Bài giảng Cơ sở thông tin số

Cơ sở thụng tin sốNhúm sinh viờn thực hiệnPhạm Văn TuõnPhạm Thị Huế Nguyễn Thị LựuPhựng Văn AnhĐỗ Thành ĐồngThành viờnNhúm 4Ghộp kờnh cận đồng bộ( PDH : Plesiosynchronous Digital Hierarchy )1. Ghộp kờnh PDH : Phương thức ghép không đồng bộ được thực hiện theo các phân cấp tốc độ số cận đồng bộ (PDH: Plesiosynchronous Digital Hierarchy) từ các cấp tốc độ số từ thứ hai trở lên đối với các hệ thống theo hệ Châu Âu và hệ Mỹ, và từ tốc độ cấp 3 trở lên đối với hệ Nhật Bản.Ghộp kờnh cận đồng bộ1.1 Cỏc tiờu chuẩn tốc độ bit :Trong ghộp kờnh cận đồng bộ (PDH), người ta căn chỉnh pha bằng việc chốn xung. Trong việc đồng bộ hoỏ bằng chốn xung, thỡ tốc độ của xung định thời (timing) hơi nhanh hơn tốc độ của xung tớn hiệu vào. Khi xung định thời khỏc nhau 1byte thỡ xung chốn được chốn vào vị trớ thời gian thớch hợp. Với nguyờn tắc chốn bit để ghộp cỏc kờnh 64kbit/s . Hiện nay trờn thế giới tồn tại ba tiờu chuẩn tốc độ bit. Đú là cỏc tốc độ bit theo tiờu chuẩn Chõu Âu, tiờu chuẩn Bắc Mỹ và tiờu chuẩn Nhật Bản. Cỏc tiờu chuẩn tốc độ bitGhộp kờnh cận đồng bộa. Hệ thống phân cấp số PDH Châu Âu Hệ thống phân cấp số cận đồng bộ theo tiêu chuẩn Châu Âu được hình thành từ việc ghép từng 4 nhánh cấp thấp thành nhóm cấp cao hơn . Các cấp tốc độ số hệ Châu Âu được ký hiệu là H1, H2, H3 và H4 hay CEPT1, CEPT2, CEPT3 và CEPT4 (CEPT: Conference of Europe on Post and Telecom-munications - Hội nghị Châu Âu về Bưu chính và Viễn thông). Các luồng tín hiệu số tương ứng với các cấp ghép nói trên còn được gọi vắn tắt là các luồng E1, E2, E3 và E4 với chữ cái E đầu là viết tắt của từ European (Châu Âu). Việc qui định chặt chẽ các cấp ghép như thế cho phép tiêu chuẩn hoá thiết bị và phù hợp với tổ chức mạng viễn thông nhiều cấp của các nước Châu Âu. Ghộp kờnh cận đồng bộ Các cấp ghép của hệ Châu Âu cụ thể như sau: + H1=30 kênh lưu lượng 64kb/s+2 kênh báo hiệu và đồng bộ. Tốc độ 2,048 Mb/s, gọi tròn là luồng 2 Mb/s; + H2=4H1, tốc độ 8,448 Mb/s gọi tròn là luồng 8 Mb/s; + H3=4H2, tốc độ 34,368 Mb/s gọi tròn là luồng 34 Mb/s; + H4=4H3, tốc độ 139,264 Mb/s gọi tròn là luồng 140 Mb/s; Ngoài bốn cấp tốc độ số thông thường nói trên, trong một số trường hợp quy tắc nhân 4 cũng còn được mở rộng thực hiện ghép 4 nhánh H4 thành cấp H5 với tốc độ 564,992 Mb/s. Thực tế hiện nay, cấp H5 ít được sử dụng.Ghộp kờnh cận đồng bộb. Hệ thống phân cấp số PDH Bắc Mỹ Các cấp số của hệ Bắc Mỹ có ký hiệu DS1, DS2, DS3 và các cấp cao hơn. + DS1=24 kênh lưu lượng64kb/s, tốc độ 1,544Mb/s, gọi tròn là luồng 1,5 