Tổng quan về công nghệ NG - SDH

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NG - SDH Giới thiệu Vòng xoáy tài chính và công nghệ của ngành công nghiệp viễn thông buộc các nhà sản xuất, các nhà vận hành, các nhà khai thác và các tổ chức chuẩn hóa hướng đến một mạng mới cắt giảm chi phí trong khi vẫn mở rộng được dịch vụ. Công nghệ SDH được thiết kế tối ưu cho mục đích truyền tải các tín hiệu ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM). Với khuynh hướng truyền tải dữ liệu ngày càng tăng, hệ thống SDH truyền thống không thể đáp ứng được nhu cầu gia tăng của các dịch vụ số liệu nữa. Xu hướng phát triển của dịch vụ viễn thông là: Sự bùng nổ của các dịch vụ trên Internet Sự tích hợp dịch vụ Khả năng di động và chuyển vùng Yêu cầu QoS theo nhiều mức độ khác nhau Có thể phân chia thành bốn loại dịch vụ ứng dụng với các mức QoS khác nhau: - Nhạy cảm với trễ và tổn thất (video tương tác, game…). - Nhạy cảm với trễ nhưng tổn thất vừa phải (thoại). - Nhạy cảm về tổn thất nhưng yêu cầu trễ vừa phải (dữ liệu tương tác). - Yêu cầu đối với trễ và tổn hao đều không cao (truyền tệp). Độ an toàn cao Tính linh hoạt, tiện dụng Giá thành mang tính cạnh tranh cao Từ sự dẫn nhập ở trên có thể thấy xu hướng sử dụng dịch vụ theo hướng tăng tính giải trí, tăng tính di động, tăng khả năng thích nghi giữa các mạng, tăng tính bảo mật, tăng tính tương tác nhóm, giảm chi phí… Chính xu hướng phát triển dịch vụ đó đã thúc đẩy sự phát triển các mạng viễn thông theo hướng: công nghệ hiện đại, dung lượng lớn, chất lượng cao, khai thác đơn giản, thuận tiện và mang lại hiệu quả kinh tế cao. SDH thế hệ sau (NG-SDH) được phát triển dựa trên nền mạng SDH hiện tại, là một cơ chế truyền tải cho phép truyền dữ liệu ở tốc độ cao, băng thông rộng và tồn tại 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 là NG-SDH có thể thực hiện việc phân bố băng thông mà không làm ảnh hưởng tới lưu lượng hiện tại. Ngoài ra, SDH thế hệ sau còn có khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) thích hợp cho các dịch vụ mới và khả năng truyền tải đồng thời nhiều loại dịch vụ khác nhau trong cùng một môi trường, Hình 2.1: Mô hình giao thức trong NG-SDH. cho phép các nhà khai thác cung cấp nhiều dịch vụ chuyển tải dữ liệu để tăng hiệu quả của các trạm SDH đã lắp đặt bằng cách thêm vào các nút biên MSSP. Nghĩa là không cần lắp đặt một mạng chồng lấp hoặc thay đổi tất cả các nút hay sợi quang. Cắt giảm được chi phí trên 1 bit lưu chuyển, thu hút nhiều khách hàng mới và giữ được những dịch vụ kế thừa. SDH thế hệ sau và sự kế thừa Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sẵn sàng chuyển các dịch vụ Ethernet/IP trong kinh doanh sang các mạng đô thị. Mặt khác, sự kết hợp Ethernet/IP có thể làm tăng lợi thế truyền tải đường dài của SDH bao gồm sự mềm dẻo, tin cậy, khả năng chuyển đổi, bảo vệ tích hợp, quản lý và định tuyến lại. SDH thế hệ sau cho nhiều hơn thế. Các node mới của nó được gọi là "Nền tảng cung cấp đa dịch vụ” MSSP cho phép kết hợp các giao tiếp dữ liệu như Ethernet, 8B/10B, MPLS hoặc RPR mà không cần bỏ các giao tiếp SDH/PDH. Ngoài ra, để dữ liệu chuyển tải hiệu quả hơn, SDH đã chấp nhận một tập các giao thức mới đã được cài đặt trong các nút MSSP. Các nút này được kết nối với các thiết bị cũ đang chạy trên mạng. Hình 2.2: Khả năng linh hoạt, mềm dẽo và hiệu quả của SDH thế hệ sau Phần lớn các nhà vận hành, khai thác đã sử dụng SDH trong vài thập niên trở lại đây, chủ yếu để chuyển tải thoại và các giao thức dữ liệu định hướng kết nối. Do đó, truyền tải dữ liệu không hướng kết nối là một thách thức. Mặc dù nhiều kiến trúc được phát triển theo hướng này (PoS, ATM, ...) nhưng chúng không được chấp nhận rộng rãi trong thương mại vì chi phí, sự phức tạp hoặc hiệu quả thấp. Hướng đến sự phát triển của SDH thế hệ sau, trước hết 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 thứ hai là cách sử dụng băng thông hiệu quả. Nghĩa là cần một lớp giao thức thích ứng và một cơ chế sắp xếp mới để điều khiển việc sử dụng