Cơ chế bảo vệ mạng sdh trong thiết bị alcatel lucent 1678mcc

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
-------

Đề tài:
“CƠ CHẾ BẢO VỆ MẠNG SDH TRONG THIẾT BỊ ALCATEL
LUCENT 1678MCC.”

Sinh viên thực hiện : TỐNG PHAN NGỌC CHÂU
Lớp
: 11CVL
Khóa
: 2011-2015
Ngành
: VẬT LÝ HỌC
Người hướng dẫn : ThS. LƯƠNG THỊ THANH NGA

Đà Nẵng, 05/2015

1


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong
khoa Vật Lý – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng đã tận tình dạy dỗ và
truyền đạt kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học tập và rèn luyện tại trường.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến cô Lương Thị Thanh Nga, đã tận tình
quan tâm, giúp đỡ, giải đáp những thắc mắc và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em
hoàn thành đề tài này.
Tiếp đến, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong nhóm nghiên cứu đã nhiệt

tình tham gia nghiên cứu hỗ trợ tôi rong suốt thời gian làm khóa luận.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè đã giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường.

Đà Nẵng, ngày 4 tháng 05 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Tống Phan Ngọc Châu

2


MỞ ĐẦU
1.

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Cơng 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 mà mạng PDH truyền thống không thể có được. Mạng SDH ra đời
đã giải quyết được những nhược điểm của mạng PDH. Khả năng triển khai các hệ
thống đồng bộ sẽ được thực hiện nhanh chóng nhờ khả năng tương thích của nó với
các hệ thống PDH. SDH qui định cấu trúc cho phép các tín hiệu cận đồng bộ kết
hợp với nhau và được đóng thùng vào trong một tín hiệu SDH. Điều này bảo vệ sự
đầu tư của các nhà điều hành mạng ở thiết bị cận đồng bộ và cho phép họ phát triển
các thiết bị đồng bộ phù hợp cho nhu cầu riêng đối với mạng của họ. Khi thiết bị
đồng bộ được đưa vào hoạt động trong mạng thì lợi ích mà nó đem lại đã rõ ràng.
Các nhà khai thác sẽ tiết kiệm được đáng kể phần cứng trong mạng, tăng độ tin cậy
trong mạng, dẫn đến giảm chi phí cho bảo dưỡng và khai thác.

Khả năng quản lý mạng linh hoạt sẽ cải thiện to lớn trong việc điều khiển mạng
truyền dẫn, cải thiện khả năng phục hồi mạng giúp cho việc sẵn sàng thông tin tốt
hơn và việc cung cấp các dịch vụ sẽ nhanh hơn.
Hệ thống SDH cung cấp cho người tiêu dung một mạng viễn thông tốc độ cao do
vậy mà việc bảo vệ hệ thống khi có lỗi xảy ra trên đường truyền là vơ cùng quan
trọng.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài cho khóa luận tốt nghiệp của
mình là: “Cơ chế bảo vệ mạng SDH trong thiết bị Alcatel Lucent 1678MCC” để
có một cái nhìn tổng qt nhất về hệ thống SDH đã được khai thác hiện nay và cơ
chế bảo vệ mạng này khi có lỗi xảy ra trên đường truyền.

2.

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI:
Tìm hiểu cơ chế bảo vệ mạng SDH và thiết bị ghép kênh Alcatel - Lucent
1678MCC

3.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:
Cơ chế bảo vệ mạng SDH và thiết bị ghép kênh Alcatel - Lucent 1678MCC

3


4.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Nghiên cứu tài liệu về cơ chế bảo vệ mạng SDH và thiết bị ghép kênh Alcatel - -

- Lucent 1678MCC

5.

CẤU TRÚC VÀ NỘI DỤNG CỦA ĐỀ TÀI:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về công nghệ truyền dẫn SDH
Chương 2: Thiết bị Alcatel - Lucent 1678MCC
Chương 3: Cơ chế bảo vệ trong mạng SDH
Kết luận
Tài liệu tham khảo

4


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................3
DANH MỤC BIỂU BẢNG ........................................................................................9
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SDH ..................12
1.1.

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN..............12

1.2.

KỸ THUẬT PHÂN CẤP SỐ CẬN ĐỒNG BỘ PDH (Plesiochronous Digital

Hierachy) ...................................................................................................................13
1.2.1.

Nguyên tắc ghép, tách kênh cơ bản của PDH ..........................................13

1.2.2.

Hạn chế của phân cấp số cận đồng bộ PDH ............................................14

1.3.

KỸ THUẬT PHÂN CẤP SỐ ĐỒNG BỘ SDH (Synchronous Digital

Hierachy) ...................................................................................................................14
1.3.1.

Tại sao lại xuất hiện hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH .......................14

1.3.2.

Truyền dẫn đồng bộ là gì? ........................................................................15

1.3.3.

