Bài giảng Cơ sở thông tin số

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở thông tin số

1. Cơ sở thông tin số
2. Nhóm sinh viên thực hiện Thành viên Đỗ Thành Đồng
3. Ghép kênh cận đồng bộ ( PDH : Plesiosynchronous Digital Hierarchy ) 1. Ghép kênh PDH : Ph¬ng thøc ghÐp kh«ng ®ång bé ®îc thùc hiÖn theo c¸c ph©n cÊp tèc ®é sè cËn ®ång bé (PDH: Plesiosynchronous Digital Hierarchy) tõ c¸c cÊp tèc ®é sè tõ thø hai trë lªn ®èi víi c¸c hÖ thèng theo hÖ Ch©u ¢u vµ hÖ Mü, vµ tõ tèc ®é cÊp 3 trë lªn ®èi víi hÖ NhËt B¶n.
4. Ghép kênh cận đồng bộ 1.1 Các tiêu chuẩn tốc độ bit : ◼ Trong ghép kênh cận đồng bộ (PDH), người ta căn chỉnh pha bằng việc chèn xung. Trong việc đồng bộ hoá bằng chèn xung, thì tốc độ của xung định thời (timing) hơi nhanh hơn tốc độ của xung tín hiệu vào. Khi xung định thời khác nhau 1byte thì xung chèn được chèn vào vị trí thời gian thích hợp. Với nguyên tắc chèn bit để ghép các kênh 64kbit/s . Hiện nay trên thế giới tồn tại ba tiêu chuẩn tốc độ bit. Đó là các tốc độ bit theo tiêu chuẩn Châu Âu, tiêu chuẩn Bắc Mỹ và tiêu chuẩn Nhật Bản.
5. Các tiêu chuẩn tốc độ bit
6. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ a. HÖ thèng ph©n cÊp sè PDH Ch©u ¢u HÖ thèng ph©n cÊp sè cËn ®ång bé theo tiªu chuÈn Ch©u ¢u ®îc h×nh thµnh tõ viÖc ghÐp tõng 4 nh¸nh cÊp thÊp thµnh nhãm cÊp cao h¬n . C¸c cÊp tèc ®é sè hÖ Ch©u ¢u ®îc ký hiÖu lµ H1, H2, H3 vµ H4 hay CEPT1, CEPT2, CEPT3 vµ CEPT4 (CEPT: Conference of Europe on Post and Telecom- munications - Héi nghÞ Ch©u ¢u vÒ Bu chÝnh vµ ViÔn th«ng). C¸c luång tÝn hiÖu sè t¬ng øng víi c¸c cÊp ghÐp nãi trªn cßn ®îc gäi v¾n t¾t lµ c¸c luång E1, E2, E3 vµ E4 víi ch÷ c¸i E ®Çu lµ viÕt t¾t cña tõ European (Ch©u ¢u). ViÖc qui ®Þnh chÆt chÏ c¸c cÊp ghÐp nh thÕ cho phÐp tiªu chuÈn ho¸ thiÕt bÞ vµ phï hîp víi tæ chøc m¹ng viÔn th«ng nhiÒu cÊp cña c¸c níc Ch©u ¢u.
7. Ghép kênh cận đồng bộ C¸c cÊp ghÐp cña hÖ Ch©u ¢u cô thÓ nh sau: + H1=30 kªnh lu lîng 64kb/s+2 kªnh b¸o hiÖu vµ ®ång bé. Tèc ®é 2,048 Mb/s, gäi trßn lµ luång 2 Mb/s; + H2=4 H1, tèc ®é 8,448 Mb/s gäi trßn lµ luång 8 Mb/s; + H3=4 H2, tèc ®é 34,368 Mb/s gäi trßn lµ luång 34 Mb/s; + H4=4 H3, tèc ®é 139,264 Mb/s gäi trßn lµ luång 140 Mb/s; Ngoµi bèn cÊp tèc ®é sè th«ng thêng nãi trªn, trong mét sè trêng hîp quy t¾c nh©n 4 còng cßn ®îc më réng thùc hiÖn ghÐp 4 nh¸nh H4 thµnh cÊp H5 víi tèc ®é 564,992 Mb/s. Thùc tÕ hiÖn nay, cÊp H5 Ýt ®îc sö dông.
8. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ b. HÖ thèng ph©n cÊp sè PDH B¾c Mü C¸c cÊp sè cña hÖ B¾c Mü cã ký hiÖu DS1, DS2, DS3 vµ c¸c cÊp cao h¬n. + DS1=24 kªnh lu lîng 64kb/s, tèc ®é 1,544Mb/s, gäi trßn lµ luång 1,5 Mb/s; + DS2=4 DS1, tèc ®é 6,312 Mb/s, gäi trßn lµ luång 6,3 Mb/s; + DS3=7 DS2, tèc ®é 44,736 Mb/s, gäi trßn lµ luång 45 Mb/s. C¸c luång tÝn hiÖu sè cÊp cao h¬n n÷a ®îc h×nh thµnh tuú chän b»ng c¸ch ghÐp N luång DS3.
9. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ c. HÖ thèng ph©n cÊp sè PDH NhËt B¶n Kh¸c víi c¸c hÖ Mü vµ Ch©u ¢u, ghÐp kªnh ®Õn cÊp 2 cña hÖ NhËt B¶n vÉn lµ ghÐp ®ång bé. MÆc dÇu lµ ghÐp ®ång bé song header vÉn ®îc ghÐp thªm vµo tÝn hiÖu ghÐp nh»m t¬ng thÝch víi c¸c thiÕt bÞ kh¸c hÖ (hÖ Mü), do ®ã cÊp ghÐp thø hai cña hÖ NhËt B¶n còng vÉn cã tèc ®é 6,312 Mb/s. + Tèc ®é tÝn hiÖu sè cÊp 3 ®îc t¹o thµnh tõ viÖc ghÐp 5 luång cÊp 2, tèc ®é sè cÊp 3 lµ 32,064 Mb/s. + Tèc ®é tÝn hiÖu sè cÊp 4 ®îc t¹o thµnh tõ 3 luång cÊp 3, tèc ®é lµ 97,728 Mb/s, thêng gäi trßn lµ luång 100 Mb/s. + Tèc ®é sè cÊp 5 t¹o thµnh tõ 4 luång cÊp 4, tèc ®é lµ 397,200 Mb/s.
10. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ 1.2 Kỹ thuật ghép kênh PDH ◼ a. Sơ đồ nguyên lý bộ ghép kênh PDH hình1
11. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ 1.2 Kỹ thuật ghép kênh PDH ◼ b. Sơ đồ khối bộ ghép kênh PDH hình 2
12. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Mỗi luồng sử dụng riêng một số khối như : Bộ đàn hồi (M1), khối tách đồng hồ (ĐH), khối so pha và khối điều khiển chèn. Các khối dùng chung gồm có : Khối tạo xung đồng bộ (TXĐB), khối tạo xung (TX) và khối xen bit. ◼ Luồng nhánh được đưa tới bộ nhớ đàn hồi và đưa vào khối tách đồng hồ để tạo ra tần số điều khiển ghi fG. Cứ mỗi một xung điều khiển ghi tác động vào M1 thì một bit của luồng nhánh được ghi vào một ô nhớ. Các bit đã ghi sẽ được đọc lấy ra theo đồng hồ điều khiển đọc fĐ1 dựa vào nguyên tắc một bit điều khiển đọc tác động vào M1 thì một bit được lấy ra.
13. Ghép kênh cận đồng bộ Dãy bit đầu ra bộ nhớ đi vào khối ghép. Dãy xung điều khiển ghi và điều khiển đọc đi tới khối so pha. Căn cứ vào độ lệch pha (lệch thời gian) giữa hai dãy xung này mà đầu ra khối so pha xuất hiện xung dương hay âm. Nhận được xung dương, khối điều khiển chèn phát lệnh chèn dương và nhận được xung âm sẽ phát lệnh chèn âm. Khối ghép xen bit tiến hành chèn xung theo lệnh điều khiển. Ngoài dãy bit của bốn luồng vào còn có xung đồng bộ từ khối tạo xung đồng bộ và các bit báo hiệu (không thể hiện trong hình vẽ) đều được đưa vào khối ghép để ghép xen bit tạo thành luồng ra. Hoạt động ghép xen bit, so pha và hoạt động chèn được giới thiệu trong các phần sau .
14. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Phía thu tiến hành tách kênh theo trình tự ngược lại với quá trình ghép. Trước tiên tách xung đồng bộ và tách đồng hồ từ dãy bit thu được. Xung đồng bộ làm gốc thời gian tách các bit của các luồng thành phần, xung đồng hồ được sử dụng để điều khiển bộ tạo xung thu. Dãy xung kênh của mỗi luồng được tách riêng biệt và các từ mã tám bit lần lượt được giải mã và dãn trở thành dãy xung lượng tử như phía phát. Bộ lọc thấp khôi phục tín hiệu analog từ dãy xung lượng tử.
15. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ c. Phương pháp ghép xen bit hình3
16. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Giả thiết ghép bốn luồng mức 1 thành luồng mức 2. Trước khi ghép số liệu các luồng, phải ghép một xung hoặc một nhóm 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 đó ghép các bit thứ hai của các luồng vào theo trình tự như ghép các bit thứ nhất. Cứ tiếp tục ghép như vậy cho hết các bit của bốn luồng vào trong chu kỳ ghép TGH. Ghép xung đồng bộ khung trước khi ghép tiếp các bit số liệu của bốn luồng nhánh.
17. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Bộ ghép phải sắp xếp các bit sát lại với nhau và còn phải hình thành các bit có độ rộng bé hơn để trong một chu kỳ ghép TGH ngoài xung đồng bộ và các bit phụ khác phải chứa hết các bit của bốn luồng nhánh. Vì vậy tốc độ bit luồng ra luôn luôn lớn hơn tốc độ bit tổng của bốn luồng vào. Thời hạn của chu kỳ ghép TGH phụ thuộc vào cấp ghép.
18. Ghép kênh cận đồng bộ Trong quá trình ghép xen bit có thể xảy ra trường hợp trượt bit. hình4
19. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Nguyên nhân của hiện tượng này là do đồng hồ tách từ luồng vào có tần số khác với tần số của đồng hồ nội(hình4). Nếu tần số đồng hồ nội tại bé hơn tần số xung định thời chứa trong luồng vào thì một bit trong bộ nhớ đàn hồi được đọc hai lần, nhưng lần sau là đọc khống nên 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 thì một số bit được đọc thêm nên làm tăng tốc độ bit của luồng ra. Tăng thêm hoặc giảm số bit đầu ra bộ nhớ đệm có quan hệ đến trượt. Trong thực tế có hai dạng trượt, đó là trượt điều khiển được và trượt không điều khiển được. Trượt điều khiển được có nghĩa là điều khiển được phạm vi tăng hoặc giảm số bit, chẳng hạn trượt một octet hoặc một khung. Trượt không điều khiển được là do lệch định thời và do đó không 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 trì ở phạm vi 10-9 và tần số lấy mẫu bằng 8 kHz thì trượt có thể xảy ra sau mỗi quãng thời gian là 34 giờ. Tăng thêm dung lượng bộ nhớ đàn hồi sẽ hạn chế trượt không điều khiển được nhờ chuyển thời điểm trượt đến khoảng giữa hai khối số liệu. Biện pháp quan trọng để hạn chế trượt là ổn định tần số bộ tạo xung của các nút trong mạng thông tin PDH.
20. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ d. Kỹ thuật chèn trong PDH ◼ Khái niệm Trong trường hợp tần số (nghịch đảo của chu kỳ) đồng hồ nội của bộ ghép nhỏ hơn tần số của luồng nhánh thì một số bit tin bị đánh mất tại đầu ra (do gần trùng thời điểm xuất hiện với xung đọc trước). Vì vậy để bảo toàn thông tin của luồng nhánh, cần tái tạo các bit bị mất này của luồng bit đầu ra bộ ghép và ghép chúng vào một vị trí đã quy định trong khung. Hoạt động như vậy gọi là chèn âm. Trái lại, trong trường hợp tần số đồng hồ nội của bộ ghép lớn hơn tần số luồng nhánh thì một số lần đọc không làm giảm tốc độ bit luồng ra. Để đảm bảo tốc độ bit định mức, cần bổ sung một số bit không mang tin và ghép vào vị trí đã quy định trong khung. Như vậy gọi là chèn dương.
21. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Chèn dương Bộ ghép kênh PDH phải nhận biết được thời điểm có xung đọc nhưng không có xung đầu ra bộ nhớ đàn hồi, đồng thời phải đếm được số bit không mang tin cần bổ sung vào luồng ra bộ nhớ này trong một đơn vị thời gian. Yêu cầu thứ nhất được thực hiện nhờ khối so pha và yêu cầu thứ hai do bộ đếm đảm nhiệm.
22. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Đầu vào khối so pha có cả dãy bit điều khiển ghi được tách ra từ luồng bit thu và dãy bit điều khiển đọc lấy từ đồng hồ nội (hình2). Khối so pha theo dõi mức độ lệch pha (lệch thời gian) giữa dãy bit ghi và dãy bit đọc và nhận biết quy luật biến thiên này của lệch pha để xác nhận thời điểm thiếu bit trong luồng ra bộ nhớ đàn hồi. Lệch pha giữa hai dãy bit ghi và đọc giảm dần từ giá trị cực đại đến giá trị cực tiểu và sau thời điểm dịch pha cực tiểu đúng một chu kỳ của dãy bit đọc sẽ xuất hiện thời điểm chèn dương. Tại thời điểm đó đầu ra khối so pha có một xung dương đưa tới khối điều khiển chèn, khối này phát lệnh điều khiển chèn dương. Nhận được lệnh chèn dương, khối ghép xen bit chèn một bit không mang tin vào vị trí quy định của khung sau. Còn nếu không chèn dương thì vị trí bit chèn dương là bit tin.
23. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Lệnh điều khiển chèn dương hoặc không chèn cũng chính là thông báo chuyển tới phía thu. Nhận được thông báo này, máy thu xoá bit chèn dương trước khi giải mã. Lệnh điều khiển chèn dương trong khung chỉ sử dụng chèn dương là 111 được ghép vào khung hiện tại. Đối với khung sử dụng chèn dương và chèn âm thì lệnh điều khiển chèn dương là 111 111. Trong đó, ba bit 111 trước được ghép vào khung hiện tại và ba bit 111 sau ghép vào khung tiếp theo
24. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Không chèn Đối với khung chỉ sử dụng chèn dương, khi không chèn thì các bit điều khiển chèn là 000 được ghép vào khung hiện tại; trong trường hợp này các bit chèn là các bit tin lấy từ các luồng nhánh. Đối với khung sử dụng chèn dương và chèn âm thì thì lệnh điều khiển không chèn là 111000, trong đó ba bit 111 ghép vào khung hiện tại và ba bit 000 ghép vào khung tiếp theo. Nhận được lệnh không chèn, bộ ghép cài đặt bit chèn dương là bit tin và bit chèn âm là bit không mang tin.
25. Ghép kênh cận đồng bộ ◼ Chèn âm Cũng như trường hợp chèn dương, bộ ghép kênh PDH phải nhận biết thời điểm mà một bit đọc tác động vào bộ nhớ đàn hồi lấy ra hai bit gần trùng nhau. Nếu không có giải pháp gì đặc biệt thì bit đọc thêm trong cặp bit này sẽ bị mất và do đó mất thông tin. Vì vậy mỗi lần đọc thêm là một lần xảy ra chèn âm. Khối so pha căn cứ vào lệch pha giữa dãy bit ghi và dãy bit đọc để biết được thời điểm chèn âm. Lệch pha tăng dần từ giá trị cực tiểu đến giá trị cực đại. Tại thời điểm lệch pha đạt giá trị cực đại, một xung âm xuất hiện tại đầu ra khối so pha, đi tới khối điều khiển chèn và khối này phát lệnh chèn âm. Nhận được lệnh này, khối ghép xen bit ghép một bit mang thông tin của bit đọc ra sau (0 hoặc 1) vào vị trí đã quy định trong khung tiếp theo. Máy thu nhận được thông báo chèn âm, tiến hành tách bit chèn âm để xử lý như các bit thông tin khác. Lệnh điều khiển chèn âm gồm 000 000. Trong đó ba bit 000 trước được ghép vào khung hiện tại và ba bit 000 sau ghép vào khung tiếp theo
26. Ghép kênh cận đồng bộ 1.3 Nhược điểm của phương pháp ghép kênh PDH Việc tách/xen các luồng 2Mbit/s phức tạp làm giảm độ tin cậy cũng như chất lượng của hệ thống. Khả năng giám sát và quản lý mạng kém. Do trong các khung tín hiệu PDH không đủ các byte nghiệp vụ để cung cấp thông tin cho điều khiển, quản lý, giám sát và bảo dưỡng hệ thống. Tốc độ bit của PDH không cao (tốc độ bit cao nhất được chuẩn hoá là 140Mbit/s trên mạng viễn thông quốc tế) không thể đáp ứng cho nhu cầu phát triển các dịch vụ băng rộng hiện tại và trong tương lai. Thiết bị PDH cồng kềnh, các thiết bị ghép kênh và thiết bị đầu cuối thường độc lập nhau. Trên mạng viễn thông tồn tại 2 tiêu chuẩn phân cấp khác nhau: chuẩn Châu Âu và Châu Mỹ, gây khó khăn và phức tạp khi nâng cấp, mở rộng và kết nối các mạng với nhau.
27. Ghép kênh cận đồng bộ Do tèn thªm dung lîng ®Ó truyÒn c¸c header, dung l- îng tæng céng trªn ®êng truyÒn lín h¬n tæng dung l- îng cña c¸c nh¸nh, dÉn ®Õn hiÖu qu¶ sö dông ®êng truyÒn thÊp; Khã t¸ch/ghÐp kªnh nh¸nh t¹i c¸c tr¹m trung gian do ph¶i thùc hiÖn t¸ch h¹ lÇn lît c¸c cÊp ghÐp kªnh ®Ó cã ®îc dßng bÝt nh¸nh.