Tổng quan về ISDN - Chương 4 potx

Hình 4.4 Các tuyến dự trữ từ trạm đầu cuối X đến trạm đầu cuối Y Các báo hiệu điều khiển là cần thiết để vận hành mạng chuyển mạch kênh và bao gồm tất cả các khia cạnh của mạng , bao gồ

Chương 4 Mạng truyền dẫn

Trong chương này cho cách nhìn tổng quan về các loại mạng truyền dẫn

được phát triển cho mạng thành phố và mạng diện rộng Chương này bắt đầu với cái nhìn chung về các thành phần dự định sử dụng Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói là thành phần hết sức cần thiết trong mạng Phần còn lại của chương này , ngay sau phần 4.2 cung cấp chi tiết hơn cơ sở của hai chuyển mạch này

4.1 Kỹ thuật chuyển mạch

Truyền dữ liệu từ nguồn tới đích trong các mạng nội hạt được thực hiện

bằng cách truyền qua các node chuyển mạch tức thời Những node này không

quan tâm đến nội dung của dữ liệu, chúng chỉ đơng thuần cung cấp việc chuyển mạch để truyền dữ liệu từ node này đến node khác cho đến khi tới đích Hình 4.1 minh hoạ một mạng đơn giản nhất Những thiết bị đầu cuối mà ta mong muốn

liên lạc gọi là trạm ( station ) Các trạm có thể là các máy tính, các thiết bị đầu cuối ( terminal ), các điện thoại, hoặc các thiết bị viễn thông khác Các thiết bị

chuyển mạch được gọi là các “ node” Mỗi trạm nối với 1 node, tập hợp các node được gọi là mạng truyền thông

Hình 4.1 Mạng chuyển mạch đơn giản nhất

Hình 4.2 miêu tả một phổ của các kỹ thuật chuyển mạch có thể truyền thông tin qua mạng Hai loại chuyển mạch ở mỗi đầu là các kỹ thuật chuyển mạch truyền thống : chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói ; các kĩ thuật còn lại

vừa mới được áp dụng Nói chung các kỹ thuật về phía trái cung cấp việc truyền thông với sự thay đổi nhỏ hoặc không thay đổi về tốc độ và với yêu cầu xử lý tối thiểu trên các trạm nối tới Trong khi các kỹ thuật về bên phải cung cấp tính mềm dẻo cao để điều khiển tốc độ bit thay đổi và việc giao vận (traffic) không thể đoán trước khi độ phức tạp trong việc xử lý đang tăng

Một phần lớn trong chương này cung cấp chi tiết về 2 loại kỹ thuật chuyển mạch thông thường: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Các kỹ thuật chuyển mạch tiên tiến sẽ được bàn tới sau và được xem qua trong phần cuối chương

Hình 4.2 Các loại kĩ thuật chuyển mạch

2 Chuyển mạch kênh (circuit switching)

Kỹ thuật chuyển mạch kênh là kỹ thuật trội hơn trong cả 2 lĩnh vực âm thanh và truyền dữ liệu ngày nay và tiếp tục được sử dụng trong kỷ nguyên của ISDN Truyền thông qua chuyển mạch kênh dùng 1 đường liên lạc đã được dành riền cho giữa 2 trạm Đường này gồm chuỗi các liên kết giữa các node qua mạng Trong mỗi liên kết vật lý, 1 kênh được dành cho việc kết nối Một ví dụ điển hình của chuyển mạch kênh là mạng điên thoại công cộng

Truyền dẫn thông tin qua chuyển mạch kênh tiến hành 3 giai đoạn mà nó

có thể giải thích qua hình 4.1

a) Thiết lập mạch : Trước khi bất kỳ 1 tín hiệu nào được gửi đi, mạch điện giữa 2 trạm tại 2 đầu phải được thiết lập Ví dụ : trạm A gửi yêu cầu tới node 4 đòi liên kết tới E Đường dây giữa A và node 4 đã tồn tại sao cho kết nối luôn sẵn sàng Node 4 phải tìm nhánh tiếp theo để tới node 6 Dựa trên thông tin định tuyến (routing) , việc xem xét khả năng và có thể cả giá mà liên kết tới node 5, chỉ định một kênh rỗi ( dùng FDM hoặc TDM ) và trên liên kết đó gửi yêu cầu liên lạc tới E Tiếp như vậy mà thiết lập liên kết từ A qua 4 và 5 Do có một số trạm cũng được nối tới 4 ,

nó phải thiết lập các đương nội bộ từ các trạm này tới các trạm khác , duy trì cách sử lí tương tự Trạm 5 nối tới trạm 6 và thiết lập 1 kênh vững chắc

từ node 4 Node 6 đã hoàn toàn nối tới trạm E Khi hoàn hiẹn kết nối , một phép kiểm tra xem E bận hay chấp nhận viện kết nối này

b) Truyền thông tin: Thông tin bây giờ có thể truyền / nhận từ A đến E, đó

có thể là tín hiệu tiếng nói tương tự, tiếng nói được số hoá, hay dữ liệu nhị phân ; phụ thuộc vào loại mạng Với mạng số tích hợp số thì việc sử dụng truyền số với cả tiếng nói và dữ liệu là phương pháp nổi trội Con đường thiết lập qua : Liên kết A-4 ; đi qua bên trong chuyển mạch 4 , kênh từ 4-5 , ; đi qua bên trong chuyển mạch 5, kênh từ 5-6 ; ; đi qua bên trong chuyển mạch 6, liên kết 6-E Thông thường chế độ truyền dẫn là song công, tín hiệu có thể được truyền cả 2 chiều đồng thời

c) Ngắt mạch (disconnect) Sau một khi truyền dữ liệu, kết nối sẽ bị huỷ, có

thể là một trong 2 trạm Tín hiệu phải được truyền đi tới node 4, 5, rồi 6 để giải phóng tài nguyên

Chú ý rằng đương kết nối được thiết kế trước khi dữ liệu bắt đầu được truyền đi Do đó, dung lượng kênh phảI được dự trữ giữa từng cặp node trên đường dẫn và mỗi một node phảI cần có sẵn dung lượng chuyển mạch nội tạI để sử lí kết nối cần thiết Các chuyển mạch cần phải có độ thông minh để tạo ra các phân bổ này và tạo ra một tuyến qua mạng

Chuyển mạch kênh cũng có thể không hiệu quả Dung lượng kênh được chỉ

định trong lúc kết nối, ngay cả khi không có dữ liệu truyền Với kết nối tiếng nói,

sự việc sử dụng có thể cao nhưng không tới 100% Với một kết nối giữa thiết bị

đầu cuối tới máy tính, khả năng có thể là bị hệ thống bị bỏ phí gần như trong suốt lúc kết nối Về việc thực hiện, có khoảng thời gian trễ khi thiết lập kết nối Tuy nhiên, khi mạch được thiết lập, mạng sẽ trong suốt đối với người dùng Thông tin được truyền ở tốc độ dữ liệu cố định, không trễ trừ thời gian truyền Trễ ở mỗi nút là không đáng kể

Chuyển mạch kênh được phát triển để điều khiển trao đổi tiếng nói , nhưng bây giờ được sử dụng cho cả dữ liệu Ví dụ gần gũi nhất của mạng chuyển mạch kênh cho mạng điện thoại công cộng Đây là mạng quốc gia được kết nối với quốc tế Lúc thiết kế ban đầu chỉ ứng dụng cho các thuê bao tương tự Các dữ liệu số được truyền qua modem Một ứng dụng điển hình khác của chuyển mạch

kênh là tổng đài cá nhân ( PBX - Private Branch Exchange ) được sử dụng để nói

các điện thoại trong một cơ quan hay một toà nhà Chuyển mạch kênh cũng được

sử dụng trong các mạng cá nhân, như là mạng được xây dựng bởi các đoàn thể hoặc giữa các tổ chức lớn qua một loạt các trạm Mỗi một trạm như vậy chứa các

hệ thống PBX mà tại mỗi một trạm , chúng được kết nối vói nhau thông qua đường thuê riêng ( leaseline )

Một mạng viễn thông công cộng có thể được miêu tả bằng cách sử dụng 4 phần tử kiến trúc cơ bản :

♦ Thuê bao : Đó là các thiết bị nối tới mạng, Trong hầu hết các trường hợp , các

thiết bị thuê bao nối tới mạng viễn thông công cộng là các máy điện thoại Nhưng hiện nay tỷ lệ truyền dữ liệu ngày càng tăng dần qua các năm

♦ Đường thuê bao : Đương liên kết giữa thuê bao và mạng Nó cũng còn được

gọi là vòng thuê bao hay vòng nội hạt Hỗu hết các đường thuê bao là các cặp cáp xoắn đôi Độ dài của đường thuê bao nói chung nằm trong dải một vài km tới 10 Km

♦ Tổng đài : Đấy là trung tâm chuyển mạch ở trong mạng Một trung tâm

chuyển mạch nối trực tiếp với đường thuê bao gọi là trạm đầu cuối ( end-office)

Nói chung một trạm đầu cuối cho phép nối tới hàng nghìn thuê bao trong khu vực Có tới 19.000 trạm đầu cuối tại Mỹ Rõ ràng là giữa các trạm đầu cuối phải nối nới nhau một cách trực tiếp điều này đòi hỏi có tới 2x108 các đường

liên kết như vậy Vởy tốt nhất là sử dụng các trạm trung gian ( office )

♦ Trung kế : Đường liên kết giứa các tổng đài Trung kế mang rất nhiều mạch

tần số thoại do vậy phải sử dụng kĩ thuật hoặc FDM hoặc TDM đồng bộ Thủa ban chúng được coi như các hệ thống truyền dẫn

Công nghệ chuyển mạch kênh bị chi phối bởi các ứng dụng của truyền dẫn thoại Một trong các yêu cầu cơ bản là truyền dẫn thoại phải thực sự không được trễ Tốc độ truyền dẫn phải được duy trì sao cho không đổi bởi vì máy phát và máy thu có cùng một tốc độ tín hiệu Các yêu cầu này là cần thiết cho phép mọi người trao đổi cuộc trò chuyện Hơn nữa , chất lượng của tín hiệu thu phải đủ tốt , dễ hiểu