Tốc độ truyền dẫn trong SDH ..................................................................16

1.3.4.

Cấu trúc khung SDH ................................................................................17

1.3.5.

Cấu trúc ghép kênh SDH..........................................................................21

1.4.

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẠO TÍN HIỆU STM-1 ....................................24

1.4.1.

Sắp xếp tín hiệu 140Mb/s vào khung STM-1 ..........................................24

1.4.2.

Sắp xếp 3 tín hiệu 34Mbit/s vào khung STM-1 .......................................24

1.5.

CON TRỎ SDH ..............................................................................................26

1.6.

MÀO ĐẦU TRONG SDH ..............................................................................26

1.6.1.

Mào đầu đoạn tái sinh ..............................................................................27

1.6.2.

Mào đầu đoạn ghép kênh MSOH .............................................................28

1.6.3.

Mào đầu tuyến POH cấp cao (VC-4/VC-3) .............................................29

1.6.4.

Mào đầu tuyến POH cấp thấp (VC-2/VC-1) ............................................30
5


CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ALCATEL - LUCENT 1678 MCC ..................................32
2.1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ ALCATEL - LUCENT 1678 MCC...32

2.2.

CẤU TẠO CỦA THIẾT BỊ ALCATEL - LUCENT 1678 MCC: .................32

2.2.1.

Các Card chung (Common cards) ............................................................33

2.2.2.

Card cổng (Port cards) .............................................................................35

CHƯƠNG 3: CƠ CHẾ BẢO VỆ MẠNG SDH ........................................................40
3.1

MẠNG PHỤC HỒI VÀ PHÂN LOẠI CÁC CƠ CHẾ BẢO VỆ: .................40

3.1.1

Thế nào là mạng phục hồi (duy trì) ..........................................................40

3.1.2

Phân loại các cơ chế bảo vệ: ....................................................................40

3.2

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG VÀ PHỤC HỒI CỦA CÁC CƠ CHẾ BẢO VỆ

MẠNG SDH: ............................................................................................................40
3.2.1

Cơ chế bảo vệ truyến tính ........................................................................40

3.2.2

Cơ chế bảo vệ mạng vịng: .......................................................................44

3.3

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC CƠ CHẾ BẢO VỆ ...............................56

3.3.1

Ưu và nhược điểm của cơ chế bảo vệ mạng vòng theo tuyến .................56

3.3.2

Ưu và nhược điểm của cơ chế bảo vệ mạng vòng theo đoạn ghép kênh: 56

KẾT LUẬN ...............................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................58

6


BẢNG VIẾT TẮT
TỪ

TÊN ĐẦY ĐỦ

VIẾT TẮT

Ý NGHĨA

AIS

Alarm Indication Signal

Tín hiệu chỉ thị cảnh báo

ANSI

American National Standards Institute

Viện các tiêu chuẩn quốc gia
Hoa Kỳ

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Phương thức chuyển giao
không đồng bộ

