tapchibcvt

Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 1

WIMAX - CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP MẠNG KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG

ThS. Nguyễn Quốc Khương, TS. Nguyễn Văn Đức, ThS. Nguyễn Trung Kiên, KS. Nguyễn Thu Hà

Giới thiệu:

Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy nhập Internet phổ biến hiện nay như quay số qua Modem thoại, ADSL, hay các đường thuê kênh riêng, hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di động, hay mạng WiFi. Mỗi phương pháp truy cập mạng có đặc điểm riêng. Đối với Modem thoại thì tốc độ quá thấp, ADSL tốc độ có thể lên đến 8Mbit/s nhưng cần có đường dây kết nối, các đường thuê kênh riêng thì giá thành đắt mà không dễ dàng triển khai đối với các khu vực có địa hình phức tạp. Hệ thống thông tin di động hiện tại cung cấp tốc độ truyền 9,6Kbit/s quá thấp so với nhu cầu người sử dụng, ngay cả các mạng thế hệ sau GSM như GPRS (2.5G) cho phép truy cập ở tốc độ lên đến 171,2Kbit/s hay EDGE khoảng 300-400Kbit/s cũng chưa thể đủ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng khi sử dụng các dịch vụ mạng Internet. ở hệ thống di động thế hệ tiếp theo 3G thì tốc độ truy cập Internet cũng không vượt quá 2Mb/s. Với mạng WiFi (chính là mạng LAN không dây) chỉ có thể áp dụng cho các máy tính trao đổi thông tin với khoảng cách ngắn. Với thực tế như vậy, WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và WiFi. Hệ thống WiMax có khả năng cung cấp đường truyền với tốc độ lên đến 70Mb/s và với bán kính phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50 km. Mô hình phủ sóng của mạng WiMax tương tự như mạng điện thoại tế bào. Bên cạnh đó, WiMax cũng hoạt động mềm dẻo như WiFi khi truy cập mạng. Mỗi khi một máy tính muốn truy nhập mạng nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WiMax gần nhất.

WiMax hoạt động như thế nào?

Thực tế WiMax hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao và khoảng cách lớn hơn rất nhiều cùng với một số lượng lớn người dùng. Một hệ thống WiMax gồm 2 phần:

Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2

Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các Card mạng cắm vào hoặc được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn dùng

Các trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khác như một trạn trung chuyển bằng đường truyền thẳng (line of sight), và chính vì vậy WiMax có thể phủ sóng đến những vùng rất xa.


Hình 1: Mô hình truyền thông của WiMax

Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ. Trong trường hợp truyền thẳng, các anten được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến 66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn. Đối với trường hợp tia phản xạ, WiMax sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như ở WiFi, ở tần số thấp tín hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến đích.

Các đặc điểm của WiMax

WiMax đã được tiêu chuẩn hoá ở IEEE 802.16. Hệ thống này là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau [1]:

Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km.

Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s.

Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền che khuất NLOS (Non line of sight).


Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hoá.

Trong WiMax hướng truyền tin được chia thành hai đường lên và xuống. Đường lên có tần số thấp hơn đường xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM để truyền. OFDM trong WiMax sử dụng tổng cộng 2048 sóng mang, trong đó có 1536 sóng mang dành cho thông tin được chia thành 32 kênh con mỗi kênh con tương đương với 48 sóng mang. WiMax sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8.

Độ rộng băng tần của WiMax từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữa nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần. Công nghệ này được gọi là công nghệ đa truy nhập OFDMA (OFDM access).

Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink).

Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMax được phân chia thành 4 lớp : Lớp con tiếp ứng (Convergence) làm nhiệp vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên, lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp truyền dẫn (Transmission) và lớp vật lý (Physical). Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên như mô tả ở hình dưới đây.

Hình 2: Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI

Công nghệ OFDM cho việc truyền dẫn vô tuyến ở mạng WiMax

WiMax sử dụng công nghệ OFDM ở giao diện vô tuyến để truyền tải dữ liệu và cho phép các thuê bao truy nhập kênh. Cũng có nhiều công nghệ khác nhau ở giao diện này như FDM, CDMA. Tuy nhiên OFDM đã chứng tỏ là nó có những ưu việt hơn rất nhiều về tốc độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần nên đã được IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho truyền thông vô tuyến băng rộng trong chuẩn IEEE 802.16e. Chú ý rằng môi trường truyền thông vô tuyến là một mỗi trường khắc nghiệt nhất trong truyền dẫn thông tin. Nó gây suy hao tín hiệu về biên độ cũng như suy hao lựa chọn tần số, kèm theo các hiệu ứng pha đinh đa đường. Sự suy hao này đặc biệt tăng nhanh theo khoảng cách và ở tần số cao, ngoài ra còn tùy thuộc vào địa hình là thành thị, đồng bằng hay miền núi mà sự suy giảm cũng khác nhau. Hình 3 và Bảng 1 ở dưới đây là nghiên cứu trên các hệ thống ISM tần số 2,4GHz và UNII tần số 5,4GHz minh hoạ sự


suy giảm theo khoảng cách và trên các loại địa hình với các điều kiện truyền dẫn khác nhau.

Hình 3: Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách [2]

Mô tả Mức độ suy giảm Khu vực trung tâm thành phố nhiều nhà cao tầng 20dB thay đổi từ phố này tới phố khác

Khu vực ngoại ô ít nhà cao tầng tăng 10dB tín hiệu so với vùng trung tâm

Khu nông thôn tăng 20dB tín hiệu so với vùng ngoại ô Khu vực địa hình không đều và vùng nhiều cây cối công suất tín hiệu thay đổi từ 3-12dB

Bảng 1: Sự suy giảm tín hiệu trong môi trường vô tuyến [3]

Trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ phát đến thu là điều không thể tránh khỏi. ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu. Các kỹ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA như trong chuẩn 802.11b rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường vì thời gian trễ có thể vượt quá khoảng thời gian của một ký tự. OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian truyền một ký tự lên nhiều lần. Ngoài ra, OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ (guard interval - GI), thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền, giữa hai ký tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn.

Nhiễu lựa chọn tần số cũng là một vấn đề gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng truyền thông tín hiệu. Tuy nhiên, OFDM cũng mềm dẻo hơn CDMA khi giải quyết vấn đề này. OFDM có thể khôi phục lại kênh truyền thông qua tín hiệu dẫn đường (Pilot) được truyền đi cùng với dòng tín hiệu thông tin. Ngoài ra, đối với các kênh con suy giảm nghiêm trọng về tần số thì OFDM còn có một lựa chọn nữa để giảm tỷ lệ lỗi bit là giảm bớt số bít mã hoá cho một tín hiệu điều chế tại kênh tần số đó.

Mặc dù vậy, OFDM không phải không có nhược điểm, đó là nó đòi hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần


số (Intercarrier interference - ICI) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và làm tăng tỷ số bít lỗi (BER). Tuy nhiên OFDM cũng có thể giảm bớt sự phức tạp của vấn đề đồng bộ thông qua khoảng bảo vệ (GI). Sử dụng chuỗi bảo vệ (GI) cho phép OFDM có thể điều chỉnh tần số thích hợp mặc dù việc thêm GI cũng đồng nghĩa với việc giảm hiệu quả sử dụng phổ tần số. Ngoài ra OFDM chịu ảnh hưởng của nhiễu xung, có nghĩa là một xung tín hiệu nhiễu có thể tác động xấu đến một chùm tín hiệu thay vì một số ký tự như trong CDMA và điều này làm tăng tỷ lệ lỗi bit của OFDM so với CDMA.

Công nghệ truy nhập kênh (OFDMA) cho mạng WiMax

Hoạt động truy nhập kênh ở lớp MAC của WiMax hoàn toàn khác so với WiFi. WiMax hỗ trợ phương pháp truyền song công FDD và TDD sử dụng kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA. Ưu điểm của phương pháp này là nó cho phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống, dẫn đến có thể thay đổi tốc độ phát (Upload) hoặc thu (Download) dữ liệu chứ không phải là cố định như trong ASDL hay CDMA. Trong WiFi tất cả các trạm truy nhập một cách ngẫu nhiên đến điểm truy cập (Access point - AP), chính vì vậy khoảng cách khác nhau từ mỗi nút đến AP sẽ làm giảm thông lượng mạng. Ngược lại, ở lớp MAC của 802.16, lịch trình hoạt động cho mỗi thuê bao được định trước, do vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm gia nhập mạng. Sau thời điểm này, mỗi trạm được trạm phát gốc gắn cho một khe thời gian. Khe thời gian có thể mở rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn. ưu điểm của việc đặt lịch trình là chế độ truyền dẫn vẫn hoạt động ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng thuê bao đăng ký vượt quá cho phép, và nó cũng có thể tăng được hiệu quả sử dụng băng tần. Việc sử dụng thuật toán lịch trình còn cho phép trạm phát gốc điều khiển chất lượng dịch vụ (Quality of Service -QoS) bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao.

Để làm được điều này, hệ thống WiMax thực hiện việc mã hoá và điều chế thích nghi (AMC-Adaptation Modulation and Coding) để tối ưu hoá băng thông tuỳ thuộc vào điều kiện của kênh truyền. Đối với kênh truyền tốt (có nghĩa là tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR cao) có thể điều chế ở 64-QAM. Nơi kênh ở chất lượng thấp hơn thì giảm dần mức điều chế xuống đến QPSK.

Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh được tính ưu việt của WiMax so với WCDMA như Bảng 2.

Bảng 2: So sánh một số tham số giữa OFDM và CDMA [2]

Công nghệ Số lượng thuê bao trong một trạm phủ sóng

Thông lượng trung bình của mạng (Mbit/s)

Thông lượng trung bình của một thuê

bao (kbit/s)

Trễ truyền dân trung bình của

một gói (s) OFDM 40 4,45 1802 2,33

WCDMA (MMSE) 40 3,83 1170 3,56

WCDMA (Rake) 40 3,03 490 8,54

Kỹ thuật điều chế và mã hoá thích nghi là một trong những ưu việt của OFDM vì nó cho phép tối ưu hoá mức điều chế trên mỗi kênh con dựa trên chất lượng tín hiệu (tỷ lệ SNR) và chất lượng kênh truyền dẫn. Trong công nghệ đa truy nhập OFDMA, các thuê bao được phân chia tài nguyên vô tuyến thông qua việc


truy nhập vào các sóng mang phụ khác nhau. Hình 4 chỉ ra cho ta thấy làm thế nào để kênh con được lựa chọn dựa trên mức độ chất lượng tính hiệu nhận được.

Hình 4: Lựa chọn kênh thích hợp cho mỗi user [2]

Ứng dụng và triển vọng phát triển của WiMax

Phủ sóng trong phạm vi rộng, tốc độ truyền tin lớn, hỗ trợ đồng thời nhiều thuê bao và cung cấp các dịnh vụ như VoIP, Video mà ngay cả ADSL hiện tại cũng chưa đáp ứng được là những đặc tính ưu việt cơ bản của WiMax. Các đường ADSL ở những khu vực mà trước đây đường dây chưa tới được thì nay đã có thể truy cập được Internet. Các công ty với nhiều chi nhánh trong thành phố có thể không cần lắp đặt mạng LAN của riêng mình là chỉ cẩn đặt một trạm phát BTS phủ sóng trong cả khu vực hoặc đăng ký thuê bao hàng tháng tới công ty cung cấp dịch vụ. Để truy cập tới mạng, mỗi thuê bao được cung cấp một mã số riêng và được hạn chế bởi quyền truy cập theo tháng hay theo khối lượng thông tin mà bạn nhận được từ mạng.

Bên cạnh đó, hệ thống WiMax sẽ giúp cho các nhà khai thác di động không còn phải phụ thuộc vào các đường truyền phải đi thuê của các nhà khai thác mạng hữu tuyến, cũng là đối thủ cạnh tranh của họ. Hầu hết hiện nay đường truyền dẫn giữa BSC và MSC hay giữa các MSC chủ yếu được thực hiện bằng các đường truyền dẫn cáp quang, hoặc các tuyến viba điểm-điểm. Phương pháp thay thế này có thể giúp các nhà khai thác dịch vụ thông tin di đông tăng dung lượng để triển khai các dịch vụ mới với phạm vi phủ sóng rộng mà không làm ảnh hưởng đến mạng hiện tại. Ngoài ra, WiMax với khả năng phủ sóng rộng, khắp mọi ngõ ngách ở thành thị cũng như nông thôn, sẽ là một công cụ hỗ trợ đắc lực trong các lực lượng công an, lực lượng cứu hoả hay các tổ chức cứu hộ khác có thể duy trì thông tin liên lạc trong nhiều điều thời tiết, địa hình khác nhau.

Hiện tại có nhiều thành phố trên thế giới như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc v.v. đã có kế hoạch triển khai WiMax, và ngay cả Microsoft cũng quan tâm và coi WiMax như là một tiêu chuẩn và sẽ tích hợp vào trong các phần mềm của mình vào mạng. Dự đoán các sản phẩm tích hợp WiMax với máy tính cũng sẽ được cho ra mắt thị trường vào cuối năm 2005.

Tài liệu tham khảo


[1]. IEEE 802.16a-2003: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems

[2]. A Technical Overview and Comparison of WiMAX and 3G Technologies, December 2004 – Intel- Technical White Paper.

