Giáo trình kỹ thuật chuyển mạch

Chương 1: Các thành phần của Mạng viễn thông.Chương 2: Chuyển mạch Kênh (CIRCUIT SWITCHING)Chương 3: Tổ chức các phân hệ trong tổng đài SPCChương 4: Tổng quan về hệ thống báo hiệu.Chương 5: Hệ thống báo hiệu mã R 2.

mục lục Trang

1.1.4 Các thành phần thiết yếu khác của mạng viễn thông 17 1.2.Chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói 19 1.2.1 Khái niệm về chuyển mạch kênh (Circuit Switching) 19 1.2.2 Khái niệm về chuyển mạch bản tin (Message Switching) 20

1.2.4 Khái niệm về công nghệ atm (Công nghệ chuyển giao không đồng bộ–asynchronous Transfer Mode)

21

1.2.5 lĩnh vực ứng dụng của các ph-ơng thức chuyển mạch 24 1.3 Khái quát về tổng đài điều khiển theo ch-ơng trình ghi sẵn SPC

1.3.1 Sự phát triển của công nghệ chuyển mạch và ph-ơng thức

2.3 Điều chế biên độ xung (PAM-Pulse Amplitude Modulation) và

chuyển mạch thời gian đối với tín hiệu rời rạc 57 2.3.1 Nguyên lý điều biên xung và -u thế phân kênh theo thời

2.3.2 Chuyển mạch PAM 4 dây dùng trung kế âm tần 59 2.3.3 Chuyển mạch PAM 4 dây không dùng trung kế âm tần 63 2.3.4 So sánh nguyên lý chuyển mạch PAM 4 dây dùng trung kế

âm tần và nguyên lý chuyển mạch PAM 4 dây không dùng

trung kế âm tần

65

2.4 Khái quát chung về công nghệ PCM và kỹ thuật chuyển mạch số 68 2.4.1 Những lợi thế cơ bản của sự kết hợp giữa truyền dẫn số và

2.4.2 Khái quát về công nghệ PCM, chức năng của CODEC 71 2.4.3 Tuyến PCM cơ sở và tổ chức các tuyến bậc cao trong các

2.5 Các bộ chuyển mạch thời gian số cơ bản 79 2.5.1 Khái quát về chức năng của các bộ chuyển mạch thời gian

2.7.1 Cấu trúc một bộ chuyển mạch thời gian (Cấu trúc T) 101 2.7.2 Cấu trúc chuyển mạch hai tầng (Cấu trúc T-S, S-T) 103 2.7.3 Cấu trúc chuyển mạch ba tầng (Cấu trúc T-S-T, S-T-S) 109

2.8.1 Hoạt động chuyển mạch khi phục vụ một cuộc gọi 120

ch-ơng 3 Tổ chức các phân hệ trong tổng đài SPC 128

3.1 Phân hệ ứng dụng (Application Subsystem) 128

a Tổng quan về kết cuối các đ-ờng thuê bao 128

b Kết cuối các đ-ờng thuê bao t-ơng tự (Analog line) 129

c Kết cuối các đ-ờng trung kế số DTI 142

3.1.3 Các bộ tập trung thuê bao xa RLU và chuyển mạch thuê bao

3.2.2 Kết cuối tại phân hệ chuyển mạch 151 3.2.3 Các thiết bị quan trọng khác của phân hệ chuyển mạch 153

3.3.2 Tổ chức hệ thống xử lý điều khiển của một tổng đài 156

3.4.3 CÊu tróc mét sè thiÕt bÞ b¸o hiÖu 173

3.5.2 CÊu tróc cña mét sè thiÕt bÞ ngo¹i vi ®iÒu khiÓn 179

4.3.1 B¸o hiÖu kªnh liªn kÕt (Channel Associated Signalling) 186 4.3.2 B¸o hiÖu kªnh chung (Common Channel Signalling) 187

5.2 Ph-¬ng thøc truyÒn tÝn hiÖu cña b¸o hiÖu R2 190

5.3.3 C¸c ph-¬ng ph¸p truyÒn tÝn hiÖu b¸o hiÖu thanh ghi 201

6.2.1 §iÓm b¸o hiÖu SP (Signalling Point) 204 6.2.2 §iÓm truyÒn b¸o hiÖu STP (Signalling Transfer Point) 205

6.2.3 Liªn kÕt b¸o hiÖu SL (Signalling Link) vµ chïm liªn kÕt b¸o

6.2.4 C¸c ph-¬ng thøc b¸o hiÖu (Signalling Mode) 206 6.2.5 TuyÕn b¸o hiÖu (Signalling Route) vµ chïm tuyÕn b¸o hiÖu

(Signalling Route Set)

6.2.6 Mã điểm báo hiệu SPC (Signalling Point Code) 207 6.3 Cấu trúc của hệ thống báo hiệu số 7 208

6.3.2 Cấu trúc phân lớp của hệ thống báo hiệu số 7 209 6.3.3 Các khối chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 211

1 Phần chuyển giao bản tin MTP (Message Transfer Part) 211

2 Phần ng-ời sử dụng điện thoại TUP (Telephone User Part) 225

3 Phần ng-ời sử dụng mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN

4 Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP 235

5 Phần ứng dụng khả năng giao dịch TCAP 241

ch-ơng 7: cơ sở lý thuyết xử lý cuộc gọi và ph-ơng

pháp tính toán thiết bị mạng viễn thông

248

7.1 Mục tiêu của lý thuyết xử lý cuộc gọi 248

7.5 Các ph-ơng pháp tính toán số thiết bị phục vụ 263 7.6 Tính toán số thiết bị phục vụ làm việc với tổn thất hiển nhiên

7.7 Tính số thiết bị phục vụ hoạt động với tổn thất hiển nhiên và với

7.8 Tính toán số thiết bị phục vụ làm việc với các tổn thất hình thức 285 7.9 Độ sử dụng trung bình các kênh (đ-ờng) của các chùm 289

lời giới thiệu

Kỹ thuật chuyển mạch là một lĩnh vực tìm hiểu, nghiên cứu các ph-ơng thức chuyển mạch, định h-ớng thông tin từ nguồn tin đến đích nhận tin một cách chính xác, hiệu quả, nhằm đảm bảo chất l-ợng dịch vụ cao, tạo cơ sở tổ chức mạng viễn thông linh hoạt, đa năng và tạo nhiều tiện ích cho ng-ời sử dụng

Trong quá trình lịch sử phát triển của lĩnh vực kỹ thuật truyền và chuyển mạch các dạng thông tin điện nhiều công nghệ chuyển mạch đã đ-ợc áp dụng nh- các thế hệ chuyển mạch nhân công, các loại tổng đài chuyển mạch hệ cơ

điện, các tổng đài chuẩn điện tử, các tổng đài điện tử với các loại phần tử chuyển mạch khác nhau nh- ma trận chuyển mạch t-ơng tự, các chuyển mạch số… Các nguyên lý chuyển mạch khác nhau cũng lần l-ợt thay thế nhau và kết hợp với nhau trong các trung tâm chuyển mạch của các mạng viễn thông nh- nguyên lý phân kênh không gian, nguyên lý chuyển mạch thời gian t-ơng tự (chuyển mạch PAM), chuyển mạch số đối với các tín hiệu điều chế xung mã ghép kênh đồng bộ (chuyển mạch PCM), chuyển mạch đối với các thông tin số dạng gói…

Kỹ thuật chuyển mạch th-ờng kết hợp với các lĩnh vực kỹ thuật công nghệ khác trong một cấu trúc thiết bị hoặc hệ thống các thiết bị hoàn chỉnh nh- kỹ thuật điều khiển, kỹ thuật xử lý các quá trình ngẫu nhiên, kỹ thuật điện-điện tử

và chế tạo linh kiện, kỹ thuật truyền dẫn, báo hiệu và xử lý báo hiệu… Nhìn chung, mỗi trung tâm chuyển mạch là một hệ thống hoàn chỉnh, rất phức tạp và là

sự kết hợp của nhiều lĩnh vực kỹ thuật mà trong đó kỹ thuật chuyển mạch là nền tảng

Mặc dù trong các mạng viễn thông hiện nay phổ biến sử dụng các tổng đài chuyển mạch số điều khiển theo ch-ơng trình ghi sẵn, nh-ng trong tài liệu này vẫn đề cập đến các nguyên lý chuyển mạch khác nh- các chuyển mạch không gian t-ơng tự, chuyển mạch PAM, hoặc một số cơ chế chuyển mạch số liệu khác với mục đích cung cấp các kiến thức cơ bản về kỹ thuật chuyển mạch, tạo khả năng ứng dụng các kỹ thuật chuyển mạch này không chỉ trong lĩnh vực viễn thông mà còn trong các ứng dụng mang tính đặc thù khác nh- lĩnh vực điều khiển hoặc trong các hệ thống công nghệ chuyên dụng Một lý do khác cần nghiên cứu, tìm hiểu các kỹ thuật chuyển mạch tr-ớc đây đó là tính luân phiên của các công nghệ này Ví dụ trong các chuyển mạch tốc độ cao có xu h-ớng áp dụng các phần

tử chuyển mạch không gian đơn giản nhất với điều khiển phân tán để có đ-ợc tốc

độ chuyển mạch cao

Tài liệu này gồm 2 tập

Nội dung của tập 1 đ-ợc chia thành 5 ch-ơng Ch-ơng 1: Các thành phần của mạng viễn thông- Giới thiệu khái quát các thành phần của mạng viễn thông,

vị trí, chức năng của từng thành phần; Các ph-ơng thức chuyển mạch và điều khiển chuyển mạch; Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC Ch-ơng 2: Chuyển mạch kênh- Giới thiệu các công nghệ chuyển mạch kênh; Nguyên lý chuyển mạch không gian t-ơng tự; Cấu trúc chuyển mạch không gian một khâu và nhiều khâu; Nguyên lý điều chế biên độ xung và chuyển mạch PAM; Các sơ đồ chuyển mạch PAM cơ bản 4 dây và 2 dây; Khái quát chung về công nghệ PCM và chuyển mạch số; Nguyên lý phân kênh thời gian; Các bộ chuyển mạch thời gian

số và chuyển mạch không gian số cơ bản; Các cấu trúc chuyển mạch T, TS, ST , TST, STS, TSST; Ph-ơng pháp điều khiển các chuyển mạch số Ch-ơng 3: Tổ chức các phân hệ trong tổng đài SPC- đề cập đến cấu trúc của các phân hệ ứng dụng, phân hệ chuyển mạch, phân hệ xử lý điều khiển, phân hệ ngoại vi điều khiển, phân hệ báo hiệu Ch-ơng 4- Tổng quan về báo hiệu và các hệ thống báo hiệu: Giới thiệu về các khái niệm báo hiệu thuê bao, báo hiệu trung kế, các hệ thống báo hiệu kênh kết hợp và báo hiệu kênh chung Ch-ơng 5- Giới thiệu hệ thống báo hiệu R2 Ch-ơng 6- Giới thiệu hệ thống báo hiệu số 7 Ch-ơng 7: Lý thuyết xử lý cuộc gọi và ph-ơng pháp tính toán thiết bị mạng viễn thông- Đ-a ra các khái niệm về xử lý cuộc gọi, tải và c-ờng độ tải, các khái niệm về ph-ơng thức phục vụ với tổn thất hiển nhiên, phục vụ theo hàng đợi và các ph-ơng pháp tính toán thiết bị theo từng ph-ơng thức phục vụ và xử lý cuộc gọi

