Lời mở đầu Ghép kênh tín hiệu số là một lĩnh vực rất quan trọng. Khởi đầu của nó là điều xung mã(PCM) và điều chế Delta(DM). Từ PCM, các kỹ sư chế tạo các thiết bị viễn thông đã cho ra đời thiết bị ghép kênh cận đồng bộ (PDH) và sau đó là thiết bị ghép kênh đồng bộ(SDH). Mạng thông tin quang SDH đã mở ra một giai đoạn mới của công nghệ truyền thông nhằm đáp ứng nhu cầu tăng trưởng rất nhanh của các dịch vụ viễn thông.Tuy nhiên, thông tin quang SDH là công nghệ ghép kênh cố định. Vì vậy độ rộng băng tần vẫn không được tận dụng triệt để. Theo giả thuyết cùng với thực tế cho thấy một mặt độ rộng băng tần đường truyền còn bị lãng phí, mặt khác công nghệ ATM đòi hỏi hệ thống thông tin quang SDH phải thoả mãn nhu cầu trước mắt và cho cả tương lai khi mà các dịch vụ gia tăng phát triển ở trình độ cao. Chỉ có thể thoả mãn nhu cầu về tốc độ truyền dẫn và nâng cao khả năng sử dụng băng tần đường truyền bằng cách thay đổi phương thức truyền tải lưu lượng số liệu. Phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các phương pháp truyền tải ATM qua SDH bẳng cách sắp xếp các tế bào ATM vào các contener ảo VC-n. Và tập trung thảo luận cách sắp xếp các tế bào ATM vào VC-4 và vào kết chuỗi liền kề VC-4-Xc. Quá trình sắp xếp này phải tạo khả năng để máy thu tách chính xác giới hạn các tế bào nhằm đảm bảo không gây tổn thất tế bào. Do chưa có nhiều kinh nghiệm và kiến thức còn kém nên không thể tránh khỏi những thiếu xót. Mong nhận được ý kiến đóng góp của cô giáo và các bạn. Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 27 tháng 03 năm 2015 MỤC LỤC 1. Tổng quan về SDH 1.1. Lịch sử phát triển kỹ thuật truyền dẫn 1.2. Kiến trúc của hệ thống truyền dẫn đồng bộ SDH 1.3. Các đặc điểm của SDH 2. Truyền tải ATM trong SDH 2.1. Sự ra đời của ATM 2.2. ATM là gì ? 2.3. Cấu trúc tế bào ATM 2.4. Sắp xếp các tế bào ATM vào VC-n 1. Tổng quan về SDH 1.1 Lịch sử phát triển kỹ thuật truyền dẫn Sự phát triển liên lạc viễn thông đã bắt đầu từ khi phát minh ra hệ thống điện tín hoạt động theo chế độ chữ số. Nghĩa là khi Morse phát minh ra máy điện tín năm 1835 và việc liên lạc viễn thông số bắt đầu bằng phát dòng chấm và gạch ngang năm 1876, việc sử dụng chế độ tương tự bắt đầu với phát minh điện thoại của A.G. Bell. Phương pháp truyền dẫn đa lé cũng đã bắt đầu từ khi có dây dẫn ba mạch thực hiện ở Mỹ năm 1925 và qua phát triển cáp đồng trục có 240 mạch, hiện nay đã sử dụng phương pháp liên lạc cơ bản với cáp đồng trục có 3.600 - 10.800 mạch, FDM (Ghép kênh theo tần số) nhiều mạch 1.800 mạch bởi vi ba. Mặt khác từ năm 1930, phương pháp 24 mạch PAM (Điều chế biên độ xung) và PWM (Điều chế độ rộng xung) đã phát triển nhưng chưa phổ biến. Ngay sau đó A.H. Reeves phát huy PCM (Điều chế xung mã). Năm 1948, ngay sau khi kết thúc chiến tranh thế giới thứ hai, thiết bị PCM để thí nghiệm đã được thiết kế và sản xuất ở Mỹ. Nhưng nó cũng không được thực hiện vì lúc đó ống điện tử chỉ là một phần tử tích cực và ống mã dùng cho mã hoá bị có nhiều vấn đề khi thực hành. Sự phát minh kỹ thuật bán dẫn tiếp theo phát minh chất bán dẫn đóng vai trò quyết định trong việc áp dụng PCM. Do đó hệ thống T1 (Bộ điện thoại 1) dùng trong liên lạc viễn thông công cộng sử dụng phương pháp PCM ở Chicago (Mỹ) trong năm 1962, phương pháp PCM-24 áp dụng ở Nhật năm 1965, phương pháp Châu Âu hiện nay (CEPT) đã phát triển và sử dụng trong những năm 1970. Hiện nay với việc phát triển phương pháp khả năng siêu đại FT-1.7G, F-1.6G v.v. Trong tương lai ngoài việc phát triển liên tục về ghép kênh và kỹ thuật liên lạc quang học như trên, chúng ta có thể phát triển kỹ thuật liên quan như truyền dẫn thuê bao số và phát triển kỹ thuật đấu nối, kỹ thuật CCC (Khả năng kênh xoá ) trên mạng đã có, kỹ thuật UNI (Giao tiếp mạng - Người sử dụng) về tiếng nói, số liệu, thông tin hình ảnh và kỹ thuật NNI (Giao tiếp nót - mạng), kỹ thuật tổ hợp siêu cao VLSI (Tổ hợp quy mô rất lớn) bao gồm các loại kỹ thuật mã hoá, kỹ thuật truyền dẫn số đồng bộ, mạng nối chéo, và bảo dưỡng mạng, IN (Mạng thông minh) và v.v. 1.2 Kiến trúc của hệ thống truyền dẫn đồng bộ SDH - Các hệ thống truyền dẫn SDH được dựa trên kiến trúc mạng phân lớp. Các lớp cấu trúc mạng 3 lớp của SDH là : + Lớp mạch ( Circuit Layer ). + Lớp đường ( Path Layer ). + Lớp môi trường truyền dẫn ( Transmission ) Media Layer. - Một mạch là một thực thể truyền tin chuyển tải các dịch vụ viễn thông đối với người sử dụng. - Môi trường là thực thể truyền tin cung cấp sự truyền tải của một mạch hoặc của một nhóm mạch - Môi trường truyền bao gồm các hệ thống liên lạc : Cáp quang, vi ba… 1.3 Các đặc điểm của SDH Cũng như các hệ thống truyền đồng bộ khác, hệ thống SDH cũng có một số ưu điểm như : + Kinh tế do khả năng tiêu chuẩn hoá cao toàn mạng về giao diện, các thiết bị xen / rẽ kênh ( Add / Drop Multiplexer - ADM, nối chéo luồng số đồng bộ (Synchronous Digital Cross Connection - SDXC ) và đầu cuối tập trung ( Terminal Multiplexer - TM) nên dễ lắp đặt và bảo dưỡng . + Khả năng tách ghép tải thành phần từ các tín hiệu toàn thể dễ dàng ( Trực tiếp chứ không phải hạ từng bước nh PDH ) tại các giao diện Multiplexer . + Hiệu quả sử dụng kênh cao do truyền đồng bé ( Không phải truyền các Header lớn hơn ) . Thêm vào đó SDH còn có những ưu điểm : + Cho phép thành lập mạng được quản lý hoàn toàn với kênh OA & M (Operation Administration & Mainternace ) có thể trực tiếp trên các giao diện vận hành, bảo dưỡng và quản lý . + Mạng đồng bộ cao tốc có khả năng chuyển tải hiệu quả và mềm dẻo các dịch vụ băng rộng . Hạn chế của SDH liên quan đến mâu thuẫn giữa tín hiệu trong cấu trúc khung tín hiệu ( Việc ghép các tốc độ Bit khác nhau của các tải bất phân cấp ) và tính kinh tế do độ phức tạp của thiết bị tăng . 2. Truyền tải ATM trong SDH 2.1 Sự ra đời của ATM Mạng viễn thông trước đây có đặc điểm chung là chúng tồn tại riêng rẽ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó. Ví dụ như:  Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hoá. Tốc độ truyền rất thấp (75 - 300bps)  Mạng điện thoại công cộng: thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch quan hệ thông chuyển mạch điện thoại công cộng. Tốc độ tối đa 64 kbps.  Mạng truyền số liệu bao gồm: Mạng truyền mạch gói để trao đổi thông tin giữa các máy tính và mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh.  Hệ thống truyền hình quảng bá: sử dụng sóng vô tuyến truyền qua vệ tinh.  Mạng cục bộ LAN: thực hiện truyền số liệu trong phạm vi hẹp, tốc độ rất cao (vài chục đến vài trăm Mbps).  Mạng Internet: thực hiện truyền số liệu trên phạm vi toàn thế giới, tốc độ nhỏ (từ vài trăm đến vài nghìn bps). Chính điều này đã gây ra rất nhiều khó khăn trong việc thiết kế, vận hành, bảo dưỡng hệ thống như không thuận tiện cho khách hàng để đăng ký các dịch vụ mong muốn sử dụng. Bên cạnh đó xuất hiện các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ băng rộng như: Dịch vụ điện thoại truyền hình, điện thoại hội nghị, video theo yêu cầu (VOD), truyền hình số, truyền hình có độ phân giải cao (HDTV), dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao Vì vậy dẫn đến yêu cầu ra đời một mạng liên kết đa dịch vụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) thoả mãn mọi nhu cầu của xã hội thông tin hiện nay và trong kỷ nguyên thông tin sắp tới. Đó chính là mạng liên kết da dịch vụ băng rộng B - ISDN (Broadband - Intergrated Service Digital Network). Sự ra đời của B - ISDN mà cơ sở của nó là một công nghệ mới. Công