ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
CAO XUÂN TÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ NG SDH
VÀO MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI – 2009
-1-
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU 8
BẢN CAM KẾT 9
LỜI CẢM ƠN 10
MỞ ĐẦU 11
CHƯƠNG I CÔNG NGHỆ SDH 13
I. Giới thiệu công nghệ SDH [1,2,3,4]. 13
1. Lịch sử ra đời và phát triển của công nghệ SDH. 13
2. Các đặc điểm của công nghệ SDH [1,2]. 14
3. Cấu trúc bộ ghép SDH [1,2,3,4]. 15
3.1 Các thành phần cơ bản của cấu trúc bộ ghép . 16
3.1.1 Container C-n. 16
3.1.2 Đơn vị luồng nhánh TU-n (Tributary Unit). 17
3.1.3 Đơn vị quản lý AU (Administrative Unit) : 18
3.1.4 Module truyền tải đồng bộ mức cơ sở STM-1 19
3.1 Ghép chuỗi ảo VCAT : 42
3.1.1 Ghép chuỗi ảo bậc cao: 44
3.1.2 Ghép chuỗi ảo bậc thấp 45
3.1.3 Hiệu quả sử dụng của VCAT: 46
3.2 Cơ chế điều chỉnh dung lượng tuyến LCAS: 46
3.2.1 Giao thức LCAS : 48
3.2.2 Ứng dụng của LCAS. 51
4. Thủ tục lập khung tổng quát GFP : 51
4.1 Các vấn đề chung của GFP 52
4.2 Cấu trúc khung của GFP 53
4.2.1 Mào đầu lõi của GFP 53
4.2.2 Phần tải tin GFP : 55
4.2.4 Các khung điều khiển GFP : 60
4.3 Các chức năng mức khung GFP : 60
4.3.1 Thuật toán mô tả khung GFP : 60
4.3.2 Ghép khung : 61
4.3.3 Chỉ thị sự cố tín hiệu khách hàng: 61
4.4 Xử lý sự cố trong GFP : 62
4.5 GFP-F : 63
4.5.1 Tải tin MAC Ethernet : 63
4.5.2 Tải tin HDLC/PPP: 64
4.5.3 Tải kênh quang qua FC-BBW_SONET 65
4.5.4 Tải tin RPR IEEE 802.1 66
4.5.5 Sắp xếp trực tiếp MPLS vào các khung GFP-F 66
4.5.6 Sắp xếp trực tiếp các PDU IP và IS-IS vào trong khung GFP-F 66
4.5.7 Xử lí lỗi trong GFP-F 67
4.6 GFP-T : 67
4.6.1 Mã hoá khối 64B/65B 67
4.6.2 Băng tần truyền tải: 68
4.6.3 Các vấn đề về điều khiển lỗi. 69
2.4 Giải pháp của các hãng khác : 92
II. Các giải pháp ứng dụng công nghệ NG SDH 93
1. Ethernet over SDH (EoS)): 93
1.1 Chức năng thực hiện của nút EoS 95
1.2 Các giao thức thực hiện tính năng EoS 95
1.3 Chức năng thích ứng : PPP 96
1.4 Chức năng thích ứng :X.86 96
1.5 Các đặc điểm của giải pháp EoS 97
2. Giải pháp RPR over NG SDH 97
2.1 Các đặc điểm của giải pháp dựa trên RPR 98
2.2 Triển khai RPR trên thiết bị NG SDH : 98
2.3 Tích hợp RPR vào MSPP 99
3. NG SDH over WDM 100
III. Các tiêu chí lựa chọn giải pháp ứng dụng công nghệ NG SDH. 101
1. Năng lực truyền tải. 101
2. Bảo vệ và phục hồi. 102
3. Thông lượng 102
4. Giá thành mạng. 103
4.1 Giá thành thiết bị mạng. 103
4.2 Giá thành thực hiện quản lí và điều khiển 103
5. Khả năng và chi phí nâng cấp mở rộng mạng 104
6. Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ. 104
7. Tính mềm dẻo của mạng. 105
8. Một số sản phẩm NG SDH của các hãng. 106
8.1 Dòng Thiết bị truyền dẫn quang ONS của Cisco Systems : 106
8.2 Dòng Thiết bị Optix của Huawei: 107
8.3 Dòng Thiết bị TN-1X, TN-1C của Nortel 108
8.4 Dòng thiết bị của FUJITSU. 108
-4-
-5-
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADM
Add Drop Miltiplex
AIS