[3]. http://www.skydsp.com/publications/4thythesis/index.htm

[4]. http://www.wimaxforum.org


TỔNG QUAN VỀ METRO ETHERNET

ThS. Đào Trung Thành

1. GIỚI THIỆU

Mạng thế hệ sau (NGN-Next Generation Network) là mạng dựa trên công nghệ chuyển mạnh gói, có khả năng cung cấp đa dịch vụ, băng rộng, cho phép quản lý chất lượng dịch vụ (QoS). Nó cung cấp cho người dùng khả năng truy cập không hạn chế các dịch vụ cả hữu tuyến lẫn vô tuyến trên một nền tảng công nghệ chung (định nghĩa theo ITU-T Study Group 13). NGN là một cách tiếp cận hướng dịch vụ (service driven approach) cho sự phát triển của mạng viễn thông – tin học [1].

Hiện nay, nhiều nhà cung cấp dịch vụ ICT (Information Communication Technology) trên thế giới đã, đang và sẽ triển khai các dịch vụ NGN, triple-play (dữ liệu, thoại, hình ảnh) dựa trên công nghệ Ethernet. Công nghệ Ethernet ban đầu được sử dụng cho mạng LAN. Nhưng với sự tiến bộ gần đây về mặt công nghệ, Ethernet đang được nhiều nhà cung cấp dịch vụ ICT quan tâm.

Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về dịch vụ Ethernet (Ethernet service), dựa trên công trình (từ tháng 4 năm 2003) của Metro Ethernet Forum (MEF), một tổ chức các nhà công nghiệp trong lĩnh vực ICT cổ vũ việc cung cấp hạ tầng mạng Metro sử dụng công nghệ Ethernet. Bài viết có thể giúp người sử dụng dịch vụ Ethernet hiểu được những dạng và đặc điểm khác nhau của dịch vụ Ethernet, và để giúp cho những nhà cung cấp diễn đạt rõ ràng khả năng cung cấp dịch vụ của họ.

2. LỢI ÍCH DÙNG DỊCH VỤ ETHERNET

Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã cung cấp dịch vụ Metro Ethernet. Một số nhà cung cấp đã mở rộng dịch vụ Ethernet vuợt xa phạm vi mạng nội thị (MAN) và vuơn đến phạm vi mạng diện rộng (WAN). Hàng ngàn thuê bao đã được sử dụng dịch vụ Ethernet và số lượng thuê bao đang tăng lên một cách nhanh chóng. Những thuê bao này bị thu hút bởi những lợi ích của dịch vụ Ethernet đem lại, bao gồm:

- Tính dễ sử dụng.

- Hiệu quả về chi phí (cost effectiveness).

- Linh hoạt.

Tính dễ sử dụng

Dịch vụ Ethernet dựa trên một giao diện Ethernet (Ethernet interface) chuẩn, phổ biến dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ (LAN). Hầu như tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy việc sử dụng Ethernet để kết nối với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình hoạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp (OAM &P).


Hiệu quả về chi phí

Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư (CAPEX-capital expense) và chi phí vận hành (OPEX-operation expense):

- Một là, do sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện Ethernet có chi phí không đắt.

- Hai là, ít tốn kém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác do giá thành thiết bị thấp, chi phí quản trị và vận hành thấp hơn.

- Ba là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao tăng thêm băng thông một cách khá mềm dẻo.. Điều này cho phép thuê bao thêm băng thông khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần.

Tính linh hoạt

Dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao thiết lập mạng của họ theo những cách hoặc là phức tạp hơn hoặc là không thể thực hiện với các dịch vụ truyền thống khác. Ví dụ: một công ty thuê một giao tiếp Ethernet đơn có thể kết nối nhiều mạng ở vị trí khác nhau để thành lập một Intranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinh doanh thành Extranet VPN hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP. Với dịch vụ Ethenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay, ATM,…). Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải mua thiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ.

3. MÔ HÌNH DỊCH VỤ ETHERNET

Tất cả các dịch vụ Ethernet sẽ có một vài thuộc tính chung, những dịch vụ khác nhau sẽ khác nhau về một số các thuộc tính. Mô hình cơ bản của dịch vụ Ethernet được biểu diễn ở hình 1. Dịch vụ Ethernet được cung cấp bởi mạng Metro Ethernet Network (MEN) của nhà cung cấp. Thiết bị khách hàng CE (Customer Equipment) gắn vào mạng MEN qua giao tiếp người sử dụng-mạng UNI (User-Network Interface) sử dụng chuẩn giao diện Ethernet chuẩn với tốc độ 10Mbit/s, 100Mbit/s, 1Gbit/s hoặc 10Gbit/s.

Hình 1: Mô hình cơ bản

Có thể có nhiều UNIs kết nối đến MEN từ một vị trí. Những dịch vụ được xác định theo quan điểm của thuê bao. Những dịch vụ này dùng các công nghệ truyền dẫn hay các giao thức ở MEN khác nhau như


SONET, DWDM, MPLS, GFP, … Tuy nhiên, dưới góc độ thuê bao, kết nối mạng về phía thuê bao của giao diện UNI là Ethernet.

3.1. Kết nối Ethernet ảo

Một thuộc tính cơ bản của dịch vụ Ethernet là kết nối Ethernet ảo (EVC-Ethernet Virtual Connection). EVC được định nghĩa bởi MEF là “một sự kết hợp của hai hay nhiều UNIs” [2], trong đó UNI là một giao diện Ethernet, là điểm ranh giới giữa thiết bị khách hàng và mạng MEN của nhà cung cấp dịch vụ.

Nói một cách đơn giản, EVC thực hiện 2 chức năng:

- Kết nối hai hay nhiều vị trí thuê bao (chính xác là UNIs), cho phép truyền các frame Ethernet giữa chúng.

- Ngăn chặn dữ liệu truyền giữa những vị trí thuê bao (UNI) không cùng EVC tương tự. Khả năng này cho phép EVC cung cấp tính riêng tư và sự bảo mật tương tự Permanent Virtual Circuit (PVC) của Frame Relay hay ATM.

Hai quy tắc cơ bản sau chi phối, điều khiển việc truyền các Ethernet frame trên EVC. Thứ nhất, các Ethernet frame đi vào MEN không bao giờ được quay trở lại UNI mà nó xuất phát. Thứ hai, các địa chỉ MAC của trong Ethernet frame giữ nguyên không thay đổi từ nguồn đến đích. Ngược lại với mạng định tuyến (routed network), các tiêu đề (header) Ethernet frame bị thay đổi khi qua router. Dựa trên những đặc điểm này, EVC có thể được sử dụng để xây dựng mạng riêng ảo lớp 2 (Layer 2 Virtual Private Network-VPN).

MEF định nghĩa 2 kiểu của EVCs.

- Điểm-điểm(Point-to-point).

- Đa điểm - điểm (Multipoint-to-Multipoint).

Ngoài những điểm chung này, dịch vụ Ethernet có thể thay đổi với nhiều cách khác nhau. Phần này thảo luận về những dạng khác nhau của dịch vụ Ethernet và một vài đặc điểm quan trọng phân biệt chúng từ những dịch vụ khác.

3.2. Khuôn khổ định nghĩa dịch vụ Ethernet (Ethernet Definition Framework)

Để giúp những thuê bao có thể hiểu rõ hơn sự khác nhau trong các Dịch vụ Ethernet, MEF đã phát triển các Khuôn khổ Định nghĩa dịch vụ Ethernet. Mục tiêu của hệ thống này là:

- Định nghĩa và đặt tên cho các kiểu dịch vụ Ethernet.

- Định nghĩa những thuộc tính (attribute) và các thông số của thuộc tính (attribut parameters) được dùng để định nghĩa một dịch vụ Ethernet riêng biệt.


Hình 2: Khuôn khổ định nghĩa dịch vụ Ethernet

Hiện tại MEF đã và đang xác định (vì chưa thành chuẩn) hai kiểu dịch vụ Ethernet:

- Kiểu Ethernet Line (E-Line) Service – dịch vụ điểm-điểm (point-to-point)

- Kiểu LAN (E-LAN) Service – dịch vụ đa điểm - đa điểm (multipoint-to-multipoint)

Để định rõ một cách hoàn toàn về dịch vụ Ethernet, nhà cung cấp phải xác định kiểu dịch vụ và UNI; các thuộc tính của dịch vụ EVC đã kết hợp với kiểu dịch vụ đó. Các thuộc tính này có thể được tập hợp lại theo những dạng sau:

- Giao diện vật lý (Ethernet Physical Interface).

- Thông số lưu lượng (Traffic Parameters)

- Thông số về hiệu năng (Performance Parameters).

- Lớp dịch vụ (Class of Service).

- Service Frame Delivery

- Hỗ trợ các thẻ VLAN (VLAN Tag Support)

- Ghép dịch vụ (Service Multiplexing).

- Gộp nhóm (Bundling).

- Lọc bảo mật (Sercurity Filters).

3.3. Kiểu dịch vụ Ethernet

MEF đã xác định 2 kiểu dịch vụ cơ bản đã được thảo luận bên dưới. Các kiểu khác có thể được định nghĩa trong tương lai.

3.3.1. Kiểu dịch vụ Ethernet Line

Kiểu Ethernet Line (E-Line Service) cung cấp kết nối ảo điểm-điểm (point-to-point) Ethernet Virtual Connection (EVC) giữa 2 UNIs được minh họa ở hình 3. E-Line Service được dùng cho việc kết nối


Ethernet điểm-điểm.

Dạng đơn giản nhất, dịch vụ E-Line có thể cung cấp băng thông đối xứng cho dữ liệu gửi nhận trên hai hướng không có các đảm bảo tốc độ giữa hai UNI 10 Mbps..

Hình 3. E-Line Service sử dụng Point-to-Point EVC

Dạng phức tạp hơn, dịch vụ E-line có thể cung cấp CIR (Commited Information Rate) và thuộc tính về độ trễ, jitter,…

Ghép dịch vụ (service multiplexing) cho phép kết hợp nhiều EVC trên một cổng vật lý UNI duy nhất.

Một dịch vụ E-Line có thể cung cấp point-to-point EVCs giữa UNIs tương tự như việc sử dụng Frame Relay PVCs để nối liền các site với nhau.

Hình 4: Sự tương tự giữa Frame Relay và dịch vụ E-Line

Một dịch vụ E-Line cũng cung cấp việc kết nối point-to-point giữa UNIs tương tự với một dịch vụ thuê kênh riêng TDM.

Dịch vụ E-Line cũng có một vài đặc điểm cơ bản như Frame Delay, Fram Jitter và Frame Loss tối thiểu và không có ghép dịch vụ (Service Multiplexing), tức là yêu cầu giao diện vật lý UNI riêng biệt cho mỗi EVC được minh họa ở hình 5.


Hình 5: Sự tương tự giữa kênh thuê riêng và kiểu dịch vụ E-Line

Tóm lại, một E-Line Service có thể được dùng để xây dựng những dịch vụ tương tự như Frame Relay hay thuê kênh riêng (private leased line). Tuy nhiên, băng thông Ethernet và việc kết nối thì tốt hơn nhiều… Một E-Line Service có thể được dùng để xây dựng các dịch vụ tương tự như Frame Relay hay kênh thuê riêng (private leased line).

3.3.2. Kiểu dịch vụ Ethernet LAN

Kiểu dịch vụ Ethernet LAN (E-LAN) cung cấp kết nối đa điểm, tức là nó có thể kết nối 2 hoặc hơn nhiều UNIs được minh họa ở hình 6. Dữ liệu của thuê bao được gửi từ một UNI có thể được nhận tại một hoặc nhiều dữ liệu của UNIs khác.

Mỗi site (UNI) được kết nối với một multipoint EVC. Khi những site mới (UNIs) được thêm vào, chúng sẽ được liên kết với multipoint EVC nêu trên do vậy nên đơn giản hóa việc cung cấp và kích hoạt (activation) dịch vụ. Theo quan điểm của thuê bao, dịch vụ E-LAN làm cho MEN trông giống một mạng LAN ảo.

Dịch vụ E-LAN Service có thể cung cấp một CIR (Committed Information Rate), kết hợp CBS (Committed Burst Size), EIR (Excess Information Rate) với EBS (Excess Burst Size) (xem phần Bandwidth Profile sau) và độ trễ, jitter, và tổn thất khung (frame lost).

Hình 6: E-LAN Service type dùng Multipoint EVC

3.3.3. Dịch vụ E-LAN với cấu hình point-to-point

Dịch vụ E-LAN có thể được sử dụng để liên kết chỉ với 2 UNIs (sites). Trong khi điều này có thể xảy ra tương tự một E-Line Service, có nhiều sự khác biệt khá quan trọng.

Với dịch vụ E-LAN, khi một UNI (site) mới được thêm vào, một EVC mới phải được thiết lập để liên kết UNI mới với một trong những UNIs hiện thời.

Với dịch vụ E-LAN, khi UNI mới cần được thêm vào ta không cần thêm EVC mới mà đơn giản chỉ thêm


UNI mới vào EVC đa điểm cũ. Vì thế, E-LAN Service đòi hỏi chỉ một EVC để hoàn tất việc kết nối multi-site.

Nói chung, dịch vụ E-LAN có thể kết nối nhiều địa điểm (Multi-site) với nhau, ít phức tạp hơn việc sử dụng những công nghệ như Frame Relay hoặc ATM.

