, định tuyến, tập hợp các gói dữ liệu theo kỹ thuật MPLS.

· OMSN có thể truy nhập và truyền các loại lưu lượng đến FICON (1.0625Gbit/s), kênh quang (1.0625Gbit/s), Digital Video (270Mbit/s), ESCON(200Mbit/s), FDDI(125Mbit/s), OC-3 (155Mbit/s.

· OMSN hỗ trợ những tính năng của CWDM (Coarse WDM) được cung cấp bởi bộ tách sóng, bộ giải ghép kênh (Multiplexer/Demultiplexer) và những thiết bị COADM (Coarse Optical Add/Drop Multiplexer).

3.3. Các ứng dụng dịch vụ trên thiết bị OMSN

3.3.1. Dịch vụ Ethernet

Để đáp ứng các dịch vụ băng thông rộng của khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ đã phát triển dịch vụ Ethernet trong các mạng LAN. Dịch vụ Ethernet mang lại một số lợi ích như: tính dễ sử dụng, hiệu quả về chi phí, tính linh hoạt.

Tính dễ sử dụng.

Dịch vụ Ethernet dựa trên một giao diện Ethernet (Ethernet interface) chuẩn, phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ (LAN). Hầu như tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy việc sử dụng Ethernet để kết nối với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình hoạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp (OAM&P).

Hiệu quả về chi phí

Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư và chi phí vận hành. Một là, do sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện Ethernet không có chi phí lắp đặt. Hai là, giá thành thiết bị thấp, chi phí vận hành và quản trị thấp hơn. Ba là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao tăng thêm băng thông một cách khá mềm dẻo. Điều này cho phép thuê bao thêm băng thông khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần.

Tính linh hoạt

Dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao thiết lập mạng của họ theo những cách hoặc là phức tạp hơn hoặc là không thể thực hiện với các dịch vụ truyền thống khác. Với dịch vụ Ethenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay, ATM,…). Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải mua thiết bị mới hay nhà cung cấp dịch vụ cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ.

Các thiết bị OMSN được trang bị các card Ethernet cho phép kết nối LAN to LAN giữa hai bộ định tuyến hoặc chuyển mạch qua một mạng SDH. Các card Ethernet có thể quản lý được 3 loại lưu lượng Ethernet là: Ethernet (10 Mbit/s), Fast Ethernet (100 Mbit/s) và Gigabit Ethernet (1 Gbit/s). Các khung Ethernet sẽ được sắp xếp trong SDH VC sử dụng thủ tục đóng khung chung GFP và được truyền trên mạng SDH.

Các module Ethernet được cắm vào thiết bị OMSN sẽ cung cấp các dịch vụ Ethernet. Đối với thiết bị 1660SM, có các module: ISA-ETH module và ISA-GBE module. Module ISA-ETH cung cấp các giao diện 10/100 baseT, Module ISA-GBE cung cấp các giao diện 1000BaseSX/1000BaseLX cho phép sự kết nối của 2 mạng LAN trong một cấu hình point to point. Các card này đóng vai trò như là một gateway đối với mạng SDH. Các module này cho phép thiết bị OMSN cung cấp một số dịch vụ như: đường dây riêng (Private Line), đường dây riêng ảo (Virtual Private Line), mạng LAN riêng (Private LAN), mạng LAN riêng ảo (Virtual Private LAN), tập hợp (Aggregation), tập hợp ảo (Virtual Aggregation).

Hình 3.2. Các dịch vụ Ethernet trên OMSN

3.3.2. Dịch vụ truyền dữ liệu

Một số dịch vụ dữ liệu có thể được sắp xếp thành những tín hiệu STM-N nhờ card SDH matrix được cắm vào thiết bị OMSN. Card 4×ANY cung cấp 4 truy nhập vật lý và kết chuỗi ảo cho tín hiệu dữ liệu. Thông lượng của nó bằng 16 VC-4.

Hình 3.3. Ứng dụng dịch vụ dữ liệu

Bảng 3.1 cho thấy các dịch vụ dữ liệu được cung cấp bởi OMSN.

Tín hiệu dữ liệu

Tốc độ bit

Số lượng VC-4

Gigabit Ethernet

1,25 Gbit/s

8

FICON

1,0625 Gbit/s

8

Fiber Channel

1,0625 Gbit/s

8

Digital Video

270 Mbit/s

2

ESCON

200 Mbit/s

2

Fast Ethernet

125 Mbit/s

1

FDDI

125 Mbit/s

1

Bảng 3.1. Các loại dịch vụ dữ liệu được cung cấp bởi OMSN

3.3.3. Dịch vụ ATM

Metro OMSN được tích hợp khả năng chuyển mạch kênh ảo VC và đường dẫn ảo VP ATM nhờ card chuyển mạch tùy chọn chứa ma trận ATM. Để cung cấp dịch vụ ATM, card ISA-ATM được cắm vào thiết bị 1660SM là giải pháp tối ưu để truyền dẫn và tập hợp lưu lượng ATM. Về mặt chức năng, ATM đặc biệt hữu ích trong truy nhập cấu hình Ring cục bộ và metro để hợp nhất lưu lượng dữ liệu từ những người sử dụng khác nhau lên trên cùng SDH VC, do đó tối ưu băng thông truyền.