AU-n

Administrative Unit n

Khối quản lý n

AUG

Administrative Unit Group

Nhóm khối quản lý

BER

Bit Error Ratio

Tỷ số lỗi bit

BIP

Bit Interleaved Parity

Từ mã kiểm tra chẵn xen bit

B-ISDN

Broadband-Integrated Services Digital

Mạng số liên kết đa dịch vụ

Network

băng rộng

C-n

Container – n

Contennơ n

DMUX

Demultiplexer

Bộ tách kênh

DCC

Data Communication Channel

Kênh truyền số liệu

ETSI

European Telecommunications Standard

Viện các tiêu chuẩn viễn

Institute

thông Châu Âu

ISDN

Integrated Servises Digital Network

Mạng số liên kết đa dịch vô

LOF

Loss Of Frame

Mất khung

LOP

Loss Of Pointer

Mất con trỏ

LOS

Loss Of Signal

Mất tín hiệu

MS-AIS

Multiplex Section Alarm Indication Signal Tín hiệu chỉ thị cảnh báo
đoạn ghép

MUX

Multiplexer

Bộ ghép

MSOH

Multiplexer Section Overhead

Mào đầu đoạn ghép

NE

Network Element

Phần tử mạng

7

PLL

Phase Locked Loop

Vịng lặp khố pha

PCM

Pulse Code Modulation

Điều chế xung mã

POH

Path Overhead

Mào đầu tuyến

PTR

Pointer

Con trỏ

PDH

Plesiochronuos Digital Hierarchy

Phân cấp số cận đồng bộ

REG

Regenerator

Bộ lặp

RSOH

Regenerator Section Overhead

Mào đầu đoạn lặp

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

SDXC

Synchronous Digital Cross Connect

Nối chéo số đồng bộ

SMN

Synchronous Management Network

Mạng quản lý SDH

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

STM-N

Synchronous Transport Module - level N Module truyền dẫn đồng bộ
mức N

TDM

Time Division Multiplexer

Kỹ thuật ghép kênh phân
chia theo thời gian

TU-n

Tributary Unit – n

Khối nhánh n

SOH

Section Overhead

Mào đầu đoạn

8


DANH MỤC BIỂU BẢNG
Bảng 1. 1 Phân cấp đồng bộ SDH/SONET ............................................................ 17
Bảng 1. 2 Phân cấp không đồng bộ ANSI/ITU-T .................................................. 17
Bảng 3. 1 Quá trình hoạt động của cơ chế bảo vệ 1:N........................................... 43
Bảng 3. 2 Quá trình phục hồi của cơ chế bảo vệ 1:N............................................. 44
Bảng 3. 3 Quá trình hoạt động của cơ chế bảo vệ tuyến hai sợi quang một chiều 46
Bảng 3. 4 Quá trình phục hồi của cơ chế bảo vệ tuyến 2 sợi quang một chiều ..... 47
Bảng 3. 5 Sơ đồ mạng bảo vệ đoạn ghép kênh 2 sợi quang 2 chiều được đánh dấu số
thứ tự các nút. ......................................................................................................... 49
Bảng 3. 6 Quá trình hoạt động của cơ chế bảo vệ đoạn ghép kênh 2 sợi quang 2
chiều ....................................................................................................................... 52
Bảng 3. 7 Quá trình phục hồi của cơ chế bảo vệ đoạn ghép kênh 2 sợi quang 2 chiều
................................................................................................................................ 54
Bảng 3. 8 Quá trình hoạt động của mạng khi bị lỗi. .............................................. 55
Bảng 3. 9 Các kiểu cấu hình mạng phổ biến của SNCP ........................................ 56

9


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Ngun tắc ghép kênh PDH ................................................................... 13
Hình 1. 2 Các mức truyền dẫn của PDH ................................................................ 14
Hình 1. 3 Cấu trúc khung SDH .............................................................................. 18
Hình 1. 4 Quá trình tạo VC-4 ở đầu phát và khơi phục tin hiệu đầu thu ............... 19
Hình 1. 5 Cấu trúc khung STM-N.......................................................................... 19

Hình 1. 6 Cấu trúc khung STM-1........................................................................... 21
Hình 1. 7 Cấu trúc khung STM-4........................................................................... 21
Hình 1. 8 Cấu trúc bộ ghép SDH G.709 ITU-T ..................................................... 22
Hình 1. 9 Các bước ghép kênh đồng bộ ................................................................. 23
Hình 1. 10 Sắp xếp tín hiệu 140MB/s vào khung C-4 ........................................... 24
Hình 1. 11 Khung tải trọng C-4 ............................................................................. 24
Hình 1. 12 Sắp xếp tín hiệu 34Mbit/s vào C-3....................................................... 25
Hình 1. 13 Tải trọng khung C-3 ............................................................................. 25
Hình 1. 14 Sắp xếp 3x34 Mbitps vào STM-1 ........................................................ 26
Hình 1. 15 Đoạn lặp, đoạn ghép và tuyến truyền dẫn trong SDH ......................... 27
Hình 1. 16 RSOH STM-1....................................................................................... 27
Hình 1. 17 MSOH STM-1 ...................................................................................... 28
Hình 1. 18 POH CẤP CAO (VC-4/VC-3) ............................................................. 29
Hình 1. 19 Cấu trúc POH cấp thấp ......................................................................... 30
Hình 1. 20 Cấu trúc byte V5 .................................................................................. 30
Hình 2. 1 Thiết bị 1678 MCC trong mạng làm việc .............................................. 32
Hình 2. 2 Các khối làm việc của thiết bị 1678 MCC ............................................. 33
Hình 2. 3 Các card chung ....................................................................................... 33
Hình 2. 4 Card PSF ................................................................................................ 34
Hình 2. 5 Card FLCCONGI ................................................................................... 34
Hình 2. 6 Card FLCSERV ..................................................................................... 35
Hình 2. 7 Card Matrix HO ..................................................................................... 35
Hình 2. 8 Các Card cổng ........................................................................................ 36
Hình 2. 9 Các mức dung lượng .............................................................................. 36
Hình 2. 10 Cổng 16 x STM-1................................................................................. 37
10


Hình 2. 11 Cổng 16 x STM-1/4 ............................................................................. 37
Hình 2. 12 Cổng 4 x STM-16................................................................................. 38

