BÁO CÁO THỰC TẬP-KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG DIỆN RỘNG

TỔNG QUAN Trong mạng viễn thông, với kiến trúc phức tạp, bài toán ñược ñặt ra là làm thế nào ñể chuyển thông tin ñến ñích một cách an toàn, hiệu quả và nhanh chóng, ñồng thời thỏa mãn nh

KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG DIỆN RỘNG

Mapping 0:54

Request 138.43

Mapping 0:81

Cuốn sách này ñược biên soạn ñể phục vụ cho các sinh viên chuyên ngành ðiện

tử, Viễn thông và Công nghệ thông tin Nội dung cuốn sách xoay quanh các kỹ thuật chuyển mạch và cơ chế bên trong mạng diện rộng WAN (wide area network) mà ñược phát triển ñể hỗ trợ các ứng dụng truyền thông thoại, video, dữ liệu và multimedia qua các mạng ñường dài Cấu trúc của sách như sau:

• Chương 1: Tổng quan Cung cấp các khái niệm tổng quan, lịch sử phát triển và giới thiệu các phương thức chuyển mạch trong mạng viễn thông

• Chương 2: Chuyển mạch kênh Giới thiệu mạng chuyển mạch và trình bày các ñặc trưng chính trong mạng chuyển mạch kênh

• Chương 3: Chuyển mạch gói Giới thiệu về nguyên lý chuyển mạch gói, các hoạt ñộng bên trong mạng, các nội dung chuyển mạch ảo và datagram, các kỹ thuật chính của ñịnh tuyến và ñiều khiển tắc nghẽn và giao thức X.25 là giao tiếp chuẩn giữa thiết bị ñầu cuối và mạng chuyển mạch gói

• Chương 4: ISDN Trình bày nguyên lý cơ bản, các mục tiêu và các dịch

vụ, các kênh và giao tiếp của ISDN, truy cập người sử dụng và các giao thức trong ISDN

• Chương 5: Frame relay Giới thiệu về frame relay, kiến trúc giao thức, ñiều khiển cuộc gọi, truyền dữ liệu và ñiều khiển tắc nghẽn bên trong frame relay

• Chương 6: ATM Thảo luận về sơ ñồ ATM, tế bào, các nội dung quan trọng của lớp thích ứng ATM AAL (ATM Adaptation Layer) và ñiều khiển lưu lượng và ñiều khiển tắc nghẽn của ATM

• Chương 7: Internet Chương này trình bày khái niệm về Internet, mô hình, ñịnh tuyến, các giao thức ñịnh tuyến và các kiểu truy cập Internet

• Chương 8: MPLS Trình bày các khái niệm tổng quan về MPLS, sau ñó

là các cấu trúc dữ liệu, giao thức phân phối nhãn và các cơ chế kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

Trong ñó, các chương 2, 3, 4, 5 và 6 ñược biên soạn chủ yếu từ cuốn sách Data and Computer Communication của William Stallings, các chương còn lại dựa trên những tài liệu tham khảo khác Ngoài ra, cũng do ảnh hưởng bởi tài liệu của W.Stallings, nên cuối mỗi chương, luôn có mục giới thiệu tài liệu và các website tham khảo bổ ích cho bạn ñọc

Trong quá trình biên soạn, không tránh khỏi những thiếu sót, mong sự phản hồi từ phía ñộc giả Xin chân thành cảm ơn!

NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN 10

1 TỔNG QUAN 10

Khái niệm 10

Dịch vụ viễn thông 11

Các dịch vụ viễn thông cho người sử dụng: 12

Các yêu cầu mạng và thiết bị 12

Mạng viễn thông 12

Chuyển mạch 13

2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 14

Các hệ thống chuyển mạch nhân công 14

Các hệ thống chuyển mạch ñiện tử 15

Các hệ thống số và ñiều khiển máy tính 15

Các node chuyển mạch cho thông tin dữ liệu 16

Các node cho N-ISDN 17

Các node cho B-ISDN 18

Chuyển mạch quang 18

3 CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN MẠCH 18

Chuyển mạch kênh 18

Chuyển mạch tin 18

Chuyển mạch gói 19

Chuyển mạch khung 20

Chuyển mạch tế bào 21

Chuyển mạch nhãn ña giao thức 22

Chuyển mạch quang 22

4 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

Các trang web: 23

2 CHUYỂN MẠCH KÊNH 24

1 MẠNG CHUYỂN MẠCH 24

2 CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH 25

3 NỘI DUNG CHUYỂN MẠCH 28

Chuyển mạch phân chia không gian (Space Division Switching) 28

Chuyển mạch phân chia theo thời gian (Time Division Switching) 31

4.ðỊNH TUYẾN CHO CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH 33

ðịnh tuyến luân phiên: 34

ðịnh tuyến thích nghi 35

5 BÁO HIỆU 37

Các chức năng báo hiệu 37

Vùng báo hiệu 39

Báo hiệu kênh chung 39

6 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

3 CHUYỂN MẠCH GÓI 44

1 NGUYÊN LÝ CHUYỂN MẠCH GÓI 44

Kỹ thuật chuyển mạch 46

Thực hiện 48

Các ñặc trưng khác 49

Hoạt ñộng bên trong và bên ngoài 50

Các loại thiết kê bên trong và bên ngoài: 52

2 ðỊNH TUYẾN 53

Các ñặc trưng: 53

Tiêu chí thực hiện 54

Thời ñiểm và nơi quyết ñịnh 54

Nguồn thông tin mạng và thời gian cập nhật 55

Các chiến lược ñịnh tuyến 56

ðịnh tuyến cố ñịnh (fixed) 56

ðịnh tuyến lan tràn (flooding) 57

ðịnh tuyến ngẫu nhiên (random) 58

ðịnh tuyến thích nghi 59

Các thuật toán chi phí tối thiểu 61

Thuật toán Dijkstra 61

Giải thuật Bellman-Ford 62

Ví dụ cho cả hai thuật toán Dijkstra và Bellman-Ford 62

So sánh 63

3 ðIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 64

Phạm vi và mức ñiều khiển lưu lượng 65

ðiều khiển luồng 65

ðiều khiển luồng dừng và chờ 66

ðiều khiển luồng cửa sổ trượt 67

ðiều khiển tắc nghẽn 69

Kiểm soát khóa chết (deadlock) 72

Nguyên nhân khóa chết 73

Phương án kiểm soát khóa chết: 74

4 X.25 74

Dịch vụ kênh ảo 75

Dạng gói 77

Ghép kênh 79

ðiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi 80

Chuỗi gói 80

5 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

4 INTEGRATED SERVICE DIGITAL NETWORK 82

1 TỔNG QUAN VỀ ISDN 82

Nguyên lý cơ sở của ISDN 82

Giao tiếp người sử dụng 84

Mục tiêu 85

Kiến trúc 85

Các tiêu chuẩn 86

Series I.100 – Các nội dung tổng quan 86

Series I.200 – Khả năng phục vụ 87

Series I.300 – Các khía cạnh mạng 87

Series I.400 – Các giao tiếp người sử dụng – mạng 87

Series I.500 – Các giao tiếp liên mạng 87

3 TRUY CẬP NGƯỜI SỬ DỤNG 90

4 CÁC GIAO THỨC ISDN 92

Kiến trúc giao thức ISDN 92

Các nối kết ISDN 93

Các cuộc gọi chuyển mạch kênh 93

Các nối kết bán vĩnh viễn 93

Các cuộc gọi chuyển mạch gói qua kênh B 94

Các cuộc gọi chuyển mạch gói qua kênh D 96

Báo hiệu kênh chung ở giao tiếp người sử dụng và mạng ISDN 96

LAPD 99

Các dịch vụ LAPD 100

Giao thức LAPD 100

Cờ 101

ðịa chỉ 101

ðiều khiển 102

Thông tin 102

Dãy kiểm tra khung 102

Lớp vật lý 102

5 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

Giới thiệu các trang web: 103

5 FRAME RELAY 104

1 NẾN TẢNG 104

2 KIẾN TRÚC GIAO THỨC FRAME RELAY 106

Mặt phẳng ñiều khiển 106

Mặt phẳng người sử dụng 107

So sánh với X.25 108

3 ðIỀU KHIỂN CUỘC GỌI FRAME RELAY 110

Nối kết FRAME RELAY 111

Nối kết truy cập 112

4 TRUYỀN DỮ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG 113

5 CHỨC NĂNG MẠNG 115

6 ðIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 116

Các phương pháp ñiều khiển tắc nghẽn cho frame relay 116

Quản lý tốc ñộ lưu lượng 118

Tránh nghẽn với báo hiệu tường minh 121

Giải phóng nghẽn với báo hiệu ngầm ñịnh .123

7 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

Các trang web: 124

6 ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE 125

1 KIẾN TRÚC GIAO THỨC 125

2 CÁC NỐI KẾT LOGIC ATM 126

Sử dụng nối kết kênh ảo 128

Các ñặc trưng ñường ảo/kênh ảo 129

Báo hiệu 130

3 CÁC TẾ BÀO ATM 130

4 TRUYỀN CÁC TẾ BÀO ATM 134

Lớp vật lý cơ sở tế bào 134

Lớp vật lý trên cơ sở SDH 136

5 LỚP THÍCH ỨNG ATM 137

Các dịch vụ AAL 137

Các giao thức AAL 138

6 ðIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ ðIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 142