Tập 2 của tài liệu này tập trung vào các kỹ thuật chuyển mạch thông tin số liệu trong đó tập trung vào các ph-ơng thức chuyển mạch thông tin dạng gói nh- thủ tục X25, Frame Relay, SMDS và ATM Nội dung sẽ đ-ợc giới thiệu khái quát

ở đầu tập 2

Trong tài liệu này có thể còn những sai sót, rất mong nhận đ-ợc ý kiến

đóng góp của bạn đọc

Ch-ơng 1 Các thành phần của mạng viễn thông

1.1 Khái quát chung

1.1.1 Khái quát về thông tin viễn thông

Trao đổi thông tin là một nhu cầu thiết yếu trong đời sống hàng ngày Khi các mối quan hệ kinh tế - xã hội càng phát triển thì nhu cầu đó ngày càng tăng cao Các thông tin đ-ợc trao đổi rất đa dạng về hình thức nh- thoại, văn bản, số liệu, hình ảnh và rất phong phú về cách thức trao đổi; chúng có thể đ-ợc trao đổi trực tiếp qua giao tiếp, đối thoại và cũng có thể đ-ợc thực hiện một cách gián tiếp qua th- từ, điện thoại, điện tín … Thông tin viễn thông trên nghĩa rộng có thể hiểu là hình thức trao đổi thông tin từ xa, bao gồm cả b-u chính, điện tín và điện báo… và cả các hình thức thông tin đại chúng quảng bá Tuy nhiên, từ tr-ớc tới nay khái niệm về thông tin viễn thông không bao hàm các hình thức trao đổi thông tin phi điện tín (không dùng tín hiệu điện), đồng thời lại gắn liền với hình thức trao đổi thông tin qua một mạng nào đó Do đó, thông tin viễn thông đ-ợc hiểu là hình thức trao đổi thông tin từ xa, mà trong đó tin tức cần truyền đ-ợc biến đổi thành tín hiệu điện ở đầu phát và đ-ợc truyền qua các thiết bị của mạng viễn thông (bao gồm các thiết bị đầu cuối, các tuyến truyền dẫn, các trung tâm chuyển mạch); ở đầu thu tín hiệu nhận đ-ợc sẽ đ-ợc chuyển đổi ng-ợc lại thành tin tức cho ng-ời sử dụng Nói cách khác truyền tin qua mạng viễn thông là hình thức truyền thông tin từ nơi này tới nơi khác bằng cách sử dụng tín hiệu điện,

điện từ, quang điện thông qua các thiết bị mạng

1.1.2 Các thành phần của mạng viễn thông

a Thiết bị đầu cuối

Tin tức cần truyền, nh- tiếng nói, văn bản, số liệu, hình ảnh, phải đ-ợc biến đổi thành dạng tín hiệu điện phù hợp để có thể truyền qua mạng viễn thông Các biến đổi đó đ-ợc thực hiện bởi thiết bị phát đặt tại đầu phát (nơi truyền tin) Sau khi truyền qua mạng, tín hiệu đ-ợc thu tại nơi nhận, nó phải đ-ợc biến đổi trở lại từ dạng tín hiệu điện thành dạng tin tức ban đầu hoặc dạng tin tức khác nh-ng

có thể hiểu đ-ợc cho ng-ời sử dụng Phép biến đổi này đ-ợc thực hiện bởi thiết bị thu tại đầu cuối nhận tin Nh- vậy, có thể có các thiết bị đầu của mạng (đặt tại nơi phát) và các thiết bị cuối của mạng (đặt tại nơi thu) Tuy nhiên, tại các điểm trao

đổi thông tin th-ờng có nhu cầu thông tin hai chiều, nghĩa là vừa có khả năng truyền thông tin đi vừa có khả năng nhận thông tin về Vì vậy, tại các điểm này th-ờng sử dụng loại thiết bị vừa thực hiện đ-ợc chức năng phát lại vừa thực hiện

đ-ợc chức năng thu, hay vừa là thiết bị đầu của mạng vừa là thiết bị cuối của mạng Để thống nhất, các thiết bị thực hiện chức năng truyền thông tin vào mạng viễn thông hoặc thiết bị nhận thông tin từ mạng hoặc loại thiết bị thực hiện cả hai

chức năng trên đều có tên gọi chung là thiết bị đầu cuối viễn thông Từ đó, thiết

bị đầu cuối của mạng viễn thông có thể đ-ợc hiểu đó là thiết bị giao tiếp giữa ng-ời sử dụng với mạng mà nhờ thiết bị này ng-ời sử dụng có thể truyền tin tức qua mạng tới ng-ời sử dụng khác của mạng và nhận các tin tức của các ng-ời sử dụng khác gửi tới Những điều trên đây mới chỉ đề cập tới khía cạnh biến đổi tín tức; ngoài chức năng chính này các thiết bị đầu cuối còn tham gia vào quá trình thiết lập, duy trì và giải toả tuyến truyền tin từ nó tới các thiết bị đầu cuối khác khi tham gia các cuộc liên lạc qua mạng Các chức năng loại này bao gồm thông báo cho mạng khi có nhu cầu gọi đi, gửi thông tin chọn địa chỉ, nhận các tín hiệu thông báo về tình trạng của mạng hoặc tình trạng của thiết bị đầu cuối cần liên

lạc Chúng có tên chung là báo hiệu thuê bao Mỗi thiết bị đầu cuối th-ờng đ-ợc

nối với mạng bằng một đôi dây đ-ợc gọi là đ-ờng dây thuê bao T-ơng ứng mỗi

đ-ờng dây thuê bao sẽ là một mạch điện bên trong một thiết bị nào đó của mạng

Mạch điện đó đ-ợc gọi là mạch điện giao tiếp đ-ờng dây thuê bao SLIC

(Subscribers Line Interface Circuit) Mạch điện này cho phép thiết bị đầu cuối

của ng-ời sử dụng, qua đôi dây dẫn (đ-ờng dây thuê bao), giao tiếp đ-ợc với các thiết bị bên trong mạng

Hình 1.2 : Chức năng các thiết bị đầu cuối

Nh- vậy thiết bị đầu cuối, đôi dây thuê bao và mạch điện giao tiếp đôi dây thuê bao trong mạng cho phép mỗi ng-ời sử dụng có quan hệ thuê bao với mạng Ng-ời sử dụng với t- cách là thuê bao của mạng có thể thực hiện các thao tác

điều khiển tiến trình tiến hành cuộc liên lạc qua mạng và trao đổi tin tức với các thuê bao khác qua mạng

b Trung tâm chuyển mạch

Qui mô của một mạng có thể từ rất đơn giản đến cực kỳ phức tạp Có thể lấy mạng điện thoại làm ví dụ điển hình Với bản chất ứng dụng tự nhiên của mình và với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú, mạng điện thoại mang ý nghĩa tổng quát của mạng viễn thông và là một đối t-ợng nghiên cứu chủ yếu trong lĩnh vực viễn thông

Một mạng điện thoại đơn giản có thể chỉ bao gồm các cặp máy điện thoại

đấu nối trực tiếp với nhau qua một đôi dây nh- hình 1.3

Theo ph-ơng thức này, để phục vụ liên lạc giữa mỗi cặp điểm cần đặt một cặp máy điện thoại và nối chúng bằng một đôi dây Nh- vậy, nếu có n điểm cần liên lạc chéo hoàn toàn với nhau thì tại mỗi điểm cần có (n-1) máy thoại để nối tới các điểm còn lại, do đó tổng số máy điện thoại phải dùng là n(n-1) máy, t-ơng ứng cần n(n-1)/2 đôi dây để nối chúng thành từng cặp

Hình 1.3 : Mạng điện thoại tổ chức theo kiểu đấu nối trực tiếp từng cặp

Ph-ơng thức tổ chức mạng kiểu này chỉ có một -u điểm duy nhất đó là

đảm bảo sự độc lập giữa các cuộc liên lạc Ví dụ : Khi A liên lạc với B thì tại A dùng máy số 1, độc lập hoàn toàn với mạng liên lạc giữa A với các điểm còn lại hoặc giữa các điểm còn lại với nhau Từ đó tạo khả năng tổ chức mạng rất linh hoạt, dễ dàng thêm bớt các mối liên lạc, dễ triển khai thu hồi

Tuy nhiên ph-ơng thức này có rất nhiều nh-ợc điểm nh-:

- Phức tạp trong sử dụng: ta hình dung trên bàn làm việc của giám đốc có tới 4, 5 máy điện thoại để liên lạc tới từng phân x-ởng Khi đó muốn làm việc với một phân x-ởng cụ thể thì cần chọn đúng máy điện thoại nối tới phân x-ởng

đó, hoặc có khi tín hiệu gọi tới từ một phân x-ởng thì phải nghe, phải quan sát để xác định cuộc gọi đó đang báo trên máy nào Rất khó hình dung nếu số điểm liên lạc lên tới hàng trăm, hàng ngàn, thậm chí lên tới hàng triệu thuê bao, không rõ khi đó ng-ời sử dụng sẽ xoay sở ra sao với n–1 chiếc máy điện thoại trên bàn làm việc của mình

- Hiệu quả sử dụng thiết bị đầu cuối và đ-ờng dây thấp do mỗi thiết bị đầu cuối và đôi dây t-ơng ứng chỉ dùng để liên lạc với một đối tác duy nhất nên chúng rất ít đ-ợc dùng đến

- Phức tạp và tốn kém trong mở rộng mạng Giả sử mạng hiện hành có n

điểm có khả năng nối chéo hoàn toàn, nếu thêm điểm thứ n + 1 thì cần bổ xung 2n thiết bị đầu cuối và n đôi dây để nối giữa điểm mới bổ xung với n điểm ban

điểm cụ thể nào đó thì ng-ời sử dụng chỉ việc dùng chuyển mạch riêng để chọn

đ-ờng dây nối tới điểm đó nh- mô tả trên hình 1 4

Hình 1.4 : Ph-ơng án dùng chuyển mạch đ-ờng dây riêng

Theo cách này đã tạo thuận lợi cho ng-ời sử dụng và giảm đ-ợc số thiết bị

đầu cuối Tuy nhiên, số đôi dây nối chéo giữa các điểm vẫn không giảm, bên cạnh đó, mỗi khi thay đổi số vị trí sẽ kéo theo tổ chức lại các đôi dây và thay đổi dung l-ợng của chuyển mạch riêng tại mỗi thuê bao

Mặc dù vậy, ph-ơng án tổ chức mạng theo cách này cũng tạo ra định h-ớng cho sự ra đời của ph-ơng án tổ chức mạng mới mà nó đ-ợc sử dụng cho tới ngày nay, đó là, tập trung toàn bộ các chuyển mạch riêng đó vào một thiết bị dùng chung gọi là trung tâm chuyển mạch hay còn gọi là tổng đài Khi đó tại mỗi

vị trí ng-ời sử dụng sẽ chỉ còn lại một thiết bị đầu cuối Thiết bị đầu cuối này

đ-ợc nối với tổng đài chỉ bằng một đôi dây gọi là đ-ờng dây thuê bao Các bộ chuyển mạch riêng mà tr-ớc đây đặt tại từng vị trí ng-ời sử dụng thì nay đ-ợc tập trung cả vào trong tổng đài Chức năng của tổng đài là tạo ra tuyến nối giữa các