Tóm lại, MEF định nghĩa hai kiểu dịch vụ chính E-Line và E-LAN, tuy nhiên các hãng, tổ chức tham gia MEF có cách sử dụng tên cho hai lọai dịch vụ này khác nhau. Vdụ: Cisco đưa ra các dịch vụ Ethernet Relay Service (ERS) và Ethernet Wire Service (EWS) cho loại E-Line; Ethernet Relay Multipoint Service (ERMS) và Ethernet Multipoint Service (EMS) cho loại E-LAN[3].

3.4. Các thuộc tính dịch vụ Ethernet

Có rất nhiều thuộc tính liên kết trong dich vụ Ethernet[2], phạm vi bài này chỉ nêu một số các thuộc tính cơ bản quan trọng nhất cho thiết lập một dịch vụ MAN,WAN dựa trên Ethernet

3.4.1. Ghép dịch vụ (service multiplexing)

Ghép dịch vụ cho phép nhiều UNI thuộc về các EVC khác nhau. UNI như vậy gọi là UNI được ghép dịch vụ (service multiplexed UNI). Khi UNI chỉ thuộc một EVC thì UNI này gọi là UNI không ghép dịch vụ (non - multiplexed UNI).

Hình 7 : Ghép kênh dịch vụ

Lợi ích của ghép kênh dịch vụ cho phép chỉ cần một cổng giao diện UNI có thể hỗ trợ nhiều kết nối EVC. Điều này làm giảm chi phí thêm cổng UNI và dễ dàng trong việc quản trị.

VLAN được cấu hình tại cổng thiết bị khác hàng CE kết nối với UNI được gọi là CE-VLAN. Như vậy, tại mỗi UNI có một ánh xạ (mapping) giữa CE-VLAN và EVC. Điều này gần giống như ánh xạ giữa DLCI và PVC trong Frame Relay.

Tính trong suốt VLAN (VLAN transparency): Một EVC có tính trong suốt VLAN khi CE-VLAN không thay đổi khi khi qua giao diện UNI. Nghĩa là, CE-VLAN của khung đi ra (egress frame) hướng từ MEN ra mạng của khách hàng luông giống CE-VLAN của khung đi vào (ingress frame). Tính năng này có ưu điểm làm giảm việc đánh số lại (renumbering) VLAN của khách hàng.


Hình 8 : Ví dụ ánh xạ CE-VLAN và EVC

Trên hình 8, EVC1, EVC2 là có tính trong suốt VLAN còn EVC3 thì không.

3.4.2. Gộp nhóm (Bundling)

Trong cấu trúc frame của 802.1Q thì có một trường 12 bit là VLAN tag. Nhu vậy có tối đa là 4096 VLAN cho một miền lớp 2 (layer 2 domain). Với tính năng gộp nhóm, có nhiều hơn một CE-VLAN được ánh xạ vào một EVC tại UNI. Khi tất cả VLAN đều được ánh xạ vào một EVC thì EVC đó có thuộc tính gộp nhóm tất cả trong một (All-to-one Bundling).

3.4.3. Đặc tính băng thông (Bandwidth profile)

MEF địng nghĩa đặc tính băng thông được ứng dụng ở UNI hay cho một EVC. Đặc tính băng thông là một giới hạn mà khung Ethernet có thể xuyên qua UNI. Có thể có đặc tính băng thông riêng rẽ cho những khung vào bên trong MEN và cho những khung đi ra khỏi MEN. Thông số CIR (Committed Information Rate) cho một Frame Relay PVC là một ví dụ của đặc tính băng thông.

MEF định nghĩa ba thuộc tính sau đây của đặc tính băng thông (hình 9):

- Đặc tính băng thông tại UNI.

- Đặc tính băng thông theo EVC.

- Đặc tính băng thông theo mã xác định lớp dịch vụ (CoS Identifier).

Đặc tính băng thông bao gồm 4 thông số lưu lượng mô tả trong những phần tiếp sau. Những giới hạn này ảnh hưởng đến thông lượng mà dịch vụ cung cấp. Đặc tính băng thông cho một dịch vụ Ethernet bao gồm những thông số lưu lượng sau đây:

- CIR (Committed Information Rate)

- CBS (Committed Burst Size)

- EIR (Excess Information Rate)

- EBS (Excess Burst Size)

Một dịch vụ có thể hỗ trợ lên đến 3 dạng khác nhau của đặc tính băng thông <CIR, CBS, EIR, EBS> ở


UNI. Một trong những dạng đó có thể ứng dụng tại UNI, theo EVC hay theo mã xác định lớp dịch vụ.

Hình 9: Đặc tính băng thông

3.4.4. Thông số hiệu năng (Performance parameters)

Các thông số này ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ mà thuê bao cảm nhận được. Thông số hiệu năng được đánh giá qua các thông số sau:

- Độ khả dụng (Availability)

- Độ trễ khung (Frame Delay)

- Độ trượt khung(Frame Jitter)

- Tỉ lệ tổn thất khung (Frame Loss.)

3.5. Vấn đề an ninh mạng (Network security)

Mạng Metro Ethernet cung cấp mạng riêng ảo lớp 2 (layer 2 VPN) nên những vấn đề an ninh tồn tại tại lớp 2 này như: Từ chối dịch vụ (DoS: Denial of Service), tràn ngập MAC (MAC flooding) giả mạo địa chỉ MAC (MAC spoofing) cần đặc biệt quan tâm. Hy vọng sẽ sớm trở lại đề tài đáng quan tâm này trong tương lai.

4. KẾT LUẬN

NGN là xu hướng tất yếu của quá trình phát triển cơ sở hạ tầng ICT. NGN là một cách tiếp cận hướng dịch vụ (service driven approach). Việc đáp ứng các nhu cầu dịch vụ đa dạng, băng thông rộng, chất lượng cao là một thách thức cho các nhà cung cấp, khai thác ICT. Dịch vụ Metro Ethernet là một lựa chọn phù hợp cho khu vực đô thị. Hiện nay, Buu điện Tp. Hồ Chí Minh đang triển khai dịch vụ băng rộng trên nền dịch vụ Ethernet mà khách hàng đầu tiên là UBND Tp. Hồ Chí Minh.


TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU TRONG MẠNG VIỄN THÔNG Giới thiệu chung Báo hiệu trong mạng viễn thông tức là truyền các thông tin điều khiển đến các ứng dụng khác nhau nhằm đạt được các thủ tục đủ mạnh. Mạng viễn thông toàn cầu đòi hỏi báo hiệu thoả mãn: báo hiệu trong nội bộ nút mạng và giữa các nút mạng với nhau, giữa nút đầu cuối và máy thuê bao. Hình 1 dưới đây mô tả báo hiệu trong mạng viễn thông.

Hình 1. Báo hiệu trong mạng viễn thông Báo hiệu có hai loại: báo hiệu mạng truy nhập, báo hiệu trung kế (báo hiệu liên đài) II. Các hệ thống báo hiệu Đối với mạng truy nhập có các hệ thống báo hiệu sau đây: - Báo hiệu đường dây thuê bao dùng cho mạng chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN-Public Switching Telecmmunications Network), báo hiệu tương tự - Hệ thống báo hiệu số 1 cho các thuê bao số (DSS1) cho ISDN 1. Báo hiệu tương tự Các thông tin về số bị gọi (B called number), từ thuê bao trên các cuộc nối tương tự đến tổng đài được truyền bằng các số hệ thập phân hoặc là tổ hợp của 2 mã đa tần. Số A là số chủ gọi (A calling number). Hình 2. mô tả báo hiệu đường dây thuê bao trong PSTN. III. Báo hiệu liên đài Để trao đổi thông tin giữa các nút chuyển mạch trên mạng viễn thông, cần phải có thiết bị báo hiệu và điều khiển thực hiện báo hiệu. Có hai loại báo hiệu chính dùng cho báo hiệu liên đài: - Báo hiệu kênh liên kết (CAS – Channel Associated Signalling) - Báo hiệu kênh chung (CCS – Common Channel Signalling) Chi tiết các loại báo hiệu trong hệ thống báo hiệu liên đài được mô tả trên Hình 3. dưới đây: 1. Báo hiệu kênh liên kết Báo hiệu kênh liên kết là báo hiệu gần và liên kết với kênh thoại, báo hiệu và thoại truyền trên cùng một tuyến qua mạng lưới.


Hình 2. Báo hiệu đường dây thuê bao trong PSTN III.1.a) Các tín hiệu đường dây và tín hiệu ghi Các tín hiệu được chia làm hai loại: tín hiệu đường dây và tín hiệu ghi Tín hiệu đường dây cung cấp các thông tin sau: - đường dây rỗi - chiếm đường dây - số B trả lời (B nhấc máy) - các xung tính cước - xoá đường dây Các tín hiệu ghi mang các thông tin sau đây: - số B (số bị gọi) - các thông tin về trạng thái số B - các thông tin về trạng thái số A (chủ gọi) III.1.b) Truyền đưa tín hiệu Các tín hiệu đường dây và tín hiệu ghi đường truyền trên các đường số dưới dạng các khung PCM 30. Khung PCM, tín hiệu đường dây và tín hiệu ghi trong hệ thống PCM 30/32 được mô tả trên Hình 5 dưới đây:

Hình 3. Khung PCM, tín hiệu đường dây và tín hiệu ghi trong PCM 30/32 Trên đường truyền PCM 30 với 32 khe thời gian trên một khung, các tín hiệu ghi được truyền trên cùng một khe thời gian với tín hiệu thoại còn tín hiệu đường dây truyền trên khe thời gian thứ 16 và mỗi cuộc gọi cần 4 bits trong đa khung của 16 khung. Đối với đường PCM 24 khe thời gian trên một khung thì tín hiệu hiệu đường dây được truyền đi thông qua 1 bit trong mỗi khung thứ 6, còn tín hiệu ghi truyền trên kênh thoại như PCM 30/32. Ví dụ chi tiết về CAS được mô tả trên Hình 4 dưới đây: III.1.c) Tone và thiết bị CAS


Các tín hiệu ghi chỉ sử dụng trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi, còn tín hiệu đường dây có thể phát đi và thu về trước đó, trong khi và lúc cuộc gọi kết thúc. Báo hiệu được thực hiện bằng các phần thiết bị đặc biệt. Có các thiết bị của CAS đó là: - TCD (Transceiver Check Device) thực hiện việc kiểm tra liên tục trung kế - CAT (Code Answer and Tone Sender) đó là bộ phát được lập trình dùng cho tất cả các loại tone bảo trì - CCD (Conference Call Device) thực hiện dịch vụ kiểu cuộc gọi Tay ba, cuộc gọi hội nghị, giám sát, gửi nhạc, bản tin, tone, . . . - TRU (Tone Receiving Units) là bộ thu tone dùng cho các chức năng thử lưu lượng (GTT-Generated Test Traffic) và thử trước (PRT-Progression Test) của tổng đài. GTT tạo ra các cuộc gọi thử đến các tổng đài bằng các thiết bị trả lời. TRU phát hiện và xác định các mã trả lời cuộc gọi đến. GTT chỉ sử dụng theo mã hoá luật A, PRT sử dụng theo mã hoá luật . - KRD (Key-set Received Device) sử dụng như bộ thu đa tần (DTMF) tổ hợp cùng bộ phát tone mời quay số, nó làm việc với cả mã luật A và . - CSKD (Code Sender Key-Set Device) được sử dụng như bộ phát DTMF và làm việc với cả mã luật A và

Hình 4. Một ví dụ về CAS III.1.d) Điều hành lưu lượng cùng với CAS Thiết bị CSR dùng cho tín hiệu ghi và được kết nối đến mạch kết cuối tổng đài (ETC- Exchange Terminal Circuit) và kênh 64kbps được phân bổ kết nối cho cuộc gọi đặc biệt. Sau đó kênh thoại được dùng cho báo hiệu ghi và số B được phát đi trên kênh thoại. Tại đầu thu khi thu được số B, kết quả phân tích số B được dùng làm cơ sở kết nối đến thuê bao B. CSR trên cả đầu thu và đầu phát được tách khỏi kênh thoại và kênh đó được dùng để truyền tín hiệu thoại giữa hai thuê bao chủ gọi (A) và bị gọi (B). Khi hai thuê bao được kết nối để trò chuyện với nhau thì chỉ có khe thời gian thứ 16 được dùng cho báo hiệu, báo hiệu đường dây, giám sát cuộc gọi và cắt kết nối đàm thoại khi một trong hai thuê bao A hoặc B gác máy.


2. Báo hiệu kênh chung (Common Channel Signaling – CCS) Báo hiệu kênh chung (CCS) là phương pháp báo hiệu trong đó một kênh riêng được dùng để truyền đưa thông tin báo hiệu liên quan đến các cuộc nối riêng cho thuê bao bằng cách dán nhãn cho các bản tin (các gói tin). Trước CCS thì các khái niệm thoại và báo hiệu cùng liên kết với nhau. CCS được ITU-T đưa ra năm 1980 cho cả điện thoại quốc gia và quốc tế. Khi Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) giới thiệu các khái niệm báo hiệu và thoại tách biệt với nhau. Nó được mô tả trên Hình 5 dưới đây.