Các khuyến nghị ñiều khiển lưu lượng và nghẽn cho ATM 142

Biến ñổi trễ tế bào 143

Phân bố mạng với sự thay ñổi trễ tế bào 144

Sự thay ñổi trễ tế bào tại UNI 145

Cơ chế ñiều khiển lưu lượng và tắc nghẽn 146

ðiều khiển lưu lượng 147

Quản lý tài nguyên mạng 147

ðiều khiển chấp nhận nối kết 149

ðiều khiển tham số sử dụng 150

ðiều khiển ñộ ưu tiên 151

Quản lý tài nguyên nhanh 152

ðiều khiển tắc nghẽn 152

Hủy tế bào có chọn lọc 152

Chỉ thị ñiều khiển tắc nghẽn tường minh hướng ñi 152

7 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 152

Giới thiệu các trang web: 153

7 INTERNET PROTOCOL 154

1 KHÁI NIỆM VỀ INTERNET 154

Nguồn gốc 154

Khái niệm 155

2 MÔ HÌNH TCP/IP 155

Khuông dạng gói tin Ipv4: 158

ðịa chỉ IPv4 159

Mạng con 160

IPv6 (IPng) 161

TCP (Transmission Control Protocol 163

) 163

UDP (User Datagram Protocol) 164

3 CÁC PHƯƠNG THỨC TRUY CẬP INTERNET 164

Truy cập Dial-up 165

ISDN 169

Truy cập băng rộng 170

Các mạng truyền hình cáp 172

Truy cập không dây 173

Truy cập cáp sợi 174

Các nối kết riêng và các mạng diện rộng WAN 174

4 ðỊNH TUYẾN 175

Khái niệm 175

Hoạt ñộng ñịnh tuyến của Router 175

Tìm ñường - Các giải thuật tìm ñường 175

Tìm ñường tĩnh và ñộng 178

ðường ñơn và ña ñường 179

Ngang hàng và có thứ bậc 179

Máy trạm thông minh và Router thông minh 179

Intradomain và Interdomain 179

Trạng thái liên kết và vector ñộ dài 179

Các metric ñịnh tuyến 180

So sánh các giao thức ñịnh tuyến 181

5 MỘT SỐ GIAO THỨC ðỊNH TUYẾN 182

Các loại giao thức ñịnh tuyến 182

ðịnh tuyến vector khoảng cách: 182

ðịnh tuyến trạng thái liên kết: 183

ðịnh tuyến lai ghép 184

Một số giao thức dùng trong hoạt ñộng ñịnh tuyến: 184

RIP (Router Information Protocol): 186

IGRP (Interior Gateway Routing Protocol): 186

OSPF (Open Shortest Path First): 186

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): 187

6 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 187

8 MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING 189

1 TỔNG QUAN VỀ MPLS 189

2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MPLS 190

Các thành phần và các cơ chế LDP: 191

Router chuyển mạch nhãn 192

Router nhãn biên 192

ðường dẫn chuyển mạch nhãn 192

Các lớp chuyển tiếp tương ñương FEC 193

Nhãn 193

Không gian nhãn 194

Stack nhãn 195

Các ñóng gói nhãn 195

ðường hầm 195

Các LSR ngược dòng (upstream) và xuôi dòng (downstream) 196

3 CÁC CẤU TRÚC DỮ LIỆU 196

Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo 196

FEC to NHLFE (FTN) 197

Ánh xạ nhãn ñưa ñến 197

Chuyển ñổi nhãn 197

3 GIAO THỨC PHÂN PHỐI NHÃN 198

Các ñịnh danh LDP và các ñịa chỉ chặng tiếp theo 198

Phát hiện LDP: 198

Phiên và thiết lập LDP 199

Duy trì các Hello lân cận 201

Duy trì các phiên LDP 201

Các thông ñiệp LDP 201

Các kiểu công bố nhãn 202

Các kiểu ñiều khiển LSP 203