Hình 4.3 Một ví dụ kết nối qua mạng chuyển mạch kênh công cộng

Chuyển mạch kênh được ứng dụng rộng rãi và có vị trí ưu thế bởi vì nó nó rất phù hợp để truyền tín hiệu tiếng nói tương tự Trong thế giới của sự số hoá thì sự kếm hiệu quả của nó ngày càng bộc lộ Tuy nhiên , loại bỏ tính kém hiệu quả thì chuyển mạch kênh vẫn còn có vị trí trong cả 2 mạng địa phương lẫn mạng diện rộng Một trong những mặt mạnh của nó là sự trong suốt Mỗi một khi một kênh

được thiết lập , nó gióng như sự nối trực tiếp giưa 2 trạm đầu cuối ; không một mạng logic nào được cần

4.3 Định tuyến cho mạng kênh

Trong mạng chuyển mạch kênh rộng lớn, nhiều mạch kết nối sẽ đòi hỏi 1 con đường đi qua nhiều hơn 1 chuyển mạch Khi có một cuộc gọi , mạng phải xác dịnh 1 tuyến đi qua một vài chuyển mạch và trung kế Có 2 yêu cầu chính để

định tuyến trong kiến trúc của mạng: Hiệu quả và dự phòng (resilience )

™ Trước hết nó phải được thiết kế với số lượng tối thiểu các chuyển mạch và trung kế trong mạng và có khả năng tải hợp lí Yêu cầ về tải thông thường

được thể hiện bằng khái niệm lưu lượng tải giờ cao điểm ( busy-houre traffic load ) nó bằng tải trung bình trong suốt giờ cao điểm nhất trong các

ngày Cần phải sử lý để giảm tải này , mặt khác ta lại muốn có 1 số lượng thiết bị tối thiểu

™ Thêm nữa , mặc dù mạng có thể có đủ tải cho giờ cao điểm , nhưng có thể là

có khi tạm thời 1 lúc nào đó lưu lượng đỉnh vượt quá tải max của mạng Các tổng đài và trung kế sẽ không làm việc và tạm thời không hoạt động , chẳng hạn như trong cơn bão lớn Ta muốn rằng mạng phải có dự phòng để luôn cung cấp các dịch vụ hợp lí trong các trường hợp xấu như vậy

Yếu tố thiết kế căn bản quyết định bản chất của việc phải đánh đổi giữa hiệu quả và tính dự phòng chính là chiến lược định tuyến Thông thường chức năng dịnh tuyến trong mạng viễn thông công cộng khá là đơn giản Về cơ bản , các tổng đài được tổ chức thành cấu trúc hình cây hay là phân cấp Một đường dẫn

được xây dựng bằng cách bắt đàu tại thuê bao gọi đi , đi theo cây đó tới node

chung đầu tiên, và sau đó đi xuôi theo cây tới thuê bao được gọi Để bổ xung tuyến

dự phòng nào đó vào trong mạng , người ta phải thêm vào các trung kế bổ xung cắt ngang cấu trúc cây để nối các tổng đài có cường độ lưu lượng cao giữa chúng với nhau Đây là một phương pháp tĩnh Việc thêm vào các trung kế

high-usage sẽ cung cấp sự dư thừa và dung lượng bổ xung Nhưng việc này vẫn

còn có các hạn chế trong việc nâng cao hiệu suất và độ dự phòng Vì sơ đồ

định tuyến này không thể đáp ứng được các điều kiện thay đổi nên mạng phải cần được thiết kế để thoả mãn một số yêu cầu cao thông thường Ví dụ như : Các giờ cao điểm của lưu lượng tại các vùng tại đông và tây , nam và bắc là khác nhau , không trùng khớp nhau và đặt ra các yêu cầu khác nhau đối với hệ thống Rất khó phân tích tác động của các biến này , chúng dẫn tới việc làm cho hệ thống trở nên cồng kềnh và do vậy kém hiệu quả Về tính dự phòng , câu trúc phân cấp cố định với các trung kế bổ xung có thể phản ứng rất kém đói với các hỏng hóc Thông thường , trong các thiết kế như vậy thì kết quả của hỏng hóc sẽ là nghễn tắc nội hạt lớn tại điểm gần nơi xảy ra hỏng hóc

Để đối phó với nhu cầu ngày càng tăng về các mạng viễn thông công cộng, thường tất cả các nhà cung cấp sẽ rời bỏ phương pháp phân cấp tĩnh và dùng phương pháp phân cấp động Phương pháp định tuyến động là các quyết định

định tuyến bị chi phối bởi các đIều kiện traffic hiện tạI, Thông thường các

node chuyển mạch kênh có một mối quan hệ thân thiết với nhau hơn là một mối

quan hệ phân cấp Tât cả các nde đều có khả năng thực hiện các chức năng như nhau Trong một kiến trúc như vậy, việc định tuyến vừa phức tạp hơn , nhưng linh hoạt hơn Nó phức tạp hơn vì kiến trúc này không cho ngay một đường dẫn “ tự nhiên “ hay là một bộ các đường dẫn dựa trên cấu trúc phân cấp Nhưng linh hoạt hơn vì sẽ có nhiều tuyến khác nhau hơn

Ví dụ ta xét một dạng định tuyến trong các mạng chuyển mạch kênh , trong

các mạng chuyển mạch kênh được gọi là định tuyến dự trữ ( alternate routing )

Điểm căn bản của các kiểu định tuyến dự trữ là các tuyến khả dĩ sẽ được sử dụng giữa hai đầu mà được xác định trước Trách nhiệm của chuyển mạch nguồn là lựa chọn tuyến phù hợp cho từng cuộc gọi Mỗi một chuyển mạch