băng thông. Cơ chế phải thực hiện được tất cả nhưng điều này và giữ được việc truyền tải SDH tin cậy và sự quản lý tập trung. Các hệ thống truyền dẫn đang ngắm vào SDH trong việc định tuyến các khối lưu lượng SDH tốc độ cao cho mục đích truyền tải đường dài. Để làm được việc này, SDH cần một số giao thức sau: - Giao thức đóng khung chung (GFP): được định nghĩa trong khuyến nghị G.7041 ITU-T. Đây là một giao thức ghép bất kỳ dịch vụ liên kết dữ liệu nào gồm Ethernet, quảng bá video số (DVB) và các mạng vùng lưu trữ (SAN). GFP được so sánh với các thủ tục đóng khung khác như gói qua SDH hay X.86 có mào đầu nhỏ đáp ứng yêu cầu phân tích, xử lý ít hơn. - Ghép chuỗi ảo (VCAT): được định nghĩa trong khuyến nghị G.707 ITU-T, tạo ra các ống lưu lượng có kích thước biết trước, đáp ứng sự linh hoạt và khả năng lớn với sự kế thừa các công nghệ trong SDH. - Cơ chế điều chỉnh dung lượng tuyến (LCAS): được định nghĩa trong khuyến nghị G.7042 ITU-T, phân phối hoặc tập hợp các đơn vị băng thông phù hợp các yêu cầu truyền tải dữ liệu hoặc để bổ sung sự co giãn giữa hai điểm truyền tải. Những chức năng này được thực hiện trên các nút MSSP mới được đặt ở các biên của mạng. Chúng trao đổi các gói dữ liệu client được tổng hợp qua nền SDH mà tiếp tục không được thay đổi. Nghĩa là các nút MSSP đại diện cho SDH thế hệ sau và được hiểu là sự kế thừa mạng SDH. Giao thức tạo khung chung GFP GFP (Generic Framing Protocol) là kỹ thuật sắp xếp dữ liệu có tốc độ bit không đổi và thay đổi vào khung đồng bộ SDH. GFP hỗ trợ nhiều giao thức được sử dụng trong mạng LAN và SAN. GFP thêm vào mào đầu để tăng hiệu quả lớp quang. Có hai loại thích ứng tín hiệu client được định nghĩa cho GFP: Sắp xếp khung GFP (GFP-F) sự đóng gói lớp 2 PDU định hướng kiểu thích ứng. Dữ liệu được đóng gói vào các khung có kích thước thay đổi. GFP trong suốt (GFP-T) sự đóng gói lớp 1 hoặc mã khối được định hướng kiểu thích ứng. Các giao thức sử dụng lớp vật lí 8B/10B (như Kênh quang, ESCON, 1000BASE-T) được đóng gói vào khung có kích thước không đổi. Hình 2.3: Sự tập hợp dữ liệu gói sử dụng GFP Gói ở hàng đợi chờ được sắp xếp vào kênh TDM. Ở đầu kia, các gói được sắp xếp ngược trở lại hàng đợi và được phân phối đến từng port. Hình trên là sơ đồ đóng gói và truyền dẫn của khung GFP vào các container VC và được gắn vào khung STM. Phần chung của GFP Có 2 loại khung GFP được định nghĩa: khung khách hàng GFP và khung điều khiển GFP. GFP cũng hỗ trợ một cơ chế phần mở rộng đầu đề tải trọng linh động để dễ dàng cho việc thích ứng của GFP với các cơ chế truyền thay đổi khác nhau. * Khung khách hàng GFP Đầu đề chính (Core Header): có chiều dài 4 byte, gồm một trường chỉ thị chiều dài PDU (PLI) và một trường kiểm tra lỗi đầu đề chính cHEC. PLI gồm 16 bit chỉ thị số byte trong vùng tải trọng GFP. Giá trị tối thiểu của PLI trong một khung khách hàng là 4, PLI có giá trị 0-3 được dành riêng cho việc sử dụng các khung điều khiển. Trường cHEC chứa CRC-16 bảo vệ tính toàn vẹn nội dung của phần đầu đề chính thông qua khả năng sửa lỗi đơn bit và phát hiện lỗi đa bit. cHEC được tính toán trên 4 byte đầu đề chính. Hình 2.4: Các giao thức và định dạng khung GFP. - Vùng tải trọng (Payload): Tất cả các byte trong khung GFP sau phần đầu đề chính được xem như là vùng tải trọng GFP, được dùng để truyền thông tin giao thức đặc trưng của khách hàng. Vùng tải trọng GFP có chiều dài từ 4 đến 65535 byte, gồm 2 thành phần chung: trường đầu đề tải trọng và trường thông tin tải trọng, và một trường kiểm tra tuần tự khung tải trọng (pFCS) tuỳ chọn. Vùng đầu đề tải trọng (Payload Header): là một vùng có chiều dài thay đổi từ 4 đến 64 byte, để hỗ trợ các thủ tục quản lý liên kết dữ liệu đặc trưng cho tín hiệu khách hàng. Vùng này gồm 2 trường bắt buộc là trường kiểu (Type) và trường tHEC, và một số lượng biến đổi các trường đầu đề mở rộng (Extension Header). Sự có mặt của phần đầu đề mở rộng, định dạng của nó và sự có mặt của pFCS tuỳ chọn được chỉ thị bởi trường kiểu. Trường kiểu bao gồm các