đ-ờng dây của hai thuê bao khi chúng cần liên lạc với nhau Nghĩa là, khi thuê bao A cần liên lạc với thuê bao B thì tổng đài sẽ sử dụng thiết bị chuyển mạch bên trong nó để nối mạch điện đ-ờng dây thuê bao A đến mạch điện đ-ờng dây

thuê bao B, duy trì tuyến nối đó khi hai thuê bao đó liên lạc (trao đổi thông tin) với nhau, giải phóng tuyến nối đó khi các thuê bao này kết thúc cuộc liên lạc Nh- vậy, chức năng chính của các trung tâm chuyển mạch (tổng đài) là tạo tuyến truyền thông tin từ thuê bao này tới thuê bao khác khi chúng cần liên lạc với nhau Để thực hiện đ-ợc chức năng này cần trang bị các thiết bị chuyển mạch phù hợp trong tổng đài và phải có khả năng trao đổi thông tin điều khiển giữa các thiết bị đầu cuối và thiết bị điều khiển chuyển mạch của tổng đài Đến đây ta có thể hình dung rằng, tổng đài là thiết bị dùng chung cho các thuê bao, các thiết bị

đầu cuối của các thuê bao đ-ợc nối tới tổng đài bằng các đ-ờng dây thuê bao; bên trong tổng đài sẽ có các mạch điện giao tiếp đ-ờng dây thuê bao t-ơng ứng với từng đ-ờng dây thuê bao; thiết bị chuyển mạch dùng để kết nối các đ-ờng dây thuê bao, và có phần điều khiển để điều khiển các kết nối đó

Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) là thiết bị mạng dùng để tạo ra tuyến thông tin giữa các thiết bị đầu cuối của cùng tổng đài với nhau (cuộc gọi nội hạt), hoặc giữa thiết bị đầu cuối của tổng đài này với thiết bị đầu cuối của tổng đài khác qua đ-ờng trung kế (cuộc gọi liên tổng đài, cuộc gọi đ-ờng dài), hoặc giữa các trung kế với nhau (cuộc gọi quá giang)

Hình 1 5 : Ph-ơng thức liên lạc qua tổng đài

điều khiển chuyển mạch

Các nhóm chức năng của Trung tâm chuyển mạch bao gồm:

- Nhóm chức năng chuyển mạch : Tạo tuyến nối, duy trì, giải phóng tuyến nối đối với từng cuộc gọi

- Nhóm chức năng báo hiệu : Cung cấp và xử lý các báo hiệu thuê bao và báo hiệu trung kế để phục vụ chức năng chuyển mạch

Ngoài ra các trung tâm chuyển mạch còn thực hiện các nhóm chức năng mạng quan trọng khác nh- tổ chức, quản lý mạng (vai trò node mạng, quản lý trạng thái của các đầu cuối và tuyến truyền dẫn), cung cấp giao tiếp và các dịch

vụ thuê bao, phối hợp truyền dẫn( tổ chức ngân hàng kênh, dạng, mức tín hiệu ) biến đổi và tổ chức thông tin bên trong trung tâm chuyển mạch

Trong tổ chức mạng thì các trung tâm chuyển mạch là các node mạng, có thể dùng để phục vụ kết nối giữa các thuê bao với nhau (chuyển mạch nội hạt) hoặc giữa node này với node khác (chuyển mạch kết nối, chuyển tiếp, đ-ờng dài, trung tâm cửa quốc tế)

c Các tuyến truyền dẫn

Phạm vi phục vụ của một tổng đài th-ờng bị giới hạn về dung l-ợng và về phân bố địa lý Thông th-ờng, dân c- tập trung thành các khu vực Do đó tại trung tâm của từng vùng dân c- ng-ời ta đặt một tổng đài có dung l-ợng phù hợp

để phục vụ nhu cầu liên lạc của dân c- trong vùng Giữa các tổng đài này có thể

có các đ-ờng trung kế trực tiếp, các tuyến truyền dẫn tới các tổng đài của các vùng lân cận để phục vụ các cuộc lạc giữa thuê bao của tổng đài này với thuê bao của tổng đài khác Nhìn chung, các tuyến truyền dẫn th-ờng đ-ợc lắp đặt giữa các tổng đài mà l-u l-ợng thông tin cần trao đổi lớn hoặc giữa các trung tâm thông tin Đó là các tuyến thông tin nhiều kênh, trên đó có sử dụng kỹ thuật ghép kênh và các giải pháp kỹ thuật cho việc truyền tín hiệu đi xa Nhờ việc áp dụng các kỹ thuật đó mà có thể tổ chức mạng viễn thông toàn cầu

Trong thành phần mạng viễn thông các tuyến truyền dẫn nối các trung tâm chuyển mạch với nhau, cho phép các cuộc gọi có thể tiến hành qua nhiều node mạng Vì vậy, chức năng chính của chúng là tạo ra liên kết mạng giữa các trung tâm chuyển mạch Mạng viễn thông th-ờng đ-ợc tổ chức theo kiểu phân cấp, phân vùng Tín hiệu qua các thiết bị truyền dẫn đ-ợc biến đổi, đ-ợc tổ chức ghép tách kênh, đ-ợc tái tạo và khuếch đại bù năng l-ợng sau từng chặng để truyền

đ-ợc đi xa, và nhờ đó có thể tổ chức mạng lớn (mạng toàn cầu)

1.1.3 Tổ chức mạng viễn thông

a Mạng hợp nối

Nh- đã trình bày ở phần trên , mỗi tổng đài cục bộ phục vụ các thuê bao trong một vùng Các vùng này không có ranh giới rõ ràng, chúng có thể đan xen nhau Giữa các tổng đài cục bộ có thể là các trung kế trực tiếp hoặc các tuyến truyền dẫn Tuy nhiên, nếu sử dụng các trung kế và các tuyến truyền dẫn trực tiếp

để tạo ra mạng nối chéo giữa các tổng đài cục bộ thì cấu trúc mạng sẽ rất phức tạp Cũng t-ơng tự nh- việc dùng đài nội hạt để giảm các đ-ờng dây trực tiếp giữa các thuê bao, ở đây cũng có thể dùng tổng đài kết nối trung gian giữa các tổng đài nội hạt để giảm các trung kế và các tuyến truyền dẫn trực tiếp Nh- vậy các trung kế trực tiếp và các tuyến truyền dẫn trực tiếp chỉ đ-ợc đặt giữa các tổng

đài nội hạt gần kề nhau và chỉ phục vụ phần nào l-u l-ợng thông tin giữa chúng, phần còn lại chủ yếu đ-ợc phục vụ qua tổng đài hợp nối trung gian nh- hình 1.6

Tổng đài hợp nối

Tổng đài hợp nối

Đ-ờng dây thuê bao

 Đ-ờng dây thuê bao



Đ-ờng dây thuê bao

Trong ph-ơng pháp tổ chức mạng kiểu này các tổng đài hợp nối đóng vai trò nh- tổng đài của các tổng đài, chúng thực hiện chức năng kết nối giữa các tổng đài trong từng vùng với nhau và giữa vùng này với vùng khác, từ đó cho phép giảm các trung kế trực tiếp, mở rộng phạm vi dịch vụ cho các thuê bao và

tạo điều kiện tổ chức mạng linh hoạt hơn

b.Mạng phân cấp

Khi xây dựng mạng quốc gia cần hoạch định các cấp chuyển mạch Nếu mạng không đ-ợc phân cấp thì việc phục vụ các cuộc gọi đ-ờng dài sẽ gặp khó khăn do tuyến đ-ờng dài không đ-ợc hoạch định tr-ớc, cuộc nối sẽ phải qua nhiều tổng đài, thời gian thiết lập lâu, giá thành cao, sử dụng các thiết bị kém hiệu quả, chất l-ợng phục vụ thấp Mạng phân cấp cho phép khắc phục đ-ợc các nh-ợc điểm đề cập trên đây làm cho các cuộc gọi đ-ờng dài đ-ợc tiến hành nhanh chóng, thuận tiện và chất l-ợng cao Việc phân cấp đi đôi với việc hoạch

định chiến l-ợc định tuyến cho các loại cuộc gọi giữa hai thuê bao bất kỳ Các cuộc gọi đ-ờng dài đ-ợc định tuyến theo các tiêu chuẩn tối -u Mô hình mạng phân cấp đ-ợc mô tả trên hình 1.7 Nhìn chung việc xử lý định tuyến đ-ợc thực hiện trên cơ sở phân tích h-ớng cuộc gọi và trạng thái của các đ-ờng liên kết giữa các trung tâm chuyển mạch Khi phát sinh một cuộc gọi thì h-ớng trực tiếp sẽ

đ-ợc chọn tr-ớc tiên Nếu h-ớng trực tiếp không có khả năng phục vụ thì cuộc gọi sẽ đ-ợc tiến hành trên một trong các h-ớng thay thế qua trung tâm chuyển mạch cấp cao hơn

H-ớng thay thế

Hình 1.7 : Mô hình tổ chức mạng kiểu phân cấp

1.1.4 Các thành phần thiết yếu khác của mạng viễn thông

a Hệ thống báo hiệu

Để các thành phần chính trong mạng viễn thông nh- các thiết bị đầu cuối, các trung tâm chuyển mạch, các tuyến truyền dẫn hoạt động phối hợp nhịp nhàng với nhau thì giữa chúng cần có những thông tin điều khiển Các thông tin điều khiển dùng để trao đổi giữa các thành phần chính trong mạng phục vụ cho các quá trình thiết lập, duy trì, giải toả cuộc gọi đ-ợc gọi chung là báo hiệu

Để hiểu đ-ợc vai trò của báo hiệu ta xem xét quá trình thực hiện cuộc gọi giữa một thuê bao của tổng đài A với một thuê bao của tổng đài B Hình1.8 thể hiện những tín hiệu báo hiệu đ-ợc trao đổi giữa các thuê bao với các tổng đài và giữa các tổng đài với nhau trong các quá trình thiết lập, duy trì và giải phóng kết nối

Hình 1 8 : Quá trình tiến hành cuộc gọi qua tổng đài

Quá trình thực hiện một cuộc gọi trên thực tế có thể xảy ra nhiều khả năng khác nhau tuỳ thuộc vào đó là cuộc gọi nội hạt hay đ-ờng dài, cuộc gọi đ-ợc thực hiện trọn vẹn hay bị kết thúc giữa chừng, nguyên nhân cuộc gọi không thành công, mà từ đó sẽ có các loại tín hiệu báo hiệu khác nhau đ-ợc trao đổi giữa các