được cho 1 tập hợp các tuyến đã định trước đối với từng đích theo thứ tự ưa thích Nếu chỉ có một kết nối trung kế trực tiếp giữa hai tổng đài , thì đây luôn là lựa chọn ưu thích Nếu không chỉ có trung kế này thì lựa chọn thứ 2 sẽ

được thử và cứ như vậy tiếp tục Chu trình định tuyến ( là chu trình trong đó các tuyến trong một tập hợp được thử ) phản ánh một sự phân tích dựa trên các kiểu lưu thông đã có trước đây và được thiết kế để tối ưu hoá việc sử dụng các nguồn mạng

Nếu chỉ có 1 chuỗi định tuyến được lập cho mỗi cặp nguồn-đích , kiểu này gọi là kiểu định tuyến dự trữ cố định Thông thường hơn , người ta thường sử dụng kiểu định tuyến dự trữ động Trong đó, một tập hợp các tuyến đã định khác sẽ được sử dụng cho từng giai đoạn thời gian khác nhau, để tận dụng các mẫu lưu lượng khác nhau ở các múi thời gian khác nhau và tại các thời điểm khác nhau trong một ngày Như vậy, quyết dịnh định tuyến dựa trên cả trạng thái lưu lượng hiện tại ( Tuyến sẽ bị loại nếu bận ) và các mẫu lưu lượng đã có trước

đáy Nó sẽ xác định chu trình các tuyến được cân nhắc

Trên hình 4.4 là một ví dụ đơn giản, Tổng đài gốc X có 4 tuyến khả dĩ tới tổng đài đích Y Tuyến trực tiếp ( a ) sẽ luôn luôn được thử đầu tiên Nếu trung kế này không được ( bân , không hoạt động ), thì các tuyến khác sẽ được thử theo một thứ tự cụ thể , phụ thuộc vào khoảng thời gian Ví dụ : vào các buổi sáng ngày thường thì tuyến ( b ) sẽ được thử tiếp theo ( thứ 2 )

Một kiểu định tuyến dự trữ động được sử dụng để cung cấp dịch vụ điện thoại nội hạt và khu vực [BEO90] ; nó thường được nhắc tới như là cách định tuyến

đa dự trữ ( MAR) Phương pháp này cũng được AT&T sử dụng trong mạng

đường dàI của nó [ASH90] và được gọi là định tuýen không phân cấp động [DNHR]

4.4 Báo hiệu điều khiển cho mạng chuyển mạch kênh (circuit switching)

Trong mạng chuyển mạch kênh , báo hiệu điều khiển là phương tiện để

quản trị mạng ; được sử dụng để thiết lâp , duy trì và huỷ bỏ cuôc gọi Cả hai

quản trị cuộc gọi và quản trị mạng đều cần các thông tin được trao đổi giữa thuê

bao và chuyển mạch, giữa các chuyển mạch và giữa chuyển mạch và mạng Với

mạng viễn thông công cộng rộng lớn một kiểu báo hiệu điều khiển tương quan

phức hợp là cần thiết Trong mục này , chúng ta xẽ xem các chức năng của báo

hiệu điều khiển rồi thì xem xét cơ sở của mạng ISDN , báo hiệu kênh chung

Hình 4.4 Các tuyến dự trữ từ trạm đầu cuối X đến trạm đầu cuối Y

Các báo hiệu điều khiển là cần thiết để vận hành mạng chuyển mạch kênh

và bao gồm tất cả các khia cạnh của mạng , bao gồm cả các dịch vụ mạng có thể

thấy được tới thuê bao và các bộ cơ khí bên trong Mạnh ngày càng trở nên phức

tạp hơn và số các chức năng được thực hiện bởi báo hiệu ngày càng tăng Các

chức năng được liệt kê sau đây là vô cùng quan trọng :

♦ Thông báo có thể nghe được cho thuê bao , bao gồm âm quay số , âm rung

chuông, tín hiệu báo bân v.v

♦ Truyền số đựơc quay của thuê bao bị gọi tới tổng đài mà tại đó nó sé cố gắng hoàn thiện kết nối

♦ Truyền các thông tin giữa các chuyển mạch để chỉ ra rằng 1 cuộc gọi có thể không được hoàn tất

♦ Truyền các thông tin giữa các chuyển mạch để chỉ ra rằng 1 cuộc gọi đã được chấm dứt và đương dẫn có thể bị tháo bỏ

♦ Một tín hiệu làm rung chuông điện thoại

♦ Truyền thông tin được sử dụng cho tính cước

♦ Truyền các thông tin cung cấp các trạng thái của thiết bị hoặc đương trung kế trong mạng Thông tin này có thể được dùng vào mục dích định tuyến và bảo dưỡng mạng

♦ Truyền các thông tin được sử dụng trong việc chuẩn đoán, cách li các sai hỏng của mạng

♦ Điều khiển các thiết bị đặc biệt nh là các thiết bị liên lạc vệ tinh

Hãy xem xét một ví dụ điển hình kết nối liên tiếp từ một đường này tới đường khác qua cùng 1 tổng đài :