nghệ này có khả năng tương thích với đường truyền công nghệ cao từ vài Mbps đến vài Gbps do đó có thể chấp nhận mọi thách thức của nhu cầu dịch vụ cũng như sự phát triển của công nghệ đường truyền. Đồng thời, nó có khả năng tương thích các loại dịch vụ từ truyền tiếng nói, hình ảnh với yêu cầu thời gian thực, độ trễ nhỏ đến các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao yêu cầu tổn thất đường truyền nhỏ. Đó chính là công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM. 2.2 ATM là gì ? ATM là công nghệ thiết kế cho việc truyền tải tốc độ cao của tiếng nói (voice), truyền hình (video), dữ liệu (data) thông qua mạng riêng và mạng công cộng sử dụng công nghệ chuyển tiếp tế bào. Các nghiên cứu về ATM được bắt đầu từ những năm 1980. Các chuẩn B - ISDN /ATM được công bố đầu tiên năm 1988 bởi ITU - T và từ đó đến nay ngày càng được hoàn thiện. Có 2 tổ chức cùng song song nghiên cứu trao đổi lẫn nhau để đưa ra các chuẩn hoá về ATM là ITU - T và ATM Forum. Những tiêu chuẩn mở của ATM được đưa ra chủ yếu bởi ATM Forum, đây là tổ chức được Cisco, NET /ADAPTIVE, Northern Telecom và Sprint lập ra năm 1991. ATM là viết tắt của từ Asynchronous Transfer Mode là phương thức truyền tải không đồng bộ, trong đó thuật ngữ “không đồng bộ” có nghĩa là tốc độ dữ lỉệu được truyền đi không nhất thiết ứng với một băng thông nhất định, điều này nói lên rằng việc truyền dẫn chỉ được thực hiện nếu như có dữ liệu thực được truyền đi, “Khồng đồng bộ” cũng để nói đến tính chất các thông tin xuất hiện trong hệ thống (các gói được truyền đi) có thể lặp lại bất thường không có chu kỳ. Ở đầu vào, các thông tin sẽ được nạp vào bộ đệm sau đó được cắt nhỏ thành các tế bào và được truyển tải qua mạng. Là công nghệ ghép kênh và chuyển mạch tế bào, ATM kết hợp được những ưu điểm của cả chuyển mạch kênh (trễ truyền dẫn không đổi, tốc độ bảo đảm) và chuyển mạch gói (linh hoạt, hiệu quả cao với những lưu lượng biến thiên). ATM có các đặc điểm quan trọng sau đây. • ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ cố định gọi là tế bào (Cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền dẫn lớn làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ yêu cầu thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ và cố định cho phép thực hiện chuyển mạch ở phần cứng hiệu quả hơn so với những gói có kích thước thay đổi và tạo điều kiện cho việc kết hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng. • Dịch vụ kết nối trong ATM là có liên kết (connection - oriented service), cho phép định tuyến các tế bào thông qua mạng ATM dựa trên các kết nối ảo sử dụng các nhận dạng kết nối đơn giản ( khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo giúp cho việc định tuyến dễ dàng ) • Ghép kênh không đồng bộ cho phép sử dụng hiệu quả băng thông và ghép / tách dữ liệu với độ ưu tiên và kích thước khác nhau • Sự kết hợp của những đặc điểm trên cho phép ATM cung cấp các dịch vụ khác nhau cho các yêu cầu giữ liệu khác nhau và thiết lập dịch vụ yêu cầu tại thời điểm kết nối được thiết lập. Điều này có nghĩa là một kênh ảo của dịch vụ đưa ra có thể được đảm bảo ở một băng thống nhất định cũng như các tham số lưu lượng khác phục vụ cho kết nối này.  