trường sau: PTI (3 bit) PFI(1 bit), EXI (4 bit) và UPI (1 byte). Trường tHEC bảo vệ tính toàn vẹn nội dung của trường kiểu. Đầu đề mở rộng (Extension Header): là một trường dài từ 0 đến 60 byte (gồm eHEC) hỗ trợ các đầu đề liên kết dữ liệu đặc trưng công nghệ, ví dụ như nhận dạng liên kết ảo, các địa chỉ nguồn và đích, số port, loại dịch vụ, vv. Trường kiểm tra lỗi đầu đề mở rộng (eHEC): CRC-16 bảo vệ tính toàn vẹn nội dung của phần đầu đề mở rộng. Trường Check sum: pFCS (Payload Frame Check Sequence) có 4 byte, tuỳ chọn, chứa mã sửa lỗi CRC-32 bảo vệ nội dung của trường thông tin tải trọng GFP. Hình 2.5: GFP định dạng sắp xếp các client. GFP-F có thể được sử dụng cho Ethernet, PPP/IP và HDLC như là các giao thức mà tính hiệu quả và tính mềm dẻo là quan trọng. Để thực thi quá trình đóng gói thì cần phải nhận hoàn tất gói client nhưng thủ tục này làm tăng độ trễ, GFP thì không thích hợp cho các giao thức nhạy thời gian. * Khung điều khiển GFP Các khung điều khiển được sử dụng trong việc quản lý kết nối GFP, các giá trị PLI từ 0 đến 3. Khung PLI = 0 được gọi là khung rỗng (Idle frame) là một khung đặc biệt gồm 4 byte, chỉ bao gồm phần đầu đề chính GFP và không có vùng tải trọng. Khung rỗng được sử dụng để duy trì một tốc độ bit không đổi khi không có PDU khách hàng nào sẵn sàng truyền. GFP sắp xếp khung (GFP-F) Trong khung GFP-F, nếu một gói client hoàn tất thì nó được sắp xếp hoàn toàn vào khung GFP. Các gói rỗi thì không được truyền, kết quả là tăng hiệu quả truyền dẫn. Tuy nhiên, các kỹ thuật riêng được quy định để truyền tải từng loại giao thức. GFP trong suốt (GFP-T) GFP trong suốt (GFP-T) là một giao thức độc lập, phương thức đóng gói mà tất cả các từ mã được giải mã và sắp xếp vào các khung GFP có chiều dài cố định. Các khung được truyền ngay lập tức mà không phải chờ gói dữ liệu client được nhận hoàn tất. Vì vậy, nó cũng là cơ chế truyền tải lớp 1 bởi vì tất cả các ký tự client được chuyển đến đầu cuối một cách độc lập không có vấn đề gì nếu đó là thông tin, header, điều khiển, hoặc bất kỳ loại mào đầu nào. GFP-T thì rất tốt cho các giao thức nhạy độ trễ, SAN. Bởi vì, không cần xử lý khung client hoặc đợi khung đến khi hoàn tất. Lợi thế này được khắc chế bởi sự hiệu quả do nút MSPP nguồn vẫn phát lưu lượng khi không có dữ liệu nhận từ client. Khả năng GFP GFP cho phép các nút MSPP cung cấp hai dịch vụ TDM và gói định hướng, quản lý các mức ưu tiên truyền dẫn và loại bỏ thích hợp. GFP chỉ là một thủ tục đóng gói nhưng mạnh mẽ và chuẩn hóa tốt cho việc truyền các gói dữ liệu trên SDH và OTN. GFP sử dụng kỹ thuật phát họa cơ bản HEC giống như ATM, vì vậy nó không cần các bit hoặc byte nhồi. Kích thước khung có thể dễ dàng thiết lập chiều dài không đổi. Khi sử dụng kiểu GFP-F, có một lựa chọn tiêu đề mở rộng GFP, được sử dụng như một giao thức riêng như địa chỉ nguồn / đích, số port, lớp dịch vụ,... Giữa các loại EXI tuyến tính hỗ trợ submultiplexing trên một đường, nhận dạng kênh (CID) cho phép ghép kênh đoạn nhỏ qua kênh VC kiểu GFP. Ghép chuỗi (Concatenation) Ghép chuỗi là một quá trình tập hợp băng thông của X container (C-i) vào một container lớn hơn. Băng thông lớn hơn nên sẽ tốt cho việc truyền các tải trọng (payload) lớn, yêu cầu một container lớn hơn VC-4, nhưng nó cũng có khả năng ghép chuỗi các container dung lượng thấp như VC-11, VC-12 hay VC-2. Có hai phương thức ghép chuỗi: - Ghép chuỗi liền kề (CCAT): tạo ra container lớn, không thể chia nhỏ ra trong suốt quá trình truyền. Mỗi NE phải có một cotainer chức năng. - Ghép chuỗi ảo (VCAT): truyền các VC riêng biệt và kết hợp chúng lại ở điểm cuối đường truyền. Chức năng ghép chỉ được cần đến ở cuối đường truyền. Ghép chuỗi liền kề (CCAT) đòi hỏi được cung cấp bởi tất cả các node. Ghép chuỗi ảo (VCAT) phân phối băng thông hiệu quả hơn và có thể được cung cấp bởi sự thiết lập kế thừa. Hình 2.6: Ghép chuỗi liền kề (CCAT): các con trỏ và container. Cấu trúc một VC-4-Xc (X=1, 4, 16, 64, 256), với X là mức. Đơn vị tăng giảm (đồng chỉnh) là 3 X, phụ thuộc vào mức AU-4 = 3 byte, AU-4-256c = 768 byte. Ghép chuỗi liền kề của VC-4: Một VC-4-Xc cung cấp một vùng tải của X cotainer loại C-4. Nó sử dụng giống HO-POH được sử dụng trong VC-4 và với chức năng nhận dạng. Cấu trúc này có thể được truyền trong khung STM-n (với n=X). Tuy nhiên, các sự kết hợp khác cũng có thể thực hiện, ví dụ như: VC-4-4c có thể được truyền trong khung STM-16 và STM-64. Ghép đảm bảo tính toàn vẹn của dãy bit, bởi vì cả container được truyền như là một đơn vị xuyên qua mạng. Hình 2.7 : Ghép chuỗi liền kề VC-4-4c trong khung STM-16. Bảng 2.1: Ghép chuỗi liền kề của VC-4-Xc, với X là số VC-n. SDH X Dung lượng Đồng chỉnh Truyền tải VC-4 1 149.760 Kbit/s 3 byte STM-1 VC-4-4c 4 599.040 Kbit/s 12 byte STM-4 VC-4-16c 16 2.396.160 Kbit/s 48 byte STM-16 VC-4-64c 64 9.583.640 Kbit/s 192 byte STM-64 VC-4-256c 256 38.338.560Kbit/s 768 byte STM-256 Ghép chuỗi liền kề các VC-4 được định nghĩa bởi ITU-T tiêu chuẩn G.707. Cấu trúc khung của VC-4-Xc được thể hiện ở hình 1.11 với 9 hàng và X*261 cột, tốc độ khung là 125µs. VC-4-Xc được tạo thành bởi phương pháp ghép xen byte của X VC-4 riêng biệt kề nhau. Trong X cột chứa, các byte POH từ các VC-4 gốc chỉ là một, được đặt tại cột đầu tiên, được sử dụng như là POH chung cho toàn bộ VC-4-Xc. Cột thứ hai tới cột X chứa các byte chèn cố định. X*260 cột còn lại là vùng tải trọng của VC-4-Xc và có kích thước bằng với C-4-Xc. VC-4-Xc sẽ được truyền trong X AU-4 kề nhau trong tín hiệu STM-N. Cột đầu tiên của VC-4-Xc sẽ luôn luôn được đặt trong AU-4 thứ nhất. Con trỏ của AU-4 thứ nhất này chỉ ra vị trí của byte J1 trong POH của VC-4-Xc. Các con trỏ của AU-4 còn lại, nghĩa là từ AU-4 #2 tới AU-4 #X, được thiết lập để chỉ thị tải trọng được ghép chuỗi liền kề, nghĩa là hai byte H1 và H2 của các AU-4 này chứa giá trị “1001xx11 11111111”. Việc hiệu chỉnh con trỏ được thực hiện chung cho cả X AU-4 ghép chuỗi và khi chèn sử dụng X×3 byte. Ghép chuỗi ảo VCAT Công nghệ không kết nối và gói định hướng, như là IP hoặc Ethernet không thỏa băng thông được cung cấp bởi ghép chuỗi liền kề. Để thực hiện một đường truyền 1Gbit/s thì nó sẽ cần dùng một container VC-4-16c mà dung lượng là 2.4Gbit/s. Nhiều hơn gấp đôi băng thông yêu cầu. Bảng 2.2: Dung lượng của ghép chuỗi ảo SDH VC-n-Xv. SDH Dung lượng riêng X Dung lượng ảo VC-11 1.600 Kbit/s 1 ÷ 64 1.600 ÷ 102.400 Kbit/s VC-12 2.176 Kbit/s 1 ÷ 64 2.176 ÷ 139.264 Kbit/s VC-2 6.784 Kbit/s 1 ÷ 64 6.784 ÷ 434.176 Kbit/s VC-3 48.384 Kbit/s 1 ÷ 256 48.384 ÷ 12.386 Kbit/s VC-4 149.760 Kbit/s 1 ÷ 256 149.760 ÷ 38.338.560 Kbit/s Ghép chuỗi ảo (VCAT) là một giải pháp cho phép tăng băng thông trên một đơn vị VC-n. Ở nút nguồn MSSP VCAT tạo ra một tải trọng tương đương với X lần đơn vị VC-n (Xem Bảng 2.2). Việc thiết lập X container được hiểu là một nhóm container ảo (VCG) và mỗi VC là một phần tử của VCG. Tất cả các phần tử VC được gởi một cách độc lập đến nút đích MSSP. Ở đích đến, tất cả VC-n được sắp xếp theo chỉ số đươc cấp bởi byte H4 hoặc byte V5, sau cùng là phân phối đến client. Chênh lệch độ trễ giữa các phần tử VCG là có khả năng, chúng được truyền riêng biệt và theo các đường đi có độ trễ khác nhau. Vì vậy, MSSP đích sẽ bù những khoảng trễ khác nhau trước khi ráp lại vào tải và phân phối dịch vụ. Ghép chuỗi ảo chỉ được dùng ở các nút biên và tương thích với mạng SDH trước đó, mặc dù chúng không hỗ trợ ghép. Để thu được lợi ích này, những container riêng biệt nên được truyền theo những đường khác nhau trên mạng. Nếu một kết nối hoặc một nút hỏng thì chỉ một phần kết nối bị ảnh hưởng. Đây cũng là phương pháp cung cấp một dịch vụ có khả năng phục hồi. Hình 2.8: Ghép chuỗi ảo VC-4-7v. * Phân phối và phục hồi tải trọng Việc phân phối nội dung của container tải trọng liền kề C-n-Xc, một số thứ tự duy nhất SQ (Sequence Number) được gán vào mỗi VC-n thành viên của VCG bởi NMS (Network Management System). SQ xác định thứ tự mà các byte được phân phối, Giá trị được gán cho SQ trong một VCG kích thước X sẽ từ 0 tới (X-1). Hình 