Trao đổi thông tin Kết thúc cuộc gọi Yêu cầu giải toả cuộc gọi

Báo hiệu đ-ờng dây thuê bao bị gọi Báo hiệu liên tổng đài

Báo hiệu đ-ờng dây

thuê bao gọi

thành phần trong mạng Các tín hiệu báo hiệu có thể chia thành báo hiệu thuê bao (bao gồm báo hiệu đ-ờng thuê bao gọi, báo hiệu đ-ờng thuê bao bị gọi) và báo hiệu trung kế (hay báo hiệu liên tổng đài) tuỳ thuộc vào từng tín hiệu báo hiệu đó đ-ợc sử dụng trên cung đoạn nào của mạng Về các đơn vị tín hiệu báo hiệu cụ thể và ý nghĩa của chúng sẽ đ-ợc đề cập trong ch-ơng riêng của tài liệu này

b Hệ thống quản lý, điều hành và bảo d-ỡng

Các thế hệ tổng đài cơ điện tr-ớc đây cũng đã bắt đầu hình thành cơ sở quản lý và bảo d-ỡng, tuy nhiên chỉ tập trung vào công việc tính c-ớc đơn giản và cảnh báo lỗi thô sơ Các thế hệ tổng đài hiện đại điều khiển theo ch-ơng trình ghi

sẵn (SPC- Stored Program Control) cho phép l-u trữ ch-ơng trình điều hành hoạt

động của tổng đài, cơ sở dữ liệu thuê bao và dữ liệu trung kế, các ch-ơng trình quản lý mạng và chọn tuyến tối -u, các ch-ơng trình chuẩn đoán hỏng hóc cho phép quản lý tập trung các tổng đài trong phạm vi nào đó và thực hiện các quy trình bảo hành, bảo d-ỡng từ xa

c Đồng bộ mạng

Các trung tâm chuyển mạch hiện nay hầu hết là các tổng đài chuyển mạch

số, do đó yêu cầu sự đồng bộ chặt chẽ giữa các tổng đài Đồng bộ có ý nghĩa hết sức quan trọng, mang tính sống còn của mạng số hoá, nó ảnh h-ởng trực tiếp đến chất l-ợng phục vụ QoS của hệ thống Ngày càng nhiều loại hình thông tin đ-ợc kết hợp với nhau đ-ợc phục vụ qua mạng viễn thông, có những loại hình thông tin rất nhạy cảm với hiện t-ợng tr-ợt và lặp, ví dụ nh- thông tin số liệu, vì vậy sai sót nhỏ trong đồng bộ sẽ dẫn tới tr-ợt và lặp thông tin, ảnh h-ởng tới chất l-ợng phục

vụ và có thể gây gián đoạn liên lạc bởi vậy cần áp dụng các giải pháp kỹ thuật để

đảm bảo đồng bộ mạng thông tin số Chi tiết về vấn đề này sẽ đ-ợc đề cập các ch-ơng sau

1.2 Chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói

1.2.1 Khái niệm về chuyển mạch kênh (Circuit Switching)

Chuyển mạch kênh đ-ợc hiểu là một ph-ơng thức chuyển mạch mà khi phục vụ mỗi cuộc gọi giữa một cặp thiết bị đầu cuối nào đó thì kênh truyền giữa các mạch điện giao tiếp của hai thiết bị đầu cuối đó đ-ợc thiết lập và dành riêng cho việc trao đổi thông tin giữa hai thuê bao này Các cuộc gọi đồng thời giữa các cặp thuê bao khác nhau đ-ợc tiến hành trên các kênh truyền khác nhau, độc lập nhau

Kênh truyền này có thể đ-ợc hiểu là tập hợp các đoạn mạch do các thiết bị chuyển mạch và các kênh đ-ợc phân phối trên các tuyến truyền dẫn tạo ra một tuyến truyền tín hiệu nối tiếp nhau từ mạch điện của thuê bao chủ gọi tới mạch

điện của thuê bao bị gọi

Đặc điểm của chuyển mạch kênh là :

- Thiết lập kênh truyền rồi mới truyền thông tin trên kênh đã đ-ợc thiết lập

- Hệ thống chuyển mạch không kiểm soát thông tin trên kênh đã thiết lập

- Thông tin không bị trễ hoặc bị trễ không đáng kể và không gây ra rung pha (Trễ đều cho mọi thành phần tín hiệu của mỗi cuộc gọi) do đó phù hợp với dịch vụ thời gian thực

tín hiệu pam hoặc là các bộ chuyển mạch số cho tín hiệu PCM hay chỉ đơn giản

là các bộ nối dây

1.2.2 Khái niệm về chuyển mạch bản tin (Message Switching)

Trong thực tế không có mạng chuyển mạch chuyên dụng cho chuyển mạch bản tin nh-ng chúng ta vẫn th-ờng nhận đ-ợc các thông tin d-ới dạng bản tin Có thể hình dung nguyên lý chuyển mạch bản tin nh- sau: Tin tức cần truyền

là bản tin sẽ đ-ợc gửi đến node gốc kèm theo địa chỉ nguồn và địa chỉ đích Node gốc l-u bản tin trong bộ nhớ của nó, lập kế hoạch chọn tuyến tới đích và gửi yêu cầu tới node kế tiếp theo kế hoạch chọn tuyến, khi node kế tiếp sẵn sàng tiếp nhận bản tin thì hai node tiến hành trao đổi bản tin cho nhau, cứ nh- vậy bản tin

sẽ đ-ợc truyền tới đích Cũng có thể truyền bản tin theo các thuật truyền khác

nhau, miễn sao bản tin tới đ-ợc đích

Hình 1.10 : Mô hình mạng chuyển mạch bản tin

Đặc điểm của ph-ơng thức chuyển mạch bản tin:

- Bản tin có kích không xác định vì vậy phải có bộ nhớ đủ lớn tại các node

để tiếp nhận và l-u trữ bản tin

- Thời gian truyền tải tin lớn, dễ gây tắc nghẽn

- Trễ bản tin trong các node và trong mạng không xác định

- áp dụng các biện pháp phát hiện và sửa lỗi

1.2.3 Khái niệm và chuyển mạch gói

Bản tin đ-ợc chia thành các gói và đ-ợc truyền cùng các tiếp đầu và tiếp

dte

cuối của gói, các tiếp đầu và tiếp cuối đó là các tr-ờng điều khiển để h-ớng dẫn các node của mạng đ-a các gói tới đích, kiểm soát lỗi và điều khiển l-u l-ợng Một bản tin có thể gồm nhiều gói, chúng có thể đ-ợc truyền tới đích theo ph-ơng thức h-ớng liên kết (Connection-oriented) hoặc theo ph-ơng thức phi kết nối (Connectionless) Nh- thế các gói của một bản tin có thể đ-ợc truyền theo cùng một tuyến qua các nút mạng hoặc cũng có thể đ-ợc truyền trên các tuyến khác nhau Thêm vào đó, trong quá trình truyền các gói có thể có lỗi, một vài gói phải truyền lại và do đó các gói có thể đến đích không theo thứ tự, các thiết bị mạng và thiết bị đầu cuối phải có khả năng kiểm soát và sắp xếp lại các gói để khôi phục lại bản tin tại đầu cuối thu

Đặc điểm của ph-ơng thức chuyển mạch gói:

- Giảm đ-ợc trễ tại các node và trong mạng

- Xử lý lỗi và sửa lỗi hoặc truyền lại gói nhanh hơn so với chuyển mạch bản tin do đó giảm đ-ợc l-ợng thông tin cần truyền lại, giảm tắc nghẽn

và tăng tốc độ truyền tin cũng nh- khả năng phục vụ của mạng

- Có thể định tuyến cho từng gói hoặc cho tất cả các gói của cuộc gọi theo các thủ tục khác nhau

Hình 1.11 Mô hình nguyên lý chuyển mạch gói

1.2.4 Khái niệm về công nghệ atm (Công nghệ chuyển giao không

đồng bộ–asynchronous Transfer Mode)

atm là công nghệ bao gồm cả khía cạnh truyền dẫn và khía cạnh chuyển mạch, đây cũng là dạng chuyển mạch gói đặc biệt Về khía cạnh truyền dẫn có

dte

thể coi atm nh- một ph-ơng thức ghép kênh không đồng bộ (còn gọi là ghép kênh thống kê), nghĩa là đ-ờng truyền đ-ợc phân chia một cách linh hoạt cho các

tế bào từ các nguồn tin khác nhau, không cần tuân theo một trật tự nghiêm ngặt Các tế bào giống nh- các gói tin đặc biệt có kích th-ớc cố định (53byte) để đạt

đ-ợc hiệu quả truyền dẫn và chuyển mạch cao, giảm trễ trong mạng và tránh tắc nghẽn Các tr-ờng thủ tục trong mỗi tế bào đ-ợc tối thiểu hoá, đơn giản thao tác

xử lý tế bào tại các node mạng, nh- thế sẽ tăng đ-ợc tốc độ chuyển mạch đáp ứng

đ-ợc các dịch vụ tốc độ cao Về chuyển mạch áp dụng ph-ơng thức chuyển mạch

địa chỉ thể hiện trong nhận dạng kênh ảo (VCI) và nhận dạng đ-ờng ảo (VPI) từ

đó đơn giản hoá chức năng chuyển mạch, nâng cao khả năng chuyển mạch, kết hợp báo hiệu kênh chung tạo khả năng sử dụng VCI, VPI linh động, dễ dàng tổ chức mạng toàn cầu

a Chế độ truyền đồng bộ và chế độ truyền không đồng bộ

Trên hình 1.12a minh hoạ nguyên lý ghép kênh thời gian đồng bộ (Synchronous Time Division Multiplexing) hay còn gọi là ph-ơng thức truyền

đồng bộ (Synchronous Transfer Mode) Các kênh đ-ợc tổ chức thành khung và

đ-ợc sắp xếp theo thứ tự một cách chặt chẽ Việc xác định thông tin của từng kênh để phục vụ cho việc phân phối chúng cũng nh- thực hiện các thao tác chuyển mạch phải bắt đầu bằng việc xác định đồng bộ đa khung, đồng bộ khung (Frame) Mất hoặc thu sai đồng bộ khung cũng làm mất thông tin của các kênh

Do băng thông đ-ợc phân phối đều cho các kênh nên những kênh không có thông tin để truyền cũng chiếm khe thời gian dành cho nó và các kênh khác có nhu cầu truyền tin không thể tận dụng đ-ợc Ưu điểm cơ bản của ph-ơng thức này là tốc

độ truyền ổn định do vậy rất phù hợp với các dịch vụ có tốc độ bít cố định và các dịch vụ yêu cầu trễ không đổi cho các dịch vụ nhạy cảm với thời gian thực nh-

tín hiệu thoại hoặc hình ảnh

Trên hình 1.12b minh hoạ nguyên lý ghép kênh thời gian không đồng bộ ATDM (Asynchronous Time Division Multiplexing) hay còn gọi là ph-ơng thức chuyển giao không đồng bộ ATM(Asynchronous Transfer Mode) Băng thông

đ-ợc phân phát cho các kênh theo nhu cầu (ghép kênh thống kê - Statistical Multiplexing) và không cần tuân theo một thứ tự chặt chẽ nh- trong ph-ơng thức truyền đồng bộ Thông tin của từng kênh đ-ợc truyền cùng với phần tiếp đầu H (Header-Overhead) của nó tạo thành các gói Phần Header chứa các thông tin

điều khiển giúp cho các thiết bị mạng xác định đ-ợc thông tin của từng kênh để thực hiện các thao tác định tuyến, chuyển mạch và sắp xếp lại bản tin Nhờ có phần Header nên việc ghép và tách kênh đ-ợc tiến hành rất thuận tiện, băng thông đ-ợc phân phối một cách linh hoạt cho các kênh Cũng nhờ phần Header

mà có thể áp dụng cơ cấu chuyển mạch t-ơng đối đơn giản, đó là nguyên lý chuyển mạch địa chỉ (Address Switching) hay còn gọi là chuyển mạch nhãn (Label Switching) mà chúng ta sẽ điểm qua d-ới đây

Int@ Out@ Port

b Chuyển mạch địa chỉ (Address Switching)

Trên hình 1.13 minh hoạ nguyên lý chuyển mạch địa chỉ Mỗi bộ chuyển mạch có 2 đầu vào và 2 cổng ra Trên mỗi đầu vào có một bảng định tuyến dùng