Chuyển mạch ATM và chuyển mạch gói Thực chất công nghệ ATM là một bước phát triển tiếp theo của công nghệ mạch gói (Packet Switching). Tuy nhiên có 2 đặc điểm khác nhau cơ bản giữa ATM và chuyển mạch gói • Thứ nhất: đối với chuyển mạch gói thông tin người sử dụng được chứa trong các gói có độ dài thay đổi (hiện nay kích thước các gói thường là 64/128 bytes). ATM sử dụng các tế bào in có độ dài cố định là 53 bytes. Thứ hai: Chuyển mạch gói sử dụng phương thức kết nối thông tin không định hướng (Connectionless-oriented). Do đó chuyển mạch gói không có thể đảm bảo việc truyền tải các dịch vụ theo các yêu cầu về chất lượng của dịch vụ đó (QoS - Quality of Service). Trong khi đó ATM sử dụng phương thức kết nối truyền tải thông tin có hướng (Connection - oriented) nên các kết nối trong mạng ATM đảm bảo duy trì các trị số QoS tuỳ theo yêu cầu dịch vụ. 2.3 Cấu trúc tế bào ATM Tế bào ATM có hai phần: đầu đề và tải trọng. Đầu đề có 5 byte và tải trọng chiếm 48 byte. Trong đầu đề có các bit sử dụng cho định tuyến, điều khiển luồng và các chức năng khác. Thứ tự truyền các bit trong một byte là từ trái qua phải. Các byte trong tế bào được truyền từ trên xuống dưới. Muốn truyền tải số liệu qua SDH thì công việc đầu tiên là sắp xếp các tế bào ATM vào khung SDH. Về nguyên tắc, các tế bào ATM có thể sắp xếp vào khung VC-n ở tất cả các mức. Tuy nhiên, dung lượng của các khung VC-n ở các mức khác nhau không như nhau. Vì vậy có khung chứa hết các tế bào và cũng có khung không chứa hết các tế bào. Sau đây trình bày cách sắp xếp. 2.4 Sắp xếp các tế bào ATM vào VC-n Sắp xếp các tế bào ATM được thực hiện bằng cách đồng chỉnh cấu trúc byte của mỗi tế bào so với cấu trúc contenơ ảo đơn hoặc kết chuỗi các contenơ ảo. Vì dung lượng contenơ ảo hoặc kết chuỗi contenơ ảo không bằng bội số nguyên lần độ dài tế bào (53 byte) nên cho phép tế bào cuối cùng trong khung VC-n chuyển sang khung VC-n tiếp theo. Trường tin của tế bào (48 byte) được trộn trước khi sắp xếp. Phía thu giải trộn trường tin trước khi chuyển tế bào vào lớp ATM. Đầu đề của tế bào chứa trường kiểm tra lỗi đầu đề (HEC) đóng vai trò như từ mã đồng bộ khung và được sử dụng để tái tạo tế bào tại phía thu. (1) Sắp xếp vào khung VC-3/VC-4 Khi sắp xếp luồng tế bào ATM vào VC-3/VC-4 cần đồng chỉnh biên giới byte của tế bào với biên giới của VC-3/VC-4. Trình tự sắp xếp như hình 4.2. Khung C3 có 84 cột và khung C-4 có 260 cột dành để ghép các tế bào ATM. Mỗi hàng của khung C-3/C-4 không phải là bội số nguyên của 53 byte, vì vậy tế bào cuối cùng của các dòng trong khung VC-3/VC-4 có một số byte phải ghép xuống đầu hàng của dòng tiếp theo. Tổng số byte trong khung C-3/C-4 dành để sắp xếp các tế bào ATM bằng 756/2340 byte. Số byte này không là bội số nguyên của 53 byte, vì vậy tế bào cuối cùng trong khung có một số byte chuyển sang đầu khung tiếp theo. (2) Sắp xếp vào VC-4-Xc Trong trường hợp kết chuỗi liền kề X khung VC-4 cần phải đồng chỉnh biên giới tế bào ATM so với biên giới của VC-4-Xc. Do dung lượng của VC-4-Xc không phải là bội số nguyên của 53 byte nên byte cuối cùng của tế bào trong khung VC-4 được phép chuyển sang khung VC-4 hoặc VC-4-Xc tiếp theo. Trước khi sắp xếp, độn cố định X-1 cột vào liền sau cột VC-4 POH (hình 4.3). (3) Sắp xếp vào VC-12 Đa khung VC-12 có 4 khung VC-12. Mỗi khung VC-12 gồm một byte VC-12 POH và 34 byte tải trọng. Các tế bào ATM được sắp xếp vào vùng tải trọng của VC-12 và được đồng chỉnh giữa biên giới tế bào và biên giới byte của VC-12. Vì dung lượng vùng tải trọng của mỗi khung VC-12 bằng 34 byte không phải là ước số nguyên của 53 byte nên tế bào có thể chuyển sang khung hoặc đa khung VC-12 tiếp theo. . đơn giản ( khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo giúp cho việc định tuyến dễ dàng ) • Ghép kênh không đồng bộ cho phép sử dụng hiệu quả băng thông và ghép / tách dữ liệu với độ ưu. các kỹ sư chế tạo các thiết bị viễn thông đã cho ra đời thiết bị ghép kênh cận đồng bộ (PDH) và sau đó là thiết bị ghép kênh đồng bộ(SDH). Mạng thông tin quang SDH đã mở ra một giai đoạn mới. tục về ghép kênh và kỹ thuật liên lạc quang học như trên, chúng ta có thể phát triển kỹ thuật liên quan như truyền dẫn thuê bao số và phát triển kỹ thuật đấu nối, kỹ thuật CCC (Khả năng kênh