5 CÁC CƠ CHẾ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG CỦA MPLS 208

TE-RSVP 209

CR-LDP 209

So sánh giữa hai kỹ thuật lưu lượng sử dụng trong MPLS 210

Thiết lập và duy trì CR-LDP 211

Thiết lập một CR-LSP ñể hỗ trợ các ứng dụng nhạy cảm suy hao 213

Thiết lập CR-LSR ñể hỗ trợ các ứng dụng không nhạy với suy hao 213

6 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO 213

TÀI LIỆU THAM KHẢO 214

1 TỔNG QUAN

Trong mạng viễn thông, với kiến trúc phức tạp, bài toán ñược ñặt ra là làm thế nào

ñể chuyển thông tin ñến ñích một cách an toàn, hiệu quả và nhanh chóng, ñồng thời thỏa mãn nhu cầu dịch vụ của người sử dụng ðể giải quyết ñiều này, các kỹ thuật chuyển mạch lần lượt ra ñời, áp dụng cho các mạng và các dịch vụ từ ñơn giản ñến cực kỳ phức tạp, ñó chính là nội dung trong tài liệu này Trong chương này, người ñọc sẽ ñược cung cấp kiến thức tổng quan và lịch sử phát triển các phương thức chuyển mạch trong mạng viễn thông

Ví dụ: Bạn ñang ñọc tài liệu này, tờ báo ñã ñọc sáng nay, chuyến tàu chở bạn ñi từ

Tp Hồ Chí Minh ñến Thủ ñô Hà nội, bạn ñang lấy thông tin từ Internet, bạn ñang xem tivi, bạn ñang gọi ñiện …

Viễn thông là 3 ví dụ sau, vậy, viễn thông (Telecommunication) là sự truyền thông qua khoảng cách ñịa lý

Từ một thành phố A, bạn muốn trao ñổi thông tin với một người ở thành phố B thì

có các hình thức như trong Hình 1-1

Nếu bạn sử dụng ñiện thoại, tức là bạn sử dụng dịch vụ viễn thông, “tele” có nghĩa

là từ xa, biểu thị một sự bắc cầu cho một khoảng cách ñịa lý, nghĩa là “sự trao ñổi thông tin từ xa”

Viễn thông là một trong những lĩnh vực ñược ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hiện ñại, các công nghệ mới liên tục phát triển và luôn tìm ñược ứng dụng trong các thiết

bị, hệ thống kỹ thuật trong mạng viễn thông

Hình 1-1 Sự trao ñổi thông tin giữa hai thành phố

Vật mang dịch vụ: Là các trang thiết bị ñược sử dụng ñể hỗ trợ cho dịch vụ ñó Ví

dụ, cáp ñiện thoại, máy ñiện thoại, tổng ñài… là những vật mang cho dịch vụ thoại Tuy

nhiên, không phải vật mang cho dịch vụ nào thì chỉ có thể mang cho chính dịch vụ ñó mà còn có thể mang các dịch vụ khác, ví dụ cáp ñiện thoại có thể mang ñược các dịch vụ như thoại, internet, facsimile

Hình 1-2 Vật mang của dịch vụ thoại

Dịch vụ viễn thông

Trên quan ñiểm ñiều hành mạng, dịch vụ viễn thông gồm:

• Dịch vụ cơ sở: Là các dịch vụ cơ bản ñược cung cấp bởi mạng viễn thông

• Dịch vụ giá trị gia tăng: Là các dịch vụ mở rộng của dịch vụ cơ sở, khi người sử dụng dùng dịch vụ này sẽ phải nộp một mức phí cụ thể Ví dụ theo dõi tỷ giá thị trường qua một số ñiện thoại nào ñó, dịch vụ hướng dẫn, chuyển ñổi ngôn ngữ

• Dịch vụ bổ sung phân bố: Là các dịch vụ ñược xây dựng trên dịch vụ viễn thông cơ sở Ví dụ chuyển tiếp cuộc gọi vô ñiều kiện, chờ cuộc gọi, dịch vụ báo thức