3.3.4. Dịch vụ MPLS

MPLS là cơ chế truyền tải dữ liệu dạng chuyển gói (packet-switched). Trong mô hình OSI, MPLS có thể xem như nằm giữa lớp 2 và lớp 3…Vì vậy MPLS có thể được xem như là giao thức thuộc lớp 2.5. MPLS được thiết kế để thống nhất các loại dịch vụ truyền tải dữ liệu cho cả mạng chuyển gói và chuyển mạch, hỗ trợ cả IP, ATM, SONET, Ethernet…Do đó sử dụng MPLS sẽ tiết kiệm được chi phí rất nhiều. MPLS cho phép xây dựng một hệ thống mạng sử dụng một loại cơ sở hạ tầng có thể quản lý được dữ liệu, âm thanh thoại, video conference…

Ở đầu vào, bộ định tuyến biên nhãn LER (Label Edge Router) sẽ kiểm tra gói tin được đưa tới và quyết định có đánh nhãn gói tin hay không.Việc đánh nhãn sẽ dựa vào một cơ sở dữ liệu đặc biệt được lưu trong LER. Sau đó, một header MPLS sẽ được chèn vào. Gói dữ liệu được chuyển đi. Gói dữ liệu truyền đi sẽ lần lượt đi qua các LSR (Label Switching Router), các LSR sẽ không thêm vào hay bớt đi nhãn nào, nó chỉ thay đổi các nhãn và chuyển gói tin đến LSR tiếp theo, các LSR xác định việc đổi nhãn hay LSR tiếp theo dựa vào một bảng dữ liệu trong router. Nếu dữ liệu không chứa nhãn nào, nó sẽ hoạt động như một router bình thường. Do vậy, các đường dẫn sẽ được thiết lập giữa các LER và LSR. Những đường dẫn này được gọi là Label switch paths (LSPs). Ở đầu ra, LER sẽ tách header MPLS ra và gói dữ liệu sẽ được truyền đi một cách bình thường. Ngoài ra MPLS cho phép xác định chế độ ưu tiên cho dữ liệu, thuật ngữ mạng là FEC (Forward Equivalence Class - Lớp chuyển tiếp tương đương). Thực chất, việc xác định mức độ ưu tiên cho dữ liệu là rất quan trọng. Do có những dữ liệu quan trọng cần chất lượng mạng cao hơn. MPLS cho phép chọn mức độ ưu tiên để cung cấp chất lượng mạng hợp lý cho các loại dữ liệu này. Sau đó, dựa vào mức độ FEC của gói thông tin đã được đánh nhãn mà các loại đường truyền khác nhau có thể được thực hiện. Có thể là gói tin sẽ được truyền qua ATM, frame-relay. Nếu gói tin không có nhãn, nó sẽ được coi có mức ưu tiên thấp nhất và được truyền đi như một gói tin IP bình thường.

Kỹ thuật MPLS được sử dụng trong những hệ thống truyền tải Alcatel để phân phối và định tuyến các gói dữ liệu được tạo ra bởi dịch vụ gói hóa bất kỳ (packetized service) đang hoạt động tại lớp mạng và được đóng gói thành khung Ethernet. Một hoặc nhiều nhãn được gắn vào mỗi gói Ethernet và được sử dụng để chuyển gói. Sự phân loại các gói dữ liệu đến chỉ được thực hiện một lần tại cạnh của mạng MPLS, những bộ định tuyến MPLS bên trong chỉ phải chọn bước truyền kế tiếp bằng cách tìm và hoán đổi nhãn ở trên cùng. Những gói Ethernet cùng đích và cùng chất lượng dịch vụ được gán đến cùng một FEC ngay cả khi chúng thuộc một luồng khác. Theo cách này, những luồng gói riêng biệt được tập hợp đến một đường dẫn chung.

Hình 3.4. Ứng dụng dịch vụ MPLS

Ở thiết bị OMSN, các card ISA PR-EA và ISA PR sẽ quản lý giao thức MPLS.

· Card ISA PR-EA được sử dụng để tập hợp những luồng lưu lượng Ethernet khác nhau, được bảo đảm bằng chất lượng dịch vụ luồng QoS.

· ISA PR là một hệ thống con Ethernet ADM và cung cấp một lớp sóng mang được chia sẻ trong Ethernet Packet Ring.

3.3.5. Dịch vụ CWDM

CWDM là một nhánh chi phí thấp của các công nghệ DWDM (dense WDM) hiệu suất cao đã phục vụ cho nghành công nghiệp mạng truyền tải xa.