Mb/s; + DS2=4DS1, tốc độ 6,312 Mb/s, gọi tròn là luồng 6,3 Mb/s; + DS3=7DS2, tốc độ 44,736 Mb/s, gọi tròn là luồng 45 Mb/s. Các luồng tín hiệu số cấp cao hơn nữa được hình thành tuỳ chọn bằng cách ghép N luồng DS3.Ghộp kờnh cận đồng bộc. Hệ thống phân cấp số PDH Nhật Bản Khác với các hệ Mỹ và Châu Âu, ghép kênh đến cấp 2 của hệ Nhật Bản vẫn là ghép đồng bộ. Mặc dầu là ghép đồng bộ song header vẫn được ghép thêm vào tín hiệu ghép nhằm tương thích với các thiết bị khác hệ (hệ Mỹ), do đó cấp ghép thứ hai của hệ Nhật Bản cũng vẫn có tốc độ 6,312 Mb/s. + Tốc độ tín hiệu số cấp 3 được tạo thành từ việc ghép 5 luồng cấp 2, tốc độ số cấp 3 là 32,064 Mb/s. + Tốc độ tín hiệu số cấp 4 được tạo thành từ 3 luồng cấp 3, tốc độ là 97,728 Mb/s, thường gọi tròn là luồng 100 Mb/s. + Tốc độ số cấp 5 tạo thành từ 4 luồng cấp 4, tốc độ là 397,200 Mb/s.Ghộp kờnh cận đồng bộ1.2 Kỹ thuật ghộp kờnh PDHa. Sơ đồ nguyờn lý bộ ghộp kờnh PDHhỡnh1Ghộp kờnh cận đồng bộ1.2 Kỹ thuật ghộp kờnh PDHb. Sơ đồ khối bộ ghộp kờnh PDH hỡnh 2Ghộp kờnh cận đồng bộMỗi luồng sử dụng riờng một số khối như : Bộ đàn hồi (M1), khối tỏch đồng hồ (ĐH), khối so pha và khối điều khiển chốn. Cỏc khối dựng chung gồm cú : Khối tạo xung đồng bộ (TXĐB), khối tạo xung (TX) và khối xen bit. Luồng nhỏnh được đưa tới bộ nhớ đàn hồi và đưa vào khối tỏch đồng hồ để tạo ra tần số điều khiển ghi fG. Cứ mỗi một xung điều khiển ghi tỏc động vào M1 thỡ một bit của luồng nhỏnh được ghi vào một ụ nhớ. Cỏc bit đó ghi sẽ được đọc lấy ra theo đồng hồ điều khiển đọc fĐ1 dựa vào nguyờn tắc một bit điều khiển đọc tỏc động vào M1 thỡ một bit được lấy ra. Ghộp kờnh cận đồng bộ Dóy bit đầu ra bộ nhớ đi vào khối ghộp. Dóy xung điều khiển ghi và điều khiển đọc đi tới khối so pha. Căn cứ vào độ lệch pha (lệch thời gian) giữa hai dóy xung này mà đầu ra khối so pha xuất hiện xung dương hay õm. Nhận được xung dương, khối điều khiển chốn phỏt lệnh chốn dương và nhận được xung õm sẽ phỏt lệnh chốn õm. Khối ghộp xen bit tiến hành chốn xung theo lệnh điều khiển. Ngoài dóy bit của bốn luồng vào cũn cú xung đồng bộ từ khối tạo xung đồng bộ và cỏc bit bỏo hiệu (khụng thể hiện trong hỡnh vẽ) đều được đưa vào khối ghộp để ghộp xen bit tạo thành luồng ra. Hoạt động ghộp xen bit, so pha và hoạt động chốn được giới thiệu trong cỏc phần sau .Ghộp kờnh cận đồng bộPhớa thu tiến hành tỏch kờnh theo trỡnh tự ngược lại với quỏ trỡnh ghộp. Trước tiờn tỏch xung đồng bộ và tỏch đồng hồ từ dóy bit thu được. Xung đồng bộ làm gốc thời gian tỏch cỏc bit của cỏc luồng thành phần, xung đồng hồ được sử dụng để điều khiển bộ tạo xung thu. Dóy xung kờnh của mỗi luồng được tỏch riờng biệt và cỏc từ mó tỏm bit lần lượt được giải mó và dón trở thành dóy xung lượng tử như phớa phỏt. Bộ lọc thấp khụi phục tớn hiệu analog từ dóy xung lượng tử.Ghộp kờnh cận đồng bộc. Phương phỏp ghộp xen bithỡnh3Ghộp kờnh cận đồng bộGiả thiết ghộp bốn luồng mức 1 thành luồng mức 2. Trước khi ghộp số liệu cỏc luồng, phải ghộp một xung hoặc một nhúm xung đồng bộ khung. Sau xung đồng bộ khung là bit thứ nhất của luồng E1#1, bit thứ nhất của luồng E1#2, bit thứ nhất của luồng E1#3, bit thứ nhất của luồng E1# 4. Tiếp đú ghộp cỏc bit thứ hai của cỏc luồng vào theo trỡnh tự như ghộp cỏc bit thứ nhất. Cứ tiếp tục ghộp như vậy cho hết cỏc bit của bốn luồng vào trong chu kỳ ghộp TGH. Ghộp xung đồng bộ khung trước khi ghộp tiếp cỏc bit số liệu của bốn luồng nhỏnh.Ghộp kờnh cận đồng bộBộ ghộp phải sắp xếp cỏc bit sỏt lại với nhau và cũn phải hỡnh thành cỏc bit cú độ rộng bộ hơn để trong một chu kỳ ghộp TGH ngoài xung đồng bộ và cỏc bit phụ khỏc phải chứa hết cỏc bit của bốn luồng nhỏnh. Vỡ vậy tốc độ bit luồng ra luụn luụn lớn hơn tốc độ bit tổng của bốn luồng vào. Thời hạn của chu kỳ ghộp TGH phụ thuộc vào cấp ghộp.Ghộp kờnh cận đồng bộTrong quỏ trỡnh ghộp xen bit cú thể xảy ra trường hợp trượt bit.hỡnh4Ghộp kờnh cận đồng bộNguyờn nhõn của hiện tượng này là do đồng hồ tỏch từ luồng vào cú tần số khỏc với tần số của đồng hồ nội(hỡnh4). Nếu tần số đồng hồ nội tại bộ hơn tần số xung định thời chứa trong luồng vào thỡ một bit trong bộ nhớ đàn hồi được đọc hai lần, nhưng lần sau là đọc khống nờn giảm tốc độ bit đầu ra. Ngược lại, nếu tần số đồng hồ nội tại lớn hơn tần số xung định thời chứa trong luồng vào thỡ một số bit được đọc thờm nờn làm tăng tốc độ bit của luồng ra. Tăng thờm hoặc giảm số bit đầu ra bộ nhớ đệm cú quan hệ đến trượt. Trong thực tế cú hai dạng trượt, đú là trượt điều khiển được và trượt khụng điều khiển được. Trượt điều khiển được cú nghĩa là điều khiển được phạm vi tăng hoặc giảm số bit, chẳng hạn trượt một octet hoặc một khung. Trượt khụng điều khiển được là do lệch định thời và do đú khụng điều khiển được phạm vi tăng hoặc giảm số bit. Nếu phạm vi lệch tần số giữa đồng hồ nội tại và tần số luồng bit vào duy trỡ ở phạm vi 10-9 và tần số lấy mẫu bằng 8 kHz thỡ trượt cú thể xảy ra sau mỗi quóng thời gian là 34 giờ. Tăng thờm dung lượng bộ nhớ đàn hồi sẽ hạn chế trượt khụng điều khiển được nhờ chuyển thời điểm trượt đến khoảng giữa hai khối số liệu. Biện phỏp quan trọng để hạn chế trượt là ổn