Hình 5. Mô hình SS7 Mạng báo hiệu logic sử dụng vào việc truyền thông tin báo hiệu giữa các nút trên mạng, thông tin báo hiệu được gửi trên tuyến riêng trên mạng báo hiệu. Trước đây SS7 được thiết kế cho mạng thoại, nhưng ngày nay nó trở thành hữu dụng cho nhiều dịch vụ khác, kênh 64kbps được sử dụng cho kênh báo hiệu và ngoài ra còn có thể ở tốc độ thấp hơn (2.4kbps - 4.8kbps). Các dịch vụ cần truyền báo hiệu qua SS7 như: - Các mạng điện thoại cố định, - ISDN, - Các mạng dữ liệu, - Các mạng thông minh (IN), - Các dịch vụ di động, . . . . SS7 đã sử dụng để điều khiển lưu lượng cho tất cả các loại người dùng và dịch vụ do các mạng khác nhau có yêu cầu như PSTN ISDN, PLMN, IN, . . . các phần người dùng (UP-User Parts) và các phần ứng dụng (AP-Application Parts) khác nhau đã được nghiên cứu phát triển. SS7 là mạng báo hiệu logic chứ không phải mạng vật lý, SS7 có thể sử dụng được trên các mạng khác nhau để truyền đưa các thông tin dưới dạng số hoá giữa các nút khác nhau của mạng. Các ứng dụng SS7 trên Hình 6.


Hình 6. SS7 tốc độ cao và ứng dụng cho các mạng khác III.2.a) Các lợi ích của SS7 SS7 có các lợi ích cơ bản dưới đây: - Tốc độ cao: thời gian thiết lập cuộc gọi được giảm xuống dưới 1 sec trong tuyệt đại đa số các trường hợp - Dung lượng lớn: có thể truyền đi một lượng lớn thông tin - Độ tin cậy cao: Báo hiệu được giám sát bởi nhiều chức năng - Độ linh hoạt cao: hệ thống có thể phát nhiều dạng thông tin khác nhau chứ không phải chỉ là dạng thoại - Giảm số lượng thiết bị: một kênh SS7 có thể phục vụ hàng ngàn kênh thoại - Đa dịch vụ: có thể sử dụng SS7 cho rất nhiều dịch vụ khác nhau chứ không chỉ cho dịch vụ thoại - Hiệu quả kinh tế được nâng cao: do giảm số lượng thiết bị, tốc độ cao, dung lượng lớn, độ tin cậy và linh hoạt cao, . . . tự nó nâng cao hiệu quả kinh tế III.2.b) Cấu trúc cơ bản của SS7 Báo hiệu kênh chung có thể coi như dạng dữ liệu thông tin đặc biệt cho nhiều kiểu báo hiệu và thông tin truyền đưa giữa các bộ xử lý trên các mạng viễn thông. hệ thống báo hiệu kênh chung có thể phân chia thành: - Các phần dành cho người dùng (UP) - Các phần ứng dụng (AP) - Phần truyền bản tin (MTP - Message Transfer Part) Đối với UP có thể ví dụ như: người dùng điện thoại (TUP - Telephony User Part) và người dùng ISDN (ISUP - ISDN User Part). MTP phục vụ như là một hệ thống truyền tải chung cho truyền đưa các bản tin báo hiệu có độ tin cậy giữa các điểm báo hiệu (SP - Signaling Points) và nó có thể điều hành nhiều phần người dùng như TUP, ISUP tại cùng một thời điểm. MTP còn kích hoạt đến hệ thống và các thành phần mạng lưới sẽ ảnh hưởng đến độ tin cậy truyền tải bản tin báo hiệu và nó sẽ làm các việc cần thiết để đảm bảo cho độ tin cậy truyền tải cao (ví dụ như cấu trúc lại mạng lưới). UP bao gồm ví dụ TUP & ISUP được thiết lập trong TSS (Trunk & Signaling Subsystem) và nằm trong mức 4 của kiến trúc OSI gồm 7 lớp, nó có trách nhiệm về việc thông tin được xử lý như thế nào trước và sau khi truyền dẫn trong mạng. MTP nằm trong lớp 1 - 3 của OSI và được thiết lập trong hệ thống con báo hiệu kênh chung truyền đưa các gói báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu trong mạng. MTP có các nhiệm vụ sau: - Kết nối đến mạng lưới


- Thiết lập cuộc nối thông qua mạng lưới - Truyền dẫn thông tin điều khiển Các gói báo hiệu đó phải là: - Đúng: các lỗi phải được hệ thống phát hiện và chỉnh sửa, các bộ phát và thu tín hiệu không phải sử dụng bất cứ chức năng phát hiện lỗi và sửa lỗi. - Theo trình tự đúng: nếu bắt buộc phải phát lại thì trật tự các tín hiệu bắt buộc không được thay đổi Thủ tục ISUP là thủ tục SS7 cung cấp các chức năng báo hiệu yêu cầu hỗ trợ các dịch vụ chính và các dịch vụ gia tăng cho các ứng dụng thoại, phi thoại trong ISDN. Cấu trúc cơ bản SS7 mô tả trên Hình 7 dưới đây:

Hình 7. Cấu trúc cơ bản SS7 III.2.c) MTP MTP giống như dịch vụ Bưu chính công cộng, Người dùng bỏ thư viết sẵn địa chỉ người nhận trên phong bì, dịch vụ Bưu chính cộng cộng chuyển lá thư đó đến người nhận theo địa chỉ ghi trên phong bì. Trong việc này, người gửi (phát) và người nhận (thu) hoạt động như các UP và nó không liên quan đến việc lá thư đó được gửi bằng cách nào (bằng máy bay, tàu hoả, cầm tay, . . . ). Dịch vụ Bưu chính công cộng không cần biết nội dung thư dài ngắn và địa chỉ đúng hay sai (xem Hình 10) dưới đây làm ví dụ mô tả. Nhằm thiết lập mạng báo hiệu tin cậy cần quan tâm đến hai vấn đề dưới đây: - Độ tin cậy và dự phòng nóng phần cứng: Phần cứng SS7 được thiết lập, gọi là đầu cuối báo hiệu (ST- Signaling Terminal), một ST trong một tổng đài liên lạc trực tiếp với một ST khác của một tổng đài khác. - Phần mềm phát hiện lỗi và sửa lỗi: các chức năng phát hiện lỗi tiên tiến, các lỗi được phát hiện và sửa chữa bằng cách phát lại tín hiệu Liên lạc trực tiếp giữa một ST trong một tổng đài với một ST trong một tổng đài khác dùng riêng kênh PCM có thể có hoặc không có kênh số 0, ST kết nối với chuyển mạch nhóm qua kênh này. Thông tin giữa các tổng đài trong mạng được truyền đưa dưới dạng các gói trong SS7. Các khung được thiết lập như là các gói dữ liệu có thông tin mào đầu như các cờ và kiểm tra tổng.


Hình 10. Cơ quan Bưu chính công cộng trong đó: - SIF (Signal Information Field) trường thông tin tín hiệu - MSU (Message Signal Unit) đơn vị tín hiệu bản tin - UP (User Part) phần người dùng Nội dung thông tin thật cần truyền được gửi theo số các octets (tối đa 272) tạo nên trường thông tin tín hiệu (SIF - Signal Information) trong các đơn vị tín hiệu bản tin (Message Signal Units - MSU). Phần MTP bao gồm 3 mức thấp nhất SS7, nó được dùng chung cho tất cả các UPs trong một tổng đài và được phân chia thành Đường dữ liệu báo hiệu (Signaling Data Link - SDL) ở mức 1, các chức năng đường báo hiệu (Signaling Link Functions - SLF) ở mức 2, và các chức năng mạng báo hiệu (Signaling Networks Functions - SNF) ở mức 3. Các mức chức năng MTP được mô tả trên Hình 11 dưới đây:

Hình 11. Các mức chức năng MTP Mức 1: Mức 1 thực hiện các chức năng đối với SDL, đó là kênh vật lý dùng để phát các bản tin báo hiệu giữa hai tổng đài trong mạng. Nếu các thông tin phải phát đi cùng với các xung điện hoặc các xung ánh sáng phụ thuộc cuộc nối vật lý giữa các tổng đài. Mức 1 có nhiệm vụ biến đổi các thông tin số phải phát đi dưới dạng đúng. Mức 1 cung cấp kênh cho SDL A là tuyến truyền dẫn song công cho báo hiệu để tạo ra cho hai kênh


dữ liệu làm việc cùng nhau trong các hướng đối lập và phát đi cùng một tốc độ. SDL có thể là đường số hoặc tương tự, trong môi trường số nó có tốc độ 64kbps và đó là tốc độ chuẩn của SDL. Mức 2: Mức 2 thực hiện các chức năng của SLF bao gồm phát hiện và sửa chữa lỗi đảm bảo truyền dẫn tin cậy các bản tin báo hiệu trên SDL. SLF được thiết lập trong chức năng ST ở cả phần mềm khu vực và phần mềm trung tâm. SLF cùng với SDL như là môi trường truyền dẫn và cùng với ST như là bộ điều khiển thu/phát, cung cấp đường báo hiệu (Signaling Link - SL) cho việc truyền đưa tin cậy các bản tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu (SPs) kết nối trực tiếp với nhau. Mức 3: Mức 3 thực hiện các chức năng cho SNF, chúng được thiết lập trong phần mềm trung tâm và được chia làm hai cấp: - Các chức năng điều hành bản tin báo hiệu (điều hành lưu lượng) đảm bảo cho các bản tin báo hiệu đến đúng địa chỉ đích đến. - Các chức năng điều hành mạng báo hiệu, nó điều hành nghẽn hoặc lỗi trong mạng báo hiệu. Có hai lưu ý quan trọng: - Luôn nhớ rằng MTP chỉ truyền các thông tin giữa hai tổng đài, còn các thông tin tự nó ví dụ số bị gọi B sẽ được điều khiển bởi UP. - Vì có các yêu cầu đổi báo hiệu tăng (HSL - High Signaling Link) do đó cần có đường báo hiệu tốc độ cao (HSSL - High Speed Signaling Link). III.2.d) Các khái niệm cơ bản SS7 Các khái niệm chung nhất sử dụng trong mạng báo hiệu cho SS7 và vị trí của chúng trong mạng báo hiệu được mô tả trên Hình 12 dưới đây:

Hình 12. Các khái niệm cơ bản trong SS7 trong đó: - SP (Signaling Point) điểm báo hiệu - STP (Signaling Transfer Point) điểm chuyển tiếp báo hiệu Ví dụ: SP = 2 – 100, 2 có nghĩa là SP trong mạng quốc gia, 100 là SPC trong mạng quốc gia. Sự tồn tại các điểm báo hiệu: Trong mạng báo hiệu SS7, các tổng đài được coi như các điểm báo hiệu (SPs), các SPs được gán các mã riêng biệt được biết đến là điểm báo hiệu đang tồn tại (SPI - Signaling Point Indentity). Để định nghĩa SP được thì phải định nghĩa ký hiệu mạng (NI - Network Indicator), mạng báo hiệu quốc tế (0), mạng báo hiệu quốc gai (2) và mã điểm báo hiệu (SPC - Signaling Point Code). SP được xác định bằng công thức sau: SP


= NI - SPC. Ví dụ: SP = 2 -100 nghĩa là SP trong mạng quốc gia, 100 nghĩa là SPC trong mạng quốc gia. Điểm báo hiệu riêng: Như là từng điểm báo hiệu trong mạng, nó được đặt cho số riêng gọi là điểm báo hiệu riêng (OWNSP - Own Signaling Point) . Các Code điểm báo hiệu: Điểm báo hiệu, nơi tạo ra bản tin báo hiệu, vị trí của nguồn UP được gọi là điểm gốc (Originating Point). OPC là mã điểm gốc (Originating Point Codes) đó là SPC dành cho SP phát bản tin báo hiệu. SP là nơi đến của bản tin báo hiệu, là vị trí của UP thu được gọi là điểm đến (DP-Destination Point), DPC là mã điểm đến Destination Point Code đó là SPC dành cho SP thu. Các đường báo hiệu: Thông tin báo hiệu được phát trong một khe thời gian dùng riêng trên mcác kênh dùng riêng trong mạng gọi là các đường báo hiệu. Kết nối giữa hai SP, từ ST đến ST trong SS7 gọi là đường báo hiệu (Signaling Link). Xem Hình 13. SL và SP dưới đây.

