Tài liệu Tìm hiểu và phân tích về hệ thống synchronous optical networking (sonet)

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI “Synchronous Optical Network - SONET” GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : THS.PHAN TRÒN NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 3 Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2021 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI “Synchronous Optical Network - SONET” GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : THS.PHAN TRÒN NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 3 Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2021 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HK Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP.Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 06 năm 2021 NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN MÔN HỌC NGÀNH: ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG 1. Tên khóa luận/tiểu luận môn học: Môn Hệ Thống Viễn Thông 2. Nhiệm vụ khóa luận/tiểu luận môn học (chung của đề tài): Tìm hiểu và phân tích về hệ thống Synchronous Optical Networking (SONET) để từ đó có thể ứng dụng đưa vào cuộc sống 3. Ngày giao khóa luận/tiểu luận môn học: 01/06/2021 4. Ngày nộp khóa luận/tiểu luận môn học: 30/06/2021 5. Họ tên cán bộ hướng dẫn (ghi rõ: Học hàm, học vị): THẠC SĨ PHAN TRÒN TRƯỞNG KHOA ( Ký và ghi rõ họ tên) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHÍNH ( Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy PHAN TRÒN – giảng viên hướng dẫn làm tiểu luận đã tạo điều kiện, hỗ trợ cho tôi hoàn thành tốt trong quá trình chọn đề tài và thực hiện tiểu luận để tìm hiểu và phân tích về hệ thống Synchronous Optical Networking (SONET) Qua tiểu luận này,tôi xin chân thành cảm ơn thầy,cô và các anh chị của khoa Điện Tử Viễn Thông Hàng Không đã tạo điều kiện để tôi tìm hiểu, nghiên cứu thêm về chuyên ngành Điện Tử Viễn Thông.Tuy thời gian thực hiện đề tài không nhiều, kiến thức còn hạn hẹp,dù đã cố gắng tìm kiếm rất nhiều thông tin nhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót,chính vì thế tôi rất mong nhận được lời chỉ dẫn thêm của quý thầy cô. Xin chân thành cảm ơn ! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tiểu luận môn học này là công trình nghiên cứu của nhóm, được đúc kết từ quá trình học tập và nghiên cứu thực tiễn trong thời gian qua. Các thông tin và số liệu được sử dụng trong tiểu luận môn học này là hoàn toàn trung thực. Thành phố Hồ Chí Minh năm 2021 Người cam đoan HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HK Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN MÔN HỌC 1. Tên đề tài: Synchronous Optical Network (SONET) 2. Họ tên cán bộ hướng dẫn (ghi rõ: Học hàm, học vị): THẠC SĨ PHAN TRÒN 3. Kế hoạch tiến độ: Tuần Công việc thực hiện Xác nhận Ghi chú GVHD 17-21/10/16 Tuần 1 24-28/10/16 Giao đề tài Tuần 2 Tuần 3 BÁO CÁO GIỮA KỲ VỚI GVHD Tuần 4 Tuần 5 Tuần 6 Nộp và bảo vệ khóa luận/tiểu luận Tp.HCM, ngày......tháng.......năm Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày ….. tháng …… năm …… Giáo viên hướng dẫn (Ký tên và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày ….. tháng …… năm …… Giáo viên phản biện (Ký tên và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU......................................................................................................1 CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU VỀ SYNCHRONOUNS OPTICAL NETWORKING (SONET)..................................................................................2 1.1 Lý do chọn đề tài............................................................................................2 1.2. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................2 1.4. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................3 1.5. Kết cấu của đề tài..........................................................................................3 CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................4 2.1. Các khái niệm lý thuyết liên quan đến hệ thống Synchronous Optical Networking (SONET)..........................................................................................4 2.2. Chủ đề SONET..............................................................................................4 2.2.1. Kiến trúc của hệ thống sonet:...................................................................4 a) Tín hiệu.....................................................................................................4 b) Thiết bị:....................................................................................................5 c) Kết nối......................................................................................................6 d) Lớp SONET..............................................................................................7 2.2.2. Các cấu hình của SONET:........................................................................8 a) Cấu hình Point-to-Point............................................................................8 b) Cấu hình Multipoint.................................................................................8 c) Tự động chuyển mạch bảo vệ...................................................................9 d) Vòng chuyển đổi đường dẫn một chiều...................................................9 e) Vòng chuyển đổi đường dây hai chiều...................................................10 f) Vòng kết hợp..........................................................................................11 2.2.3 Cấu trúc khung SONET...........................................................................11 a) Phần chi phí............................................................................................14 b) Chi phí đướng dây..................................................................................15 c) Phong bì tải trọng đồng bộ.....................................................................16 d) Bù đắp.....................................................................................................17 e) Giải pháp và biện minh..........................................................................18 2.2.4 Hệ thống phân cấp tín hiệu SONET.......................................................19 a) Ghép kênh SONET.................................................................................19 b) Phụ lưu ảo (VT)......................................................................................20 c) Con trỏ SONET......................................................................................21 2.2.5 Thiết bị có giao diện cho SONET..........................................................21 a) Hệ thống kết nối chéo kỹ thuật số băng thông rộng...............................21 b) Hệ thống kết nối chéo kỹ thuật số băng thông lớn.................................22 Lời nói đầu Trong thế giới kinh doanh ngày nay, mỗi ngành đang tìm kiếm những cách khác nhau để tạo ra sự cạnh tranh lợi thế để cung cấp thông tin, sản phẩm và dịch vụ kịp thời hơn và tiết kiệm chi phí cách thức hiệu quả. Giải pháp mạng SONET (Mạng quang đồng bộ) end-to-end là một trong những thành phần quan trọng trong việc tạo ra lợi thế