Hình 2. 13 Cổng 4 x STM-64 XFP ........................................................................ 38
Hình 2. 14 Cổng 2 x STM-64 XFP ........................................................................ 39
Hình 2. 15 Card LAX ............................................................................................. 39
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống bảo vệ tuyến tính .............................................. 41
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống bảo vệ tuyến tính ở chế độ bình thường......................... 41
Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống bảo vệ tuyến tính ở chế độ mạng bị lỗi .......................... 42
Hình 3.4 Sơ đồ mạng hoạt động bình thường ........................................................ 42
Hình 3.5 Sơ đồ mạng hoạt động bình thường. ....................................................... 45
Hình 3.6 Kênh làm việc và kênh bảo vệ và những dịch vụ trên kênh bảo vệ phải
được cấu hình tự động ............................................................................................ 45
Hình 3.7 Kênh làm việc và kênh bảo vệ của mạng bảo vệ đoạn ghép kênh 2 sợi
quang 2 chiều ......................................................................................................... 48
Hình 3.8 Hướng làm việc và bảo vệ trên từng sợi quang của cơ chế bảo vệ đoạn
ghép kênh 2 sợi quang 2 chiều ............................................................................... 48
Hình 3.9 Chức năng các bit của 2 byte K1 và Byte K2 ......................................... 49
Hình 3.10 Giá trị 4 bit đầu của Byte K1 và mã yêu cầu tương ứng của nó. .......... 49
Hình 3.11 Giá trị 3 bit cuối của Byte K2 và trạng thái tương ứng......................... 50
Hình 3.12 Giao diện của một sợi quang 2 chiều trong mạng vịng STM-16 ......... 50
Hình 3.13 Sơ đồ mạng làm việc của cơ chế bảo vệ kết nối các tiểu mạng ............ 54

11


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SDH
1.1.

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 đơi và ghép kênh phân chia tần số FDM (Frequency Division Multiplexing)
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 (Pulse Code Modulation). 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 (Time Division
Multiplexing). Một cách đơn giản, mỗi byte của mỗi kênh đầu vào theo thứ tự được
đưa xuống kênh tốc độ cao ở đầu ra. Q trình xử lý này cịn 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.

12

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.

1.2.

KỸ

THUẬT

PHÂN

CẤP

SỐ

CẬN

ĐỒNG

BỘ

PDH

(Plesiochronous Digital Hierachy)
1.2.1. Nguyên tắc ghép, tách kênh 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
cịn lại tín hiệu ban đầu. Quá trình xử lý này gọi là thao tác cận đồng bộ.

Hình 1. 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 1.2.

13


Châu Âu

Hình 1. 2 Các mức truyền dẫn của PDH

1.2.2. Hạn chế của phân cấp số cận đồng bộ PDH
Mạng PDH chủ yếu đáp ứng các dịch vụ điện thoại, đối với các dịch vụ mới
như: mạng ISDN (Intergrated Services Digital Network), 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 khơng tiết kiệm và khó thực hiện, đồng thời địi hỏi nhiều thiết bị phức
tạp.
Các thơng tin về bảo trì khơng được liên kết trên tồn tuyến thơng tin mà chỉ
đối với từng đoạn truyền dẫn riêng lẻ. Thủ tục bảo trì cho tồn 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. Thay vì có 1 chuẩn phổ biến cho tất
cả các giao diện thì PDH có 3 chuẩn theo: Châu Âu, Bắc Mĩ và Nhật Bản. Mỗi
chuẩn lại có sự khác biệt giao diện cả về cấu trúc khung, phương pháp ghép, các
mức tốc độ. Điều này làm khó khăn trong việc hòa mạng và đồng bộ mạng quốc tế.
Hệ thống PDH thiếu các phương tiện giám sát, đo thử từ xa mà chỉ tiến hành
ngay tại chỗ.

1.3.

KỸ THUẬT PHÂN CẤP SỐ ĐỒNG BỘ SDH (Synchronous Digital

Hierachy)
1.3.1. Tại sao lại xuất hiện hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH
14


Do yêu cầu sử dụng dịch vụ ngày càng tăng của xã hội, 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 ln
ln đóng một vai trị quan trọng hàng đầu.
Để thoả mãn các yêu cầu trên, ngành viễn thơng 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 hố dịch vụ.

Các hệ thống PDH phát triển khơng 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 thơng, 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 .

1.3.2. Truyền dẫn đồng bộ là gì?
a. Khái niệm về đồng bộ của các tín hiệu số
Để hiểu chính xác các khái niệm và các nội dung của SDH, vấn đề quan trọng
là phải hiểu đúng khái niệm thế nào là đồng bộ, cận đồng bộ và khơng đồng bộ?
Hai tín hiệu được gọi là đồng bộ với nhau nếu như sự dịch chuyển số của
chúng là cùng một tốc độ một cách chính xác. Thực tế, vẫn có thể có sự sai pha giữa
hai tín hiệu nhưng điều đó khơng được vượt quá giới hạn cho phép. Sự sai pha này

có thể do trễ truyền sóng hoặc do hiện tượng trôi tần thấp (low-frequency wander)
trong mạng truyền dẫn. Trong mạng đồng bộ, tất cả đồng hồ đều hoạt động theo
một đồng hồ chuẩn PRC (Primary Reference Clock). Độ chính xác của PRC là
không bé hơn 10-11 và nhận được từ đồng hồ chuẩn nguyên tử Cesium.