để định tuyến cho các gói dữ liệu Mỗi gói dữ liệu đ-ợc gán một nhãn định tuyến (nh- các chỉ số nhận dạng trong header) Nhãn đó sẽ đ-ợc so sánh với các nhãn của cột In@ Bộ chuyển mạch sẽ chuyển đổi nhãn đó thành nhãn đầu ra t-ơng ứng nh- trong cột Out@ và đ-ợc chuyển ra cổng đầu ra định tr-ớc bởi cột Port Nh- vậy các gói sẽ lần l-ợt qua các bộ chuyển mạch để đi từ một đầu vào nào đó tới đầu ra của Node chuyển mạch Các bảng định tuyến sẽ thay đổi mỗi khi bắt

đầu hoặc kết thúc một cuộc liên lạc nào đó d-ới sự hỗ trợ của hệ thống báo hiệu Nh- thế thao tác của bộ chuyển mạch bao gồm xử lý nhãn đầu vào, phiên dịch thành nhãn đầu ra và h-ớng gói tới cổng ra cần thiết Ví dụ gói đầu vào có nhãn

A sẽ đ-ợc chuyển thành nhãn M và chuyển ra cổng vật lý Port1 Tại mỗi cổng ra vật lý có bộ nhớ đệm để tạm thời l-u trữ các gói khi có nhiều gói cùng đ-ợc định h-ớng đến một cổng ra vật lý Bộ nhớ đệm này làm việc theo nguyên lý FIFO (Vào tr-ớc, ra tr-ớc - First In First Out)

1.2.5 lĩnh vực ứng dụng của các ph-ơng thức chuyển mạch

Các thông tin có nguồn gốc khác nhau th-ờng đ-ợc thể hiện bằng các dạng tín hiệu khác nhau Ví dụ thông tin thoại hoặc truyền hình th-ờng là dòng thông tin liên tục đ-ợc thể hiện bằng chuỗi tín hiệu số tốc độ bit không đổi (CBR-Constant Bit Rate), trong khi thông tin máy tính, số liệu… lại th-ờng mang tính gián đoạn và d-ới dạng tín hiệu số có tốc độ bít thay đổi (VBR-Variable Bit Rate) và vì thế mỗi loại thông tin thích ứng với một công nghệ truyền dẫn và chuyển mạch Những thông tin có tốc độ bit không đổi và nhạy cảm với trễ th-ờng chọn hình thức truyền đồng bộ và chuyển mạch kênh Truyền dẫn kiểu

đồng bộ đáp ứng tốc độ truyền không đổi và trễ truyền dẫn là nh- nhau cho tất cả các tổ hợp tín hiệu của cùng một cuộc gọi Chuyển mạch kênh thiết lập kênh dành riêng cho mỗi cuộc gọi tr-ớc khi truyền thông tin của cuộc gọi đó và đảm bảo tất cả các tổ hợp tín hiệu của cùng một cuộc gọi sẽ đ-ợc truyền theo cùng một tuyến đã đ-ợc thiết lập dành riêng đó và vì thế không làm thay đổi thứ tự của các tổ hợp tín hiệu đó, đồng thời do đ-ợc truyền theo cùng một tuyến nên các tổ hợp tín hiệu này sẽ có cùng độ trễ nh- nhau làm cho tín hiệu sau khôi phục không

bị méo pha, đáp ứng đ-ợc các dịch vụ nhạy cảm với trễ Đối với loại thông tin

đ-ợc tổ chức thành các gói hoặc các tế bào cho phép sử dụng ph-ơng thức ghép kênh thống kê để nâng cao hiệu quả sử dụng các thiết bị mạng, đồng thời áp dụng nguyên lý chuyển mạch địa chỉ để đơn giản hoá các thiết bị chuyển mạch đồng

thời thích ứng với nhiều loại hình dịch vụ với nhiều tốc độ khác nhau Đối với nhu cầu phát triển mạng viễn thông đa dịch vụ băng rộng, cùng với những tiến bộ v-ợt bậc trong lĩnh vực quang dẫn thì công nghệ ATM là một lựa chọn có thể đáp ứng đ-ợc những yêu cầu của một mạng viễn thông hiện đại

1.3 Khái quát về tổng đài điều khiển theo ch-ơng trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control)

1.3.1 Sự phát triển của công nghệ chuyển mạch và ph-ơng thức điều khiển

Trong phần này chỉ đề cập tới công nghệ chuyển mạch và ph-ơng thức

điều khiển đ-ợc áp dụng trong lĩnh vực chuyển mạch kênh

Cùng với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch thì các ph-ơng thức

điều khiển áp dụng trong các thế hệ tổng đài cũng đ-ợc phát triển, luân phiên thay thế lẫn nhau

Nh- đã trình bày ở mục 1.2, khi các máy điện thoại đ-ợc phát minh thì

đầu tiên, để tổ chức liên lạc, đơn giản chúng nối đ-ợc từng cặp trực tiếp với nhau

mà không qua một loại tổng đài nào cả Sau đó là việc áp dụng các loại tổng đài nhân công kiểu từ thạch hoặc điện chung Thực chất các tổng đài này là các thiết

bị nối dây nhân công, dùng các cặp dây phích để nối mạch điện đ-ờng dây của thuê bao gọi với đ-ờng dây của thuê bao bị gọi Trong các tổng đài nhân công, hầu nh- không có hệ thống điều khiển, các tín hiệu báo hiệu cũng hết sức đơn giản Các thông tin địa chỉ đ-ợc trao đổi bằng lời yêu cầu của thuê bao tới nhân viên tổng đài hoặc nhân viên tổng đài phía chủ gọi tới nhân viên tổng đài phía bị gọi Nhân viên tổng đài thực hiện chức năng của hệ thống điều khiển trong tổng

đài, bao gồm quan sát, phát hiện yêu cầu gọi trao đổi để nhận địa chỉ thuê bao bị gọi, phát tín hiệu gọi chuông tới thuê bao bị gọi, thiết lập nối giữa thuê bao bị gọi

và thuê bao gọi, giám sát cuộc gọi để phát hiện yêu cầu kết thúc, giải toả cuộc gọi khi có yêu cầu kết thúc cuộc gọi

Trong thế hệ tổng đài tự động dùng các bộ chọn nhẩy nấc việc tạo tuyến nối giữa mạch điện đ-ờng dây thuê bao gọi với mạch điện đ-ờng dây thuê bao bị gọi đ-ợc thực hiện một cách tự động d-ới sự điều khiển của các chùm xung quay

số đ-ợc tạo từ đĩa quay số của thiết bị đầu cuối thuê bao gọi Các tín hiệu báo hiệu đã bắt đầu phức tạp phù hợp với b-ớc phát triển v-ợt bậc về công nghệ, từ chuyển mạch nhân công sang chuyển mạch tự động Các tín hiệu báo hiệu tối thiểu đủ để đáp ứng việc tự động hoá quá trình chuyển mạch: Dòng mạch vòng

(báo hiệu giám sát), chọn số dạng xung (báo hiệu địa chỉ), các âm phục vụ (báo bận, hồi âm chuông, mời quay số), dòng chuông Ch-a hình thành hệ thống điều khiển Mỗi thiết bị chuyển mạch có bộ phận điều khiển riêng, hình thành ph-ơng

thức điều khiển độc lập - trực tiếp - nối tiếp Độc lập có nghĩa là mỗi bộ chọn có

bộđiều khiển riêng của nó, trực tiếp nghĩa là chùm xung quay số điều khiển trực tiếp hoạt động của từng bộ chọn, còn nối tiếp đ-ợc hiểu là mạch điều khiển của

bộ chọn đ-ợc hình thành một cách nối tiếp theo tiến trình thiết lập tuyến nối (xem hình 1.14)

Nh-ợc điểm của ph-ơng thức điều khiển độc lập-trực tiếp là thiết bị điều khiển phân tán theo các bộ chọn làm hiệu suất sử dụng thấp, kích th-ớc chọn bộ công kềnh, tốc độ thiết lập tuyến nối chậm, không cho phép áp dụng các ph-ơng pháp định tuyến, dễ bị chọn vào ngõ cụt Tuy nhiên, ph-ơng thức điều khiển này cũng có một vài -u thế nh- nguyên lý điều khiển rất đơn giản, lỗi điều khiển của một thiết bị không gây ảnh h-ởng nghiêm trọng, khắc phục sự cố nhanh chóng… Ngày nay, một số hệ thống thông tin số cần chuyển mạch tốc độ cao cũng

có su h-ớng áp dụng ph-ơng thức điều khiển độc lập, tuy nhiên thao tác điều khiển chuyển mạch của nó dựa trên việc xử lý nhãn nh- trong chuyển mạch địa chỉ

Hình 1.14 Mô hình điều khiển độc lập-trực tiếp trong tổng đài nhảy nấc

Thế hệ tổng đài tự động dùng bộ nối dây toạ độ (ngang dọc) đã tạo ra những tiến bộ đáng kể Khả năng nối dây của các bộ nối loại này đã tăng nhiều so với loại bộ chọn nhảy nấc, mỗi khối dọc của bộ nối dây tọa độ t-ơng đ-ơng một

bộ chọn nhẩy nấc đơn, từ đó cho phép giảm đáng kể thể tích thiết bị chuyển mạch của tổng đài Nguyên lý nối dây theo kiểu tiếp điểm ép nên giảm đ-ợc sự mài

mòn Đặc biệt, đã cho phép áp dụng ph-ơng thức điều khiển gián tiếp-tập trung

Nguyên lý điều khiển gián tiếp đ-ợc thể hiện: Tr-ớc tiên tín hiệu chọn số

từ thuê bao gọi đ-ợc thu và nhớ ở thanh ghi địa chỉ, sau đó mới chuyển tới các bộ

điều khiển của các cấp chọn và từ đó phân phối tới từng bộ nối dây Nh- vậy, thiết bị điều khiển cũng đã bắt đầu đ-ợc tập trung, nâng cao đ-ợc hiệu suất sử dụng của các thiết bị điều khiển dùng chung, tăng khả năng điều khiển và cho phép chọn tuyến theo một số ph-ơng án định tr-ớc, việc chọn tuyến mang tính bao quát trong phạm vi một tổng đài

Cả hai loại tổng đài cơ điện (nhẩy nấc và toạ độ) có đặc điểm chung là kích th-ớc lớn, chi phí khai thác khá cao, tiêu thụ năng l-ợng lớn, dịch vụ nghèo nàn, chất l-ợng dịch vụ thấp Tuy nhiên chúng cũng đã phục vụ trong khoảng thời gian hàng vài thập kỷ (gần thế kỷ)

Nửa cuối thế kỷ 20 công nghệ chế tạo các linh kiện bán dẫn phát triển mạnh, kỹ thuật xử lý tín hiệu và kỹ thuật vi xử lý tạo điều kiện cho ngành công

Bộ điều khiển cấp chọn

đ-ờng dây khâu AB

Giao tiếp trung kế

Bộ điều khiển cấp chọn

đ-ờng dây khâu CD

nghệ điện tử phát triển, trong đó có lĩnh vực kỹ thuật chuyển mạch Hàng loạt thiết kế, phát minh mới trong lĩnh vực truyền dẫn nh- phân kênh theo thời gian, quang dẫn thúc đẩy các phát kiến mới trong lĩnh vực chuyển mạch

Các tổng đài điện tử có đặc điểm chung là thiết bị chuyển mạch đ-ợc chế tạo trên cơ sở linh kiện điện tử, bán dẫn, vi mạch có kích th-ớc nhỏ, tác động nhanh, tiêu thụ nguồn thấp, có khả năng tích hợp cao và đặc biệt là thích ứng với các kỹ thuật truyền dẫn tốc độ cao Ph-ơng thức điều khiển trong các tổng đài