1) Để tiến hành cuộc gọi , cả 2 máy điện thoại phải được hạ ống nghe ( on

hook ) Cuộc gọi bắt đầu khi thuê bao gọi nhấc ống nghe ( off hook ) để nó

tự động báo hiệu đến tổng đài

2) Tổng đài đáp lại bằng 1 âm mời quay số , báo hiệu rằng thuê bao có thể

được quay số

3) Người gọi quay số , đó là số của thuê bao bị gọi ; địa chỉ đích nối tới tổng

đài

4) Nếu thuê bao bị gọi không bận, tổng đài sẽ cảnh báo thuê bao bị gọi bằng

cách gửi 1 tín hiệu rung chuông làm chuông điện thoại của thuê bao bị gọi

sẽ rung

5) Một tín hiệu phản hồi tới thuê bao goi bởi tổng đài :

♦ Nếu thuê bao bị gọi không bận, tổng đài sẽ chuyển các tín hiệu âm báo chờ thới thuê bao gọi trong khi gởi tín hiệu rung chuông yêu cầu nhấc ống nghe thới thuê bao bị gọi

♦ Nếu thuê bao bị gọi bân, tổng đài sẽ chuyển các tín hiệu báo bận tới thuê bao gọi

♦ Nếu cuộc gọi không có thể thực hiện được qua tổng đài tổng đài sẽ gửi một tín hiệu “ reoder “ tới thuê bao goi

6) Thuê bao bị gọi chấp nhận cuộc gọi bằng cách nhấc ống nghe , đó chính là

báo hiệu chuyển tới tổng đài

7) Tổng đài ngắt tín hiệu chuông , thiết lập đường kết nối qua chuyển mạch 8) Kết nối bị huỷ bỏ nếu 1 hay cả 2 thuê bao hạ ống nghe

Khi thuê bao bị gọi nối tới tổng đài khác vói tổng đài của thuê bao gọi thì các chức năng báo hiệu trung kế giữa các tổng đài là cần thiết :

9) Tổng đài gốc chiếm đường trung kế , gửi tín hiệu chiếm đường trên đường

trung kế , yêu cầu thanh ghi số ở đầu xa kia sao cho địa chỉ có thể được truyền dẫn

10) Tổng đài đầu cuối gửi một tín hiệu sẵn sàng để xác nhận tín hiệu chiếm

đường , thông báo thanh ghi đã sẵn sàng

11) Tổng đài gốc gửi các địa chỉ số tới tổng đài bên

Bảng 4.1 Các chức năng báo hiệu

Giám sát

Báo hiệu giám sát nhằm thiết lập cuộc gọi, nó được sử dụng để khởi động 1 yêu cầu cuộc gọi, duy trì hoặc tháo bỏ kết nối đã được thiết lập , khởi động hoạc tháo bỏ khi nạp lại , gọi lại người gọi tại kết nối đã được thiết lập, cảnh báo thuê bao và khởi động khi cuọc gọi Nó bao gồm cả sự nhận biết trạng thái bân hay rỗi trên đường thuê bao và

đường trung kế nội, truyền các thông tin này tới thuê bao gọi và hệ thống tổng đài Các báo hiệu này bao gồm cả hai chứ năng điều khiển và trạng thái:

Điều khiển : Báo hiệu điều khiển được sử dụng để điều khiển sự sử dụng cuộc gọi Tổng đài và trung kế được ấn định vào kết nối nhờ báo hiệu điều khiển Cuộc gọi , môĩi khi chiếm , sẽ giữ đường trong suốt cuộc gọi và chỉ tháo bỏ khi cuộc gọi chấm dứt

Trạng thái : Báo hiệu điều khiển cũng chưa đựng thông tin các trạng thái của cuộc gọi hoặc cố gắng gọi Các thông tin này được gửi ngược lại từ mạng tới tổng

đài của thuê bao

Trạm liên quan : Báo hiệu địa chỉ nguồn từ thue bao gọi Từ máy điẹn thoại , tín hiệu được phát ra các chuỗi xung liên tiếp ( Pulse) hoặc chuỗi các 2 tần số âm thanh (Tone ) Đối với thuê bao số , một tín hiẹu điều khiển số có thể được dùng Tuyến liên quan : Nếu một cuộc gọi sử dụng nhiều hơn 1 tổng đài thì cần thiết báo hiệu giữa các tổng đài Nó bao gồm báo hiệu địa chỉ mà nó cung cấp các chức năng tuyến và các báo hiệu giám sát

Thông tin về cuộc goi

Báo hiệu thông tin về cuộc gọi được truyền tới một người gọi để cung cấp các thông tin tới các người gọi và các thao tác có liên quan đến việc thiết lập một kết nối qua

mạng điện thạo Một loạt các âm thanh được sử dụng vào các mục đích đó Các báo hiệu này có thể được liệt kê để cảnh báo và sử lí

Cảnh báo : Báo hiệu cảnh báo được cấp tới một thuê bao nhười chưa có cuộc gọi,

đấy là báo hiệu rung chuông để yêu cầu thuê bao bị gọi nhấc ống nghe

Xử lí : Báo hiệu sử lí cuộc gọi để chỉ ra trạng thái của cuộc gọi của thuê bao đang gọi