15


Hai tín hiệu số được gọi là cận đồng bộ nếu như sự dịch chuyển số của chúng
chỉ "gần như" cùng một tộc độ với sự biến thiên về tốc độ bị ràng buộc trong một
giới hạn rất chặt chẽ. Giới hạn này đã được ITU-T đưa ra trong khuyến nghị G.811.
Ví dụ, nếu hai mạng được nối với nhau và chúng có hai đồng hồ chuẩn lấy từ hai
nguồn PRC khác nhau, mặc dù các tần số nhịp này là rất chính xác nhưng giữa
chúng vẫn có sự chênh lệch tần số nào đó - điều này có thể hiểu như là cận đồng bộ.
Trong trường hợp tín hiệu khơng đồng bộ, các tín hiệu khơng nhất thiết phải
dịch chuyển theo cùng một tốc độ. Khái niệm không đồng bộ trong trường hợp này
có thể hiểu là sự sai khác giữa hai đồng hồ phải lớn hơn sự sai khác của hai đồng hồ
trong trường hợp cận đồng bộ. Ví dụ, hai đồng hồ lấy từ hai nguồn dao động thạch
anh.
b. Đồng bộ trong SDH
Tín hiệu đồng hồ của bản thân một thiết bị đầu cuối SDH có thể nhận được từ
khối cung cấp tín hiệu đồng bộ SSU (Synchronisation Supply Unit) thông qua các
hệ thống chuyển mạch và các thiết bị khác. Do đó, thiết bị đầu cuối này được coi là
thiết bị chủ (master) đối với các nốt SDH khác, cung cấp tín hiệu định thời vào tín
hiệu STM-N (Synchronous Transport Module - level N) ở đầu ra của nó. Các nốt
SDH khác sẽ làm việc trong chế độ tớ (slave) với đồng hồ của chúng được định thời
theo tín hiệu STM-N nhận được. Các chuẩn hiện nay quy định một mạng SDH phải
nhận tín hiệu định thời từ một nguồn đồng hồ chuẩn PRC.

1.3.3. Tốc độ truyền dẫn trong SDH

Tiêu chuẩn mới xuất hiện lần đầu tiên là SONET (Synchronous Optical
Network) do công ty Bellcore (Mỹ) đưa ra, được chỉnh sửa nhiều lần trước khi trở
thành tiêu chẩn SDH quốc tế. Cả SDH và SONET được giới thiệu rộng rãi giữa
những năm 1988 và 1992. SDH được định nghĩa bởi Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu (European Telecommunications Standard Institute - ETSI), được sử dụng
ở rất nhiều nước trên thế giới. Nhật Bản và Bắc Mỹ cũng xây dựng các tiêu chuẩn
về SDH riêng. SONET do Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ phát triển và được ứng
dụng ở Bắc Mỹ.
Bảng dưới đây thể hiện các tốc độ tiêu chuẩn của SDH và SONET.

16


Mặc dù SONET và SDH được đưa ra ban đầu cho truyền dẫn cáp quang,
nhưng các hệ thống SDH hiện tại vẫn tương thích cao với cả SDH và SONET.
Tín hiệu SONET

Tốc độ bit Tín hiệu Dung lượng

Dung lượng

(Mbit/s)

SDH

SONET

SDH

STS-1, OC-1

51,840

STM-0

28DS1, hoặc 1 DS-3

21E1

STS-3, OC-3

155,520

STM-1

84DS-1, hoặc 3DS-3

63E1, 1E4

STS-12, OC-12

622,080

STM-4

336DS-1, hoặc12DS-3

252E1, 4E4

STS-48, OC-48

2488,320

STM-16 1344DS-1, hoặc 48DS-3

STS-192,OC-192

9953,280

STM-64 5376DS-1, hoặc 192DS- 4032E1, 4E4

1008E1, 6E4

3

Bảng 1. 1 Phân cấp đồng bộ SDH/SONET
ANSI

ITU-T

Tín hiệu

Tốc độ bit

Số kênh

Tín hiệu

Tốc độ bit

Số kênh

DS-0

64 Kbit/s

1 DS-0

64 Kbit/s

64 Kbit/s

1 64 Kbit/s

DS-1

1,544 Mbit/s

24 DS-0

E1

2,048 Mbit/s

1 E1

DS-2

6,312 Mbit/s

96 DS-0

E2

8,450 Mbit/s

4 E1

DS-3

44,7 Mbit/s

28 DS-1

E3

34 Mbit/s

16 E1

E4

144 Mbit/s

64 E1

Bảng 1. 2 Phân cấp không đồng bộ ANSI/ITU-T
1.3.4. Cấu trúc khung SDH
a.