điện tử cũng chuyển dần theo h-ớng thay thế các mạch logic rời rạc trong các khối, các bộ điều khiển bằng các phầm mền cùng các bộ xử lý chuyên dụng Và nh- thế đã làm xuất hiện thế hệ tổng đài điều khiển theo ch-ơng trình l-u trữ SPC

(Stored Program Control) Phần mềm điều khiển các tổng đài cũng đ-ợc dần cải

tiến và càng ngày càng cho phép ng-ời sử dụng có thêm nhiều tính năng dịch vụ tuỳ tự chọn Các tổng đài điều khiển theo ch-ơng trình l-u trữ SPC cùng với công nghệ truyền dẫn hiện đại và chuyển mạch số nhanh chóng thay thế các tổng đài cơ điện Ph-ơng thức báo hiệu cũng cần đ-ợc hoàn thiện làm cho hoạt động của mạng viễn thông ngày càng linh hoạt, hiệu quả, thông minh hơn Các dịch vụ thoại và phi thoại ngày càng xích lại gần nhau hơn trên cơ sở chuyển mạch số và

điều khiển theo ch-ơng trình l-u trữ Công nghệ truyền dẫn và chuyển mạch atm mở ra triển vọng to lớn cho các dịch vụ của mạng viễn thông

1.3.2 Tổng quan về tổng đài điều khiển theo ch-ơng trình l-u trữ SPC

Trong quá trình điều khiển các thiết bị chuyển mạch cần phải thực hiện rất nhiều phép tính logic, kết quả của chúng lại cần đ-ợc nhớ để điều khiển các phần

tử chuyển mạch Tr-ớc đây các phép tính đó và các chức năng nhớ đ-ợc thực hiện trên các linh kiện rời, đơn lẻ, khả năng tính toán chậm Ngày nay, nhờ vào thành tựu của kỹ thuật vi xử lý đã cho phép kết hợp các chức năng xử lý này trao cho các bộ vi xử lý chuyên dụng Các phép tính logíc trong xử lý cuộc gọi, các quá trình xử lý và phân phối báo hiệu, chọn tuyến, tạo các bản tin điều khiển chuyển mạch và các thiết bị ngoại vi, kiểm soát các mạch giao tiếp đ-ợc xử lý bởi các bộ

vi xử lý trên cơ sở các phần mềm đã đ-ợc l-u trữ nhờ đó mà giảm đáng kể các linh kiện, nâng cao chất l-ợng và tốc độ phục vụ của các tổng đài

Việc kết hợp điều khiển theo ch-ơng trình l-u trữ với kỹ thuật chuyển mạch số càng nâng cao -u thế của các tổng đài SPC Một số -u điểm của tổng đài SPC có thể liệt kê d-ới đây:

-Tính linh hoạt: Các tổng đài SPC có tính linh hoạt ở mức cao thể hiện ở

khía cạnh tác dụng lâu dài và tác dụng trực tiếp Tr-ớc tiên xem xét khía cạnh tác dụng lâu dài Trong từng giai đoạn phát triển của hệ thống chuyển mạch, một loạt

ch-ơng trình có thể tạo ra để cho phép hỗ trợ các nhu cầu dịch vụ và quản lý Sự hiệu chỉnh phần mềm đáp ứng ngày càng da dạng về dịch vụ làm cho hệ thống không trở thành lạc hậu theo thời gian Nh- vậy, các phần mềm cơ bản đảm bảo cho hệ thống hoạt động đáp ứng các dịch vụ truyền thống và nhu cầu hiện tại, có xem xét khả năng thay đổi để khi cần nâng cấp chỉ cần cải tiến đôi chút về phần mềm hoặc đ-a thêm các thủ tục mới mà không cần thay đổi cấu trúc phần cứng Nghĩa là cấu trúc phần cứng của tổng đài SPC cùng với phần mềm điều khiển ban

đầu của nó đ-ợc thiết kế theo khuynh h-ớng module hoá phù hợp với chiến l-ợc

mở rộng cả về dung l-ợng và khả năng dịch vụ

Khía cạnh hiệu quả trực tiếp thể hiện ở khả năng thay đổi nhanh chóng bằng cơ sở dữ liệu để có thể thích ứng với điều kiện thay đổi trạng thái của mạng, nghĩa là khả năng thích nghi của hệ thống với từng trạng thái mạng khi có các biến cố, ví dụ khi có một tắc nghẽn tại một node mạng nào đó hoặc trên tuyến truyền dẫn để có đ-ợc các phép chọn tuyến tối -u Hoặc đối với thuê bao dễ dàng thay đổi dịch vụ của từng thuê bao bằng việc thay đổi cơ sở dữ liệu của nó theo yêu cầu của ng-ời sử dụng

-Các tiện ích cho thuê bao: Các tổng đài SPC cung cấp cho thuê bao

nhiều tiện ích hơn, dễ dàng và rẻ hơn trong các tổng đài khác Các tiện ích này

đ-ợc phân phối bởi hệ thống quản lý và theo tính năng tuỳ chọn của thuê bao Các tiện ích đó bao gồm:

+ Short–code dialling (dịch vụ quay số tắt từ bộ nhớ của tổng đài): Các địa

chỉ th-ờng gọi đ-ợc nhớ tr-ớc vào bộ nhớ của tổng đài với mã t-ơng ứng nào đó Khi cần gọi, thuê bao chỉ việc chọn mã rút gọn đó thì địa chỉ đã nhớ sẽ tự động đ-ợc gọi ra

+ Call transfer (dịch vụ chuyển cuộc gọi): Chuyển cuộc gọi tới địa chỉ khác

một cách tự động (call forward)

+Ring back when free (camp – on): Cuộc gọi đến một thuê bao đang bận sẽ

chuông lại khi thuê bao cần gọi giải phóng trở lại

+Automatic alarm call : Tổng đài tự động phát tín hiệu cảnh báo tại thời điểm

đã đặt tr-ớc (báo giờ)

+Outgoing and Incoming call barring: Hạn chế gọi tới và gọi đi Cho phép

chủ thuê bao hạn chế các cuộc gọi đến và các cuộc gọi đi (gọi đ-ờng dài)

+Itemized billing: Cung cấp hoá đơn tính c-ớc chi tiết các cuộc gọi

+ Malicious – call tracing : Thuê bao hoặc cơ quan có quyền đ-ợc biết về

nguồn gốc của cuộc gọi quấy rối

Nhiều tiện ích trên đòi hỏi tăng c-ờng khả năng báo hiệu thuê bao, ví dụ yêu cầu sử dụng tính năng chọn mã bằng báo hiệu đa tần (DTMF – Dual Tone Multifrequency) Một số tiện ích yêu cầu hệ thống báo hiệu liên đài thích hợp

- -u điểm trong quản trị : Các tổng đài SPC cung cấp rất nhiều các tiện

ích quản lý nh- : điều khiển các tiện ích của thuê bao, thay đổi định tuyến, thay

đổi số liệu thuê bao và trung kế, xuất các thông tin thống kê quản lý tổng đài, các

số liệu phục vụ bảo trì , chuẩn đoán dự báo hỏng hóc

Việc kết hợp kỹ thuật số cũng đ-a lại các -u điểm nổi bật: Kỹ thuật số

đ-ợc áp dụng cho khâu chuyển mạch và điều khiển tạo thành tổng đài số hoá hoàn toàn, kết hợp với truyền dẫn số làm cho mạng viễn thông số càng thể hiện thế mạnh của mình

Tốc độ thiết lập cuộc gọi đ-ợc cải thiện đáng kể do có sự t-ơng thích về dòng và áp giữa phần điều khiển và phần tử chuyển mạch, cùng với đặc tính không nghẽn mạch (non-blocking) của các chuyển mạch số cho phép thiết kế mạng chuyển mạch gọn nhẹ, tiết kiệm và khả thông cao Ngoài ra, nếu cuộc gọi

đang tiến hành bị gián đoạn bởi một lý do nào đó thì cố gắng tái thiết lập cuộc gọi có thể đ-ợc thực hiện mà không gây ra sự cảm nhận cho ng-ời sử dụng

- Tiết kiếm không gian: Các chuyển mạch số có kích th-ớc rất nhỏ nh-ng

do độ tích hợp rất cao nên khả năng chuyển mạch rất lớn lại áp dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian nên hiệu xuất sử dụng rất cao từ đó giảm đ-ợc không gian của phần thiết bị chuyển mạch và kích th-ớc chung của tổng đài

- Độ tin cậy rất cao và rất dễ dàng bảo trì : Do không có các phần tử cơ

điện nên trong hoạt động của tổng đài loại trừ đ-ợc các hỏng hóc, sai sót cơ khí Kích th-ớc của các linh kiện lại gọn nhẹ nên cho phép áp dụng các biện pháp dự phòng đảm bảo thay thế tự động khi có sai sót, sự cố Các mạch chức năng đ-ợc chế tạo d-ới dạng module đ-ợc kiểm soát bằng các ch-ơng trình chuẩn đoán, cảnh báo hỏng hóc, cung cấp khả năng tự bảo hành và cung cấp thông tin đầy đủ cho việc sửa chữa, bảo trì Ngoài ra các tổng đài SPC còn cung cấp khả năng quản

lý và bảo d-ỡng từ xa

- Chất l-ợng cuộc nối: kết hợp chuyển mạch số và truyền dẫn số cho phép

cải thiện rất cơ bản chất l-ợng cuộc nối bởi các lý do: Truyền dẫn số tránh đ-ợc suy hao tín gốc, loại trừ các tín hiệu nhiễu, tạp âm, tránh đ-ợc tạp âm tích luỹ Từ

đó chất l-ợng các cuộc gọi đ-ờng dài và cuộc gọi nội hạt không có sự khác biệt

- Khả năng kết hợp các dịch vụ phi thoại : Các loại dịch vụ phi thoại nh-

video, fax, telex, số liệu đ-ợc số hoá có thể đ-ợc truyền và chuyển mạch trong cùng mạng với tín hiệu thoại

Một môi tr-ờng số hoá hoàn toàn (trừ mạng thuê bao) gồm chuyển mạch

số, truyền dẫn số, điều khiển theo ch-ơng trình l-u trữ SPC, kết hợp với báo hiệu kênh chung sẽ tạo nên một mạng viễn thông hoàn chỉnh trong giai đoạn hiện nay – Hoàn chỉnh với nghĩa đủ mạnh để cung cấp và bảo đảm các dịch vụ đa dạng

đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và càng cao của ng-ời sử dụng Báo hiệu kênh chung cung cấp khả năng liên lạc nhanh chóng giữa các hệ thống điều khiển của các tổng đài, cung cấp khả năng bao quát tình trạng của các node mạng và các tuyến truyền dẫn, từ đó có thể chọn tuyến nhanh, hiệu quả và tối -u hơn Ngoài

ra báo hiệu kênh chung còn cho phép mở rộng một số dịch vụ xuyên qua mạng,

điều hành và bảo d-ỡng tập trung

1.3.3 Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC

Nhìn chung các tổng đài SPC có thể là tổng đài Analog hoặc tổng đài Digital dung l-ợng và kết cấu của chúng rất đa dạng Hình 1.16 chỉ đ-a ra sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC Có thể chia cấu trúc của các tổng đài SPC thành

hai hệ thống chính : Hệ thống thoại và Hệ thống xử lý điều khiển

Hệ thống thoại lại có thể chia thành các phân hệ : Phân hệ thuê bao và

báo hiệu thuê bao, phân hệ trung kế và báo hiệu trung kế, phân hệ chuyển mạch

Phân hệ thuê bao và báo hiệu thuê bao gồm các mạch kết nối đ-ờng dây thuê

bao thực hiện các chức năng BOCHTRS (B-Battery feed cấp nguồn,

O-Over-voltage protection chống quá áp, C- Codec (coder and decoder) mã hoá và giải

mã, H-Hybrid biến đổi 2dây/4 dây, T-Test kiểm tra đo thử, R-Ring rung chuông, S-Supervision giám sát trạng thái) Các thiết bị đầu cuối thuê bao có thể là loại

t-ơng tự (analog) hoặc loại số (digital) Đối với loại analog tất cả các chức năng trên đ-ợc thực hiện tại mạch kết cuối đ-ờng thuê bao SLIC (Subscribers line Interface circuit) Đối với loại thuê bao số ISDN (Integrated Services digital Network) một số chức năng trên đ-ợc thực hiện ngay tại thiết bị đầu cuối Ngoài các mạch giao tiếp đ-ờng dây thuê bao, trong phân hệ này còn có các khối chuyển mạch tập trung thuê bao dùng để tập trung tải thuê bao Chúng đ-ợc thiết

kế theo từng nhóm mạch kết cuối đ-ờng dây thuê bao Chức năng của các bộ tập trung tải thuê bao là phân phối các kênh thoại đ-a vào mạng chuyển mạch cho các mạch kết cuối đ-ờng dây thuê bao khi thuê bao tham gia một cuộc gọi nào đó

và giải phóng kênh thoại đó khi thuê bao kết thúc cuộc gọi

Điều này rất quan trọng, vì c-ờng độ tải của mỗi thuê bao chỉ khoảng 0,02 Erlang Bộ chuyển mạch tập trung tải thuê bao sẽ tập trung các tải của các thuê bao trong từng nhóm tới chùm kênh chuyển mạch dùng chung; nói cách khác các

bộ tập trung tải thuê bao tạo khả năng dùng chung một số l-ợng kênh chuyển mạch cho số đông thuê bao của một nhóm sao cho hiệu suất sử dụng kênh chuyển mạch gần bằng 1 với mức gọi hụt cho tr-ớc Ngoài ra bộ chuyển mạch tập trung tải thuê bao còn làm nhiệm vụ nối mạch điện thuê bao tới các bộ tạo các tín hiệu

âm tần Tone Gen., để cấp các tín hiệu “Mời quay số”, “Báo bận”, “Hồi âm

chuông”; hoặc tới bộ thu mã đa tần MFR-MultiFrequency Receiver tuỳ thuộc

vào từng giai đoạn khi thuê bao thiết lập hoặc kết thúc một cuộc gọi nào đó Bộ

điều khiển giao tiếp LOC-Local controller thực hiện các chức năng: phân phối

các tín hiệu báo hiệu đ-ờng dây thuê bao qua bộ chuyển mạch tập trung tải thuê bao và phân phối kênh thoại qua bộ chuyển mạch đó, quản lý trạng thái thuê bao,

điều khiển phân phối tín hiệu báo hiệu và các tín hiệu định thời, lập các bản tin

điều khiển để truyền tới phân hệ xử lý điều khiển, nhận và xử lý các bản tin điều khiển từ phân hệ xử lý điều khiển và tạo các tín hiệu điều khiển bộ chuyển mạch tập trung tải thuê bao và các mạch kết cuối

Phân hệ chuyển mạch nhóm th-ờng bao gồm mạng chuyển mạch nhóm,

bộ điều khiển chuyển mạch và một số khối chức năng tuỳ thuộc vào từng loại

Khối chuyển mạch tập trung thuê bao

Khối điều khiển giao tiếp

LOC

mfr

Tone Gen

Mạng chuyển mạch nhóm

atic dtic

LOC

LOC

Điều khiển chuyển mạch

Bộ xử lý trung tâm Bộ nhớ chính

Thiết bị giao

Thiết bị

kiểm tra cảnh báo Thiết bị

Phân hệ thuê bao và báo hiệu thuê bao Phân hệ chuyển mạch nhóm Phân

Hình 1.16 Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC

System Bus

Bus controller

tổng đài Mạng chuyển mạch của chúng có thể khác nhau cả về mặt công nghệ, cả về cấu trúc và dung l-ợng Có thể là chuyển mạch analog hoặc chuyển mạch digital, có thể có cấu trúc một cấp hoặc nhiều cấp tuỳ thuộc vào loại tổng đài và dung l-ợng Bộ điều khiển chuyển mạch thực hiện các chức năng nh- : Nhận các bản tin điều khiển chuyển mạch từ phân hệ xử lý trung tâm; xử lý các bản tin đó

và chuyển chúng thành các số liệu điều khiển t-ơng ứng sau đó đ-a đến các bộ chuyển mạch cụ thể; thực hiện chức năng chọn tuyến theo yêu cầu của bản tin

điều khiển; hoặc giải toả tuyến nối theo bản tin giải phóng cuộc gọi Ngoài ra, các bộ điều khiển chuyển mạch còn có thể thực hiện một số chức năng liên quan tới việc chèn và tách các bản tin điều khiển qua mạng chuyển mạch Các thiết bị khác thuộc phân hệ chuyển mạch th-ờng bao gồm thiết bị tạo các tín hiệu định thời trong các tổng đài chuyển mạch số để đồng bộ mạng chuyển mạch và các thiết bị ngoại vi chuyển mạch; ngoài ra, chúng còn có thể là các thiết bị dùng chung nh- bộ nhớ các bản ghi tự động trả lời, bộ nhớ các địa chỉ th-ờng gọi, thiết

bị chuyển mạch nhiều đ-ờng

Phân hệ trung kế và báo hiệu trung kế bao gồm các mạch giao tiếp các

loại trung kế t-ơng tự ATIC-Analog trunk interface circuit, trung kế số

(DTIC-Digital trunk Interface), xử lý tín hiệu trung kế số, xử lý báo hiệu trung kế và

các bộ điều khiển kèm theo Tuỳ theo từng loại trung kế có các mạch điện giao tiếp trung kế khác nhau Đối với trung kế analog có thể có loại 2 dây và 4 dây Nhìn chung các mạch giao tiếp này có các chức năng giống giao tiếp thuê bao t-ơng tự, tuy nhiên có một vài chức năng khác biệt về báo hiệu và cấp nguồn

Điều này sẽ đ-ợc đề cập ở ch-ơng riêng Các mạch giao tiếp trung kế số thực

hiện các chức năng GAPZACHO (G-Generation of frame tạo khung,

A-Alignment of frame đồng chỉnh khung, P-Polar conversion đảo cực, Z-Zero string compression nén chuỗi bít 0 liên tiếp, A-Alarm cảnh báo, C-Clock recovery tái tạo nhịp, H-Hunt during reframe tái đồng bộ, O-office signaling

báo hiệu liên đài) Ngoài ra, phân hệ này còn có bộ phận ghép và tách kênh, các

bộ điều khiển nhóm trung kế LOC để phối hợp với hệ thống xử lý điều khiển

Hệ thống xử lý điều khiển đ-ợc chia thành các phân hệ: phân hệ xử lý và

phân phối báo hiệu, phân hệ xử lý trung tâm, phân hệ quản lý và bảo d-ỡng

Phân hệ xử lý và phân phối báo hiệu th-ờng bao gồm các thiết bị thu,

phát báo hiệu, xử lý và phân phối báo hiệu cung cấp kết quả xử lý cho các bộ điều khiển chuyển mạch và xử lý cuộc gọi Tuỳ thuộc từng loại tổng đài có thể có các

thiết bị báo hiệu CAS-Channel Associated Signaling hoặc báo hiệu CCS-

Common Channel Signaling Đa số các tổng đài chuyển mạch số hiện đại đều

xem xét ứng dụng CCS để thích ứng với sự phát triển của mạng viễn thông trong t-ơng lai Tuy nhiên, cũng cần có thiết bị CAS để liên kết với các hệ thống hiện hành

Phân hệ xử lý trung tâm điều hành hoạt động của toàn bộ tổng đài thông

qua các bộ điều khiển cấp thấp hơn nh- các bộ điều khiển giao tiếp LOC trong các phân hệ của hệ thống thoại Các bộ điều khiển LOC trao đổi thông tin điều khiển với bộ xử lý trung tâm thông qua Bus hệ thống (System Bus) d-ới dạng các bản tin điều khiển Bộ xử lý trung tâm xử lý các thông tin điều khiển nhận đ-ợc

từ các bộ điều khiển LOC trong quá trình xử lý cuộc gọi và tạo ra các bản tin điều khiển gửi lại các bộ điều khiển đó để điều hành các quá trình phục vụ cuộc gọi

Bộ nhớ chính MM-Main Memory chứa ch-ơng trình điều hành hoạt động của bộ

xử lý và các thông tin cần thiết trong quá trình xử lý Bộ nhớ chung chứa ch-ơng trình gốc của tổng đài và các dữ liệu thuê bao, dữ liệu trung kế và dữ liệu chung của tổng đài Bộ xử lý trung tâm và các bộ điều khiển khác có thể truy cập bộ nhớ chung để sử dụng các cơ sở dữ liệu đó

Phân hệ quản lý và bảo d-ỡng thực hiện chức năng quản lý hoạt động

của toàn bộ tổng đài thông qua việc giám sát hoạt động của các bộ điều khiển LOC, bộ xử lý trung tâm và thông qua các thiết bị kiểm tra, đo thử Nó sẽ đ-a ra các tín hiệu hoặc bản tin cảnh báo, các h-ớng dẫn t-ơng ứng theo mỗi trạng thái của hệ thống Thiết bị giao tiếp Ng-ời-máy giúp cho nhân viên vận hành và cán

bộ kỹ thuật có thể theo dõi hoạt động của hệ thống và có khả năng giao tiếp với

hệ thống để thay đổi các tham số và chế độ hoạt động của các khối chức năng của tổng đài

Nhìn chung các tổng đài SPC dung l-ợng nhỏ th-ờng xây dựng hệ thống

xử lý điều khiển tập trung đa xử lý đa chức năng Các tổng đài SPC dung l-ợng th-ờng lớn tổ chức theo cấu hình nhiều bộ xử lý chuyên dụng, phân cấp, phân dung l-ợng

1.3.4 Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài số SPC (DSS–Digital Switching Systems)

Các tổng đài SPC chuyển mạch số gọi chung là Hệ thống chuyển mạch số

DSS ra đời vào nửa cuối thế kỷ 20 Ngày nay trên mạng viễn thông n-ớc ta và nhiều n-ớc khác có các DSS của nhiều hãng sản xuất nh- NEC, Fujitsu Nhật bản, Siemems Đức, Eriscon Thụy điển, Northern telecom Canađa, AT&T Mỹ, Alcatel Pháp, L-G Hàn Quốc… Tại Việt nam, ngành b-u chính viễn thông đã tiến hành nghiên cứu chế tạo và đ-a vào sử dụng trên mạng một số DSS, đồng thời đã cùng

các bên liên doanh xây dựng một số cơ sở sản xuất chế tạo các loại tổng đài DSS

đáp ứng nhu cầu trong n-ớc và hình thành các cơ sở nghiên cứu chuyên ngành

Nhìn chung tổng đài DSS là một hệ thống tổng hợp công nghệ cao, tập trung hội tụ rất nghiều ngành công nghiệp: Công nghiệp điện tử, vi mạch, kỹ