2.9: Phân phối của C-4-4c. Mỗi VC-n trong VCG sẽ được truyền riêng biệt qua mạng, đường đi của các VC-n khác nhau dẫn đến độ trễ đường truyền khác nhau giữa các VC-n. Do đó, thứ tự của các VC-n đến sẽ thay đổi. Tại trạm đích, các VC-n này phải được bù trễ trước khi khôi phục lại VC-n-Xv. Để phát hiện được độ trễ, chỉ thị đa khung MFI (Multi-Frame Indicator) được định nghĩa. Tại phía phát, MFI của tất cả thành viên thuộc một VCG đều bằng nhau và tăng sau mỗi khung. Tại phía thu, MFI được sử dụng để tập hợp lại tải trọng cho tất cả các thành viên trong nhóm. Độ trễ có thể được xác định bằng cách so sánh các giá trị MFI tại phía thu. Quá trình xử lý tại trạm đích phải bù được khoảng trễ tối thiểu 125 μs. MFI được xem là một bộ đếm và bắt đầu lại bằng ‘0’ nếu nó bị tràn. Tại trạm đích, các VC-n phải được bù trễ, sắp xếp và tập hợp lại để khôi phục lại khối tải trọng ban đầu. Hình 2.10: Minh họa việc khôi phục lại VC-4-4v. (a) Các thành viên của VCG khi đến phía đích có độ trễ khác nhau. (b) Các thành viên sau khi qua các bộ đệm bù trễ sử dụng thông tin MFI. (c) C-n-4c sau khi xếp thứ tự, sử dụng thông tin SQ. Hình 2.11: Quá trình phân phối và phục hồi VC-3-4v * VCAT của VC-3/4 Mỗi VC-3/4 có mào đầu tuyến riêng. Hình 1.13 trình bày cấu trúc đa khung VC-3/4-Xv. Byte H4 của VC-3/4 được dùng để chỉ thị thứ tự SQ và chỉ thị đa khung MFI. Bảng 2.3: Trình bày dung lượng tải trọng của các VC-3/4-Xv. VC-n-Xv (X = 1…256) VC-n p Dung lượng tải trọng VC-4-Xv VC-3-Xv VC-4 VC-3 260 84 X*149.760 Kbit/s X*48.384 Kbit/s 125µs 125µs 125µs Hình 2.12: Cấu trúc khung VC-3/4-Xv Để phục vụ cho việc bù trễ ở trạm đích, phía nguồn sắp xếp các VC-3/4 lại thành đa khung. Một đa khung tổng VCAT tốc độ 512 ms được sử dụng để bù trễ trong khoảng từ 125 µs đến 256 ms. Đa khung tổng gồm 256 đa khung và mỗi đa khung gồm 16 khung. Chỉ thị đa khung gồm hai phần. Phần thứ nhất sử dụng bit [5…8] của byte H4 để chỉ thị đa khung (MFI-1). MFI-1 này tăng một đơn vị sau mỗi khung và có giá trị từ 0 tới 15. Phần thứ hai là chỉ thị đa khung 8 bit (MFI-2) sử dụng các bit [1…4] của byte H4 thuộc khung 0 (MFI-1=0) sẽ là các bit [1…4] của MFI-2 và thuộc khung 1 (MFI-1=1) sẽ là các bit [5…8] của MFI-2 (bảng 1.2). MFI-2 tăng lên 1 đơn vị sau mỗi 16 khung (1 đa khung) và có giá trị từ 0 tới 255. Kết quả là đa khung tổng gồm 4096 khung và dài 512 ms (hình 2.13). Chỉ thị số thứ tự SQ nhận biết thứ tự các VC-3/4 riêng lẻ của VC-3/4-Xv. Mỗi VC-3/4 riêng lẻ của VC-3/4-Xv có một số thứ tự cố định duy nhất trong khoảng từ 0 tới (X-1) (hình 1.8). VC-3/4 truyền trong trong các khe thời gian 1, (X+1), (2X+1)… của VC-3/4-Xc sẽ có số thứ tự là 0, VC-3/4 truyền trong các khe thời gian 2, (X+2), (2X+2)….của VC-3/4-Xc sẽ có số thứ tự là 1, vv….. VC-3/4 truyền trong các khe thời gian X, 2X, 3X….của VC-3/4-Xc sẽ có số thứ tự là (X-1). Giá trị của SQ phải do NMS thiết lập. Số thứ tự SQ 8-bit (cho giá trị của X lên tới 256) sử dụng các bit [1…4] của byte H4 thuộc khung 14 (MFI-1 = 14) sẽ là các bit [1…4] của SQ và thuộc khung 15 (MFI-1 = 15) sẽ là các bit [5…8] của SQ (bảng 2.4). Hình 2.13 Cấu trúc đa khung tổng VC-3/4-Xv. Bảng 2.4: Chỉ thị thứ tự và đa khung trong byte * VCAT của VC-1/2 Mỗi VC-1/2 có một mào đầu riêng. Cấu trúc khung cũng tương tự như VC-3/4Xv được trình bày trong hình 1.16. 500µs 500µs 500µs Hình 2.14: Cấu trúc đa khung VC-1/2-Xv. Bảng 2.5: Trình bày dung lượng tải trọng của VC-1/2Xv. VC-m-Xv (X = 1…64) VC-m p Dung lượng tải trọng VC-12-Xv VC-11-Xv VC-12 VC-11 34 25 X*2.176 Kbit/s X*1.600 Kbit/s Giá trị của X bị giới hạn từ 1 tới 64 bởi vì không thể sắp xếp nhiều hơn 63 VC-11 hoặc VC-12 vào một VC-4 và do đó trường SQ bị giới hạn và có 6 bit. Bit thứ 2 của byte K4 trong VC-1/2 POH được sử dụng để mang thông tin về chỉ thị thứ tự SQ của VC-1/2 và chỉ thị đa khung MFI. Các bit thứ 2 thuộc byte K4 của một đa khung (gồm 32 khung) sẽ hình thành một chuỗi 32 bit được sắp xếp như trong Hình 1.17. Chuỗi bit này lặp lại sau mỗi 16ms (32bit x 500µs). Các bit [1…5] là trường chỉ thị đa khung MFI. Với 5 bit MFI nó cho phép độ trễ lên tới 512ms , bằng 32 lần độ dài đa khung (32 x 16ms). Các bit [6…11] là trường chỉ thị thứ tự SQ. 21 bit còn lại được dùng để dự trữ cho tương lai được thiết lập bằng ‘0’. MFI là một bộ đếm khung, tăng lên một sau mỗi khung. Chỉ thị số thứ tự SQ nhận biết thứ tự các VC-1/2 riêng lẻ của VC-1/2-Xv. Mỗi VC-1/2 riêng lẻ của VC-1/2-Xv có một số thứ tự cố định duy nhất trong khoảng từ 0 tới (X-1) (Hình 2.16). R : bit dự trữ được thiết lập bằng ‘0’. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 31 32 MFI SQ R R ……….. R R Hình 2.15: Chỉ thị thứ tự và đa khung trong chuỗi 32 bit (bit thứ 2 của byte K4). Hình 2.16: Cấu trúc đa khung tổng VC-1/2-Xv. 2.4.3 So sánh ghép chuỗi ảo và kết chuồi liền kề Sự khác nhau giữa hai phương thức ghép chuỗi là cách thức truyền tải các VC giữa các đầu cuối. Với ghép chuỗi liền kề khối tải trọng cần truyền được sắp xếp vào các container phù hợp rồi truyền, do đó yêu cầu chức năng ghép chuỗi tại mọi phần tử mạng. Đối với ghép chuỗi ảo, khối tải trọng được chia nhỏ và sắp xếp vào các VC-n riêng lẻ rồi được truyền đi và được tái kết hợp tại đầu cuối của tuyến truyền. Do đó chỉ yêu cầu chức năng ghép chuỗi tại đầu cuối của tuyến (hình 2.17). Hình 2.17: So sánh hai phương thức Hơn nữa, phương thức ghép chuỗi ảo cho hiệu suất truyền cao hơn phương thức ghép chuỗi liền kề như minh họa trong bảng 2.6 . Bảng 2.6 : So sánh hiệu suất hai phương thức Dịch vụ Tốc độ bit Ghép chuỗi liền kề Ghép chuỗi ảo Ethernet 10 Mbit/s VC-3 (20%) VC-11-7v (89%) Fast Ethernet 100 Mbit/s VC-4 (67%) VC-3-2v (99%) Gigabit Ethernet 1000 Mbit/s VC-4-16c (42%) VC-4-7v (95%) Fiber Channel 1700 Mbit/s VC-4-16c (42%) VC-4-12v (90%) ATM 25 Mbit/s VC-3 (50%) VC-11-16v (98%) DVB 270 Mbit/s VC-4-4c (37%) VC-3-6v (93%) ESCON 160 Mbit/s VC-4-4c (26%) VC-3-4v (83%) Cơ chế điều chỉnh dung lượng tuyến LCAS Như được trình bày ở trên, ghép chuỗi ảo mở rộng dung lượng tải trọng truyền qua mạng SDH. Mặt khác, ghép ảo cung cấp tính mềm dẻo trong việc làm cho kích thước container được ghép chuỗi phù hợp với phần lớn băng thông của tín hiệu khách hàng. Tuy nhiên, một số ứng dụng yêu cầu băng thông truyền sẽ thay đổi theo thời gian. Hơn nữa, nếu một VC-n thuộc VCG bị lỗi, toàn bộ VCG sẽ bị lỗi. LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) được thiết kế để giải quyết vấn đề này. LCAS là phần mở rộng của VCAT được định nghĩa bởi ITU-T khuyến nghị G.7042. LCAS là một giao thức báo hiệu thực hiện trao đổi bản tin giữa hai điểm kết cuối VC-n để xác định số lượng tải ghép chuỗi. Ứng với yêu cầu của người sử dụng, số lượng tải ghép chuỗi có thể tăng/giảm phù hợp với dung lượng, lưu lượng trao đổi. LCAS còn cung cấp khả năng tạm thời loại bỏ thành viên khi bị lỗi. Gói điều khiển: LCAS hoạt động dựa trên việc trao đổi gói điều khiển giữa đầu phát và đầu thu. Những gói điều khiển được gởi liên tục, ngay cả khi không có thay đổi trong thông tin mà nó chứa. Mỗi gói điều khiển mô tả trạng thái của thành viên trong gói điều khiển kế tiếp. Những thay đổi được gởi tới phía nhận để có thể chuyển tới một cấu hình mới ngay khi nó tới và được xác nhận. Trong hướng đi : Trường chỉ thị đa khung (MFI – Multi Frame Indicator). Trường chỉ thị số thứ tự (SQ – Sequence Number). Trường điều khiển (CTRL - Control). Bit nhận dạng nhóm (GID - Group Identification). Trong hướng về : Trường trạng thái thành viên (MST – Member Status). Bit xác nhận thay đổi thứ tự ( RS-Ack : Re-Sequence Acknowledge). Chú ý : các gói điều khiển của tất cả thành viên thuộc một VCG chứa MST và RS-Ack giống nhau. Ở cả hai hướng: - Trường CRC. - Những bit không được sử dụng được dự trữ và sẽ được thiết lập bằng ‘0’. * Trường chỉ thị đa khung MFI Tại phía nguồn giá trị MFI của tất cả các thành viên trong nhóm ghép chuỗi ảo VCG là bằng nhau và tăng sau mỗi khung. Tại phía đích giá trị MFI phải được sử dụng để đồng bộ lại tất cả các khung container thành viên của một VCG trước khi quá trình khôi phục lại