Cấu trúc chung tín hiệu SDH

17


Hình 1. 3 Cấu trúc khung SDH
Tín hiệu đồng bộ SDH bao gồm một tập các byte 8 bit được biểu diễn dưới
dạng một cấu trúc khung. Trong cấu trúc đó các byte đều được định vị một cách rõ
ràng trong mối quan hệ đối với khung.
Cụ thể mỗi khung trong luồng tín hiệu nối tiếp có thể biểu diễn bằng một bảng
gồm N hàng và M cột. Mỗi ô vuông trong bảng ứng với một byte 8 bit của tín hiệu
đồng bộ. Byte đầu tiên ở hàng 1 cột 1 gọi là byte đánh dấu khung F nó cho phép
đinh vị các byte khác trong khung một cách dễ dàng.
Các bit tín hiệu sẽ truyền theo trình tự bắt đầu là byte F và từ trái qua phải, từ
trên xuống dưới (hết hàng thứ 1 đến hàng thứ 2…). Sau khi truyền hết byte cuối
cùng của khung (byte ở hàng thứ N và cột thứ M) thì quá trình truyền lặp lại bắt đầu
từ byte F của khung tiếp theo.

b.

Cấu trúc khung tải đồng bộ
Các tín hiệu nhánh khi truyền qua mạng đồng bộ vẫn được giữ nguyên hình

thành nên thuật ngữ khung tải đồng bộ áp dụng cho các cấu trúc tín hiệu đồng bộ.
Tuy nhiên điều quan trọng hơn là dung lượng tín hiệu đặt bên trong một khung tải
đồng bộ, hình thành khả năng tải của mạng. Một khung tải đồng bộ bao gồm 2
thành phần khác nhau: Phần container ảo (Virtual Continer - VC) và phần mào đầu
đoạn (Section Overheat - SOH)

b.1

Container ảo VC
Các tín hiệu nhánh PDH được xếp vào container, nói cánh khác container là

sự ánh xạ các tín hiệu PDH thành một khn dạng SDH theo một khn dạng xác
định. Sau đó container được bổ sung một số byte phục vụ cho việc giám sát, bảo trì
để quản lý container đó chuyển từ đầu phát đến đầu thu các byte bổ sung đó gọi là
mào đầu tuyến POH (Path Overhead) và container sau khi được gán POH là
container ảo (VC). VC được truyền từ đầu đầu đến đầu cuối hay VC được xếp và dỡ

18


chỉ 1 lần cho dù nó có thể được chuyển nhiều lần từ hệ thống tải này sang hệ thống
tải khác trong q trình ln chuyển qua mạng. Ví dụ q trình hình thành VC-4 ở
đầu phát và khơi phục tín hiệu PDH 140Mb/s ở đầu thu được biểu diễn như hình sau.

Hình 1. 4 Quá trình tạo VC-4 ở đầu phát và khôi phục tin hiệu đầu thu

b.2

Mào đầu đoạn SOH
SOH là một số byte ở một số vị trí xác định trong khung tải đảm nhiệm các

chức năng (như giám sát kiểm sốt lỗi bít và tạo các kênh thông tin số liệu) phục vụ
cho việc vận chuyển VC giữa các nút (gồm các trạm tái sinh, xen/rẽ hoặc trạm nối
chéo số) trong mạng đồng bộ. SOH được gắn vào hệ thống tải và không bị chuyển
cùng các VC giữa các hệ thống tải.
Cấu trúc chung một module chuyển tải đồng bộ STM-N như sau

Hình 1. 5 Cấu trúc khung STM-N

c.

Cấu trúc khung STM-1 và STM-N
Khung STM-1 bao gồm 2430 bytes và thường được chia làm hai vùng, tương

ứng với 9 hàng x 270 cột. Độ dài khung là 125 µs, tương ứng với tần số của khung

19


là 8000 Hz. Tốc độ truyền dẫn của một byte trong khung là 64 Kbit/s. Khung STM1 gồm 3 khối:
-

Khối trọng tải Payload

-

Khối con trỏ AU

-

Khối SOH

Các byte trong khung STM-1 được truyền từng hàng một và truyền từ trái
sang phải, bắt đầu từ hàng thứ nhất và cột thứ nhất. Như vậy, sau 9 byte SOH (trừ
hàng 4 là 9 byte AU) là 261 byte tải trọng được truyền xen kẽ.
-

Phần điều khiển SOH: gồm có 8x9 byte, gồm các byte cần thiết cho
dịch vụ như từ mã đồng bộ khung, các byte bổ sung để giám sát, điều
khiển và quản lý.

-

Phần trọng tải : các tín hiệu phân nhánh, các tín hiệu POH trong khuyến
nghị tải trọng gồm có 9x261 byte.