• Dịch vụ bổ sung tập trung (dịch vụ mạng thông minh IN): IN (Interligent Network) ñược thực hiện trong một mạng cung cấp ñịnh vị tập trung thông minh, cho phép ñiều khiển ñịnh tuyến, tính cước linh hoạt Ví

dụ ñiện thoại trả tiền trước, ñiện thoại bình chọn…

Một số dịch vụ có sự kết hợp của dịch vụ mạng thông minh với dịch vụ giá trị gia tăng

Hình 1-3 Dịch vụ viễn thông

Các dịch vụ viễn thông cho người sử dụng:

Các dạng chính của dịch vụ viễn thông là:

Hình 1-4 Các nhóm dịch vụ viễn thông theo cảm nhận của người sử dụng

• Dịch vụ tương tác: bao gồm các dịch vụ cho phép truyền thông tin theo hai hướng

• Dịch vụ nhắn tin: bao gồm các dịch vụ dựa trên cơ sở lưu trữ thông tin

mà có thể nghe hoặc ñọc ñược bởi người nhận Hộp thư thoại là một trong những dịch vụ nhắn tin

• Dịch vụ tìm kiếm (retrieval): là các dịch vụ ñược cung cấp ñể truy cập thông tin ñược lưu trữ trong cơ sở dữ liệu Các cơ quan, doanh nghiệp cung cấp dịch vụ “thoại” cho khách hàng của mình truy cập thông tin

“sống” qua một số ñiện thoại Giá cả thị trường, tỷ giá trao ñổi, quảng cáo…là những dịch vụ của dịch vụ thu nhận

• Dịch vụ phân bố: Có hai dạng dịch vụ phân bố, ñó là thông tin một chiều ñến một người nhận hoặc thông tin 1 chiều ñến nhiều người nhận

Các yêu cầu mạng và thiết bị

Thoại, dữ liệu và video yêu cầu khác nhau về mạng và các thiết bị của nó Thông tin quan trọng trong các yêu cầu là:

• Thiết bị ñầu cuối: Chuyển ñổi tín hiệu thân thuộc với con người thành tín hiệu ñược chuyển tải trong mạng tuỳ thuộc lại hình dịch vụ

• Node chuyển mạch: Cung cấp nối kết cho các ñối tượng theo yêu cầu, thực hiện các chức năng:

o Xử lý thông tin: xử lý, cung cấp thông tin

o Chuyển mạch

• Phương tiện truyền dẫn: Liên kết hai thành phần trên tuỳ thuộc môi trường, ñịa hình sử dụng hệ thống truyền dẫn thích hợp như cáp ñồng, vi

ba, vệ tinh, quang…

• Phần mềm: Hỗ trợ các thành phần trên hoạt ñộng có hiệu quả

Hình 1-5 Các thành phần mạng viễn thông

Chuyển mạch

ITU-T ñịnh nghĩa chuyển mạch như sau: “Chuyển mạch là sự thiết lập nối kết theo yêu cầu ñể truyền thông tin từ ngõ vào yêu cầu ñến ngõ ra ñược yêu cầu trong một tập ngõ vào và ngõ ra”

Mục ñích của chuyển mạch là thiết lập ñường truyền thông tin qua mạng theo cấu trúc cố ñịnh hoặc biến ñộng Trong mạng viễn thông, tùy theo cách thức thiết lập nối kết

mà ta có các phương thức chuyển mạch khác nhau

Hình 1-6 Chuyển mạch và mạng viễn thông

Thiết bị

ñầu cuối

Thiết bị ñầu cuối Node

chuyển mạch

Phương tiện truyền dẫn

Phần mềm

Ngày nay, “thông tin” không chỉ biểu thị tiếng nói mà có thể nghe ñược bởi người nhận ñiện thoại mà nó còn bao hàm tất cả các dạng thông tin của dịch vụ viễn thông

Trước ñây, chuyển mạch có nghĩa là một người ñiều hành nối kết cho hai thuê bao nói chuyện với nhau còn bây giờ thì thiết bị chuyển mạch phải có khả năng ñiều khiển nhiều hơn trước bao gồm tính ña dạng và chất lượng của thông tin mà chuyển mạch phục

vụ Ngoài ra, chuyển mạch còn có những thông tin nằm ngoài thông tin của dịch vụ người

sử dụng Ví dụ thông tin ñược sử dụng bởi mạng gọi là thông tin báo hiệu cũng ñược chuyển mạch