khung container tải trọng gốc C-n-Xc được thực hiện. MFI được sử dụng để xác định sự khác nhau về độ trễ lan truyền của các thành viên riêng lẻ thuộc một VCG gây ra bởi quá trình định tuyến khác nhau thông qua mạng. * Trường chỉ thị thứ tự SQ Các thành viên của VCG được gán một số thứ tự SQ duy nhất bằng quá trình LCAS tại phía nguồn. Chú ý rằng điều này khác với VCAT với SQ được cung cấp bởi NMS. * Trường điều khiển CTRL sử dụng để truyền trạng thái của mỗi thành viên từ phía nguồn đến phía đích. Thông tin trạng thái được sử dụng để đồng bộ hóa phía đích với phía nguồn và cung cấp trạng thái của mỗi thành viên riêng lẻ trong một nhóm (bảng 2.7). Vào thời điểm ban đầu của một VCG, tất cả thành viên sẽ gởi mã CTRL = IDLE. Bảng 2.7: Các từ mã điều khiển Giá trị Mã Ý nghĩa 0000 FIXED Băng thông cố định và không sử dụng LCAS. 0001 ADD Thành viên chuẩn bị được thêm vào VCG. 0010 NORM Truyền tải bình thường 0011 EOS Thành viên có số thứ tự cao nhất và truyền bình thường. 1111 IDLE Thành viên này không thuộc nhóm hoặc sắp bị loại bỏ. 0101 DNU Không sử dụng (tải trọng), phía thu nhận biết lỗi. * Bit chỉ thị nhóm GID Dùng để nhận dạng VCG. Tất cả thành viên thuộc một VCG sẽ có cùng giá trị GID trong những khung với cùng giá trị MFI. Phía đích sử dụng bit GID để xác định xem các thành viên đến có cùng một trạm nguồn hay không. Nội dung của bit GID là giả ngẫu nhiên sử dụng mẫu 215-1. * Trường CRC Được sử dụng để bảo vệ mỗi gói điều khiển. Thực hiện kiểm tra CRC trên mỗi gói điều khiển sau khi được nhận và gói sẽ bị loại bỏ nếu kiểm tra bị lỗi. * MST Được sử dụng để báo cáo trạng thái của tất cả các thành viên trong một VCG và được gởi từ phía đích tới phía nguồn. MST sử dụng 1 bit với hai trạng thái OK=0 và FAIL=1. Khi bắt đầu một VCG, tất cả thành viên gửi MST=FAIL. Các thành viên tại phía đích mà không phải là một thành viên của một VCG (IDLE) được được thiết lập trạng thái FAIL. * RS-Ack Bất kỳ thay đổi nào liên quan số thứ tự, phía đích nhận được và gửi về phía phát thông qua đảo bit RS-Ack nhằm thông báo chấp nhận thay đổi. Bit RS-Ack chỉ có thể bị đảo sau khi đã đánh giá trạng thái của tất cả thành viên. Việc đảo bit RS-Ack sẽ công nhận giá trị MST của đa khung trước. Nếu như việc đảo RS-Ack không được phát hiện tại phía nguồn, việc đồng bộ hóa giữa phía nguồn và đích được thực hiện bằng cách sử dụng bộ đếm thời gian chờ RS-Ack. Bộ đếm này bắt đầu khi có sự thay đổi số thứ tự của các thành viên trong một VCG. Các chức năng chính của LCAS * Thêm thành viên (tăng dung lượng) Các thành viên thêm vào mà chưa phải là một phần của VCG sẽ truyền SQ = (max) và mã CTRL là IDLE tại phía nguồn và MST = FAIL tại phía đích. Để thông báo cho phía nguồn biết sắp thêm thành viên, NMS gởi lệnh ADD. Khi một thành viên được thêm vào VCG, nó sẽ luôn được gán một số thứ tự lớn hơn số thứ tự cao nhất hiện tại (có từ mã CTRL=EOS hoặc DNU nếu có lỗi mạng). Sau lệnh ADD thành viên trả lời MST=OK đầu tiên sẽ được chỉ định số thứ tự cao nhất (tiếp theo số thứ tự cao nhất hiện tại) và đổi mã CTRL thành EOS đồng thời thành viên có số thứ tự cao nhất hiện tại thay mã CTRL thành NORM (hoặc vẫn giữ DNU). Trong trường hợp thêm nhiều thành viên (ví dụ x thành viên) và nhận được đồng thời trả lời MST = OK, việc chỉ định số thứ tự được thực hiện một cách tùy ý, miễn là chúng tạo thành một dãy x số thứ tự tiếp theo số thứ tự cao nhất hiện tại. Từ mã CTRL của thành viên cao nhất hiện tại sẽ chuyển thành NORM, đồng thời từ mã CTRL của thành viên mới cao nhất được thay đổi thành EOS, CTRL của tất cả các thành viên mới còn lại được thiết lập bằng NORM. Chú ý là khi CTRL = EOS/NORM cùng với giá trị SQ được gởi đi bởi thành viên mới được thêm vào, quá trình LCAS phía nguồn sẽ ngưng đánh giá thông tin MST cho tới khi phía đích thông báo về sự thay đổi trong SQ bởi bit đảo RS-Ack. Bước cuối cùng là thêm vùng tải trọng của thành viên mới vào container tải trọng của VCG. Khung container đầu tiên chứa số liệu tải trọng cho thành viên mới sẽ là khung