Quản trị mạng

Báo hiệu quản trị mạng bao gồm tất cả các báo hiệu liên quan đến các thao tác

đang tiến hành và quản trị mạng Chúng bao gồm các báo hiệu gây ra các điều khiển

được exerted và các báo hiệu cung cấp trạng thái

Điều khiển : Báo hiệu điều khiển mạng được sử dụng để điều khiển các tiến trình

sử lí tuyến ( vi dụ như thay đổi một tuyến được đặt trước của một tổng đài ) và sửa đổi các đặc trưng vận hành của mạng để đáp ứng với sự quá tải và các điều kiện lỗi

Trạng thái : Báo hiệu trạng thái mạng được sử dụng bởi tổng đài để cung cấp các thông tin về trạng thái tới trung tâm quản trị mạng và các tổng đài khác Các thông tin này bao gồm cường độ lưu lượng , các điều kiện gây sai lỗi , các sai hỏng khác

Các ví dụ này cho một vài ý tưởng của các chức năng mà chúng được thực hiện khi dùng báo hiệu Một vài ý tưởng khác nêu ra trong bảng 4.1 Các chức năng này được thực hiện bởi các báo hiệu có thể được phân thành nhóm như : Giám sát , Địa chỉ Thông tin về cuộc gọi và Quản trị mạng Hình 4.5 dựa trên hình trong [FREE94] , chỉ nguồn gốc và các đích của báo hiệu

Danh từ giám sát nói chung được dùng thực hiện chức năng điều khiển co

đặc tính nhị phân ( đúng/sai , on/off ) , như là các yêu cầu dịch vụ , trả lời cảnh báo hoặc quay về trạng thái đợi Chúng có quan hệ với tính sẵn sàng của thuê bao bị gọi và cần thiết mạng gốc , Báo hiệu giám sát được sử dụng để xác định liệu một nguồn đã có thể , nếu thế chiếm nó Chúng cũng được sử dụng để thông báo trạng thái của nguồn được yêu cầu

Báo hiệu địa chỉ nhận dạng thuê bao Khi khởi động, một tín hiệu địa chỉ

được phát ra bởi thuê bao gọi khi quay số điẹn thoại Địa chỉ thu được có thể được truyền qua mạng để giúp cho các chức nang tuyến định vị và rung chuong điện thoại của thuê bao bị gọi

Danh từ thông tin về cuộc goi cho các báo hiệu này cung cấp các thông tin tới thuê bao về trạng thái của cuộc gọi Điều này trái ngược lại với các báo hiệu nội bộ giữa các tổng đài được sử dụng khi thiết lập hoặc ngắt cuộc gọi Các báo hiệu nội bộ là các bản tin tương tự hoặc là số còn các báo hiệu thông tin về cuộc

gọi là những âm thanh có thể nghe thấy đực bởi cả người gọi lẫn bị gọi hoặc là các vận hành theo quy tắc của máy điện thoại

Báo hiệu giám sát , địa chỉ và thông tin về cuộc gọi là các đòi hỏi trực tiếp

để thiét lập và chấm dữt cuộc gọi Ngược lại báo hiệu quản trị mạng được sử

dung để bảo dưỡng , tìm sai hỏng và các vận hành quá tải của mạng, Các báo hiệu như vậy có thể ở dạng các bản tin ví như liệt kê các tuyến được xắp đặt trước để gửi tới các trạm nhằm nâng cấp bảng định tuyến

Hình 4.5 Báo hiệu điều khiển qua mạng chuyển mạch kênh Báo hiệu nội hạt

Báo hiệu cần được xem xét theo 2 khia cạnh sau đây : (1) Báo hiệu giữa thuê bao và mạng và (2) báo hiệu giữa các mạng Nói chung các báo hiệu (1) và (2) là khác nhau theo các nội dung của chúng

Báo hiệu giữa một điện thoại hay một thuê bao với tổng đài được xác định bởi đặc tính của thiết bị thuê bao và sự cần thiết của ngườ sử dụng Các báo hiệu giữa các tổng dài thực chất là giữa máy tính – máy tính Các báo hiệu nội bộ dính líu không chỉ với sự quản trị mạng của thuê bao mà còn sự quản trị của chính mạng

Vì thế các báo hiệu nội bộ nhiều lệnh hơn, nhiều đáp ứng và nhiều các tham số cần thiết để khởi tạo

Do có 2 kĩ thuật báo hiệu khác nhau được sử dụng, tổng đài nội hạt mà nó cho phép các thuê bao đấu nối vào phải được cung cấp các báo hiệu thuê bao

ít phức tạp và các báo hiệu giữa các tổng đài mà nó chứa đựng nhiều sự phức tạp hơn Trong phần II chúng ta sẽ xem xét báo hiệu đó dưới cái tên Q.931 cho báo hiệu thuê bao và SS7 cho báo hiệu giữa các tổng đài

Báo hiệu kênh chung

Báo hiệu trong mạng chuyển mạch kênh có tại per-trunk và kênh kết hợp Với báo hiệu trong kênh, một kênh được sử dụng để mang cuộc gọi đồng thời mang cả báo hiệu cuộc gọi có liên quan Báo hiệu như vậy bắt đầu từ thuê bao gọi

và theo dọc đường của chính cuộc gọi đó Đây là điều hay , do không cần một

đương truyền nào cần thiết thêm vào cho báo hiệu Các phương tiện để truyền thoại được chia sẻ để truyền báo hiệu