Các kỹ thuật chuyển mạch ñược phát triển trong những năm gần ñây, từ ban ñầu, chúng ta ñã có chuyển mạch kênh, rất phù hợp với các dịch vụ thời gian thực Về sau, các thuê bao yêu cầu chất lượng tốt hơn, băng thông lớn hơn, tận dụng dung lượng truyền dẫn tốt hơn nên các kỹ thuật khác ñược ra ñời

2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Các hệ thống chuyển mạch nhân công

Trước ñây, các hệ thống chuyển mạch ñược xây dựng bởi các thiết bị chuyển mạch hoạt ñộng nhân công Hệ thống chuyển mạch ñầu tiên ñược thiết lập ở New Haven,

Mỹ, năm 1878 ðiện thoại viên nhận cuộc gọi và chuyển mạch chúng ñến thuê bao bị gọi bằng tay ðiện thoại viên thiết lập một kênh dẫn giữa hai thuê bao, do ñó gọi là chuyển mạch kênh Khi cuộc gọi kết thúc, ñiện thoại viên sẽ giải phóng nối kết Chúng ta có thể gọi ñiện thoại viên là một hệ thống ñiều khiển

Hình 1-7 Chuyển mạch nhân công

Chuyển mạch nhân công này có nhược ñiểm là thời gian nối kết cuộc gọi khá lâu, hiệu quả chuyển mạch kém

Các hệ thống chuyển mạch ñiện tử

Hệ thống chuyển mạch xoay

Các năm sau ñó, các hệ thống chuyển mạch nhân công ñược thay thế bởi các hệ thống chuyển mạch ñiện tử Các hệ thống này cung cấp lưu lượng lớn hơn với chi phí thấp hơn, chuẩn bị cho sự bùng nổ của mạng viễn thông trong những năm tiếp theo Các

hệ thống mới còn có khả năng phân bố lưu lượng, ñịnh tuyến tốt hơn qua mạng truyền dẫn, làm giảm dung lượng cáp

Năm 1889, Almon B Strowger, Kansas City, USA xây dựng hệ thống tổng ñài tự ñộng ñầu tiên, ñây là hệ thống tổng ñài từng bước Tổng ñài này có các chuyển mạch xoay và các chuyển mạch này sẽ ñược xử lý theo từng chữ số ñịa chỉ nhận ñược

Sau ñó là sự phát triển của hệ thống tổng ñài thanh ghi, các chữ số ñược xử lý trong thanh ghi, không xử lý trực tiếp) nên thích hợp với dung lượng tổng ñài lớn hơn Ưu ñiểm của ñiều khiển thanh ghi là khả năng chọn ñường dẫn thay thế, vì vậy, mạng truyền dẫn có thể ñược sử dụng một cách hiệu quả hơn

Các hệ thống này sử dụng các chuyển mạch cơ kiểu xoay và ñộng truyền, sau ñó ñược thay thế bằng chuyển mạch thanh chéo (1937) cho dung lượng cao hơn, với thời gian chuyển mạch nhanh hơn, chính xác hơn

Hệ thống chuyển mạch thanh chéo

Năm 1937, hệ thống chuyển mạch thanh chéo ra ñời Chuyển mạch thanh chéo chuyển thao tác “xoay” thành thao tác “ấn” nên có những ưu ñiểm sau:

• Thời gian chuyển mạch nhanh, ít lỗi, ñơn giản

• Là cơ sở phát triển các hệ thống chuyển mạch sau này

Các hệ thống số và ñiều khiển máy tính

Năm 1960, tổng ñài ñiều khiển số ñầu tiên ñược xây dựng ở Mỹ ở Châu Âu là năm 1968

Hệ tổng ñài này còn ñược gọi là tổng ñài ñiều khiển bằng chương trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control)

Kỹ thuật truyền dẫn và chuyển mạch phát triển liên tục, làm cho giá thành thiết bị giảm xuống rõ rệt FDM ñược ñề xuất cho truyền dẫn thông tin ñường dài, kỹ thuật này ñược phát minh khoảng năm 1910 nhưng mãi ñến năm 1950 mới ñược ứng dụng, ở thời ñiểm này, 1000 kênh có thể ñược truyền trong cùng một cáp ñồng trục