định tần số bộ tạo xung của cỏc nỳt trong mạng thụng tin PDH.Ghộp kờnh cận đồng bộd. Kỹ thuật chốn trong PDHKhỏi niệm Trong trường hợp tần số (nghịch đảo của chu kỳ) đồng hồ nội của bộ ghộp nhỏ hơn tần số của luồng nhỏnh thỡ một số bit tin bị đỏnh mất tại đầu ra (do gần trựng thời điểm xuất hiện với xung đọc trước). Vỡ vậy để bảo toàn thụng tin của luồng nhỏnh, cần tỏi tạo cỏc bit bị mất này của luồng bit đầu ra bộ ghộp và ghộp chỳng vào một vị trớ đó quy định trong khung. Hoạt động như vậy gọi là chốn õm. Trỏi lại, trong trường hợp tần số đồng hồ nội của bộ ghộp lớn hơn tần số luồng nhỏnh thỡ một số lần đọc khụng làm giảm tốc độ bit luồng ra. Để đảm bảo tốc độ bit định mức, cần bổ sung một số bit khụng mang tin và ghộp vào vị trớ đó quy định trong khung. Như vậy gọi là chốn dương.Ghộp kờnh cận đồng bộChốn dương Bộ ghộp kờnh PDH phải nhận biết được thời điểm cú xung đọc nhưng khụng cú xung đầu ra bộ nhớ đàn hồi, đồng thời phải đếm được số bit khụng mang tin cần bổ sung vào luồng ra bộ nhớ này trong một đơn vị thời gian. Yờu cầu thứ nhất được thực hiện nhờ khối so pha và yờu cầu thứ hai do bộ đếm đảm nhiệm.Ghộp kờnh cận đồng bộĐầu vào khối so pha cú cả dóy bit điều khiển ghi được tỏch ra từ luồng bit thu và dóy bit điều khiển đọc lấy từ đồng hồ nội (hỡnh2). Khối so pha theo dừi mức độ lệch pha (lệch thời gian) giữa dóy bit ghi và dóy bit đọc và nhận biết quy luật biến thiờn này của lệch pha để xỏc nhận thời điểm thiếu bit trong luồng ra bộ nhớ đàn hồi. Lệch pha giữa hai dóy bit ghi và đọc giảm dần từ giỏ trị cực đại đến giỏ trị cực tiểu và sau thời điểm dịch pha cực tiểu đỳng một chu kỳ của dóy bit đọc sẽ xuất hiện thời điểm chốn dương. Tại thời điểm đú đầu ra khối so pha cú một xung dương đưa tới khối điều khiển chốn, khối này phỏt lệnh điều khiển chốn dương. Nhận được lệnh chốn dương, khối ghộp xen bit chốn một bit khụng mang tin vào vị trớ quy định của khung sau. Cũn nếu khụng chốn dương thỡ vị trớ bit chốn dương là bit tin.Ghộp kờnh cận đồng bộLệnh điều khiển chốn dương hoặc khụng chốn cũng chớnh là thụng bỏo chuyển tới phớa thu. Nhận được thụng bỏo này, mỏy thu xoỏ bit chốn dương trước khi giải mó. Lệnh điều khiển chốn dương trong khung chỉ sử dụng chốn dương là 111 được ghộp vào khung hiện tại. Đối với khung sử dụng chốn dương và chốn õm thỡ lệnh điều khiển chốn dương là 111 111. Trong đú, ba bit 111 trước được ghộp vào khung hiện tại và ba bit 111 sau ghộp vào khung tiếp theoGhộp kờnh cận đồng bộKhụng chốn Đối với khung chỉ sử dụng chốn dương, khi khụng chốn thỡ cỏc bit điều