Alarm Indication Signal
ANSI
American National Standard Institute
APS
Automatic Protection Switching
ATM
High Level Datalink Control
IP
Internet Protocol
ITU-T
International Telecommunication Union - Telecommunications
LAPS
Link Access Procedure - SDH
LCAS
Link Capacity Adjustment Scheme
MAPOS
Multiple Access Protocol over SDH
MFI
Multiframe Indicator
MPLS
Multiprotocol Label Switching
MSOH
Multiplexing SOH
MSPP
Multiservice provisioning platform
MSSP
Multi-Service Switching Platform
NG SDH
Next Generation SDH
-6- NGN
Next Generation Network
NMS
Network Management Systems
SAN
storage area network
SDH
Synchronous Digital Hierarchy
SDXC
Synchronous Digital Cross Connect
SMN
SDH Management Network
SOH
Section Overhead
SONET
Synchronous optical networking
SQ
Sequence Number
STM
Synchronous Transport Module
TDM
Time-Division Multiplexing
TE
Terminal Equipment
TU
Tributary Unit
VC
Virtual Containner
VCAT
Virtual concatenation
VPN
virtual private network
WDM
wavelength-division multiplexing
Hình II.12 Mối quan hệ giữa HDLC/PPP và khung GFP 64
Hình II.13 Mối quan hệ giữa SONET băng rộng 2 kênh quang và khung GFP 66
Hình II.14 Mô hình mạng truyền dữ liệu IP trên SONET/SDH 74
Hình II.15 Ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-n sử dụng LAPS X.85 76
Hình II.16 Định dạng khung LAPS theo X.85 77
Hình II.17Mô hình cung cấp dịch vụ mạng trên cơ sở công nghệ NG SDH 78
Hình II.18 Cấu trúc mô hình tổng quan của mạng MAN 78
Hình II.19 hình mạng truy cập SAN qua lớp quang [1,2] 80
Hình II.20 Mô hình mạng truy cập SAN qua lớp truyền tải SDH 80
Hình II.21 IP over SDH 81
Hình III.1Mạng đường trục SDH 87
Hình III.2 Mạng cung cấp đa dịch vụ với 15454/15302 89
Hình III.3 các ứng dụng của SURPASS hiP 70xx 91
Hình III.4 Ứng dụng của Alcatel 1662 SMC 92
Hình III.5 Sắp xếp lưu lượng Ethernet vào kênh SDH 93
Hình III.6 Sắp xếp lưu lượng Ethernet vào kênh SDH 94
Hình III.7Giải pháp Ethernet over SDH 94
Hình III.8Các giao thức Ethernet over SONET 95
Hình III.9 Giải pháp triển khai RPR trên NG SDH 99
Hình III.10 Mô hình RPR over NG SDH cho mạng nâng cấp 116
-8- Hình III.11 Mô hình RPR over NG SDH cho mạng xây dựng mới 117
Hình III.12 Mô hình mạng NG SDH over WDM 118
Hình III.13 Mô hình mạng EoS 118
Hình III.14 Sơ đồ kiểm tra GFP 119
Hình III.16 Sơ đồ kiểm tra LCAS 120
Hình III.15 Sơ đồ kiểm tra VCAT 120
MỞ ĐẦU
Trong một vài thập kỷ trở lại đây, công nghệ truyền thông đã có những bước
tiến thần kỳ, đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình trao đổi thông tin liên
lạc của con người, đem lại những tiến bộ vượt bậc cho nền kinh tế xã hội và văn
minh nhân loại, góp phần tạo nên xu thế toàn cầu hóa một cách sâu sắc trên toàn thế
giới. Các dịch vụ truyền thông phát triển ngày càng mạnh mẽ và đa dạng đã dẫn đến
sự bùng nổ về lưu lượng thông tin, đặt ra một thách thức mới đòi hỏi các nhà cung
cấp dịch vụ viễn thông phải nỗ lực không ngừng nghiên cứu phát triển để nâng cao
chất lượng dịch vụ.