cạnh tranh. Như một sự hội tụ công nghệ, SONET cung cấp cho việc hợp nhất giọng nói, dữ liệu và video trên cùng một dịch vụ vận tải. Hướng dẫn này nhằm cung cấp một cái nhìn tổng quan về hoạt động của SONET (Quang đồng bộ kết nối mạng) dành cho những người không quen thuộc với tiêu chuẩn hoặc những người muốn làm mới kiến thức của họ. Ở phần đầu của tài liệu này, một điểm quan trọnghãy nhớ điều này: SONET là một công nghệ mạnh mẽ, có khả năng mở rộng cao. Mặc dù nó có thể có vẻ phức tạp, hầu hết những gì diễn ra trong mạng SONET đều minh bạch với người dùng. Một lưu ý quan trọng khác: Hướng dẫn này thảo luận ngắn gọn về Ghép kênh phân chia theo sóng (WDM) chỉ dành cho mục đích nhận biết, vì WDM là một công nghệ truyền tải hiệu suất cao khác cũng thúc đẩy sợi quang. 1 CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU VỀ SYNCHRONOUNS OPTICAL NETWORKING (SONET) 1.1 Lý do chọn đề tài Thiết bị SONET đang được hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ lớn triển khai với số lượng đáng kể vào lĩnh vực này (ví dụ: SPRINT-SONET Sphere, US West Network 21 và MCI). Nhiều tiện ích, chính phủ dân sự và doanh nghiệp lớn cũng đã chọn triển khai SONET trên nền tảng doanh nghiệp của họ để tận dụng khả năng mở rộng, hiệu suất cao cũng như các đặc tính về độ tin cậy và khả năng tồn tại vốn có của nó. Các khách hàng chính phủ và doanh nghiệp này hoặc bỏ qua các nhà cung cấp dịch vụ địa phương của họ và tự quản lý toàn bộ cơ sở hạ tầng SONET hoặc họ liên kết với Văn phòng Trung tâm (CO) để cho phép nhà cung cấp dịch vụ địa phương của họ cung cấp kết nối WAN hoặc các dịch vụ quản lý mạng. Ở Bắc Mỹ, thiết bị SONET đang được triển khai và cấu hình để vận chuyển lưu lượng DS 1, DS-3, ATM, FDDI, Frame Relay và IP giữa các dịch vụ khác, sử dụng các cấu hình dựa trên vòng, dựa trên trung tâm và dựa trên điểm-điểm. Cấu hình dựa trên vòng là cấu trúc liên kết SONET phổ biến nhất, trong đó các ứng dụng quan trọng yêu cầu khả năng sống sót của mạng. Để có thêm khả năng sống sót, các cấu hình vòng kép cũng đang được triển khai (sẽ thảo luận sau trong tài liệu này). 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Tài liệu này nói về: lịch sử ngắn gọn về sự ra đời của SONET, việc triển khai SONET, sự khác biệt giữa SONET và ATM, lợi thế của việc triển khai ATM qua SONET, Ghép kênh phân chia theo sóng (WDM) và công nghệ SONET. 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Chủ yếu xoay quanh các khái niệm và ứng dụng của công nghệ SONET thông qua việc tham khảo tài liệu có sẵn hoặc sách,báo trên mạng 1.4. Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp tham khảo tài liệu : Tham khảo và chọn lọc tài liệu để rút ra các kiến thức có liên quan để tổng hợp đưa vào tiểu luận. Phương tiện: tạp chí điện tử,các sách kỹ thuật chuyên môn,...  Phương pháp thực nghiệm : Thực hiện thi công trực tiếp mạch điện để từ đó có thể rút ra các kinh nghiệm thực tế và các quy định thực hiện để có kết quả chính xác đưa vào đề tài. Phương tiện: các dụng cụ liên quan phục vụ cho quá trình thi công. 1.5. Kết cấu của đề tài Đề tài gồm mấy 2 chương  Chương 1: Giới thiệu Giới Thiệu về Synchronous Optical Networking (SONET)  Chương 2: Cơ sở lý thuyết Tìm hiểu về Synchronous Optical Networking (SONET) 3 CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Các khái niệm lý thuyết liên quan đến hệ thống Synchronous Optical Networking (SONET) Đồng bộ mạng quang (SONET) là một giao thức truyền thông kỹ thuật số tiêu chuẩn được sử dụng để truyền tải một khối lượng lớn dữ liệu trên một khoảng cách tương đối dài sử dụng một phương tiện quang sợi. Phần cứng được sản xuất để