khiển chốn là 000 được ghộp vào khung hiện tại; trong trường hợp này cỏc bit chốn là cỏc bit tin lấy từ cỏc luồng nhỏnh. Đối với khung sử dụng chốn dương và chốn õm thỡ thỡ lệnh điều khiển khụng chốn là 111000, trong đú ba bit 111 ghộp vào khung hiện tại và ba bit 000 ghộp vào khung tiếp theo. Nhận được lệnh khụng chốn, bộ ghộp cài đặt bit chốn dương là bit tin và bit chốn õm là bit khụng mang tin.Ghộp kờnh cận đồng bộChốn õm Cũng như trường hợp chốn dương, bộ ghộp kờnh PDH phải nhận biết thời điểm mà một bit đọc tỏc động vào bộ nhớ đàn hồi lấy ra hai bit gần trựng nhau. Nếu khụng cú giải phỏp gỡ đặc biệt thỡ bit đọc thờm trong cặp bit này sẽ bị mất và do đú mất thụng tin. Vỡ vậy mỗi lần đọc thờm là một lần xảy ra chốn õm. Khối so pha căn cứ vào lệch pha giữa dóy bit ghi và dóy bit đọc để biết được thời điểm chốn õm. Lệch pha tăng dần từ giỏ trị cực tiểu đến giỏ trị cực đại. Tại thời điểm lệch pha đạt giỏ trị cực đại, một xung õm xuất hiện tại đầu ra khối so pha, đi tới khối điều khiển chốn và khối này phỏt lệnh chốn õm. Nhận được lệnh này, khối ghộp xen bit ghộp một bit mang thụng tin của bit đọc ra sau (0 hoặc 1) vào vị trớ đó quy định trong khung tiếp theo. Mỏy thu nhận được thụng bỏo chốn õm, tiến hành tỏch bit chốn õm để xử lý như cỏc bit thụng tin khỏc. Lệnh điều khiển chốn õm gồm 000 000. Trong đú ba bit 000 trước được ghộp vào khung hiện tại và ba bit 000 sau ghộp vào khung tiếp theoGhộp kờnh cận đồng bộ1.3 Nhược điểm của phương phỏp ghộp kờnh PDH Việc tỏch/xen cỏc luồng 2Mbit/s phức tạp làm giảm độ tin cậy cũng như chất lượng của hệ thống. Khả năng giỏm sỏt và quản lý mạng kộm. Do trong cỏc khung tớn hiệu PDH khụng đủ cỏc byte nghiệp vụ để cung cấp thụng tin cho điều khiển, quản lý, giỏm sỏt và bảo dưỡng hệ thống. Tốc độ bit của PDH khụng cao (tốc độ bit cao nhất được chuẩn hoỏ là 140Mbit/s trờn mạng viễn thụng quốc tế) khụng thể đỏp ứng cho nhu cầu phỏt triển cỏc dịch vụ băng rộng hiện tại và trong tương lai. Thiết bị PDH cồng kềnh, cỏc thiết bị ghộp kờnh và thiết bị đầu cuối thường độc lập nhau. Trờn mạng viễn thụng tồn tại 2 tiờu chuẩn phõn cấp khỏc nhau: chuẩn Chõu Âu và Chõu Mỹ, gõy khú khăn và phức tạp khi nõng cấp, mở rộng và kết nối cỏc mạng với nhau.Ghộp kờnh cận đồng bộ Do tốn thêm dung lượng để truyền các header, dung lượng tổng cộng trên đường truyền lớn hơn tổng dung lượng của các nhánh, dẫn đến hiệu quả sử dụng đường truyền thấp; Khó tách/ghép kênh nhánh tại các trạm trung gian do phải thực hiện tách hạ lần lượt các cấp ghép kênh để có được dòng bít nhánh.