Theo xu hướng xây dựng và phát triển một thế hệ mạng viễn thông mới tiên
tiến, việc đầu tư nghiên cứu để tìm ra các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng và
hiệu suất sử dụng mạng luôn được giành được sự quan tâm đặc biệt của các nhà
nghiên cứu, các nhà sản xuất và cung cấp dịch vụ .
Với những ưu điểm vượt trội của mình, công nghệ truyền dẫn SDH đã và
đang được sử dụng phổ biến nhất trên hầu khắp các mạng viễn thông trên toàn thế
giới. Tuy nhiên, trong kỷ nguyên thông tin với sự bùng nổ của các dịch vụ viễn
thông, đặc biệt trong xu hướng hội tụ công nghệ và dịch vụ hiện nay, công nghệ
SDH đã bộc lộ một số nhược điểm khó có thể đáp ứng được nhu cầu truyền tải lưu
lượng ngày càng gia tăng. Vấn đề này đặt ra yêu cầu cần phải xây dựng một cơ sở
hạ tầng mạng truyền tải mới, có thể đồng thời truyền tải trên đó lưu lượng của hệ
thống SDH truyền thống và lưu lượng của các loại hình dịch vụ mới khi xây dựng
các mạng truyền thông thế hệ kế tiếp. Đó chính là hướng nghiên cứu mới của công
nghệ SDH, công nghệ SDH thế hệ kế tiếp - NG SDH.
Nhận thấy đây là một vấn đề cấp thiết có tính thực tiễn và tính khả thi cao
-13- Chương I CÔNG NGHỆ SDH
I. Giới thiệu công nghệ SDH [1,2,3,4].
1. Lịch sử ra đời và phát triển của công nghệ SDH.
Từ những năm đầu của thập kỷ 1980, khi nhu cầu truyền tải dịch vụ gia tăng,
đồng thời một số công nghệ tiên tiến như công nghệ vi điện tử, công nghệ thông tin,
công nghệ truyền dẫn sợi quang…đã đạt được thành tựu nhất định, công nghệ SDH
đã ra đời tạo ra một mạng giao tiếp quang trong đó những thiết bị truyền dẫn và các
thông tin được tiêu chuẩn hóa có quy mô quốc tế có thể hoạt động với tất cả các hệ
thống truyền dẫn khác nhau của các sản phẩm khác nhau.
Việc đưa SDH vào sử dụng đã tạo nên một cuộc cách mạng trong việc truyền
dẫn các dịch vụ Viễn thông, đáp ứng được các yêu cầu đang tăng nhanh về kênh
truyền dẫn linh hoạt, dung lượng lớn hơn và các yêu cầu kênh truyền dẫn băng rộng.
Các mốc quan trọng trong sự phát triển của công nghệ SDH :
Năm 1985 công ty Bellcore đã đề nghị một phân cấp truyền dẫn mới nhằm khắc
phục các nhược điểm của hệ thống cận đồng bộ PDH được đặt tên là mạng quang
đồng bộ SONET (Synchronous Optical Network). Dựa trên nguyên lý ghép kênh
hầu khắp các mạng Viễn thông trên thế giới, mở ra một kỷ nguyên mới cho sự phát
triển của công nghệ viễn thông.
2. Các đặc điểm của công nghệ SDH [1,2].
Công nghệ SDH được xây dựng trên cơ sở hệ thống phân cấp đồng bộ số, ghép
kênh theo thời gian TDM dùng chủ yếu cho việc tối ưu truyền tải lưu lượng thoại
với phương tiện truyền dẫn dùng cáp sợi quang và vi ba số.