cung cấp cấu hình tốt hơn và dịch vụ đáng tin cậy cho người sử dụng. 2.2. Chủ đề SONET 2.2.1. Kiến trúc của hệ thống sonet: a) Tín hiệu SONET định nghĩa một hệ thống phân cấp các mức tín hiệu điện được gọi là truyền tải đồng bộ tín hiệu (STS). Mỗi mức STS (STS-1 đến STS-192) hỗ trợ một tốc độ dữ liệu nhất định, được xác định bằng megabit / giây . Các tín hiệu quang học tương ứng là được gọi là hạt mang quang (OCs). SDH chỉ định một hệ thống tương tự được gọi là đồng bộ mô-đun vận tải (STM). STM được thiết kế để tương thích với các phân cấp, chẳng hạn như dòng E và cấp STS. Cuối cùng, mức STM thấp nhất,STM-1, được định nghĩa là 155,520 Mbps, chính xác bằng STS-3. 4  Đầu tiên, mức thấp nhất trong hệ thống phân cấp này có tốc độ dữ liệu là 51,840 Mbps, cao hơn tốc độ của DS-3 (44,736 Mbps). Trên thực tế, STS-1 được thiết kế để đáp ứng tốc độ dữ liệu tương đương với tốc độ của DS-3. Sự khác biệt về công suất được cung cấp để xử lý chi phí nhu cầu của hệ thống quang học.  Thứ hai, tỷ lệ STS-3 chính xác gấp ba lần tỷ lệ STS-1; và tỷ lệ STS-9 chính xác là một nửa tỷ lệ STS-18. Những mối quan hệ này có nghĩa là 18 kênh STS-1 có thể được ghép thành một STS-18, sáu kênh STS-3 có thể được ghép thành một STS-18. 5 b) Thiết bị: Hình cho thấy một đơn giản liên kết sử dụng SONET thiết bị. SONET truyền dựa trên cơ sở thiết bị ba: STS kênh ghép / kênh phân tích, tạo tái tạo, thêm / thả đa plexers và đầu thiết bị  Bộ ghép kênh STS/Bộ phân kênh STS kênh ghép / kênh phân tích đánh dấu điểm đầu và điểm cuối của SONET liên kết. Chúng tôi cung cấp giao diện giữa mạng nhánh điện và mạng quang. STS kênh ghép ghép tín hiệu từ nhiều nguồn điện và tạo tương ứng OC tín hiệu. STS kênh phân tích phân tích tín hiệu OC quang thành các điện tương ứng.  Regenerator: Trình tái tạo mở rộng độ dài của các liên kết. Bộ tái sinh là bộ lặp lấy tín hiệu quang đã nhận (OC-n), giải điều chế thành tín hiệu điện tương ứng (STSn), tái tạo tín hiệu điện và cuối cùng điều chế điện tín hiệu thành tín hiệu OC-n tương ứng của nó. Bộ tái tạo SONET thay thế một số thông tin chi phí hiện có (thông tin tiêu đề) với thông tin mới.  Add/drop Multiplexer (Thêm / thả Bộ ghép kênh) Bộ ghép kênh thêm / thả cho phép chèn và trích xuất tín hiệu. Bộ ghép kênh thêm / thả (ADM) có thể thêm các STS đến từ các nguồn khác nhau vào 6 một đường dẫn nhất định hoặc có thể loại bỏ tín hiệu mong muốn khỏi một đường dẫn và chuyển hướng nó mà không cần phân kênh toàn bộ tín hiệu. Thay vì dựa vào thời gian và vị trí bit, thêm / thả bộ ghép kênh sử dụng tiêu đề thông tin như địa chỉ và con trỏ (được mô tả sau trong phần này) để xác định các luồng cá nhân. Trong cấu hình đơn giản được chỉ ra bởi hình trên , một số tín hiệu điện đến được đưa vào một bộ ghép kênh STS, nơi chúng được kết hợp thành một tín hiệu quang học. Tín hiệu quang được truyền đến bộ tái tạo, nơi nó được tái tạo mà không có tiếng ồn nó đã thu được trong quá trình vận chuyển. Các tín hiệu được tái tạo từ một số các nguồn sau đó được đưa vào một bộ ghép kênh thêm / thả. Bộ ghép kênh thêm / thả sắp xếp lại những tín hiệu này, nếu cần và gửi chúng ra ngoài theo chỉ dẫn của thông tin trong dữ liệu khung. Các tín hiệu được phân kênh này được gửi đến một bộ tái tạo khác và từ đó đến bộ phân kênh STS nhận, nơi chúng được trả về định dạng có thể sử dụng được bởi nhận liên kết. c) Kết nối Các thiết bị được xác định trong phần trước khi được kết nối bằng cách sử dụng section, line, path.  Section là liên kết quang kết nối hai thiết bị lân cận: bộ ghép với bộ ghép, bộ ghép với bộ tái sinh, hoặc bộ tái sinh với bộ tái sinh.  