-

Phần con trỏ: Quan hệ thời gian giữa trọng tải và khung STM-1 được
ghi lại nhờ con trỏ, ngồi ra nó cịn định vị các tín hiệu phân nhánh ở
trong khối tải trọng. Do đó, sau khi diễn giải con trỏ một cách thích hợp
thì có khả năng truy nhập tới từng kênh của người sử dụng độc lập ở
bất kỳ thời điểm nào, mà không cần tách luồng STM-1. Con trỏ ở hàng
thứ tư, cột từ 1

9 gọi là con trỏ vùng A, còn con trỏ ở hàng 1 3 và

cột 11 14 gọi là con trỏ vùng B. Khung STM-1 có độ dài 125µs, có
tần số là 8000 Hz, như vậy được truyền 8000 lần/s. Do đó, tốc độ bit
của tín hiệu STM-1 là: 8000 x 9 x 270 x 8 = 155520 Kbit/s

20


Hình 1. 6 Cấu trúc khung STM-1
Các mức cao hơn STM-N của phân cấp đồng bộ được hình thành bởi cách
chèn byte vào phần tải của N tín hiệu STM-1, thêm các mào đầu gấp N lần mào đầu

của STM-1 và lấp đầy với dữ liệu quản lý và giá trị con trỏ phù hợp.

Hình 1. 7 Cấu trúc khung STM-4

1.3.5. Cấu trúc ghép kênh SDH
Hệ thống số đồng bộ được hình thành từ các hệ thống cận đồng bộ khác nhau,
các hệ thống cận đồng bộ này có thể thuộc hệ Châu Âu hoặc Bắc Mỹ. Đầu vào của
các hệ thống đồng bộ cơ sở là các luồng cận đồng bộ có tốc độ bít khác nhau, được
ghép lại thành nhiều bước, mỗi bước lại được đưa vào các bit điều khiển, quản lý và
phối hợp tốc độ. Khi đó, đầu ra được một luồng đồng bộ cơ sở. Các luồng đồng bộ
cơ sở được nâng lên N lần thành các luồng đồng bộ cấp N. Cấu trúc bộ ghép SDH
như hình 1.8

21


Hình 1. 8 Cấu trúc bộ ghép SDH G.709 ITU-T
Các chữ số trong hình này liên quan đến các tốc độ truyền dẫn cận đồng bộ
như sau:
11

tương ứng với

1554 Kbit/s

12

tương ứng với

2048 Kbit/s

4

tương ứng với

139264 Kbit/s

Chữ số đầu tiên đại diện cho mức phân cấp truyền dẫn như quy định trong
G702- "Tốc độ bit của các cấp truyền dẫn số", và chữ số thứ hai đặc trưng cho tốc
độ thấp hơn (1) và cao hơn (2). Còn chữ số 4 là mức thứ 4, bằng 140 Mbit/s có
trong tiêu chuẩn Châu Âu và Bắc Mỹ. Các khối có ký hiệu và chức năng sau đây:
+ C-n: (n = 1 4) là các container: Phần tử này có kích thước đủ để
chứa các byte tải trọng thuộc một trong các luồng cận đồng bộ.
+ VC-n: là các container ảo:
+

Container ảo cơ sở (n = 1,2): gồm một C-n (n = 1,2) đơn

cộng thêm các byte mang thông tin điều khiển và giám sát tuyến nối
hai VC-n này và gọi là POH.
+

Container ảo bậc cao hơn VC-n (n = 3,4): gồm một C-n

(n = 3,4) đơn và tập hợp các nhóm khối nhánh (Tributary Unit Group
-TUG-2S) hoặc một tập của TU-3S (Tributary Unit – 3S) cùng với các
byte mang thông tin điều khiển và giám sát tuyến nối hai VC-n và
được gọi là POH.

22

Hình 1. 9 Các bước ghép kênh đồng bộ
Con trỏ được sử dụng để tìm các phần khác nhau của AU (Administrative
Unit ) và TU gọi là container ảo VC. Con trỏ AU xác định ở VC bậc cao hơn và con
trỏ TU xác định ở VC bậc thấp hơn. Ví dụ AU-3 gồm VC-3 cộng với một con trỏ,
TU-2 gồm VC-2 cộng với một con trỏ.
Một VC là một thực thể tải chạy trên mạng được tạo ra và hủy đi ở điểm kết
cuối dịch vụ hoặc ở gần điểm đó. Các tín hiệu lưu lượng PDH được ánh xạ tới các
container với kích thước phù hợp với yêu cầu băng thông, sử dụng các bit đơn để
bám tốc độ đồng hồ khi cần thiết. Các POH được thêm vào sau đó cho mục đích
quản lý, tạo một VC. Phần mào đầu này được bỏ đi sau khi VC bị hủy và tín hiệu
gốc ban đầu được tái tạo lại. Mỗi tín hiệu PDH được ánh xạ với VC của nó, và các
VC với cùng kích thước khơng đáng kể được ghép lại bằng cách chèn byte tạo
thành tải SDH.
+ TU-n (n = 1,2,3) là khối nhánh: gồm một VC cộng thêm một con trỏ
khối nhánh. Con trỏ khối nhánh chỉ thị sự đồng bộ pha của VC-n đối
với POH của VC mức cao hơn tiếp theo. Con trỏ khối nhánh có vị trí
cố định so với POH mức cao hơn.
+ AU-3S (S = 1 hoặc 2) và AU-N (N=4): gồm một VC bậc cao cộng
thêm con trỏ khối quản lý. Con trỏ khối quản lý có vị trí cố định trong
khung STM-1 và thể hiện quan hệ về pha của VC bậc cao hơn.
+ Các đơn vị nhánh TU và đơn vị quản trị AU (ô vuông in đậm) là nơi
xử lý con trỏ. Các bit ghép và phân kênh đồng bộ có thể đươc biểu
diễn như hình 1.9
23