Hình 13. Các đường báo hiệu (SL) và các điểm báo hiệu (SP) Tập đường: Nhiều đường báo hiệu song song kết nối trực tiếp hai SP thì gọi là tập đường (LS - Link Set). Mặc dù về nguyên tắc LS bao gồm tất cả các SL nhưng có thể sử dụng hơn 1 LS song song với nhau giữa hai SP. Điểm truyền báo hiệu: Có hai kiểu nút khác nhau trong mạng để điều hành các bản tin báo hiệu đó là điểm báo hiệu (SP) và điểm truyền báo hiệu (STP - Signaling Transfer Point). Nội dung bản tin chỉ được đọc tại điểm đích đó là SP, trong STP chỉ kiểm tra DPC để xem đích đến cho MSU. Nhãn định tuyến trong MSU bao gồm thông tin về bản tin được phát đi từ đâu trong mạng, OPC và được phát trên kênh báo hiệu nào, chọn kênh báo hiệu (SLS - Signaling Link Selection). Mã nhận dạng kênh (CIC - Circuit Identification Code) dùng để nhận dạng cuộc nối đàm thoại và nút đích đến trong DPC (Destination Point Code). Tổng đài đầu thu với sự trợ giúp của CIC có thể hiểu rằng phần thiết bị thoại trên kênh PCM nào sẽ được sử dụng cho cuộc gọi đến. Vì tổng đài đầu thu đã có thông tin về số B, sau đó cuộc nối giữa kênh PCM đến và số B có thể được thiết lập thông qua chuyển mạch nhóm. Xem Hình 14 dưới đây

Hình 14. Điểm gốc và điểm đến


trong đó: - CIC (Circuit Identification Code) mã kênh - DPC (Destination Point Code) mã điểm đến - OPC (Originating Point Code) mã điểm gốc - SP (Signaling Point) điểm báo hiệu - STP (Signaling Transfer Point) điểm chuyển tiếp báo hiệu III.2.e) Định dạng bản tin Bản tin (gói dữ liệu) được phân chia thành các trường, các trường khác nhau được thêm vào các mức khác nhau của SS7 (riêng mức 1 thì không), xem Hình 15 dưới đây: Message Signal Unit (MSU)

Hình 15. MSU cho thủ tục ISUP trong đó: - CK (Check sum) kiểm tra tổng quát - CIC (Circuit Indentification Code) mã kênh - DPC (Destination Point Code) mã điểm đến - F (Flag) cờ - LI (Length Indicator) hiển thị độ dài - SIO (Service Information Octet) đơn vị octet thông tin dịch vụ - SLS (Signaling Link Selection) lựa chọn kênh báo hiệu Thông tin MSU: xem Hình 16 Ví dụ về tín hiệu TUP và các thông tin đó là: - IAM (Initial Address Message) chứa những chữ số đầu tiên của số bị gọi B - SAM (Subsequent Address Message) - ACM (Address Complete Message) bản tin địa chỉ đầy đủ bao gồm trạng thái thuê bao bị gọi bận hay rỗi, . . . - ANC (Answer Charge) tính cuóc khi thuê bao bị gọi trả lời (nhấc máy) - CLF (Clear Forward) nghĩa là xoá trước khi thuê bao chủ gọi (A) đặt máy trước


Hình 16. Một ví dụ về các tín hiệu TUP Phần điều khiển cuộc nối báo hiệu Phần điều khiển cuộc nối báo hiệu (SCCP - Signaling Connection Control Part). MTP phục vụ như là hệ thống truyền dẫn phi kết nối để cung cấp sự truyền đưa tin cậy các bản tin báo hiệu trong mạng báo hiệu. Các chức năng gia tăng thêm vào MTP được SCCP cung cấp. SCCP cung cấp dịch vụ phi kết nối và dịch vụ định hướng kết nối. Trong mạng điện thoại, báo hiệu dành cho thiết lập cuộc gọi liên quan đến khe thời gian dùng riêng cho điện thoại hoặc dữ liệu. MTP được thiết kế cho báo hiệu liên quan đến kênh này. Trong một vài trường hợp, các bản tin báo hiệu không có sự liên quan đến khe thời gian dùng cho thoại hoặc dữ liệu mà dùng cho các dịch vụ di động, các dịch vụ dữ liệu hoặc các dịch vụ đa năng khác.


Hình 17. MTP, SCCP, TUP và OSI trong đó: - ISUP Phần người dùng ISDN - MTP (Message Transfer Part) Phần truyền đưa bản tin - OSI (Open Systems Interconnection) kết nối các hệ thống mở - SCCP (Signaling Connection Control Part) phần điều khiển cuộc nối báo hiệu - TUP (Telephone User Part) Phần người dùng điện thoại Phần dịch vụ mạng (NSP) Tổ hợp giữa MTP và SCCP được gọi là Phần dịch vụ mạng (NSP – Network Service Part). Các chức năng SCCP chủ yếu sử dụng để trao đổi với cơ sở dữ liệu mạng như là bộ ghi vị trí ở nhà (HLR – Home Location Register) để sử dụng cho mạng thông tin tế bào. SCCP cũng được sử dụng để trao đổi giữa các điểm chuyển mạch dịch vụ (SSP – Service Switching Points) và các điểm điều khiển dịch vụ (SCP – Service Control Points) thực hiện các dịch vụ mạng thông minh (IN – Intelligent Network Services). Sự phát triển MTP và SCCP là do sự cần thiết phải có tiêu chuẩn thủ tục chung để có thể sử dụng cho các ứng dụng như mạng thông minh và mạng thông tin tế bào. Phần các năng lực ứng dụng (TCAP) Hệ thống báo hiệu số bao gồm các thủ tục dành cho năng lực ứng dụng, nó được cấu trúc dành cho trao đổi định trước. TCAP liên quan đến mức 7 trong mô hình quy chiếu OSI và chỉ được sử dụng cho báo hiệu phi kênh nối. TCAP cũng giồng như SCCP và MTP là các ứng dụng độc lập. TCAP đưa ra các dịch vụ cho các phần ứng dụng độc lập khác nhau. Một ví dụ như là phần ứng dụng đó là các phần ứng dụng cho mạng thông minh (INAP), nó đưa ra các truy cập đến điểm điều khiển dịch vụ (SCP). Các ứng dụng khác sử dụng TCAP là phần ứng dụng cho thông tin di động (MAP) và phần ứng dụng hệ thống trạm vô tuyến cơ bản (BSSAP) sử dụng trong những phần đặc biệt trên mạng GSM. III.2.f) Mạng báo hiệu Mạng báo hiệu được đặc trưng bằng các thành phần sau đây: - Điểm báo hiệu (SP) - Đường báo hiệu (SL) Tuyến số dùng cho chuyển tiếp các MSUs giữa hai điểm báo hiệu đối diện nhau gọi là đường báo hiệu (SL). Trong mạng vật lý SL tương ứng với một khe thời gian dùng riêng trong tuyến đường PCM. Một thiết bị đầu cuối báo hiệu (ST - Signaling Terminal) tại mỗi đầu của SL tạo nên một đường báo hiệu hoàn


chỉnh. Một số điểm báo hiệu (đặc biệt trong tổng đài quá giang) trong mạng SS7 được trao nhiệm vụ làm công việc như là điểm chuyển tiếp báo hiệu STP. Trong khu vực đô thị đông dân với cường độ lưu lượng lớn người ta phải thiết lập một hoặc nhiều STP đứng độc lập. Hình 18 dưới đây mô tả mạng báo hiệu SS7.

Hình 18. Mạng báo hiệu SS7


CHUYỂN MẠCH QUANG - CẤU TRÚC VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM

ThS.Cao Hồng Sơn

1. MỞ ĐẦU

Các hệ thống thông tin quang đã được lắp đặt thành công trên các mạng đường trục và hầu như phần lớn các cuộc gọi đường dài tại Việt Nam đều qua mạng cáp sợi quang. Sự phát triển này có được là nhờ có sợi quang suy hao cực bé và sự hoàn thiện laser bán dẫn về các đặc tính phổ, các đặc tính điều chế, độ tin cậy và các đặc tính liên kết. [1]. Các hệ thống thông tin quang tốc độ bít cực cao sẽ đáp ứng yêu cầu ngày càng tăng về lưu lượng của thông tin đa phương tiện. Công nghệ then chốt bao gồm kỹ thuật khuếch đại quang và bù tán sắc nhằm tăng cự ly thông tin.

Hệ thống các nút cần thiết cho xử lý, thu và phát tín hiệu quang là một bộ phận không thể tách rời của mạng thông tin quang. Vì vậy chuyển mạch quang phân chia thời gian, không gian, bước sóng và phân chia theo mã đều trở nên quan trọng. Các thiết bị chuyển mạch quang sẽ được sử dụng như là các phần tử trong các hệ thống xử lý tín hiệu quang [2].

II. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI CHUYỂN MẠCH QUANG

1. Chuyển mạch quang phân chia theo không gian

Đây là loại chuyển mạch quan trọng nhất và có hai loại cấu hình. Loại thứ nhất có cổng ra được lựa chọn trực tiếp và về nguyên tắc không có suy hao chuyển mạch. Cổng ra được lựa chọn nhờ điều khiển chiết xuất của ống dẫn sóng. Chiết xuất thay đổi nhờ dòng phun, nhờ điện trường ngoài và nhờ nhiệt. Loại thứ hai có tín hiệu vào được phân chia đều cho các cổng ra và các thiết bị cổng lựa chọn cổng ra theo yêu cầu. Trong trường hợp này, công suất tín hiệu phân chia cho các tuyến không lựa chọn và có suy hao chuyển mạch. Tuy nhiên nó có khả năng nối các tuyến ra đồng thời. Bộ khuếch đại quang bán dẫn và bộ điều chế hấp thụ có thể được sử dụng làm thiết bị cổng. Bộ khuếch đại quang bù lại suy hao của ống dẫn sóng bán dẫn và suy hao chuyển mạch.

Tốc độ chuyển mạch và kích cỡ ma trận chuyển mạch của chuyển mạch không gian điển hình được thể hiện trong hình 1.

Ống dẫn sóng suy hao rất thấp thích hợp với cấu trúc ma trận chuyển mạch cỡ lớn được chế tạo nhờ sử dụng thạch anh và dựa vào các mạch sóng ánh sáng phẳng (PLC). Ma trận chuyển mạch quang 16x16 đã được chế tạo nhờ công nghệ PLC gồm 256 chuyển mạch cơ bản 2x2 loại Mach - Zehnder. Loại chuyển mạch này sử dụng nhiệt - quang để thay đổi chiết xuất của PLC nên tốc độ chuyển mạch nằm trong phạm vi mili giây (ms). Trong những năm gần đây đã sử dụng ống dẫn sóng và các thiết bị cổng logic để chế tạo các ma trận chuyển mạch phân chia không gian [3].


Hình 1. Tốc độ chuyển mạch phụ thuộc kích cỡ ma trận chuyển mạch

2. Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

Hệ thống ghép bước sóng là rất cần thiết để thay đổi kênh tín hiệu từ bước sóng li thành lj tại các nút mạng. Chuyển mạch bước sóng được phân thành hai loại: (1) quảng bá và lựa chọn, (2) định tuyến bước sóng. Loại thứ nhất như hình 2. Coupler hình sao dùng để xáo trộn các bước sóng vào và phát quảng bá chúng tới các đầu ra. Các bộ lọc quang tại đầu ra coupler hình sao cho phép chuyển mạch bước sóng không tắc nghẽn. Muốn chuyển một số bước sóng tới người sử dụng dịch vụ, cần sử dụng các bộ chuyển đổi bước sóng (WC) để hoán vị bước sóng.

Hình 2. Chuyển mạch phân chia theo bước sóng quảng bá và lựa chọn

Chuyển mạch định tuyến bước sóng như hình 3, gồm hai dãy WC đặt tại hai phía bộ định tuyến bước sóng dùng cách tử (WGR). Các WC trong tầng đầu chuyển đổi các bước sóng vào. Nếu bước sóng tại cổng vào i cần định tuyến tới cổng ra j thì bước sóng của nó trước tiên được chuyển thành [3]:

λi+j = λ0 - (i+j) Δλ


trong đó λ0 là bước sóng tham chiếu được xác định bởi WGR, Δλ là khoảng cách giữa hai bước sóng kề nhau. Tại đầu ra của WGR các bước sóng lại được chuyển đổi một lần nữa trở về bước sóng ban đầu.

Hình 3. Chuyển mạch định tuyến bước sóng

So sánh hai phương pháp chuyển mạch bước sóng trên đây nhận thấy phương pháp quảng bá và lựa chọn thực hiện đơn giản hơn, nhưng suy hao phân bố rộng. Phương pháp định tuyến bước sóng có suy hao công suất thấp nhưng đòi hỏi điều khiển và chuyển đổi bước sóng chính xác.

Trong cả hai phương pháp chuyển mạch nói trên, các bước sóng đầu vào được định tuyến trong miền không gian. Cũng có khả năng thực hiện chuyển mạch bước sóng trong miền bước sóng. Phương pháp này gọi là trao đổi kênh bước sóng (WCI) và tương đương về mặt logic với trao đổi khe thời gian (TSI). Hình 4 mô tả WCI. Trong mô hình này gồm bộ ghép bước sóng, một dãy các bộ chuyển đổi bước sóng (WC) và coupler, việc chuyển mạch bước sóng được thực hiện trong cùng một kênh bước sóng. Tách bước sóng được cấu trúc nhờ kết hợp bộ chia công suất quang và bộ lọc bước sóng. Điều chỉnh bước sóng của tách bước sóng hoặc chuyển đổi là cần thiết để chuyển mạch bước sóng tuỳ ý từ i thành j. Cả hai cách kết hợp sau đây đều có khả năng: thứ nhất là kết hợp bộ tách ống dẫn sóng có bước sóng cố định với một laser điều hưởng (điều chỉnh l được). Thứ hai là bộ tách công suất, bộ lọc điều hưởng bước sóng và một laser có bước sóng cố định. Một laser điều hưởng và/hoặc bộ lọc là thành phần chủ yếu trong trường hợp bất kỳ.