Từ các hệ thống khác nhau, các luồng tín hiệu số sơ cấp có tốc độ bít khác nhau
được ghép lại qua nhiều bước, mỗi bước lại được đưa vào các bit điều khiển, quản
lý và phối hợp tốc độ. Ở đầu ra hình thành một luồng đồng bộ cơ sở, các luồng đồng
bộ cơ sở được nâng lên N lần thành các luồng đồng bộ cấp N.
Giao diện SDH đã được tiêu chuẩn hóa toàn cầu, do vậy có thể kết hợp nhiều
phần tử khác nhau trong cùng một mạng và tương tác với các mạng khác dễ dàng.
Công nghệ SDH có tốc độ truyền dẫn cơ sở STM-1 là 155,520Mbit/s, các mức cao
hơn STM-4 , STM-8, STM – 12 , STM – 16, STM – 64 …tốc độ truyền dẫn có thể
đạt tới 10Gbit/s, do đó nó phù hợp với các mạng đường trục, mạng lõi.
Việc truy nhập tới các kênh ghép vào được thực hiện thông qua con trỏ tạo thuận
lợi cho việc phân nhánh, tách ghép kênh, đấu nối chéo, linh hoạt trong các kết nối.
Trong mạng SDH tất cả các phần tử mạng đều tham chiếu đến một đồng hồ
chuẩn duy nhất. Các kênh điều hành mạng, các kênh số cho việc vận hành và bảo trì
mạng được ghép vào bản thân tín hiệu SDH cho phép điều khiển mạng SDH bằng
phương pháp tập trung.
-15- Mạng SDH hiện đại có nhiều cơ chế bảo vệ và dự phòng khác nhau, thời gian
phục hồi nhỏ hơn 50ms với QoS được đảm bảo, lỗi một phần tử trong mạng không
gây lỗi toàn bộ hệ thống.
Công nghệ SDH tạo ra chuẩn quang, cho phép sử dụng thiết bị của nhiều nhà
sản xuất trên cùng một hệ thống mạng truyền dẫn. Tuy nhiên trên thực tế các nhà
sản xuất trên thế giới chưa đáp ứng hoàn toàn các tiêu chuẩn do ITU-T đề ra nên
TUG-3
TU-2
TU-3
VC-2
VC-12
139264
kbit/s
34368 kbit/s
44736 kbit/s
6312
kbit/s
2048
kbit/s
1544
kbit/s
xN
x1
x3
x3
x3
x7
x4
x7
VC-11
Xö lý con trá
S¾p xÕp
§ång chØnh
GhÐp kªnh
Bảng I.1 Các loại Container
Tên Container
Tốc độ container
Tốc độ luồng vào
C-11
1600 kbps
1544 kbps
C-12
2176 kbps
2048 kbps
C-2
6784 kbps
6312 kbps
C-3
48384 kbps
44736 kbps hoặc 34368 kbps
C-4
149760 kbps
139264 kbps
Số bit trong 125 s của luồng số luôn luôn nhỏ hơn kích thước của Container
tương ứng của nó. Để các luồng số đưa vào vừa vặn với các Container đòi hỏi phải
chèn thêm từng bit hoặc từng byte vào ( chèn dương, chèn không hoặc chèn âm)
-17- Thông tin của Container bao gồm :
+ Dữ liệu của các luồng dữ liệu số được ghép vào.
+ Các bit hoặc các byte chèn cố định: Các bit, byte này không mang thông tin,
được chèn thêm vào tín hiệu PDH để tương thích với tốc độ bit của các Container.
-18- hơn và được chuyển đến các container ảo bậc cao hơn, tạo ra sự tương hợp giữa các
Container ảo mức thấp và Container ảo mức cao hơn.
Có các TUG là : TUG-2 và TUG-3, trong đó :
TUG-3 được tạo thành từ 7xTUG-2 hoặc 1xTU-3.
TUG-2 được tạo thành từ 4xTU-11 hoặc 3xTU-12 hoặc 1xTU-2
3.1.3 Đơn vị quản lý AU (Administrative Unit) :
AU-n là một khối thông tin bao gồm một VC-n cùng mức và một con trỏ khối
quản lý để ghi lại mối tương quan về phase giữa khung truyền dẫn và VC bậc cao
và chỉ thị vị trí bắt đầu của VC đó.