1.4.

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẠO TÍN HIỆU STM-1

1.4.1. Sắp xếp tín hiệu 140Mb/s vào khung STM-1
a.

Sắp xếp tín hiệu 140Mb/s vào khung C-4

Hình 1. 10 Sắp xếp tín hiệu 140MB/s vào khung C-4
Trước khi đưa vào module chuyển tải đồng bộ STM-1, luồng số cận đồng bộ
139264Kbit/s phải được đưa vào container C-4.
Tải trọng của C-4 gồm 9 hàng và 260 cột (tức là có 9x260=2340 byte), trong
khi đó số bit của luồng số PDH 140Mbit/s (chính xác là 139264 Kbit/s) là: 139264
Kbit/s: 8000Hz= 17408 bit (2176 byte)

Hình 1. 11 Khung tải trọng C-4
Tín hiệu 140Mbit/s chiếm chưa đầy một tải trọng C-4. Trong thời gian 125µs,
phần tử C-4 bổ sung thêm 164 byte (bit chèn cố định, các bit chèn, các bit điều
khiển chèn, các bit mào đầu OH, bit đồng bộ) để đầu ra đạt tốc độ định mức 2340
byte.

b.

Sắp xếp tín hiệu C-4 vào STM-1
Để đưa C-4 vào STM-1, ngoài 164 byte bổ sung, phần tử C-4 còn bổ sung

thêm 9 byte VC-4 để thành VC-4. Như vậy, lúc này VC-4 sẽ có 261 cột và 9 hàng
chứa 2349 byte và chuyển đến AU-4. Phần tử AU-4 bổ sung thêm 9 byte con trỏ
AU-4 PTR vào vùng A. Phần tử STM-1 tiếp nhận 2358 byte do AU-4 chuyển đến
và bổ sung thêm 72 byte SOH tạo thành tín hiệu STM-1 có 270 cột và 9 hàng.

1.4.2. Sắp xếp 3 tín hiệu 34Mbit/s vào khung STM-1
24


a.

Sắp xếp tín hiệu 34Mbit/s vào C-3
Trước khi đưa vào module chuyển tải đồng bộ STM-1, luồng số cận đồng bộ

34Mbit/s phải được đưa vào container C-3.

Hình 1. 12 Sắp xếp tín hiệu 34Mbit/s vào C-3
Tải trọng C-3 gồm 9 hàng và 84 cột (9x84=756 byte), luồng PDH 34Mbit/s có
34368 Kbit/s: 8000Hz = 4296 bit (537 byte) chiếm chưa đầy 1 container C-3

Hình 1. 13 Tải trọng khung C-3
Phần tử C-3 có độ dư lớn là để truyền thêm luồng PDH 44,736 Mbit/s của
chuẩn ANSI: 44,736 Mbit/s: 8000Hz= 5593 bit, trọng tải STM-1 là 18720 bit nên
chỉ truyền được 3 luồng 34 Mbit/s.
Trong quãng thời gian 125µs, C-3 tiếp nhận 537 byte luồng PDH và bổ sung
thêm 39 byte (các bit chèn cố định, các bit chèn, các bit điều khiển chèn, các bit
mào đầu OH, các bit đồng bộ).

b.

Sắp xếp 3 tín hiệu C-3 vào VC-4
Trước khi đưa 3xC-3 vào STM-1, mỗi phần tử C-3 bổ sung thêm 9 byte VC-3

POH để thành VC-3. Như vậy, khung tín hiệu 125µs của VC-3 sẽ có 85 cột và 9
hàng chứa 765 byte.

Phần tử TU-3 tiếp nhận 756 byte và bổ sung thêm 3 byte con trỏ TU-3 PTR.
Bên cạnh đó TU-3 còn chèn thêm 6 byte cố định tạo thành khối TUG-3 (có kích
thước 9x86).
Như vậy, để đưa TUG-3 vào C-4 cần đưa thêm 2 cột các byte chèn cố định để
đảm bảo tốc độ định mức.

25