Luận văn Thiết kế chế tạo thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH đa dịch vụ ứng dụng vào mạng truy nhập của hệ thống viễn thông
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
LÊ THỊ XUÂN
THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN QUANG
NG-SDH ĐA DỊCH VỤ ỨNG DỤNG VÀO MẠNG
TRUY NHẬP CỦA HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
HÀ NỘI - 2021
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
LÊ THỊ XUÂN
THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN QUANG
NG-SDH ĐA DỊCH VỤ ỨNG DỤNG VÀO MẠNG
TRUY NHẬP CỦA HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 8.52.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. VŨ TUẤN LÂM
HÀ NỘI - 2021
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới TS. Vũ Tuấn Lâm, người thầy đã định
hướng và hướng dẫn tôi thực hiện thành công luận văn nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc, Khoa Đào tạo Sau Đại học - Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cũng như lãnh đạo, chỉ huy và các đồng chí
ở Trung tâm Kỹ thuật Thông tin Công nghệ cao – Binh chủng Thông tin liên lạc,
nơi tôi đang công tác, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình
thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã trang bị cho tôi những kiến
thức trong quá trình hoàn thành các học phần cao học.
Tôi xin được cảm ơn những người thân, bạn bè đã thường xuyên quan tâm,
giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp các tài liệu hữu ích trong thời gian học tập,
nghiên cứu cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới gia đình đã kiên trì chia sẻ
và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện nội dung luận văn.
Hà Nội, tháng 01 năm 2021
Tác giả luận văn
Lê Thị Xuân
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ii
MỤC LỤC.................................................................................................................iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................viii
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
NG-SDH ở Việt Nam...........................................................................................13
1.4 Kết luận chương 1 ..............................................................................14
truyền dẫn quang NG-SDH................................................................................15
iv
2.4 Thiết kế cơ khí vỏ hộp........................................................................39
2.5 Kết luận chương 2 ..............................................................................40
VIỄN THÔNG......................................................................................................... 41
3.4 Kết luận chương 3 ..............................................................................55
v
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
APS
BER
CPU
DCC
DCN
DVB
Automatic Protection Switching
Chuyển mạch bảo vệ tự động
Tỷ lệ lỗi bít
Bit Error Rate
Central Processing Unit
Data Communication Channel
Data Communication Network
Digital Video Broadcasting
Bộ xử lý trung tâm
Kênh truyền thông dữ liệu
Mạng truyền thông dữ liệu
Truyền hình video kỹ thuật số
Dense
Wavelength
Division Ghép kênh phân chia theo bước
sóng dày đặc
DWDM
Multiplexing
EOS
FCS
Ethernet Over SDH
Frame Check Sequence
Ethernet qua SDH
Chuỗi kiểm tra khung
Mảng cổng lập trình được dạng
FPGA Field Programmable Gate Array
GFP Generic Framing Procedure
trường
Quy trình tạo khung chung
Quy trình đóng khung ánh xạ
khung
GFP-F GFP Frame
Quy trình đóng khung ánh xạ
trong suốt
GFP-T GFP Transparent
GPIO
General Purpose Input Output
Đầu ra đầu vào mục đích chung
Kiểm soát liên kết dữ liệu mức
cao
HDLC High Level Datalink Control
HP
IC
IP
High Pass Filter
Intergrated Circuit
Internet Protocol
Bộ lọc thông cao
Mạch tích hợp
Giao thức Internet
International
Telecommunication
ITU - T
Liên minh viễn thông quốc tế
Union - Telecommunications
Lược đồ điều chỉnh dung lượng
LCAS Link Capacity Adjustment Scheme
liên kết
Thiết bị đầu cuối điều khiển cục