AU = VC + Pointer
Bảng I.2 Kích thước và tốc độ bit đầu ra của các phần tử
Container
Kích thước (bytes)
Tốc độ bit (kbit/s)
C–11
25
1600
C-12
34
2176
C-2
106
6784
C-3
756
48384
C-4
108
6912
TU-3
768
49152
Nhóm đơn vị luồng nhánh
Kích thước (bytes)
Tốc độ bit (kbit/s) TUG-2
208
6912
TUG-3
774
49536
Đơn vị quản lý
Kích thước (bytes)
Tốc độ bit (kbit/s)
AU-3
786
50304
AU-4
2358
150912
ứng rồi được đưa lên các mức cao hơn.
-20- 3.2.1 Cấu trúc khung STM-1
Khung STM-1 gồm 2430 byte được xếp thành một ma trận có 9 hàng mỗi hàng
ghép 270 cột. Thời gian cho mỗi khung STM-1 là 125 s . Khung STM-1 gồm ba
khối :
- Khối mào đầu vùng SOH(Section Overhead).
- Khối con trỏ (Pointer) .
- Khối tải trọng Payload .
Trình tự truyền các byte trong khung từ trái qua phải và từ trên xuống dưới.
Trình tự truyền các bit trong một byte là bit có trọng số lớn nhất truyền đầu tiên và
bit có trọng số bé nhất truyền cuối cùng. Nguyên tắc trên được áp dụng cho tất cả
các loại khung tín hiệu trong SDH .
Khối SOH gồm (8x9) bytes, chia làm hai phần :
- RSOH ( Regenerator SOH) : dùng cho quản lý, giám sát các trạm lặp
- MSOH (Multiplexing SOH) : dùng để quản lý, giám sát các trạm ghép kênh
Phần tải trọng có 9 dòng x 261 cột được sử dụng để ghép 1 VC-4 hoặc 3 VC-3
hoặc 63 VC-12.
3.2.1.1 Sắp xếp VC-4 vào STM-1.
Khung VC-4 gồm 261 cột x 9 dòng. Khối AU-4 ghép 9 byte con trỏ AU-4 vào
cột 1 đến cột 9 thuộc dòng thứ 4 của khung STM-1. Pha của VC-4 không cố định
trong AU-4, vị trí byte đầu tiên của VC-4 được chỉ thị trong 10 bit giá trị con trỏ
AU-4. Tín hiệu AU-4 được đặt trực tiếp vào AUG. Khối STM-1 ghép các byte SOH
vào cột 1 đến cột 9 thuộc các dòng 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9 của khung STM-1.
SOH
AU4-PTR
270 cét
125 s VC-4
261 cét
AU4-PTR
9 cét
125 s
4 S
H3
86 cét
125 s
9 dßng
H1
H2
H3
86 cét
125 s
TU3-PTR
C-3
85 cét
125 s
P
S
9 dßng
86 cét x 3+3=261 cét
125 s
H3
H2
H1
H3
H2
H1
H3
H2
H1
H1
H2
Hình I.4 Ghép 3 VC vào STM1
-22- Ba con trỏ TU-3 ghép cố định vào cột 4, 5, 6 thuộc các dòng 1, 2, 3 của khung
VC-4. Pha của các tín hiệu VC-3 không cố định trong VC-4. Vị trí của byte J1 của
tín hiệu VC-3 trong VC-4 được chỉ thị trong 10 bit giá trị con trỏ TU-3. Các con trỏ
TU-3 hoạt động độc lập với nhau. Cột đầu tiên là 9 byte VC-4 POH. Tiếp theo là 2
cột độn cố định. Từ cột 4 đến cột 261 là ghép xen byte 3 TUG-3. Trong đó các cột
mang số thứ tự A là các byte tải trọng của TUG-3 thứ nhất, các cột mang số thứ tự
B là các byte tải trọng của TUG-3 thứ 2 và các cột mang số thứ tự C là các byte tải
trọng của TUG-3 thứ 3.