Bước sóng hoạt động của bộ chuyển đổi bước sóng sẽ chiếm hầu hết vùng bước sóng của hệ thống WDM nhằm đảm bảo chuyển mạch tuỳ ý giữa các kênh WDM. Tín hiệu quang có tốc độ bít 10Gbit/s đã được chuyển đổi khi sử dụng sơ đồ điều chế khuếch đại ánh sáng phun. Một thực nghiệm chuyển mạch quang 16 kênh WDM đã thực hiện thành công khi sử dụng thiết bị chủ chốt này. Cần chú ý là WCI sử dụng một coupler thay cho bộ ghép bước sóng, vì các bộ chuyển đổi bước sóng có khả năng chuyển đổi các bước sóng khác nhau. Khi WCI sử dụng cùng với WGR có thể hoạt động như chuyển mạch bước sóng-không gian-bước sóng (λ-S-λ) hoặc S-λ-S.


Hình 4. Chuyển mạch bước sóng

3. Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian chuyển tạm thời các tín hiệu quang đã ghép giữa các khe thời gian ti và tj. Chuyển từng bít của tín hiệu 10Gbit/s cần một thời gian chuyển mạch tối thiểu là 100ps. Tuy nhiên đòi hỏi thời gian chuyển mạch phải được điều tiết trong trường hợp chuyển gói tin chứa hàng trăm bít. Chuyển mạch phân chia thời gian rất hấp dẫn đối với đa truy nhập phân chia thời gian, trong đó lưu lượng được ghép theo thời gian. Vì các photon không thể dễ dàng lưu giữ và hồi phục sau khi trễ lập trình nên việc thực hiện chuyển mạch phân chia thời gian hoặc trao đổi khe thời gian là không dễ dàng. Dây trễ lập trình gồm các vòng sợi và một chuyển mạch 2x2 như hình 5a. Thời gian trễ của một vòng sợi là T lấy bằng chu kỳ của một gói, thời gian trễ lập trình kT (k là số lần mà gói tin đi qua vòng sợi trong một dây trễ) được thực hiện bằng cách thay đổi trạng thái của chuyển mạch 2x2. Trước tiên đặt chuyển mạch ở trạng thái “chéo” trong thời hạn T để chuyển gói tin đầu vào tới vòng sợi. Sau đó đặt chuyển mạch ở trạng thái “ngang” trong thời hạn (k-1)T. Cuối cùng đặt lại chuyển mạch ở trạng thái “chéo” và thời gian trễ tổng là kT.

Sử dụng các dây trễ lập trình, TSI được thực hiện theo sơ đồ trong hình 5b. Tầng đầu tiên là bộ tách khe thời gian (TSDEMUX). Hoạt động của TSDEMUX như hình 5c, trong đó các khe thời gian được sắp xếp trong miền thời gian. Tại các đầu ra của TSDEMUX, các khe thời gian xuất hiện đồng thời và đi vào dây trễ tương ứng. Bộ ghép khe thời gian như hình 5d.


Hình 5. Chuyển mạch phân chia thời gian

Trong thực tế chuyển mạch phân chia thời gian kết hợp với chuyển mạch phân chia không gian và/ hoặc chuyển mạch phân chia bước sóng.

Vì các dây trễ lập trình đã đề cập trên đây có suy hao công suất quang đáng kể và gây ra lỗi thời gian sau một quá trình trễ dài, vì vậy đòi hỏi thiết kế phải rất chính xác. Khi chuyển mạch nhiều chiều có thể không cần dùng các dây trễ và chuyển mạch phân chia thời gian được thực hiện theo một số phương pháp khác nhau. Chẳng hạn chuyển mạch T- S -T được thực hiện nhờ sử dụng kết hợp WC-WGR-WC như hình 6.

Hình 6. Chuyển mạch quang T - S - T sử dụng WC-WGR-WC

Laser hai trạng thái cũng là một trong những bộ nhớ bít của chuyển mạch số, nhưng yêu cầu nghiêm ngặt về cải thiện tốc độ hoạt động và dung lượng.


4. Chuyển mạch quang phân chia theo mã

Trong xã hội xử lý thông tin hiện đại của thế kỷ 21, tốc độ terabit/s (Tbit/s) của các mạng băng rộng và tốc độ siêu cao trở nên cần thiết để thực hiện thông tin đa phương tiện, chẳng hạn video theo yêu cầu, chữa bệnh từ xa, hiện thực ảo v.v. Trong mạng thông thường, sợi quang được sử dụng làm đường dây truyền dẫn, nhưng các nút chuyển mạch lại gồm các mạch điện tử phức tạp. Vì vậy chuyển đổi O/E và E/O là không tránh khỏi tại mỗi nút và các mạch điện tử hạn chế tốc độ của mạng. Vì vậy các mạng quang hoàn toàn, trong đó các tín hiệu quang được chuyển mạch nhờ các tín hiệu điều khiển quang là rất cần thiết để thực hiện các mạng thế hệ sau có dung lượng cỡ terabít. Các mạng quang hoàn toàn tốc độ siêu cao đòi hỏi định tuyến tự động, do các chức năng thiết lập cuộc gọi và đồng bộ trong mỗi nút làm cho cấu hình nút chuyển mạch trở nên phức tạp và đắt.

Các phương pháp ghép quang như phân chia theo thời gian (OTDM) và phân chia theo bước sóng (WDM) đã được ứng dụng vào thực tế. Phương pháp OTDM sử dụng các thiết bị nhớ quang tốc độ cao và dung lượng lớn, và cũng cần đồng bộ thời gian nghiêm ngặt giữa các nút thông tin. Phương pháp WDM không yêu cầu đồng bộ thời gian giữa các nút, nhưng phải sử dụng các thiết bị quang phức tạp như các bộ chuyển đổi bước sóng và các bộ lọc. Tuy nhiên nếu cả công nghệ OTDM và WDM đều được chấp nhận thì dung lượng ghép thực tế cũng chưa đủ.

Mặt khác, phương pháp truy nhập ghép phân chia mã quang (CDMA) đang thu hút sự tập trung nghiên cứu. Mặc dù CDMA được đặc trưng bởi phương pháp truy nhập theo yêu cầu, việc nghiên cứu nó sẽ có liên quan đến phương pháp nối định hướng và gọi là ghép phân chia mã quang (OCDM). Phương pháp này có các đặc điểm như : thứ nhất, các bộ giải mã và lập mã trong OCDM có thể được thực hiện nhờ các thiết bị quang đơn giản hơn so với các phương pháp OTDM và WDM. Thứ hai, không yêu cầu hệ thống điều khiển đồng bộ thời gian như phương pháp OTDM. Thứ ba, có khả năng nối tới mạng không dây và có dây.

Mạng chuyển mạch OCDM dựa trên nguyên tắc tự định tuyến và cấu trúc thiết bị chuyển mạch quang hoàn toàn không tuyến tính là một trong những thành phần chủ yếu của mạng. Phương pháp tập hợp gói thích hợp cho truyền dẫn tự định tuyến, cấu hình của chuyển mạch OCDM và cấu trúc mạng sẽ được trình bày sau đây.

- Phương pháp tập hợp gói

Hình 7 là khuôn dạng (format) một gói quang thích hợp cho truyền dẫn tự định tuyến [3].


Hình 7. Format gói quang

Thẻ định tuyến có chiều dài thay đổi, chứa thông tin định tuyến đầy đủ, gồm một dãy số thứ tự cổng ra của tất cả các nút đi qua để tới địa chỉ thu. Để việc xử lý định tuyến được đơn giản, mỗi bít tham chiếu tương ứng với mỗi kênh ra của chuyển mạch, nghĩa là chỉ một bít đại diện cho kênh ra yêu cầu được đặt bằng “1” và các bít khác đặt bằng “0”. Khi các gói được chuyển đi từ chuyển mạch, các bít tham chiếu tại đầu đề của các thẻ định tuyến được loại bỏ nên tăng tỷ lệ chiếm giữ tải trọng trong các gói và đảm bảo rằng thông tin định tuyến cho nút tiếp theo đã xuất hiện tại phần đầu của thẻ định tuyến.

Trong phần trên của hình 7 chỉ rõ gói như là một dãy của các trường đầu đề. Chú ý là gói được chuyển đi từ trái qua phải. Bít tách gói chỉ thị rằng gói được chuyển đi bắt đầu từ bít này. Trong format này giả thiết bít tách gói là “1”. Đầu đề chứa các thông tin thẻ như nguồn địa chỉ của thẻ lớp cao hơn.

- Cơ cấu chuyển mạch OCDM

Hình 8 là cấu hình của chuyển mạch OCDM, trong đó các gói đã được mô tả trong phần trên đây được chuyển mạch dựa trên nguyên tắc tự định tuyến. Chuyển mạch gồm các modul như: nối, giải mã, tái tạo tín hiệu, xử lý định tuyến và lập mã. Chuyển mạch OCDM được thực hiện nhờ chuyển đổi mã OCDM của tín hiệu vào thành mã OCDM của tín hiệu ra phù hợp với thẻ định tuyến.


Hình 8. Cấu tạo của chuyển mạch OCDM

Các tín hiệu ghép phân chia mã quang tại đầu vào khối phân chia được chuyển tới n đường dây ra, trong đó n là số kênh. Các bộ giải mã trong OCDM giải mã tín hiệu nhờ các dây trễ. Các tín hiệu sau giải mã được gửi tới bộ tái tạo tín hiệu để gạt bỏ nhiễu giao thoa nhờ bộ hạn chế quang. Các tín hiệu của bít tách gói được lấy ra từ tín hiệu đã tái tạo đưa tới bộ xử lý định tuyến.Các tín hiệu đã được tái tạo, trừ bít tách gói được phân chia thành các phần đầu đề của cờ định tuyến và các phần khác để gửi tới bộ xử lý định tuyến và bộ lập mã tương ứng. Để phân phối các dãy bít cần sử dụng hoặc chuyển mạch quang hoặc bộ chia có điều khiển thu thông báo. Tại đầu vào bộ lập mã, tín hiệu bít tách gói được bổ sung vào tín hiệu gói. Căn cứ vào phần đầu đề của thẻ định tuyến, bộ xử lý định tuyến tạo ra mã OCDM và điều khiển bộ lập mã. Các tín hiệu đã lập mã được kết hợp lại nhờ bộ kết hợp và gửi tới đầu ra chuyển mạch.

III. ĐẶC ĐIỂM CỦA CHUYỂN MẠCH QUANG

Mặc dù các tuyến truyền dẫn quang có dung lượng rất lớn, nhưng hầu hết tín hiệu trong mạng hiện tại đều được chuyển mạch nhờ các chuyển mạch điện tử. Trong tương lai gần, các chuyển mạch quang sẽ thay thế dần các chuyển mạch điện tử. So với chuyển mạch điện tử, các thiết bị chuyển mạch quang có các ưu điểm sau đây:

1) Băng tần rộng

Ưu điểm lớn nhất của việc đưa công nghệ quang vào hệ thống thông tin là tính thông suốt của nó đối với mọi tốc độ bít. Một hệ thống chuyển mạch điện tử có khả năng thông qua nhiều gigabit nhờ ghép song song các phần tử chuyển mạch đơn, vì mỗi phần tử này chỉ có khả năng thông qua lớn nhất là 1 Gbit/s. Trong khi đó một chuyển mạch quang đơn lẻ có khả năng thông qua hàng trăm Gbit/s [4].

2) Tốc độ bit cao

Tốc độ hoạt động của các các chuyển mạch điện tử bị hạn chế tới 20Gbit/s do hằng số thời gian CR của các mạch điện và rung pha (jitter) tín hiệu giữa các chuyển mạch song song. Chuyển mạch quang điều khiển bằng điện tử cũng có tốc độ chuyển mạch hạn chế do các mạch điện. Chuyển mạch pico giây (ps) có thể thực hiện trong chuyển mạch quang điều khiển quang.

3) Nhiều bước sóng


Hệ thống ghép bước sóng (WDM) có băng tần rất rộng. Ghép tần số điện tử (FDM) được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục. Ghép bước sóng quang cung cấp dung lượng truyền dẫn lớn nhờ ghép các tín hiệu đã được ghép theo điện tử. Đã có các hệ thống ghép hàng chục bước sóng đưa vào hoạt động trong miền bước sóng suy hao thấp của sợi quang. Chuyển mạch bước sóng giữa các kênh ghép bước sóng đang được triển khai trên một số hệ thống WDM.

4) Tiêu thụ công suất thấp

Các thiết bị chuyển mạch ứng dụng hiệu ứng điện - quang để thay đổi chiết xuất không sinh nhiệt. Đây là ưu điểm đối với hoạt động công suất thấp. Từ quan điểm hệ thống chuyển mạch toàn bộ phải kể đến công suất tiêu thụ của mạch điều khiển. Nếu dùng điều khiển quang thay cho điều khiển điện tử thì tổng công suất tiêu thụ của chuyển mạch giảm đáng kể.

5) Ít chức năng

Chuyển mạch quang có ít chức năng hơn chuyển mạch điện tử. Chuyển mạch quang có thế mạnh trong các hoạt động chuyển mạch đơn giản có tốc độ cao và khả năng thông qua lớn. Tuy nhiên chuyển mạch điện tử phải được ưu tiên hơn trong các chức năng như đọc các tín hiệu đầu đề (header), điều khiển định tuyến. Trong công nghệ quang hiện đại, thiết bị nhớ quang tốc độ cao không thể thiếu trong điều khiển định thời các xung quang sử dụng dây trễ sợi quang có cấu trúc đơn giản hơn RAM điện tử.