Sự tích hợp công nghệ SDH và WDM trong 1660SM tạo ra cơ hội để tăng thêm dung lượng mạng mà không ảnh hưởng lên phương tiện vật lý ban đầu (ví dụ như sợi quang). Sự hiện diện của một lưới bước sóng cho phép người dùng sử dụng nhiều dung lượng với giá thành giới hạn. Những thiết bị quang CWDM có thể lên đến 8 kênh truyền lưu lượng theo như khuyến nghị ITU–T G694.2, lưới bước sóng là: 1470-1490-1510-1530-1550-1570-1590-1610 nm. Hỗ trợ cả ứng dụng tuyến tính và vòng. Ở những node đầu cuối, nó có thể tách ghép lên đến 8 kênh. Ở những node tức thời, nó có thể xen rẽ 1 hoặc 2 kênh và truyền qua 7 hoặc 6 kênh khác.

M

U

X

/

D

E

M

U

X

O

A

D

M

O

A

D

M

TRAN

SPON

DER

B&W

STM-16

COLORED

STM-16

λ1λ2λ8

1660SM

COLORED

STM-16

COLORED

STM-16

COLORED

STM-16

TRAN

SPON

DER

B&W

STM-16

M

U

X

/

D

E

M

U

X

TRAN

SPON

DER

B&W

STM-16

COLORED

STM-16

λ1λ2λ8

1660SM

1

6

6

0

S

M

MUX/DEMUX

OF 8

CHANNEL

MUX/DEMUX

OF 8

CHANNEL

PASS-

THROUGH OF 6

CHANNEL

ADD/DROP OF

2 CHANNEL

Hình 3.5. Ứng dụng CWDM

3.4. Hệ thống quản lý trong mạng sử dụng OMSN

Các dịch vụ được thảo luận ở trên độc lập ở một mức độ nào đó và phải được quản lý bởi một hệ thống quản lý mạng NMS (Network Management System) để đảm bảo chúng có thể được triển khai và quản lý chủ động trong thời gian thực. Nếu không có chiến lược NMS rõ ràng, các dịch vụ và công nghệ nói trên rất khó hay thậm chí là không thể áp dụng được.

3.4.1. Cấu trúc của hệ thống quản lý

Hình 3.6. Cấu trúc của hệ thống quản lý mạng

Sự quản lý các thành phần mạng NE được thực hiện bởi:

· Phần mềm khai báo đầu cuối 132CT.

· Hệ điều hành OS (1353NM và 1354RM) của một hoặc nhiều trạm làm việc có chức năng quản lý mạng. Hơn nữa, OS cho phép kết nối đến các mạng quản lý viễn thông TMN.

Giao diện CT là một loại EIA–RS232. CT thực hiện một số chức năng sau:

· Định vị, kết nối CT với thiết bị OMSN qua giao diện F.

· Quản lý từ xa, từ một thiết bị SDH hoặc SDH gateway khác của mạng, ở đó, một CT được kết nối (qua giao diện F), định địa chỉ thực của thiết bị. Trong trường hợp này, thông tin quản lý được truyền bởi mạng SDH, sử dụng các byte DCC hoặc được truyền bởi một mạng LAN. Khi tùy chọn CT được sử dụng, giao diện F có thể quản lý được tối đa 32 thiết bị.

· Kênh truyền số liệu DCC:

· Các byte D1 ÷ D3 của RSOH: các kênh truyền số liệu kết nối trạm lặp với trạm quản lý, có tốc độ bit là 192 Kbit/s (64 Kbit/s×3).

· Các byte D4 ÷ D12 của MSOH: kênh truyền số liệu kết nối trạm ghép kênh với trạm quản lý, có tốc độ bit là 576 Kbit/s (64 Kbit/s×9).

Giao thức thông tin giao diện F: (F1 và F2) được định nghĩa như sau:

Giao diện thông tin F1 được được sử dụng để kết nối tại chỗ hay từ xa các trạm với hệ điều hành UNIX. Giao diện thông tin F2 được sử dụng trong cấu hình nội bộ để kết nối các máy tính PC thông thường. Cả hai giao diện F1 và F2 đều được cung cấp cho mỗi phần tử mạng.

Giao thức thông tin giao diện Q3 là để kết nối các phương tiện trung gian, các phần tử mạng, các hệ điều hành tới các hệ điều hành khác thông qua mạng truyền thông số liệu DCN. Giao diện Q3 cho phép thiết lập kết nối với OS, thông tin quản lý có thể được truyền bởi mạng quang, sử dụng các byte DCC hoặc bởi một mạng LAN được chỉ định.

Hình 3.7. Kết nối giữa thiết bị OMSN và OS

Kết nối giữa NE và OS được thực hiện như sau:

· Bộ điều khiển thiết bị EC (Equipment Controller) của OMSN Gateway truy