LCT
LP
Local Control Terminal
Low Pass Filter
bộ
Bộ lọc thông thấp
vi
MAC
MDC
Media Access Control
Kiểm soát truy cập phương tiện
Đồng hồ dữ liệu quản lý
Đầu ra đầu vào dữ liệu quản lý
Chỉ thị báo đa khung
Management Data Clock
MDIO Management Data Input Output
MFI
Multiframe Indicator
MGN
Manager Gateway Network
Mạng cổng quản lý
MPLS- Multiprotocol Label Switching Chuyển đổi nhãn đa giao thức
TP
Transport Profile
cấu hình truyền tải
MSP
Multiplex section protection
Bảo vệ phần đa kênh
Nền tảng cung cấp đa dịch vụ
Phần tử mạng
MSPP Multiservice provisioning platform
NE
NG-
SDH
NMS
Network Element
Next Generation SDH
Network Management Systems
SDH thế hệ tiếp theo
Hệ thống quản lý mạng
Quản trị vận hành và bảo trì
Operation
Administration
OAM
Maintaince
OHXC Over Head Cross Connect
Mào đầu kết nối chéo
Mạng truyền tải quang
OTN
Optical Transport Network
Peripheral Component Interconnect Kết nối thành phần ngoại vi tốc
PCIE
Express
độ cao
PDH
PLL
PPP
Plesiochronous Digital Hierarchy
Phase Locked Loop
Phân cấp tốc độ số cận đồng bộ
Vòng khóa pha
Point-to-Point Protocol
Quality of Service
Giao thức điểm điểm
Chất lượng dịch vụ
QOS
RFC
RPR
SDH
SFD
SFP
Request For Comments
Resilient Packet Ring
Synchronous Digital Hierarchy
Start Frame Delimiter
Small Form factor Pluggable
Yêu cầu cho bình luận
Vòng gói tin cậy
Phân cấp tốc độ số đồng bộ
Dấu phân cách khung bắt đầu
Bộ thu phát quang
Giao diện phương tiện nối tiếp
độc lập
SMII
Serial Media Independent Interface
SNCP Subnetwork Connection Protection
SONET Synchronous optical networking
Bảo vệ kết nối mạng con
Mạng quang đồng bộ
Giao diện ngoại vi nối tiếp
SPI
Serial Peripheral Interface
vii
SQ
Sequence Number
Số thứ tự
Temperature Compensated Crystal
Oscillator
TCXO
Bộ dao động tinh thể bù nhiệt độ
TDM
TM
Time Division Multiplexing
Terminal multiplexer
Tributary Unit
Phân chia theo thời gian
Bộ ghép kênh đầu cuối
Thành phần phụ lưu
Bus nối tiếp đa năng
Thùng đựng hàng ảo
Kết nối ảo
TU
USB
VC
Universal Serial Bus
Virtual Containner
VCG
VDC
Virtual Concatenation
Voltage Direct Current
Điện áp một chiều
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
VCAT........................................................................................................................10
động trên mạng truy nhập khảo sát của hệ thống......................................................12
nhập ngoại .................................................................................................................15
1
MỞ ĐẦU
Trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, đặc biệt là yêu cầu ngày
càng gia tăng trong việc tích hợp song song nhiều dịch vụ trên cùng 1 thiết bị.
Trong khi đó, hầu hết những thiết bị sử dụng công nghệ SDH trước đây không thể
đáp ứng được. Sự ra đời của công nghệ NG-SDH là bước cải tiến dựa trên nền tảng
SDH, nhằm mục tiêu giải quyết vấn đề nêu trên. Các thiết bị NG-SDH không chỉ
cung cấp dịch vụ SDH và PDH thông thường, mà còn tích hợp thêm các dịch vụ
Ethernet/IP. Điều này cho phép người dùng sử dụng linh hoạt nhiều dịch vụ bổ sung
như EoS trên cùng 1 thiết bị trong mạng truy nhập.
Để làm được điều đó, công nghệ NG-SDH đã chuẩn hóa tạo ra các nút
MSPP. Một số hãng lớn đi đầu về việc cung cấp các thiết bị MSPP như ECI,
Fujitsu, ALU, Siemen, Tejas... Cụ thể trên hệ thống đang sử dụng số lượng lớn các
dòng thiết bị ALU1642; BG20; HIT7020, TJ1400…
Những thiết bị kể trên đã và đang được sử dụng rộng rãi trên hệ thống viễn
thông. Tuy nhiên, các thiết bị đều là thiết bị nhập ngoại, vòng đời sản phẩm phụ
thuộc nhiều vào nhà sản xuất. Khi xuất hiện sự cố hỏng hóc, gặp rất nhiều khó khăn
trong công tác sữa chữa, khắc phục. Do đó, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị có tính
năng kỹ thuật tương đương với những dòng thiết bị kể trên là nội dung cần thiết.
Với những lý do kể trên, tôi đã chọn đề tài luận văn là: “Thiết kế chế tạo
thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH đa dịch vụ ứng dụng vào mạng truy nhập
của hệ thống viễn thông”.