IV. KẾT LUẬN

Trong những năm gần đây việc nghiên cứu chuyển mạch quang đã đạt nhiều thành tựu. Các loại cấu hình chuyển mạch quang đã được thử nghiệm trên các tuyến thực tế. Chuyển mạch quang phân chia không gian kết hợp chặt chẽ với định tuyến bước sóng đã được sử dụng vào các nút xen / rẽ quang (OADM) và nối chéo quang (OXC) trên các tuyến thông tin quang ghép chặt các bước sóng (DWDM). Còn chuyển mạch phân chia theo thời gian và phân chia theo mã đã được ứng dụng vào chuyển mạch gói quang ATM. Chuyển mạch quang sẽ đóng vai trò hết sức quan trọng trong mạng quang thế hệ sau.


CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC

Quý Minh I. GIỚI THIỆU Công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực PLC (Power Line Communication) mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực thông tin. Với việc sử dụng các đường dây truyền tải điện để truyền dữ liệu, công nghệ PLC cho phép kết hợp các dịch vụ truyền tin và năng lượng. Trước đây, những thành tựu của khoa học kỹ thuật từ những năm 50 của thế kỷ 20 đã cho phép sử dụng đường dây điện lực để truyền các tín hiệu đo lường, giám sát, điều khiển. Cùng với tốc độ phát triển nhanh chóng của các công nghệ khác trong lĩnh vực viễn thông và công nghệ thông tin, hiện nay công nghệ PLC đã cho phép cung cấp dịch vụ truyền tải điện kết hợp với truyền dữ liệu trực tiếp tới người sử dụng [1,2]. II. HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC II.1. Hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển trên đường dây điện lực: Khởi đầu của công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực là hệ thông hỗ trợ đọc công tơ điện. Sau đó hệ thống này được phát triển bổ xung thêm các chức năng giám sát, cảnh báo và điều khiển. Hình 1 miêu tả các thành phần chính của hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển trên đường dây điện lực.

Hình 1. Các thành phần chính của hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển trên đường dây điện lực Hệ thống này bao gồm các khối chức năng như sau: - MFN (Multi Function Node) : nút đa chức năng được đặt tại mỗi hộ dân, nút này có thể tích hợp hay tách biệt với công tơ điện. Ví dụ: MFN đọc số liệu công tơ điện và ghi vào bộ nhớ rồi gửi đến CCN. - CCN (Concentrator & Communication Node): nút tập trung và truyền thông (thường được đặt tại trạm con) quản lý các MFN trong vùng, ví dụ tập hợp số liệu của các công tơ điện. - OMS (Operation & Management System): hệ thống khai thác và quản lý, quản lý một nhóm các CCN. Các số liệu công tơ điện do CCN tập hợp rồi ghi vào OMS để lưu giữ và phân tích. Từ chức năng ban đầu là tự động đọc số công tơ, ghi lại và chuyển số liệu về trung tâm , các chức năng giám sát hoạt động, cảnh báo và điều khiển đã được phát triển. II.2. Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực Mạng đường dây điện hạ thế có thể sử dụng như một hệ thống truyền thông. Mạng gồm nhiều kênh, mỗi kênh là một đường truyền vật lý nối giữa trạm con và một hộ dân, có các đặc tính và chất lượng kênh truyền khác nhau và thay đổi theo thời gian. Tín hiệu được truyền trên sóng điện xoay chiều 50 Hz sau đó có thể được trích ra bởi một connector kết nối vào đường dây.


Mô hình hệ thống truyền thông số (digital) sử dụng đường dây điện lực được thể hiện trong hình 2.

Hình 2. Mô hình hệ thống truyền thông tin số trên đường dây điện lực Trong mô hình này các tham số quan trọng của hệ thống là trở kháng đầu ra của máy phát Zt và trở kháng đầu vào của máy thu Zl. Đường dây điện lực giống như một anten phát/thu làm cản trở quá trình phát/thu tin. Mạch ghép được sử dụng với hai mục đích, thứ nhất nó chặn các tín hiệu xoay chiều 50 Hz gây hại, thứ hai nó xác nhận thành phần chính của tín hiệu phát/thu nằm trong băng tần được cấp phát cho truyền thông. Điều này giúp làm tăng dải động của máy thu và đảm bảo máy phát không đưa nhiễu lên kênh. III. MỘT SỐ ẢNH HƯỞNG ĐỐI VỚI VIỆC TRUYỀN THÔNG TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰCKhi truyền tín hiệu trên đường dây điện lực, đường dây giống như một anten lớn nhận các nhiễu và phát xạ tín hiệu. Khi sử dụng cho ứng dụng truyền thông tin, quá trình phát xạ cần được xem xét thận trọng [3]. Nhiễu và phát xạ từ đường dây trong nhà các hộ dân cư là một vấn đề cần được chú ý khắc phục bởi nếu các đường dây này không được bọc bảo vệ tốt thì sẽ phát xạ mạnh gây ảnh hưởng đáng kể. Một giải pháp khắc phục là sử dụng các bộ lọc chặn tín hiệu truyền thông. Mặt khác mọi hệ thống truyền thông luôn cố gắng để đạt được phối hợp trở kháng tốt, nhưng mạng đường dây điện lực chưa thích nghi được với vấn đề này vì trở kháng đầu vào (hay đầu ra) thay đổi theo thời gian đối với tải và vị trí khác nhau, nó có thể thấp cỡ mW hay cao tới hàng nghìn W, và thấp một cách đặc biệt tại các trạm con. Một số trở kháng không phối hợp khác có thể xuất hiện trên đường dây điện lực (ví dụ do các hộp cáp không phối hợp trở kháng với cáp), và vì vậy suy giảm tín hiệu càng lớn hơn. SNR là một tham số quan trọng để đánh giá hiệu năng của hệ thống truyền thông: SNR = công suất thu được/công suất nhiễu SNR càng cao thì truyền thông càng tốt. Công suất nhiễu trên đường dây điện lực là tập hợp tất cả các nhiễu loạn khác nhau thâm nhập vào đường dây và vào máy thu. Các tải được kết nối vào mạng như ti vi, máy tính, máy hút bụi… phát nhiễu và truyền bá qua đường dây điện; các hệ thống truyền thông khác cũng có thể đưa thêm nhiễu vào máy thu. Khi tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu, công suất tín hiệu sẽ bị suy hao, nếu suy hao quá lớn thì công suất thu sẽ rất nhỏ và máy thu không tách ra được. Suy hao trên đường dây điện lực rất cao (lên tới 100 dB) làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn. Một giải pháp là sử dụng các bộ lặp đặt tại các hộp cáp để tăng chiều dài truyền thông. Để cải thiện tỷ số SNR, ta cũng có thể sử dụng các bộ lọc đặt tại mỗi hộ dân, nhưng chi phí cho việc này sẽ rất cao. Đường dây điện lực được xem như một môi trường rất nhạy cảm với nhiễu và suy hao, tuy nhiên các tham số này luôn tồn tại và cũng là những vấn đề luôn cần quan tâm trong mọi hệ thống truyền thông đang sử dụng hiện nay. Mô hình truyền thông đường dây điện lực với các tham số (trở kháng không phối hợp, suy hao, nhiễu)


thay đổi theo thời gian được trình bày trong hình 3. Mọi yếu tố gây suy giảm ngoại trừ nhiễu được chỉ ra như những bộ lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian với đặc trưng là đáp ứng tần số của nó.

Hình 3. Các yếu tố gây suy giảm trên kênh đường dây điện lực Hàm truyền đạt và nhiễu được ước tính thông qua các số liệu đo và phân tích lý thuyết. Một vấn đề phức tạp của kênh đường dây điện lực là sự thay đổi theo thời gian của các yếu tố ảnh hưởng. Mức nhiễu và suy hao phụ thuộc cục bộ vào các tải được kết nối, mà chúng lại thay đổi theo thời gian. Dẫn tới trạng thái của kênh cũng thay đổi theo thời gian, gây khó khăn cho việc thiết kế hệ thống. Một giải pháp được đưa ra là làm cho hệ thống truyền thông thích nghi với trạng thái thay đổi theo thời gian của kênh truyền, tuy nhiên chi phí cho giải pháp này cũng khá cao. Thực tế đường dây điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, các đặc tính của kênh thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào tải và vị trí, cho đến nay các đặc tính cụ thể của kênh vẫn là những vấn đề được nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả. IV. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Công nghệ PLC tạo thêm một khả năng mới để mạng lưới đường dây điện trở thành một thành phần trong cơ sở hạ tầng thông tin, cùng với các công nghệ khác như thông tin quang, truyền hình cáp, vệ tinh, xDSL... Truyền thông tin trên đường dây điện lực có nhiều ưu điểm như: - Mạng lưới điện có mặt ở hầu khắp mọi nơi. - Mạng điện hạ thế có thể được dùng để thiết lập một cơ sở hạ tầng mạng sẵn có cho hàng triệu khách hàng, doanh nghiệp riêng biệt trên toàn thế giới, có đường dẫn tới tận các ổ cắm điện phục vụ cho cả thiết bị gia đình và thiết bị điện công nghiệp. - PLC có thể cung cấp khả năng truy nhập tốc độ cao, tốc độ truyền thông đã đạt tới hành trăm Mb/s. - Mạng lưới đường dây điện đã được xây dựng nên có lợi thế về chi phí đầu tư cơ bản, cơ sở hạ tầng đường dây điện đã có sẵn, nên nó có thể cho phép cạnh tranh với giá rẻ hơn các kỹ thuật truy nhập viễn thông nội vùng khác (thường yêu cầu vốn đầu tư cơ bản lớn). Từ các ứng dụng ban đầu như đo lường từ xa, quản lý điều khiển và phân phối tự động từ xa, hiện nay các dịch vụ viễn thông dựa trên kỹ thuật PLC như điện thoại, truy nhập Internet, truyền thoại và video trên đường dây điện lực đã phát triển. Mặc dù vẫn còn một số vấn đề cần tiếp tục xem xét xử lý bởi đường dây điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, việc tích hợp kỹ thuật thông tin vào các hệ thống năng lượng là một hướng đi mới đối với sự phát triển chung của cơ sở hạ tầng xã hội. Cùng với các công nghệ viễn thông khác như thông tin quang, truyền hình cáp, xDSL... công nghệ PLC đã tạo thêm một khả năng lựa chọn mới cho người sử dụng. Trong tương lai sự kết hợp của PLC và các công nghệ thông tin - viễn thông khác sẽ có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ giá trị gia tăng, mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng và dịch vụ mới góp phần phát triển cơ sở hạ tầng thông tin và truyền thông.


KỸ THUẬT TRỘN SONG SONG TRONG HỆ THỐNG ATM

ThS.Vũ Hoàng Hiếu Kỹ thuật trộn song song cho phép thực hiện trộn với tốc độ dữ liệu rất cao trong các hệ thống truyền dẫn số hiện nay. Bài viết này đề cập đến các kỹ thuật trộn song song như: trộn đồng bộ khung FSS song song, trộn mẫu phân bố DSS song song và trộn tự đồng bộ SSS song song. Bài viết cũng xem xét khả năng ứng dụng của kỹ thuật trộn này đối với hệ thống ATM. I. Giới thiệu Truyền dẫn số là kỹ thuật truyền các tín hiệu thông tin ở dạng chuỗi xung số từ vị trí phát đến ví trí thu. Yêu cầu của truyền dẫn số là tại đầu thu phải khôi phục lại trung thực tín hiệu thông tin đã được phát đi. Để thực hiện được điều này các hệ thống truyền dẫn số phải khắc phục được các yếu tố gây biến dạng tín hiệu như: nhiễu, jitter... Một trong những biện pháp truyền thống để đạt được điều này trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ thấp là sử dụng kỹ thuật mã hóa đường dây như AMI, BnZS hay HDBn. Tuy nhiên kỹ thuật mã hóa đường dây không phù hợp với các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao do việc tăng số mức tín hiệu làm tăng đáng kể độ phức tạp của hệ thống. Để khắc phục hạn chế trên của kỹ thuật mã hóa đường dây, trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao tín hiệu thường được xử lý trộn trước khi thực hiện mã hóa đường dây. Về bản chất, trộn là quá trình xử lý ngẫu nhiên hóa tín hiệu ở mức bit trước khi truyền dẫn nhằm tăng độ ổn định việc thu xung nhịp, giảm jitter và nhiễu, do đó tăng độ ổn định và độ tin cậy của dữ liệu thu. Xử lý trộn là một chức năng quan trọng trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao. Cấu trúc của một bộ trộn hay giải trộn bao gồm các thanh ghi dịch và các cổng cộng loại trừ (exclusive-OR). Để khôi phục hoàn hảo chuỗi dữ liệu gốc, các thanh ghi dịch trong bộ giải trộn phải được đồng bộ trạng thái tương ứng với trạng thái của các thanh ghi dịch trong bộ trộn. Theo phương pháp đồng bộ các thanh ghi dịch giữa bộ trộn và bộ giải trộn mà người ta phân loại kỹ thuật trộn thành: trộn đồng bộ khung (FSS), trộn mẫu phân bố (DSS) và trộn tự đồng bộ (SSS). - Trong trộn đồng bộ khung (FSS), trạng thái của các thanh ghi dịch trong bộ trộn và bộ giải trộn được đồng bộ bằng cách thiết lập lại đồng thời trạng thái của các thanh ghi dịch ở cả hai phía về một trạng thái xác định trước tại đầu mỗi khung; - Trong trộn mẫu phân bố (DSS), các mẫu trạng thái của các thanh ghi dịch của bộ trộn được tách ra và được truyền đến phía thu đề đồng bộ các thanh ghi dịch của bộ giải trộn; - Trong trộn tự đồng bộ (SSS), trạng thái của các thanh ghi dịch trong bộ trộn và bộ giải trộn tự đồng bộ với nhau mà không cần quá trình xử lý đồng bộ. Ba kỹ thuật trộn này có những ứng dụng khác nhau trong thực tế như: kỹ thuật FSS sử dụng trong hệ thống SDH, kỹ thuật DSS sử dụng trong hệ thống cell-based ATM và kỹ thuật SSS sử dụng trong hệ thống SDH-based ATM. Mặt khác theo phương pháp đưa chuỗi tín hiệu vào bộ trộn có thể phân biệt kỹ thuật trộn thành: trộn liên tiếp; trộn song song hay trộn song song đa bit. Bài viết này xem xét chủ yếu kỹ thuật trộn song song và các ứng dụng của nó trong hệ thống ATM. II. Kỹ thuật trộn song song Trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao, tín hiệu truyền dẫn ở tốc độ cao được tạo ra bằng cách ghép kênh một số tín hiệu tốc độ cơ bản. Các tín hiệu cơ bản đến đầu vào một cách song song và được ghép lại thành một tín hiệu tốc độ cao. Tín hiệu này sau đó được đưa vào trộn bằng một trong ba kỹ thuật FSS, DSS hoặc SSS. Phương pháp đưa tín hiệu đã được ghép kênh vào bộ trộn như trên là phương pháp trộn liên tiếp.


Nhược điểm của phương pháp trộn liên tiếp là tốc độ của tín hiệu đưa vào bộ trộn lớn, do đó yêu cầu bộ trộn phải có năng lực xử lý cao. Để khắc phục nhược điểm này của phương pháp trộn liên tiếp, trong phương pháp trộn song song tín hiệu được thực hiện trộn trước khi đưa vào ghép kênh do đó tốc độ trộn giảm đi đáng kể. II.1. Trộn đồng bộ khung song song Cấu trúc bộ trộn đồng bộ khung song song như mô tả trong hình 1 [3]. Trong đó N tín hiệu vào song song {bkj}, j = 0, 1, ... , N-1 được trộn trước khi ghép kênh bằng cách cộng tương ứng với các chuỗi trộn song song {skj}, j = 0, 1, ... , N-1. Ngược lại tín hiệu trộn {bk+sk} được giải trộn sau khi giải ghép kênh bằng cách cộng tương ứng với các chuỗi trộn song song {skj}. Bộ phát ghi dịch SRG tạo ra các chuỗi trộn và giải trộn song song được gọi là bộ phát ghi dịch song song (PSRG). Các PSRG trong FSS song song được thiết lập lại ở đầu mỗi khung như trong FSS liên tiếp.

Hình 1. Cấu trúc của bộ trộn FSS song song Trộn FSS song song có thể xem như FSS liên tiếp nếu PSRG được sắp xếp sao cho tín hiệu trộn song song {bk+sk} giống với tín hiệu trộn liên tiếp với cùng tín hiệu vào song song {bkj} [3]. Như vậy tín hiệu ghép kênh của các chuỗi trộn song song {skj}, j = 0, 1, ... , N-1 phải giống với chuỗi trộn liên tiếp {sk} và nếu sử dụng bộ ghép kênh trèn M bit, các chuỗi trộn song song {skj} phải có dạng:

Bộ phát ghi dịch PSRG phát các chuỗi song song ở dạng này được gọi là bộ phát ghi dịch PSRG (M, N). II.2. Trộn mẫu phân bố song song Cấu trúc của bộ trộn mẫu phân bố song song như mô tả trong hình 2 [3]. Trong kỹ thuật trộn mẫu phân bố song song, N tín hiệu đầu vào song song {bkj} được trộn trước khi ghép kênh bằng cách cộng các chuỗi trộn song song {skj} được tạo ra bởi các bộ phát ghi dịch song song PSRG phía trộn, tín hiệu đã được trộn {bk+sk} được giải trộn sau khi phân kênh bằng cách cộng các chuỗi giải trộn song song {Ùskj} được tạo ra bởi PSRG phía giải trộn. Như trong trộn mẫu phân bố DSS liên tiếp các thanh ghi dịch SRG được đồng bộ bởi các hàm lấy mẫu và tương quan, trong trộn mẫu phân bố DSS song song các thanh ghi dịch song song PSRG cũng được đồng bộ bởi các hàm lấy mẫu song song và tương quan song song. Bộ trộn mẫu phân bố DSS song song trong hình 2 tương ứng với bộ trộn mẫu phân bố DSS liên tiếp nếu bộ phát ghi dịch song song PSRG được bố trí thành một bộ phát ghi dịch PSRG (M,N) tạo ra các chuỗi trộn song song như trong hệ thức (1). Ngoài ra, các hàm trộn song song phải được sắp xếp để các mẫu zi hoặc Ùzi của nó giống với các mẫu trong trộn mẫu phân bố DSS liên tiếp và các hàm tương quan song song phải được tổ chức để các chuỗi giải trộn song song {Ùskj} được tạo ra bởi bộ phát ghi dịch song song PSRG phía giải trộn giống với các chuỗi trộn song song {skj} khi các trạng thái của bộ phát ghi dịch


song song PSRG phía giải trộn được tương quan bởi logic tương quan song song.

Hình 2. Cấu trúc của bộ trộn DSS song song II.3. Trộn tự đồng bộ song song Cấu trúc của bộ trộn tự đồng bộ song song được mô tả trong hình 3 [3]. Bộ trộn (hoặc giải trộn) tự đồng bộ SSS liên tiếp có một đầu vào-một đầu ra (SISO) được thay thế bằng bộ trộn (hoặc giải trộn) tự đồng bộ SSS song song có nhiều đầu vào-nhiều đầu ra (MIMO). Khối ‘PSRG subcircuit’ trong trộn tự đồng bộ SSS song song biểu diễn một phần mạch của bộ phát ghi dịch song song ‘Excited PSRG’ là một kiểu của bộ phát ghi dịch ‘Excited SRG’.

Hình 3. Cấu trúc của bộ trộn SSS song song Khác với trường hợp trộn đồng bộ khung FSS song song và trộn mẫu phân bố DSS song song, nếu thực hiện ghép kênh (hoặc phân kênh) trong trộn tự đồng bộ SSS song song là ghép kênh trèn đa bit (multibit-based), nghĩa là M > 1 thì dữ liệu đầu vào song song không đến theo một trình tự mà chúng đã được tạo ra, trong khi trạng thái của các thanh ghi dịch trong bộ trộn (hay giải trộn) tự đồng bộ SSS song song lại được xác định bằng dữ liệu đầu vào đến theo một trình tự mà chúng đã được tạo ra. Điều này có nghĩa là một số trạng thái của thanh ghi dịch có thể phải xác định bằng các dữ liệu đầu vào mà chưa thu được. Do vậy có thể thấy, hệ thống sử dụng bộ trộn tự đồng bộ SSS song song với M > 1 trở thành một hệ thống không nhân quả và không thể thực hiện được bằng các hệ thống tuyến tính không có trễ. Vì vậy trong trộn tự đồng bộ SSS song song, bộ ghép kênh được sử dụng được chỉ có thể là bộ ghép kênh trèn đơn bit (single-bit interleaving based) hay M = 1. Trong hình 3, bộ trộn tự đồng bộ SSS song song sẽ tương ứng với bộ trộn tự đồng bộ liên tiếp nếu bộ phát ghi dịch song song ‘Excited PSRG’ được bố trí sao cho tín hiệu đã ghép kênh {~bk} của các tín hiệu trộn song song {~bkj} là giống với tín hiệu trộn liên tiếp {Ùbk}. Nói cách khác, trong trộn tự đồng bộ SSS song song các tín hiệu trộn song song {~bkj} phải là tín hiệu 1/N phần của tín hiệu trộn liên tiếp {~bk}, và quan hệ tương ứng phải duy trì giữa tín hiệu giải trộn {Ùbkj} và {Ùbk} là: {~bkj} = {~bj+kN}, j = 0, 1, .. , N-1 (2)


{Ùbkj} = {Ùbj+kN}, j = 0, 1, .. , N-1 III. Trộn song song tín hiệu Cell-based ATM Trong các hệ thống ATM, dữ liệu được truyền tải dưới dạng tế bào ATM bao gồm 5 byte mào đầu và 48 byte tải tin. Tế bào ATM có thể được truyền tải bằng hai cách: cách thứ nhất, truyền tải bằng tín hiệu STM-1 (hoặc STM-4), được gọi là truyền tải ATM trên cơ sở SDH (SDH-based ATM); cách thứ hai, truyền tải trực tiếp thành một chuỗi tín hiệu liên tục ở tốc độ 155,520 Mbit/s hoặc 622,080 Mbit/s, được gọi là truyền tải ATM trên cơ sở tế bào (Cell-based ATM). Trong trường hợp truyền tải SDH-based ATM, chuỗi ATM-cell ở tốc độ 155,520 Mbit/s (hoặc 620,080 Mbit/s) trước hết được trộn tự đồng bộ, sau đó được ghép vào phần tải của tín hiệu STM-1 (hoặc STM-4). Các tín hiệu này là được trộn FSS trước khi truyền dẫn. Trong trường hợp truyền dẫn Cell-based ATM, chuỗi ATM-cell được trộn DSS và sau đó được truyền dẫn trực tiếp. III.1. Trộn liên tiếp tín hiệu Cell-Based ATM Kỹ thuật trộn DSS thường được sử dụng để trộn tín hiệu cell-based ATM. Bộ phát ghi dịch SRG sử dụng trong trộn tín hiệu cell-based ATM được mô tả trong hình 4.

Hình 4. Bộ phát ghi dịch SRG dùng trong trộn tín hiệu cell-based ATM Các mẫu zi được lấy từ chuỗi trộn {sk} được truyền đến bộ giải trộn qua trường điều khiển lỗi mào đầu HEC trong phần mào đầu của tế bào ATM. Giả sử hàm lấy mẫu tạo ra các mẫu zi bằng cách lấy mẫu phân bố đều. Các mẫu mà truyền qua bit HEC7, st+1, được truyền không có trễ, nhưng các mẫu mà truyền đi qua bit HEC8, st-211, được truyền đi sau khi bị lưu giữ một khoảng thời gian bằng khoảng thời gian của 211 bit.

Hình 5. Bộ trộn và giải trộn DSS liên tiếp dùng trong trộn và giải trộn tín hiệu cell-based ATM Cấu trúc của bộ trộn và giải trộn DSS liên tiếp dùng trong trộn và giải trộn tín hiệu cell-based ATM được mô tả trong hình 5 [6]. III.2. Trộn song song tín hiệu Cell-Based ATM Chúng ta coi tín hiệu cell-based ATM {bk} như là tín hiệu ghép chèn bit của tám tín hiệu song song {bkj}, j = 0, 1,..., 7. Do vậy, chúng ta chuyển đổi bộ phát ghi dịch trong hình 4 thành bộ phát ghi dịch song song PSRG (1,8) như phần trên của hình 6a. Sau đó chúng ta có thể nhận được bộ trộn DSS song song và bộ giải trộn DSS song song như trong hình 6a và 6b. Tuy nhiên ở đây tốc độ trộn đã giảm đi tám lần so với bộ trộn liên tiếp, từ tốc độ 155,520 Mbit/s (622,080 Mbit/s) giảm xuống chỉ còn 19,44 Mbit/s (77,76 Mbit/s). Cần chú ý rằng phải bố trí mạch sao cho đạt được tương quan ở phần giải trộn.


Hình 6: Bộ trộn và giải trộn DSS song song dùng trong trộn và giải trộn tín hiệu cell-based ATM IV. Kết luận Bài viết đã xem xét cấu trúc của các bộ trộn song song, xem xét các điều kiện để các chuỗi trộn song song giống với các chuỗi trộn liên tiếp và khảo sát cấu trúc của bộ trộn song song trong trường hợp cụ thể để trộn song song tín hiệu Cell-Based ATM. Kỹ thuật trộn song song được xem xét ở đây rất hữu ích đối với quá trình xử lý trộn vì tốc độ trộn thấp hơn nhiều so với tốc độ của các tín hiệu truyền dẫn. Trong thực tế, kỹ thuật trộn song song áp dụng đối với các tín hiệu truyền dẫn số có tốc độ lên đến 2,4Gbit/s, nhưng tốc độ trộn giảm xuống chỉ còn 155Mbit/s, nghĩa là thấp hơn 16 lần tín hiệu truyền dẫn.


Mặt khác ta có thể thấy việc xử lý trộn song song làm cho mạch trộn phức tạp thêm. Tuy nhiên trong thực tế độ phức tạp của mạch trộn song song là có thể chấp nhận được.

tapchibcvt

Documents