Có 2 dạng báo hiệu được sử dụng : Trong băng và ngoài băng

♦ Báo hiệu trong băng sử dụng không chỉ cùng đường vật lí của cuộc gọi mà còn sử dụng cùng một dải tần số của tín hiệu thoại để mang tín hiệu điều khiển có liên quan đến Kiểu báo hiệu này có một vài ưu điểm : Do tín hiệu điều khiển có cùng đặc tính sóng điện từ với tín hiệu tiếng nói do vậy

nó có thể đi bất cứ nơi đâu mà tín hiệu thoại đi tới Vì không có sự giới hạn

sự sử dụng tín hiệu trong băng tại bất cứ nơi đâu trong mạng , kể cả nơi có

bộ chuyển đổi ADC , DAC Thêm nữa, nó có khả năng thiết lập cuộc gọi trên

đường tiếng có thiếu khuyết do tín hiệu điều khiển được sử dụng để thiết lập

đường

♦ Báo hiệu ngòai băng có ưu điểm là không sử dụng toàn bộ băng thông 4KHz

mà nó tách ra 1 băng thông hẹp trong đó để sử dụng gửi các tín hiệu điều khiển Ưu điểm chính của nó là gửi đến những nơi mà tín hiệu thoại không

đến được Vì thế nó cho phép liên tục giám sát và điều khiển cuộc gọi Tuy nhiên kiểu báo hiệu ngoài băng cần mạch điện phụ để cho phép báo hiệu trong băng

Tốc độ truyền thông tin được giới hạn bởi báo hiệu trong băng Với báo hiệu trong băng chỉ được truyền khi không có tín hiệu thoại còn báo hiệu ngoài băng thì được phép Do sự hạn chế như vậy thật khó có thể điều tiét cho phù hợp tuy nhiên các ưu điểm đó của báo hiệu là rất cần thiết

Một nhược điểm khác của báo hiệu trong băng là thời gian trễ khi thiết lập cuộc gọi Yêu cầu giảm thời gian trễ là một trong các yếu tố quan trọng hiện nay khi sử

dụng mạng Ví dụ : máy tính điều khiển cuộc gọi sử lĩ cuộc gọi ( transaction )

sử dụng các bản tin ngắn tương đối ; vì thế , thời gian thiết lập cuộc gọi có mặt một cách đáng kể trong tổng số thời gian cuọc gọi

Csr hai vấn đề này có thể được giải quyết nhờ báo hiệu kênh chung , trong đó

báo hiệu được mang qua một kênh hoàn toàn độc lập với kênh thoaị ( Bảng 4.2 ) Một đường có thể mang các tín hiệu cho một số các kênh thoại với vô số các chức năng, vì thế kênh điều khiển chung là để cho các kênh thuê bao này

Nguyên tắc của báo hiệu kênh chung được minh hoạ và đối ngược với báo hiệu kênh kết hợp trong hình 4.6 Như có thể thấy, con đường dành cho báo hiệu kênh chung được tách một cách vật lý ra khỏi đường thoại thuê bao Kênh chung có thể được cấu hình với băng thông cần thiết để mang các báo hiệu với một loạt các chức năng Vì thế cả hai giao thức báo hiệu và kiến trúc mạng phức tạp hơn báo hiệu kênh kết hợp

Tuy nhiên do giá thành các phần cứng của máy tính ngày càng hạ do vậy báo hiệu kênh chung ngày càng được sử dụng rộng rãi Các bản tin báo hiệu được chuyển qua giữa các chuyển mạch hay giữa các chuỷên mạch và trung tâm quản trị mạng Vì thế thành phần báo hiệu của mạng với hiệu quả là mạng máy tính phân bố chuyển tải các bản tin ngắn

Bảng 4.2 Kĩ thuật báo hiệu cho mạng chuyển mạch kênh

Miêu tả Chú giải Kênh kết hợp

Trong băng

Ngoài băng

Báo hiệu cùng một dải thông tần số được sử dụng bởi tín hiệu thoại

Tín hiệu thoại được sử dụng cùng đường truyền với tín hiệu thoại , nhưng khác băng tần số

Kĩ thuật đơn giản nhất và rất cần thiết cho báp hiệu thông tin về cuộc gọi và được sử dụng cho các báo hiệu khác , thường tại tất cả các đường daay thuê bao

Cho phép liên tục giám sát trong suốt thời gian kết nối

Kênh chung

Báo hiệu truyền trên kênh báo hiệu được giành để điều khiển các báo hiệu và chung cho các kênh thoại

Giảm thời gian setup cuộc gọi so với phương pháp trên Nó cũng tương thích hơn với các chức năng cần thiết

Hình 4.6 Báo hiệu kênh kết hợp và kênh chung

Có hai kiểu thao tác trong báo hiệu kênh chung ( Hình 4.7 )

♦ Mode kết hợp : Đương báo hiệu đi dọc theo , bên cạnh đường trung kế thoại

để phục vụ các điểm đầu cuối, Báo hiệu sẽ di đường khác với đường tín hiệu thoại , tại tổng dài , nó được định tuyến trực tiếp tới bộ sử lí báo hiệu