Mục đích nghiên cứu
Thiết kế hoàn chỉnh thiết bị truyền dẫn quang NG–SDH đa dịch vụ ứng dụng
vào mạng truy nhập của hệ thống viễn thông đáp ứng tính năng chỉ tiêu kỹ thuật
tương đương và cho phép thay thế các dòng thiết bị nhập ngoại kể trên.
Luận văn được chia làm 3 chương:
2
Chương 1 Tổng quan về công nghệ truyền dẫn NG-SDH
Trình bày tổng quan về công nghệ NG-SDH, những giao thức then chốt được
sử dụng trong đó. Khảo sát về mạng truy nhập và dòng thiết bị truyền dẫn quang
NG-SDH đa dịch vụ được sử dụng trong mạng truy nhập.
Chương 2 Thiết kế xây dựng thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH
Nghiên cứu đề xuất chỉ tiêu tính năng của thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH
dựa trên bảng chỉ tiêu kỹ thuật của các dòng thiết bị nhập ngoại đang được sử dụng
trong mạng truy nhập đa dịch vụ của hệ thống viễn thông.
Phân tích và xây dựng phương án thiết kế thiết bị. Tiến hành thiết kế phần
cứng thiết bị và xây dựng phần mềm quản lý điều khiển thiết bị truyền dẫn quang
NG-SDH.
Chương 3 Đo kiểm và đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của thiết bị truyền dẫn
quang NG-SDH và ứng dụng trên hệ thống viễn thông
Sau khi chế tạo thành công thiết bị theo đúng phương án thiết kế phần cứng
và phần mềm. Tiến hành xây dựng kịch bản đo và kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật của
thiết bị sau khi chế tạo hoàn chỉnh. Đo kiểm và đánh giá kết quả thử nghiệm.
Trong quá trình nghiên cứu, học viên luôn cố gắng bám sát các tài liệu khoa
học. Nội dung chi tiết của luận văn sẽ được trình bày dưới đây.
3
Chương 1– TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN
NG-SDH
1.1 Giới thiệu chung về công nghệ NG-SDH
Trong sự phát triển của các hệ thống viễn thông giai đoạn hiện nay, mạng
truyền dẫn quang đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng một hệ thống truyền
tải lõi dung lượng lớn và tốc độ cao, cho phép cung cấp đa dịch vụ trên một nền
tảng truyền dẫn trong suốt. Những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa
học và công nghệ trong lĩnh vực điện tử viễn thông và công nghệ thông tin đã tạo ra
những bước nhảy vọt về công nghệ truyền dẫn quang. Các sản phẩm thế hệ mới
trong lĩnh vực truyền dẫn quang liên tục được các hãng cung cấp thiết bị viễn thông
trên toàn thế giới nâng cấp, thay đổi và phát triển, đáp ứng các nhu cầu ngày càng
tăng về băng thông, loại hình và chất lượng dịch vụ. Mạng truyền dẫn quang về cơ
bản được phân lớp rất rõ ràng dựa trên dung lượng truyền tải và công nghệ sử dụng.
Trong mô hình mạng truyền dẫn quang hiện nay, lớp truyền tải lõi sử dụng các công
nghệ truyền dẫn quang OTN và DWDM thường được ứng dụng cho các trục lưu
lượng dung lượng lớn xuyên suốt, lớp truy nhập thường sử dụng các công nghệ
truyền tải tốc độ thấp hơn như SDH, NG-SDH, sử dụng gom các luồng lưu lượng
tốc độ thấp thành các luồng lưu lượng tốc độ cao để ghép vào tuyến trục.
Một số xu hướng phát triển của dịch vụ viễn thông được chú ý như: Sự bùng
nổ của các dịch vụ trên Internet; sự tích hợp dịch vụ trên cùng thiết bị; khả năng di
động và chuyển vùng; yêu cầu về QoS theo dịch vụ mà người dùng yêu cầu. Chính
vì thế có thể thấy xu hướng sử dụng dịch vụ trên thế giới sẽ phát triển ngày càng
cao theo nhu cầu người dùng…Điều này dẫn tới các thiết bị được sử dụng đều phải
đáp ứng công nghệ hiện đại, dung lượng lớn, chất lượng cao, khai thác đơn giản,
thuận tiện và mang lại hiệu quả kinh tế...
Trong khi đó, công nghệ SDH trước đây bộc lộ nhiều hạn chế do sự bó hẹp
về tốc độ cũng như khả năng tích hợp dịch vụ. Chính vì thế công nghệ NG-SDH
được phát triển dựa trên nền mạng SDH hiện tại, là một cơ chế cho phép truyền dữ
4
liệu ở tốc độ cao, băng thông rộng và tích hợp đồng thời các dịch vụ truyền thống
và các dịch vụ mới trên cùng một mạng mà không làm ảnh hưởng lẫn nhau.
