Tìm hiểu hệ thống SHD trong thông tin quang

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
----------------------------------------------------------------------------------

BÁO CÁO
THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Đề tài:
Tìm hiểu hệ thống SDH trong thông tin quang
Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Cường
Sinh viên thực hiện:
Trần Thanh Luân

Hà Nam, tháng 5 năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin chân thành cám ơn thấy giáo Nguyễn Văn Cường ,
sự chỉ bảo tận tình của thầy đã giúp em hoàn thành bài Báo cáo tốt nghiệp
này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy, các cô của trường Đại
học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên đã chỉ bảo hết sức
tận tình và tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứu cho chúng em trong
suốt hai năm học vừa qua. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng
góp xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng
nghiên cứu đề tài của mình trong tương lai.


LỜI NÓI ĐẦU
Có ba phương thức truyền dẫn được sử dụng trong mạng viễn thông
hiện nay đó là: Truyền dẫn cáp đồng, truyền dẫn cáp quang, truyền dẫn
sóng vô tuyến. Trong đó truyền dẫn cáp sợi quang đang và sẽ tiếp tục
chiếm ưu thế trong mạng truyền dẫn. Truyền dẫn sợi quang có ưu điểm là:

độ rộng băng thông lớn, tốc độ truyền dẫn cao, độ tin cậy cao....Do đó đáp
ứng được tất cẩ các dịch vụ tốc độ thấp trung bình như thoại, fax, .... Cho
tới các dịch vụ tốc độ cao như hội nghị truyền hình, truy cập dữ liệu từ xa,
dịch vụ giap tiếp đa môi trường....
Tại Việt Nam truyền dẫn sợi quang được chuyển giao rộng rãi: Mạng
truyền đồng trục, mạn truyền trung kế, mạng truyền dẫn nội hạt và trong
tương lai các đường kết nối thuê bao với tổng đài hoạc các bộ tập trung từ
xa sẽ được thay thế bằng sợi quang. Điều đó có nghĩa là một mạng truyền
dẫn toàn quang có thể thực hiện được.
Hai phương thức truyền dẫn chính trong thông tin quang là truyền
dẫn cận đồng bộ PDH và truyền dẫn đồng bộ SDH. Tuy nhiên dung lượng
của PDH còn hạn chế, trạm xen- rẽ phải sử dụng nhiều thiết bị, kênh
nghiệp vụ còn ít.... cho nên không thích hợp với mạng viễn thông có dung
lượng cao và bằng thông rộng. Chính vì thế công nghệ truyền dẫn SDH ra
đời đáp ứng kịp thời nhu cầu thông tin ngày càng cao mà vẫn đảm bảo chất
lượng thông tin tốt. Đối với nước ta công nghệ SDH đã thâm nhập mạng
viễn thông đồng trục trên đất liền có tốc độ 2,5Gbit/s có cấu hình mạng
Ring tự phục hồi, ở các tỉnh thành phố ngày càng nhiều thông tin cáp sợi
quang SDH. Vì vậy việc tìm hiểu nắm vững ký thuật truyền dẫn thông tin
quang SDH là một nhu cầu cần thiết đối với mỗi nhân viên và còn là nhiệm
vụ của cá công nhận, kỹ thuật viên vẫn hành khai thác kỹ thuật thông tin
quang SDH.


CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADM
ATM
AU
AUG
COADM

CONGI
CWDM
DCC
DCN
ECC
ECT
EML
EOW
ESCON
FADs
FDDI
FDM
FEC
FICON
GFP
HDLC
HOCC
ISA
ISA PR
ISA PR-EA
ISDN
LAPS
LCAS
LER
LOCC
LSP
LSR
MPLS
NADs
NE

NES

Add/Drop Multiplexer
Asychronous Transfer Mode
Administrative Unit
Administrative Unit Group
Coarse Optical Add/Drop Multiplexer
Control & General Interface
Coarse WDM
Data Communication Channel
Data Communication Network
Embeded Control Chanel
Equipment Craft Terminal
Element Management Layer
Engineering Order Wire Extension
Enterprise Systems CONnection
Functional Access Domains
Fiber Distributed Data Interface
Frequency Division Multiplexing
Forwarding Equivalent Class
Fiber CONnectivity
Generic Framing Procedure
High-level Data Link Control
Higher Order Cross Connections
Integrated Service Adapter
Packet Ring card
Packet Ring Edge Aggregator card
Intergrated Services Digital Network
Link Access Protocol SDH
Link Capacity Adjustment Scheme

Label Edge Router
Lower Order Cross Connections
Label Switch Path
Label Switching Router
Multi Protocol Label Switching
Network Access Domains
Network Element
Network Element Synthesis