container ngay sau bit cuối cùng của khung chứa bản tin NORM/EOS. Hình 2.18: Thêm hai thành viên * Xóa thành viên (giảm dung lượng) Khi các thành viên bị xóa khỏi VCG, các số thứ tự và trạng thái được chỉ định lại. Hình 2.19: Quá trình loại bỏ thành viên thứ 4 và 5 trong VCG có kích thước n=5. Nếu thành viên bị xóa có số SQ cao nhất trong VCG và CTRL = EOS, thành viên có số SQ cao thứ hai sẽ đổi mã CTRL = EOS đồng thời gói điều khiển của thành viên bị xóa sẽ gởi mã IDLE. Nếu thành viên bị xóa có số SQ cao nhất trong VCG và CTRL =DNU, số thứ tự và trường CTRL của những thành viên khác trong nhóm không thay đổi. Nếu thành viên bị xóa không có số SQ cao nhất, thì các thành viên khác có số SQ trong khoảng từ thành viên bị xóa tới số SQ cao nhất sẽ cập nhật số SQ trong các gói điều khiển của chúng đồng thời mã CTRL của thành viên bị xóa bị đổi từ mã NORM/DNU thành IDLE. Chú ý rằng khi CTRL = IDLE được gởi cùng với sự thay đổi SQ, quá trình LCAS phía nguồn sẽ ngưng đánh giá thông tin MST cho tới khi phía đích thông báo về sự thay đổi trong SQ bởi bit đảo RS-Ack. Sau khi quá trình phía đích đã phát hiện và xử lý loại bỏ thành viên, thành viên có thể bị xóa tại phía đích. Khi thành viên bị xóa gửi đi từ mã điều khiển IDLE, khung container cuối cùng của thành viên này còn chứa số liệu tải trọng là khung chứa bit cuối cùng của gói điều khiển. * Tạm loại bỏ thành viên (giảm dung lượng) Hình 2.20: Tạm thời loại bỏ thành viên cuối Khi một thành viên gởi mã NORM /EOS trong trường CTRL bị lỗi trong mạng, phía đích phát hiện và sẽ gởi MST=FAIL cho thành viên đó. Phía nguồn sẽ hoặc là thay mã NORM thành mã DNU, hoặc là thay mã EOS thành mã DNU đồng thời thành viên ngay trước đó sẽ gởi EOS trong trường CTRL. Bước cuối cùng của việc loại bỏ tạm thời thành viên là loại bỏ vùng tải trọng của thành viên đó khỏi VCG. Khung container cuối cùng chứa tải trọng của thành viên bị loại bỏ là khung chứa bit cuối cùng của gói điều khiển chứa từ mã DNU. Khung tiếp theo khung cuối cùng sẽ chứa toàn bit ‘0’ trong vùng tải trọng. Khi khuyết điểm được loại bỏ, phía đích sẽ gởi MST = OK cho thành viên đó. Phía nguồn sẽ hoặc là thay mã DNU bằng mã NORM nếu thành viên đó không có số SQ lớn nhất, hoặc là thay mã DNU bằng mã EOS đồng thời thay mã EOS của thành viên ngay trước đó bằng mã NORM. Bước cuối cùng sau khi khôi phục là bắt đầu sử dụng vùng tải trọng của thành viên đó. Khung container đầu tiên chứa số liệu tải trọng cho thành viên này là khung ngay sau khung chứa bit cuối cùng của gói điều khiển có từ mã NORM/EOS đầu tiên cho thành viên đó. Kết luận: SDH thế hệ sau (NG-SDH) là một cơ chế truyền tải cho phép tồn tại đồng thời các dịch vụ truyền thống và các dịch vụ mới trên cùng một mạng mà không làm ảnh hưởng lẫn nhau. Các giao thức quan trọng được sử dụng trong SDH thế hệ sau phục vụ cho việc truyền tải số liệu qua mạng SDH bao gồm: Giao thức tạo khung chung (GFP), ghép chuỗi ảo (VCAT) và cơ chế điều chỉnh dung lượng tuyến (LCAS). GFP là kỹ thuật sắp xếp dữ liệu có tốc độ bit không đổi và thay đổi vào khung đồng bộ SDH. GFP hỗ trợ nhiều giao thức được sử dụng trong mạng LAN và SAN. Có hai loại thích ứng tín hiệu client được định nghĩa cho GFP: GFP-F và GFP-T. Ghép chuỗi là một quá trình tập hợp băng thông của X container (C-i) vào một container lớn hơn. Băng thông lớn hơn nên sẽ tốt cho việc truyền các tải trọng (payload) lớn, yêu cầu một container lớn hơn VC-4, nhưng nó cũng có khả năng ghép chuỗi các container dung lượng thấp như VC-11, VC-12 hay VC-2. LCAS là phần mở rộng của VCAT được định nghĩa bởi ITU-T khuyến nghị G.7042. LCAS là một giao thức báo hiệu thực hiện trao đổi bản tin giữa hai điểm kết cuối VC-n để xác định số lượng tải kết chuỗi. Ứng với yêu cầu của người sử dụng, số lượng tải ghép chuỗi có thể tăng/giảm phù hợp với dung lượng lưu lượng trao đổi. LCAS còn cung cấp khả năng tạm thời loại bỏ thành viên khi bị lỗi. Trên đây, là những giao thức làm nền tảng để chúng ta tiếp thu, nắm bắt công nghệ của các thiết bị NG-SDH.