Điều quan trọng nhất ở NG-SDH là sự phát triển một số công nghệ mới trên
nền tảng SDH truyền thống mà không thay đổi cấu trúc mạng sẵn có, vốn đã tương
tối hoàn thiện bằng cách bổ sung một số thiết bị phần cứng và các thủ tục cũng như
giao thức mới. Chính vì điều đó NG-SDH cho phép bổ sung các dịch vụ mới và khả
năng truyền tải đồng thời nhiều loại dịch vụ khác nhau trong cùng một môi trường
bằng cách lắp đặt thêm các MSPP ở nút truy nhập cả hệ thống SDH hiện có. Điều
đó đồng nghĩa với việc không cần lắp đặt một mạng chồng lấp hoặc thay đổi tất cả
các nút hay sợi quang. Do đó đã cắt giảm được chi phí trong lắp đặt triển khai công
nghệ NG-SDH trên hệ thống viễn thông.
Hình 1.1: Tổng quan mạng truyền dẫn ứng dụng công nghệ NG-SDH
Nhu cầu phát triển của NG-SDH chính là mong muốn tìm ra một phương
thức đơn giản có khả năng thích ứng với bất kỳ giao thức dữ liệu gói nào và có thể
sử dụng băng thông hiệu quả. Nói cách khác là cần một lớp giao thức thích ứng và
một cơ chế sắp xếp mới để điều khiển việc sử dụng băng thông. Từ đó tạo nên tính
linh hoạt, mềm dẻo và hiệu quả trong tích hợp nhiều dịch vụ của công nghệ NG-
SDH được trình bày ở hình 1.2.
5
Hình 1.2: Sơ đồ ứng dụng của dịch vụ thông qua công nghệ NG-SDH
Như trên hình 1.2 ta thấy, các dịch vụ khác nhau như Mobile, 3G, VoIP trên
nền tảng IP và truyền tải trên nền tảng công nghệ NG-SDH. Một số dịch vụ mà NG-
SDH cung cấp bao gồm: Dịch vụ dữ liệu gói, dịch vụ sử dụng giao diện TDM và
một số chức năng mới.
Vấn đề mấu chốt để công nghệ NG-SDH đáp ứng được bài toán tích hợp
dịch vụ đó chính là bổ sung 3 giao thức chính: Thủ tục đóng khung tổng quát GFP,
kỹ thuật liên kết chuỗi ảo VCAT và cơ cấu điều chỉnh dung lượng tuyến LCAS.
Những giao thức kể trên đã được ITU-T chuẩn hóa bởi các tiêu chuẩn
G.7042/Y.1303, G707, G7042/Y.1305.
- Giao thức GFP cung cấp thủ tục đóng gói khung dữ liệu có lưu lượng khác
nhau (Ethernet, IP/PPP, RPR, kênh quang..) vào các phương tiện truyền dẫn TDM
như là SDH hoặc hệ thống truyền tải quang OTN.
- Giao thức VCAT cung cấp những thủ tục cài đặt băng thông cho kênh, cho
phép mềm dẻo hơn so với những thủ tục áp dụng trong hệ thống truyền dẫn TDM
trước đó.
- Giao thức LCAS cung cấp thủ tục báo hiệu đầu cuối tới đầu cuối để thực
hiện chức năng điều chỉnh động dung lượng băng thông của các kết nối khi sử dụng
VC. Bên cạnh đó còn một số giao thức hỗ trợ khác.
6
Hình 1.3: Các giao thức được sử dụng trong NG-SDH
1.1.1 Giao thức đóng khung GFP
GFP là một kỹ thuật đóng khung được định nghĩa trong ITU-T G.7041, cho
phép ánh xạ các tín hiệu từ khách hàng ở các lớp cao hơn có độ dài thay đổi qua
mạng truyền tải như OTN, SDH/SONET hoặc PDH.
GFP là một thuật ngữ chung, đó là sự xếp chồng của hai hướng: Đối với
hướng của lớp dưới GFP cho phép sử dụng bất cứ kiểu công nghệ truyền tải nào,
mặc dù hiện tại chỉ chuẩn hóa cho SDH và OTN. Còn hướng cho lớp phía trên, GFP
hỗ trợ nhiều kiểu gói khác nhau như Ip, khung Ethernet, khung HDLC như PPP.