Hình 1.17 : Sơ đồ tổng quan tổng đài SPC chuyển mạch số

Distributor Cas

aps S w ns

pcs Sigs

cps

thuật vi xử lý, công nghệ viễn thông, công nghệ thông tin, kỹ thuật đIều khiển, cơ khí chính xác… Có thể nói, ngay cả những tổng đài DSS dung l-ợng không lớn lắm nh-ng cũng đã là một hệ thống tổng thể rất phức tạp trên quan điểm tổng hợp của các ngành kỹ thuật Do đó, với phạm vi của tài liệu này chỉ xem xét các DSS d-ới mức độ đơn giản nhất

Hình1.17 trình bày cấu trúc tổng quan của Hệ thống chuyển mạch số DSS

điều khiển theo ch-ơng trình l-u trữ SPC

Toàn bộ tổng đài đ-ợc chia thành các phân hệ chức năng, đó là : Phân hệ

ứng dụng APS-Application subsystem, phân hệ chuyển mạch SWNS-Switching

Network subsystem, phân hệ xử lý trung tâm CPS-Central Processing subsystem,

phân hệ báo hiệu SiGS-Signaling subsystem, phân hệ ngoại vi điều khiển

PCS-Peripheral control subsystem và phân hệ điều hành, quản lý và bảo d-ỡng

OA&MS-Operation, Administration & Maintenance subsystem

Phân hệ ứng dụng APS bao gồm các mạch giao tiếp đ-ờng dây thuê bao

SLic (Subscribers Line Interface Circuit) và các mạch trung kế t-ơng tự AT (Analog Trunk Interface Circuit) Mỗi đ-ờng thuê bao đ-ợc kết cuối tại tổng đài bằng một mạch SLIC riêng qua giá phối dây chính MDF (Main Distribution Frame) Các thuê bao đ-ợc chia thành từng nhóm, mỗi nhóm đ-ợc điều khiển bởi

bộ điều khiển vùng LOC (Local Controller), một bộ phân phối các tín hiệu định thời TSAC (Time Slot Assignment Circuit) cần để gán các khe thời gian phát, thu

cho từng mạch slic phục vụ chức năng mã hóa và giải mã CODEC Bộ chuyển

mạch đ-ờng dây số DLCD (Digital Line Concentration Device) thực hiện chức

năng chuyển mạch tập trung tải thuê bao và chuyển mạch tín hiệu phục vụ từ bộ

tạo tín hiệu âm tần dạng số DTG (Digital Tone Generator), chuyển mạch đ-ờng dây tới bộ thu tín hiệu chọn số đa tần MF (Multi Frequency Receiver)

Mỗi đ-ờng dây trung kế t-ơng tự cũng đ-ợc kết cuối tại tổng đài bằng

mạch ATIC(Analog Trunk Interface Circuit) chúng cũng đ-ợc tổ chức thành từng

nhóm và do bộ điều khiển vùng LOC điều khiển Mỗi nhóm có một bộ tách và ghép kênh MUX/ DEMUX ( Multiplexer và Demultiplexer) để ghép tín hiệu từ các mạch ATIC theo h-ớng vào và tách tín hiệu theo h-ớng ra để đ-a tới từng mạch ATIC

Các tuyến tín hiệu số PCM giữa phân hệ ứng dụng và phân chuyển mạch

đ-ợc đ-a qua giá phân phối tín hiệu số DDF (Digital Distribution Frame), mỗi tuyến qua một mạch giao tiếp truyền dẫn số DTIC(Digital Trunk Interface Circuit) Các giao tiếp này thực hiện các chức năng GAPZACHO phục vụ cho

việc xác định khung, khe theo h-ớng vào và tổ chức khung khe theo h-ớng ra, chuyển đổi mã truyền dẫn phù hợp, tái tạo xung nhịp và đồng bộ …

Phân hệ chuyển mạch S W NS bao gồm các thiết bị của mạng chuyển mạch

SwN-Switching Network và các thiết bị phục vụ khác Mạng chuyển mạch của

tổng đài có cấu trúc phụ thuộc vào dung l-ợng của từng loại tổng đài và thiết kế riêng của từng hãng sản suất Tuy nhiên, đa số chúng là mạng chuyển mạch phân

chia thời gian (Time Division Switching Network), chúng th-ờng có các cấu trúc

T, TS, ST, TST và TSST trong đó T là ký hiệu chuyển mạch thời gian số

Tsw-Time Switch, còn S là ký hiệu chuyển mạch không gian số Ssw Space Switch Các

chuyển mạch đó đều làm việc theo nguyên lý phân khe thời gian vì vậy mạng chuyển mạch của các tổng đài số còn đ-ợc gọi là mạng phân thời TDNw Time Division Network Ngoài mạng chuyển mạch, trong phân hệ này cần phải có

module đồng hồ chuẩn BT–Base time, th-ờng là bộ dao động có độ ổn định cao

về tần số và các bộ chia tạo các tín hiệu nhịp cung cấp cho hoạt động của các bộ chuyển mạch số, các thiết bị truyền dẫn tín hiệu số và các bộ phân phối thời gianTSAC của phân hệ ứng dụng

Phân hệ báo hiệu SiGS đảm nhận chức năng xử lý và phân phối báo hiệu,

điều khiển các quá trình chèn, tách báo hiệu Đối với tín hiệu báo hiệu CAS (Channel Associated Signaling) khi qua chuyển mạch số cũng đ-ợc chuyển thành dạng số giống các tín hiệu tin tức khác và đ-ợc phối hợp với hai phía của mạng chuyển mạch bằng các bộ thích nghi Báo hiệu CCS (Common Channel Signaling) dùng để trao đổi giữa các hệ thống DSS với nhau

Các báo hiệu đ-ờng dây thuê bao hoặc sẽ đ-ợc thu và xử lý sơ bộ tại phân

hệ ứng dụng sau đó mới gửi tới phân hệ ngoại vi điều khiển PCS-Peripheral

Control Subsystem hoặc là đ-ợc nhận trực tiếp tại bộ quét trạng thái (Scanner),

các bản tin điều khiển từ bộ xử lý trung tâm đ-ợc chuyển qua bộ phân phối

Distributor Nhiệm vụ của bộ điều khiển chuyển mạch Marker là đệm bản tin

điều khiển từ phân hệ xử lý trung tâm CPS để chuyển thành những số liệu điều khiển chuyển mạch

Phân hệ xử lý trung tâm CPS đảm nhận chức năng điều khiển hoạt động

của toàn bộ tổng đài Tuỳ thuộc vào dung l-ợng và cấu hình tổng đài mà phân hệ này có cấu trúc kiểu một bộ xử lý hay nhiều bộ xử lý Trong cấu trúc nhiều bộ xử

lý th-ờng xử lý theo kiểu phân cấp, một bộ xử lý cao nhất quản lý hoạt động toàn

bộ các bộ xử lý cấp thấp hơn, một số bộ xử lý đảm nhiệm việc xử lý cuộc gọi và phân chia tải theo khu vực Mỗi bộ xử lý th-ờng có bộ nhớ chính để l-u ch-ơng

trình và các kết quả xử lý và có khả năng truy cập tới bộ nhớ chung để nhận thêm dữ liệu thuê bao và bảng định tuyến hoặc tài nguyên khi cần thiết

Phân hệ điều hành, quản lý và bảo d-ỡng OA&MS th-ờng bao gồm

các thiết bị tự động theo dõi hoạt động của hệ thống, điều khiển các quá trình chuyển đổi dự phòng, cảnh báo khi có sự cố, các thiết bị hiển thị, âm thanh cảnh báo để ng-ời điều hành điều khiển vận hành và theo dõi hoạt động của hệ thống, một số tài nguyên để l-u trữ số liệu lâu dài và ch-ơng trình gốc Cung cấp khả năng điều khiển từ xa và bảo d-ỡng từ xa tập trung tại trung tâm bảo d-ỡng

theo không gian dùng cho tín hiệu liên tục, chuyển mạch phân kênh theo thời

gian đối với tín hiệu rời rạc hoá (tín hiệu điều biên xung PAM-Pulse Amplitude Modulation), chuyển mạch số PCM ( cho tín hiệu điều chế xung mã pcm- Pulse Code Modulation) Thống kê các loại chuyển mạch kênh đ-ợc chỉ ra trên

hình 2.1

Trong các tổng đài nhân công, tổng đài kiểu nhẩy nấc, tổng đài tọa độ hoặc tổng đài dùng bộ nối dây ma trận khi một cuộc gọi đ-ợc tiến hành thì các phần tử chuyển mạch sẽ tạo thành mạch nối dây liên tiếp từ mạch điện của thiết

bị đầu cuối này tới mạch điện của thiết bị đầu cuối đối thoại với nó Sau đó tín hiệu trao đổi giữa các thiết bị đầu cuối này sẽ đi qua mạch nối dây đó Nếu có các cặp thuê bao khác cùng làm việc đồng thời thì giữa từng cặp mạch điện của các thuê bao đó cũng có tuyến nối giữa chúng và các tuyến này hoàn toàn độc lập nhau về bố trí trong không gian Khi kết thúc mỗi cuộc gọi các phần tử chuyển mạch đã dùng cho cuộc gọi đó sẽ đ-ợc giải phóng và các cuộc gọi tiếp tiếp theo giữa các thuê bao khác có thể sử dụng lại chúng để tạo tuyến mới Các thiết bị chuyển mạch không gian t-ơng tự có đặc điểm là trên tuyến nối đã đ-ợc thiết lập giữa hai thuê bao có thể truyền tín hiệu theo cả hai h-ớng, nghĩa là có thể phục vụ cuộc gọi song công trên hai dây và có thể cho qua cả tín hiệu analog và tín hiệu digital, thậm chí cả tín hiệu rời rạc PAM

Nguyên lý chuyển mạch PAM dựa trên việc phân chia các khe thời gian Một phần tử chuyển mạch có thể phục vụ cho nhiều cuộc gọi đ-ợc tiến hành đồng thời theo nguyên tắc cho tín hiệu của các cuộc gọi khác nhau qua nó trong các khe thời gian khác nhau theo từng chu kỳ Tín hiệu qua phần tử chuyển mạch là tín hiệu đã đ-ợc rời rạc hoá có chu kỳ lặp của các xung điều biên bằng với chu kỳ lặp các khe dành cho từng mạch cho tín hiệu của mỗi cuộc gọi đi qua Tuy các chuyển mạch PAM không đ-ợc áp dụng một cách rộng rãi do nhiều hạn chế của chúng, nh-ng chúng cũng tạo nền tảng cho công nghệ chuyển mạch tiên tiến hơn sau này mà hiện đang đ-ợc sử dụng rộng rãi đó là các chuyển mạch số PCM Các xung điều biên của tín hiệu PAM rất mảnh (hẹp), công suất tín hiệu rất nhỏ, vì vậy trong truyền dẫn rất dễ bị tác động của các tín hiệu khác làm biến dạng, từ đó, việc khôi phục lại dạng ban đầu gặp nhiều khó khăn và kỹ thuật PCM khắc phục nh-ợc điểm này rất hiệu quả Trong kỹ thuật số hoá tín hiệu PCM, các xung PAM còn trải qua các công đoạn l-ợng tử và mã hoá Mỗi xung điều biên

đ-ợc mã hoá bằng một tổ hợp các bít t-ơng ứng và sau đó chúng đ-ợc truyền d-ới dạng các tổ hợp bít đó Tại đầu thu, từ các tổ hợp bít thu đ-ợc sẽ khôi phục lại dạng của tín hiệu đã đ-ợc truyền đi gần đúng với tín hiệu gốc Việc chuyển