Line là phần của mạng giữa hai bộ ghép kênh: bộ kênh ghép STS để thêm / thả kênh ghép, hai bộ ghép kênh được thêm / thả hoặc hai bộ kênh ghép STS.  Path là phần đầu cuối của mạng giữa hai bộ ghép kênh STS. Trong một SONET đơn giản của hai bộ ghép kênh STS được liên kết trực tiếp với nhau, phần, dòng và đường dẫn giống nhau. 7 d) Lớp SONET SONET bao gồm bốn lớp chức năng: the photonic, the section, the line, and the path layer  Path Layer chịu trách nhiệm cho sự chuyển động của tín hiệu từ nguồn quang của nó đến đích quang học. Tại nguồn quang, tín hiệu được chuyển từ dạng điện tử thành dạng quang học, được ghép với các tín hiệu khác và được gói gọn trong một khung. Tại đích quang học, khung nhận được được phân kênh, và các tín hiệu quang riêng lẻ được thay đổi trở lại dạng điện tử của chúng. Chi phí lớp đường dẫn được thêm vào lúc lớp này. Bộ ghép kênh STS cung cấp các chức năng lớp đường dẫn.  Line Layer Các line layer chịu trách nhiệm về sự chuyển đổi của tín hiệu trên một physical line. Chi phí dòng lớp được thêm vào khung tại lớp này. STS kênh ghép và kênh ghép thêm / thả cung cấp các dòng lớp chức năng.  Section Layer Các Section Layer chịu trách nhiệm về sự chuyển đổi của tín hiệu trên một vật lý phần. Nó làm việc đóng khung, xử lý và kiểm tra lỗi. Phần chi phí của lớp được thêm vào khung tại lớp này.  Photonic Layer Photonic Layer tương ứng với lớp vật lý của mô hình OSI. Nó bao gồm thông số kỹ thuật vật lý cho kênh cáp quang, độ nhạy của bộ thu, chức năng 8 ghép kênh đa kênh, vv. SONET sử dụng mã hóa NRZ, với sự hiện diện của ánh sáng đại diện cho 1 và sự vắng mặt của ánh sáng đại diện cho 0. 2.2.2. Các cấu hình của SONET: a) Cấu hình Point-to-Point Mạng điểm-điểm thường được làm bằng bộ ghép kênh STS, bộ phân kênh STS,và không có hoặc nhiều bộ tái tạo không có bộ ghép kênh thêm / thả.Luồng tín hiệu có thể là một chiều hoặc hai chiều. b) Cấu hình Multipoint Mạng đa điểm sử dụng ADM để cho phép liên lạc giữa một số thiết bị đầu cuối.ADM loại bỏ tín hiệu thuộc về thiết bị đầu cuối được kết nối với nó và thêm tín hiệu được truyền từ thiết bị đầu cuối khác. Mỗi thiết bị đầu cuối có thể gửi dữ liệu đến một hoặc nhiều các thiết bị đầu cuối hạ nguồn. c) Tự động chuyển mạch bảo vệ Để tạo ra sự bảo vệ chống lại sự cố trong mạng tuyến tính, SONET xác định chuyển mạch bảo vệ tự động (APS). APS trong mạng tuyến tính được xác định ở lớp đường dây, có nghĩa là bảo vệ nằm giữa hai ADM hoặc một cặp bộ ghép kênh/phân kênh STS. Ý tưởng là cung cấp dự phòng; một đường 9 dây dự phòng (sợi quang) có thể được sử dụng trong trường hợp hỏng hóc trong đường dây chính. Dòng chính được gọi là dây chuyền làm việc và dòng dư thừa là dây bảo vệ. Ba sơ đồ phổ biến để bảo vệ trong tuyến tính các kênh: một-cộng-một, một-một và một-nhiều. d) Vòng chuyển đổi đường dẫn một chiều Một vòng chuyển đổi đường dẫn một chiều (UPSR) là mạng một chiều có hai vòng: một vòng dùng làm vòng làm việc và vòng kia làm vòng bảo vệ. Ý tưởng này tương tự như lược đồ APS một cộng một mà chúng ta đã thảo luận trong mạng tuyến tính. Cùng một tín hiệu chảy qua cả hai vòng, một vòng theo chiều kim đồng hồ và vòng kia ngược chiều kim đồng hồ. Nó được gọi là UPSR vì việc giám sát được thực hiện ở lớp đường dẫn. Một nút nhận hai bản sao của tín hiệu điện ở lớp đường dẫn, so sánh chúng và chọn một bản sao có chất lượng tốt hơn. Nếu một phần của vòng giữa hai ADM bị lỗi, vòng kia vẫn có thể đảm bảo sự tiếp tục của luồng dữ liệu. UPSR, giống như sơ đồ một cộng một, có khả năng khôi phục lỗi nhanh chóng, nhưng nó không hiệu quả vì chúng ta cần có hai vòng để thực hiện công việc của một. Một nửa băng thông bị lãng phí. 10