3.2.1.3 Ghép 63 VC-12 vào STM-1
Mỗi khung C-12 có 34 byte. Khối VC-12 ghép thêm một byte VC-12 POH để
AU4-PTR
9 cét
125 s
4
TU-12
TUG-2
TUG-3
VC-4
AU-3
STM-1 S S S
P
O
H S
I
I
I
N
125 s
9 dßng S
21xVn
x7
125 s
4 c«tx3=12cét
Vn
Vn
Vn
9 dßng 4 cét
9 dßng
Vn
x3
125 s
P
P
P
Hình I.5 Ghép 63 VC-12 vào khung STM-1
-23-
STM-1 #3
STM-1 #4
dcbadcba …
STM-4
a)
MUX
4/16
a a a a …
b b b b …
c c c c …
d d d d …
STM-4 #1
STM-4 #2
STM-4 #3
STM-4 #4
ddddccccbbbbaaaa …
STM-16
b)
Hình I.6 Bộ ghép các luồng số STM-N
3.3 Thông tin quản lý trong cấu trúc bộ ghép SDH
Ưu điểm nổi bật nhất của công nghệ SDH chính là khả năng quản lý, tách ghép
các luồng số linh hoạt mềm dẻo. Điều này thực hiện được chính là nhờ các thông tin
quản lý trong cấu trúc bộ ghép của khung truyền dẫn SDH. Trong cấu trúc bộ ghép
-24- đồng bộ số SDH, các tín hiệu đồng bộ được bố trí vào các container tương ứng. Tuỳ
theo từng loại container và lộ trình tạo thành module truyền dẫn đồng bộ cấp cơ sở ,
định bởi giá trị con trỏ AU-3. Các con trỏ AU-3 hoạt động độc lập với nhau. Ba
container ảo VC-3 có thể được ghép trực tiếp vào khung STM-1 nhờ con trỏ AU-3.
-25- Con trỏ TU-3:
Con trỏ TU-3 được hình thành trong khung truyền dẫn STM-1 thông qua đơn vị
quản lý AU-4. Các container ảo VC-3 được đồng chỉnh trong VC-4 theo thứ tự nhờ
các con trỏ TU-3 trước rồi VC-4 được đồng chỉnh trong STM-1 nhờ con trỏ AU-4.
Con trỏ TU-2, TU-12, TU-11.
Con trỏ nhánh đơn vị cấp thấp dùng để đồng chỉnh các container ảo cấp thấp
vào trong một khung VC cấp cao hơn cả về phase và tần số.
3.3.2 Từ mào đầu đoạn SOH :
Mào đầu đoạn SOH được gắn thêm vào trường tin để tạo nên STM-N. Nó mang
thông tin quản lý khung và thông tin bảo dưỡng cùng một số chức năng khác.
Phụ thuộc vào vị trí ghép/tách trên mạng lưới mà kỹ thuật SDH phân chia SOH
thành 2 loại:
+ RSOH (Regenerator Section Overhead): khối này gồm có 27 byte (trong đó có 12
byte chưa được định nghĩa), các byte này cung cấp thông tin để điều khiển và giám
sát trạm lặp. Thiết bị có thể xác định lại giá trị các byte này.
+ MSOH (Multiplexer Section Overhead): khối này gồm có 40 byte (trong đó có 22
byte chưa được định nghĩa), các byte này cung cấp thông tin phát hiện sai và bảo
dưỡng mạng lưới Ngoài ra, khối MSOH còn cung cấp các kênh nghiệp vụ, các
kênh dành riêng cho người điều hành khai thác mạng trao đổi thông tin cho nhau
Cấu trúc SOH trong khung STM-1 như trong hình 1.8 :
RSOH
AU-3
PTR
STM-1
VC-4
VC-3
VC-3
VC-3
Hình I.7 Con trỏ TU-3 trong khung STM-1
Copyright: Tài liệu đại học ©