♦ Mode không kết hợp : Tại mode này , mạng được gia tăng thêm bởi các node ( máy trạm ) được gọi là điẻm chuyển tiếp báo hiệu Như vậy 2 mạng sẽ tách rời nhau Sưk liên kết giữa 2 hại này tại các cửa điều khiển thực hiện tại các tổng đài ( switch nodes ) mà đó đang phục vụ cho các cuộc gọi thuê bao Trong mode không kết hợp, người quản trị mạng cũng sử dễ dàng vận hành hơn bởi vì các kênh điều khiển có thể cho một cách linh hoạt hơn Mạng ISDN sử dụng báo hiệu theo mode không kết hợp

Với báo hiệu kênh kết hợp báo hiệu từ tổng đài gốc được sử lí và được chuyển tới kênh ra tại đầu thu nhận, báo hiệu lại được chuyển nhận từ kênh thoại vào bộ sử lí điều khiển ; còn báo hiệu kênh chung báo hiệu được truyền trực tiếp

từ bộ sử lí điều khiển này tới bộ sử lí điều khiển kia không ràng buộc gì với tín hiệu thoại Đây là một thủ tục đơn giản và ít sai sót khi tình cờ hay cố ý làm nhiễu loạn các tín hiệu giữa thuê bao và điều khiển Đây là động cơ chính chp báo hiệu kênh chung Một động cơ khác nữa là thời gian setup cuộc gọi giảm Hãy xem một chuỗi các cuộc gọi được setup bằng kênh kết hợp qua nhiều hơn 1 chuyển mạch Một báo hiệu điều khiển sẽ phải được gửi tới tổng đài bên cạnh theo ý

định trước Tại mỗi một tổng đài báo hiệu không có thể được truyền qua tổng đài tới tuyến tiếp theo chừng nào một mạch kết hợp chưađược thiết lập qua tổng đài

đó Còn với báo hiệu kênh chung , các thông tin điều khiển có thể che lấp sự sử lí thiết lập mạch

Hinh 4.7 Các mode của báo hiệu kênh chung

Với báo hiệu không kết hợp còn có nhiều ưu điểm nổi trội : Một hay nhiều điểm điều khiển có thể được thiết lập Tất cả các thông tin điều khiển có thể được định tuyến tới trung tâm điều khiển mạng mà tại đó các yêu cầu được

sử lí , các tín hiệu dã được sử lí được gửi tới các tổng đài để thiết lập tuyến cho thuê bao Theo cách này các yêu cầu có thể được sử lí với tính toàn cục hơn của

điều kiện mạng

Tất nhiên , báo hiệu kênh chung có các nhược điểm của nó, trước tiên là thao tác và vận hành phưc tạp hơn tuy nhiên do giá thành phần cứng ngày càng hạ và sự mở rộng không ngừng của mạng viễn thông số dẫn đén báo hiệu kênh chung ngày càng phát triển

Mọi thảo luận tại phần này dành chủ yếu về báo hiệu kênh chung trong mạng ( để điều khiển tổng đài ) Nhưng dù cho một mạng hoàn toàn được điều khiển bởi báo hiệu kênh chung thì báo hiệu kênh kết hợp vẫn cần thiết , ít nhất

là để thông báo với thuê bao Ví dụ như tín hiệu quay số , rung chuông phải là tại kênh kết hợp để tới được thuê bao Nói chung , thuê bao không truy cập tới báo hiệu kênh chung , tuy nhiên chúng ta sẽ thấy tại phần II thì điều này chưa hoàn toàn đúng

♦ Trong mạng để truyền dữ liệu ( vi dụ client/server ) , rất nhiều thời gian rỗi do vậy chuyển mạch kênh kém hiệu quả

♦ Trong mạng chuyển mạch kênh , liên kết để truyền dữ liệu với tốc độ không

đổi , vì thế cả hai thiết bị nối vào phải có tốc độ thu và phát như nhau Điều này hạn chế các tiện ích của mạng khi liên kết một loạt các máy tính host với các thiết bị đầu cuối

Để hiểu được cách giải quyết vấn đề của mạng chuyển mạch gói , chúng ta hãy xem xết cách vận hành của mạng chuyển mạch gói Dữ liệuđược truyền thành từng gói ngắn , một bản tin được giới hạn trên với độ dài gói khoảng 1000 byte Nếu bản tin khi gửi dài hơn , nó sẽ được bẻ ra thành một chuỗi các gói ( hình 4.8 ) Mỗi một gói chứa 1 phần ( hay là tất cả cho bản tin ngắn ) dữ liệu của người sử dụng cộng với các thông tin điều khiển Các thông tin điều khiển , được tối thiểu , chứa các thông tin mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến được cho các gói tin đi qua mạng và đưa nó tới đích Tại mỗi trạm trên tuyến , gói tin được nhận , nhớ lại rồi thì chuyển tiếp tới trạm tiếp theo

Hình 4.8 Sử dụng gói tin

Chúng ta hãy quay lại hình 4.1 thấy rằng đây là mạng chuyển mạch gói đơn

giản nhất Giả sử một gói đi từ trạm A tới trạm E , gói tin chứa các thông tin

điều khiển để chỉ rằng nó đang đi tới trạm E Gói tin được gửi từ trạm A tới node 4 Node 4 lưu trữ gói tin xác định tuyến tiếp theo ( giả sử node 5 ) và xắp hàng để di ra tới tuyến nối 4 + 5 Khi đường nối có thể , gói tin được truyền