NML
NMS
OMSN
PCM
PDH
PRC
QoS
REG
SDH
NG – SDH
SEC
SERGI
SETG
SETS
SLAs
SNCP
SONET
SPF
SSU
TDM

TMN
TU
TUG
VC
VCAT
WDM

Network Management Layer
Network Management System
Optinex Multi Service Node
Pulse Code Modulation
Plesiochronous Digital Hierachy
Primary Reference Clock
Quality of Service
Regeneration
Synchronous Digital Hierachy
Next Generation SDH
Synchronous Equipment Clock
Service General Interface
Synchronous Equipment Timing Generation
Synchronous Equipment Timing Source
Service Level Agreements
SubNetwork Connection Protection
Synchronous Optical Network
Small Form Pluggable
Synchronization Supply Unit
Time Division Multiplexing
Telecommunication Management Network
Tributary Unit
Tributary Unit Group

Virtual Container
Virtual Concatenation
Wavelength Division Multiplexing

5


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
Hệ thống thông tin được hiểu một cách đơn giản là hệ thống truyền
thông tin từ nơi này đến nơi khác. Khoảng cách giữa các nơi này có thể từ vài
trăm mét đến vài trăm kilômét thậm chí hàng trăm ngàn kilômét vượt qua đại
dương. Thông tin có thể truyền thông qua các sóng điện với các dải tần khác
nhau. Thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang. diều
này có nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng
được truyền qua sợi quang. Thông tin được truyền đi trong hệ thống thông tin
quang đương thực hiện ở tần số sóng mang cao trong vùng nhìn thấy hoặc gần
của phổ thông sóng điện từ. Tại nơi nhận nó lại được biến đổi thành thông tin
ban đầu.
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 SiO 2
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.

6


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.
thoại
Bộ chuyển đổi
điện – quang

dữ liệu

Bộ lặp đường dây
O/E

E/O

Fax



Sợi quang

E/O

Bộ chuyển đổi
quang – điện
O/E

Sợi quang



hình ảnh
Hình 1.1. Minh họa cấu trúc 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)

7


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 (λ1, λ2, …, λn). 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

8


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

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

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.

9


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.

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.

10


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.

11


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.

12

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.
Châu Âu

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.

13


 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.

14


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.

15


- 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 SDH
Các cấp
Tốc độ
Truyền dẫn
Truyền dẫn

STM-1
155.520 Mbit/s
STM-4

622.080 Mbit/s

STM-16

2.488.320 Mbit/s

STM-64

9.853.280 Mbit/s

Các luồng PDH tạo thành
63 Luồng 2 Mbit/s; 3 luồng 34 Mbit/s
3 Luồng 45 Mbit/s; 1 luồng 140 Mbit/s
252 Luồng 2 Mbit/s; 12 luồng 34 Mbit/s
12 Luồng 45 Mbit/s; 4 luồng 140 Mbit/s
1088 Luồng 2 Mbit/s; 48 luồng 34 Mbit/s
48 Luồng 45 Mbit/s; 16 luồng 140 Mbit/s
4032 Luồng 2 Mbit/s; 192 luồng 34 Mbit/s
192 Luồng 45 Mbit/s; 64 luồng 140 Mbit/s

16


2.3.4 Cấu trúc ghép kênh SDH

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
Tốc độ truyền dẫn
Container
(Mbit/s)
C–11
1.544
C–12
2.048
C–2
6.312
C–3
44.736 & 34.368
C–4
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.

17


- 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
Kích thước
các VC
VC-11 25 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH
VC-12 34 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH
VC-2 106 byte dữ liệu cộng với 1 byte POH
756 byte dữ liệu cộng với 9 byte POH
VC-3

Tín hiệu PDH

1,5 Mbit/s
2 Mbit/s
6,312 Mbit/s
34,368 Mbit/s
44,768 Mbit/s
2340 byte dữ liệu cộng với 9 byte 139,264 Mbit/s
VC-4
POH
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.

18


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 TUG TUG-2

TUG-3
Kích thước 108 Byte
774 byte
Tốc độ
6,912 Mbit/s
45,536 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

19


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.

20


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.

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-1
Quá trình sắp xếp luồng tín hiệu PDH 2 Mbit/s vào khung STM-1 được
cho ở hình 2.7.

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

21


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

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)

Hình 2.9. Tạo khung STM-16 từ STM-4.

22


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.

23


Bảng 2.4. Hiệu suất sử dụng băng thông khi truyền dịch vụ Ethernet qua
mạng
Ethernet
10 Mbps
100Mbps
1 Gbps

SONET

SDH

Tốc độ
truyền

Hiệu suất sử dụng
băng thông

STS-1
STS-3c
STS-28c

VC-3

VC-4
VC-4 - 16C

48,4 Mbps
150 Mbps
2,4 Gbps

21%
67%
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.
Gigabit Ethernet
Ứng dụng
Mạng số liệu
Tốc độ truyền
1.25Gbit/s
Kích thước khung
Thay đổi, 0 – 1.5kB
Các kết nối định hướng Không

Fiber Channel
SAN, Audio/Video, số liệu
1.06Git/s, 2.12Gbit/s, 10Gbit/s

Thay đổi, 1 – 2 kB
Có

Bảng 2.5. Bảng so sánh giữa GE và FC
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.

24


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.

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

25