Giao thức đóng khung GFP làm tương thích một luồng dữ liệu trên nền một
khung đến luồng dữ liệu định hướng byte bằng cách sắp xếp các dịch vụ khác nhau
vào một khung có mục đích chung, sau đó khung này được sắp xếp vào trong các
khung SDH đã biết. Chính điều này cho phép ưu điểm hơn ở việc phát hiện và sửa
lỗi và cung cấp hiệu quả sử dụng băng thông lớn hơn so với các thủ tục đóng gói
truyền thống.
Hình 1.4: Quá trình sắp xếp của GFP
7
Cấu trúc khung GFP được trình bày như hình 1.5, gồm những thành phần cơ
bản: mào đầu lõi; mào đầu của tải tin; mào đầu của 1 số tính năng mở rộng; phần tải
tin; chuỗi kiểm tra khung (FCS).
Hình 1.5: Cấu trúc khung GFP
GFP có hai phương pháp sắp xếp để thích ứng các tín hiệu khách hàng vào
trong khung SDH: GFP sắp xếp theo khung (GFP-F) và GFP trong suốt (GFP-T).
a. GFP-F: GFP-F sử dụng cơ chế hiệu chỉnh lỗi mào đầu để phân tách khung
GFP nối tiếp trong dòng tín hiệu ghép kênh cho truyền dẫn.
Hình 1.6: Quy trình đóng khung dữ liệu trong giao thức GFP-F
Do độ dài tải GFP là thay đổi nên cơ chế này đòi hỏi khung tín hiệu khách
hàng được đệm toàn bộ lại để xác định độ dài trước khi sắp xếp vào khung GFP.
Toàn bộ các gói dữ liệu từ khách hàng được đưa vào khung GFP-F cụ thể:
- Các loại dữ liệu như Ethernet, PPP và DVB được xếp hàng đợi để ánh xạ.
- Một số loại mã có thể được bỏ bớt để giảm kích thước truyền.
8
- GFP-F cung cấp phân kênh phụ vào 1 kênh duy nhất cho các nguồn có tốc
độ thấp.
Do đó GFP-F vận chuyển hiệu quả hơn, tuy nhiên quy trình đóng gói ở hình
1.6 làm tăng độ trễ, làm cho GFP-F không phù hợp với các dịch vụ nhạy cảm với
thời gian.
b. GFP-T: Tín hiệu khách hàng cố định được sắp xếp trực tiếp vào khung
GFP có độ dài xác định trước (sắp xếp theo mã khối cho truyền tải trong khung
GFP, hiện thời chỉ mới định nghĩa cho mã 8B/10B trong chuẩn G.704.1 ITU-T).
Quy trình đóng gói của giao thức GFP-T được mô tả ở hình 1.7.
Hình 1.7: Quy trình đóng khung dữ liệu trong giao thức GFP-T
Các tín hiệu từ khách hàng được ánh xạ thành các khung GFP có độ dài cố
định và được truyền ngay lập tức mà không cần đợi nhận toàn bộ gói dữ liệu.
1.1.2 Kỹ thuật ghép chuỗi ảo VCAT
Ghép chuỗi là quá trình gom băng tần của X tải (C-i) thành một tải có băng
tần lớn hơn, quá trình này cho băng tần lớn gấp X lần C-i. Các tải ghép chuỗi trong
mạng được xử lí như những tải riêng biệt và độc lập, do đó nhà khai thác mạng
truyền tải có thể tự do thực hiện chức năng ghép chuỗi mà không sợ ảnh hưởng đến
hệ thống đang sử dụng hiện tại. Có hai phương pháp ghép chuỗi:
- Ghép chuỗi liên tục: là phương pháp ghép nối truyền thống được định nghĩa
trong G.707, các container kế cận được kết hợp lại tạo các tải lớn hơn và truyền qua
mạng SDH như là một container tổng. Do các tải này không bị phân chia thành các
phần tải nhỏ hơn trong quá trình truyền dẫn nên tất cả các NE đều phải có chức
Tải về để xem bản đầy đủ
69 trang
23060
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Thiết kế chế tạo thiết bị truyền dẫn quang NG-SDH đa dịch vụ ứng dụng vào mạng truy nhập của hệ thống viễn thông", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_van_thiet_ke_che_tao_thiet_bi_truyen_dan_quang_ng_sdh_d.pdf