Hình 1-8 Tổng ñài SPC

Ghép kênh số dựa trên tín hiệu PCM ñược giới thiệu khoảng 1970 làm cho mạng truyền dẫn trở nên rẻ hơn với cùng chất lượng truyền dẫn Giá thành ñược giảm hơn nữa khi các chuyển mạch nhóm số ñược kết hợp với các hệ thống truyền dẫn số Lúc này, các

hệ thống này bị hạn chế bởi các bộ chuyển ñổi tương tự-số ñắt tiền Sau ñó, các hệ thống ñiều khiển là các hệ thống máy tính, vậy các tổng ñài bây giờ hoàn toàn là thiết bị số Tổng ñài số ñầu tiên ñiều khiển bằng máy tính ñược ñưa vào sử dụng vào năm 1960 ở

Mỹ, các tổng ñài số ở châu Âu ñược hoạt ñộng vào năm 1968

Các node chuyển mạch cho thông tin dữ liệu

Việc sử dụng máy tính trong văn phòng, công sở cũng như trong gia ñình, cá nhân

ñã trở nên phổ biến Nhu cầu sử dụng và trao ñổi thông tin dữ liệu phát triển mạnh, dẫn ñến sự phân biệt giữa mạng chuyển mạch kênh và dữ liệu Lúc này, ngoài mạng chuyển mạch kênh ñang tồn tại, một mạng chuyển mạch gói cũng ñược triển khai song song, phục vụ cho sự trao ñổi thông tin dữ liệu giữa các máy tính Phương thức chuyển mạch cơ bản là chuyển mạch gói, các bản tin của người sử dụng ñược chia thành các gói nhỏ rồi chuyển ñi, khi ñến ñích sẽ ñược sắp xếp lại thành bản tin như ban ñầu Ưu ñiểm nổi trội của chuyển mạch gói chính là khả năng dùng chung ñường truyền dẫn

Hình 1-9 Chuyển mạch dữ liệu

Các node cho N-ISDN

Hình 1-10 Các node chuyển mạch ISDN

Người sử dụng cần có một mạng có thể cung cấp cho họ ñược nhiều dạng dịch vụ khác nhau (thoại lẫn dữ liệu) trong khi ñó, nhà cung cấp dịch vụ cũng muốn có một cơ sở

hạ tầng chung cho các loại hình dịch vụ, giảm chi phí phần cứng, giảm chi phí bảo dưỡng, ñiều hành… Từ ñây bắt ñầu hình thành khái niệm mạng hội tụ, hội tụ về thiết bị, hội tụ về công nghệ, hội tụ về dịch vụ, hội tụ về giá cả…

Phát triển cho các mạng tích hợp dịch vụ, N-ISDN có thể ñược xem là sự kết hợp giữa tổng ñài ñiện thoại với chuyển mạch dữ liệu

Các node cho B-ISDN

Các hệ thống chuyển mạch trước chỉ ñáp ứng ñược một trong hai ñiều kiện: băng thông, thời gian thực Trong khi ñó, nhu cầu về những ứng dụng multimedia ngày càng cao, vừa yêu cầu về băng thông rộng, ñộ trễ bé, ñộ thay ñổi trễ bé Lúc này, B-ISDN ñược

ñề xuất ñể cung cấp các dịch vụ yêu cầu băng thông và thời gian thực Có nhiều giải pháp ñang ñược tiêu chuẩn hoá (ATM, MPLS)

Hình 1-11 Nhu cầu băng thông

Chuyển mạch quang

Hình 1-12 Sự phát triển của các hệ thống chuyển mạch

Khó khăn của chuyển mạch ñó là băng thông bị hạn chế Ngày nay, chúng ta có nhu cầu trao ñổi thông tin với tốc ñộ bit rất cao (hàng Gbps) trên hệ thống truyền dẫn quang, tuy nhiên, trong thiết bị chuyển mạch thì chúng ta phải chuyển ñổi qua tín hiệu ñiện mà ở ñó thì tốc ñộ bit là khá thấp

Sau ñó, sử dụng chuyển mạch quang với ñiều khiển chuyển mạch ñiện tử là một bước quá ñộ ñể tiến tới một hệ thống chuyển mạch toàn quang

Xử lý cuộc gọi tiến hành qua 3 giai ñoạn:

• Thiết lập ñường dẫn dựa vào như cầu trao ñổi thông tin

• Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao ñổi thông tin

• Giải phóng kênh dẫn khi ñối tượng sử dụng hết nhu cầu trao ñổi

ðặc ñiểm:

• Thực hiện trao ñổi thông tin giữa các user trên trục thời gian thực

• Các user làm chủ kênh dẫn tỏng suốt qúa trình trao ñổi

• Hiệu suất thấp

• Yêu cầu ñộ chính xác thông tin không cao

• Nội dung trao ñổi không mang thông tin ñịa chỉ

Trong phương pháp store and forward này, luôn có trễ khi chuyển gói tới ñích Thời gian trễ tại một node:

tdelay=tnhận+txử lý+tsắp hàng

Hình 1-14 Chuyển mạch tin

ðặc ñiểm:

• Không có mối liên hệ thời gian thực giữa các user

• Kênh dẫn không dành riêng cho các user (dùng chung ñường truyền)

• Hiệu suất cao

ðịa chỉ

Bản tin người sử dụng

Thiết bị

ñầu cuối

Node chuyển mạch Gói

Mỗi gói ñi qua các node ñược tiến hành theo phương pháp store and forward như chuyển mạch tin

Tại ñầu thu tiến hành sắp xếp các gói trở lại

ðặc ñiểm:

• Trao ñổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn chuyển mạch tin

• ðối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn

• Hiệu suất cao

• Thích hợp truyền số liệu

• Việc kiểm tra lỗi từng chặng là ñảm bảo gói truyền không lỗi nhưng lại làm giảm tốc ñộ truyền gói qua mạng

• Băng thông thấp, tốc ñộ thấp

• Phù hợp với mạng truyền dẫn chất lượng thấp

• Trong các gói luôn có trường kiểm tra ñể ñảm bảo gói truyền không lỗi qua từng chặng

Chuyển mạch khung

Hình 1-16 Chuyển mạch gói và chuyển mạch khung trong cùng một mạng

Frame Relay là kỹ thuật chuyển mạch ñược phát triển với ý tưởng kết hợp của chia xẻ băng thông giống như chuyển mạch gói nhưng với tốc ñộ cao hơn và ñộ trễ ít hơn như trong chuyển mạch kênh

Tốc ñộ của frame relay cao hơn là nhờ vào phương thức ñiều khiển ñơn giản, không chú tâm ñến việc ñiều khiển lỗi

Nhờ vào ñiều này, lưu lượng ñược ñiều khiển nhanh hơn, Frame Relay chuyển tiếp qua node nhanh hơn chuyển mạch gói khoảng 2ms Một sự lý giải khác của tốc ñộ cao của Frame Relay là chuyển mạch ñược bố trí rộng hơn trong mỗi nodes

Mạng Frame Relay có thể ñược xây dựng theo nhiều cách, thông thường là nối kết vĩnh viễn gọi là kênh ảo vĩnh viễn (PVC Permanent Virtual Circuit) Các kênh ảo chuyển mạch (SVC Switched Virtual Circuit) công cộng có thể ñược nối chung trong tương lai Frame Relay còn có thể thực hiện một mạng chuyển mạch gói riêng

ðặc ñiểm:

• Hạn chế chức năng kiểm tra lỗi và ñiều khiển luồng

• Tốc ñộ truyền dẫn ñược cải thiện ñáng kể so với chuyển mạch gói

• Hoạt ñộng chủ yếu ở lớp 2, với mục ñích lớn nhất là tạo mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) cho khách hàng

• Băng thông không cố ñịnh cho user mà ñược phân phối một cách linh hoạt

• Phức tạp do tốc ñộ bit thay ñổi

• Khả năng ñến 40Mbps so với 2Mbps của chuyển mạch gói

Chuyển mạch tế bào

Khi yêu cầu băng thông và thời gian thực của một số dịch vụ ñược nâng cao thì các loại chuyển mạch kể trên không ñáp ứng ñược ðể giải quyết vấn ñề này có nhiều giải pháp ñược ñề xuất Một trong những giải pháp nổi trội, ñó là chuyển mạch tế bào

Chuyển mạch tế bào thì chia bản tin thành các tế bào (cell) có kích thước nhỏ và

cố ñịnh Các tế bào này ñược ñịnh tuyến nguồn và như vậy, khi nó ñi qua các node trong mạng thì chỉ tiến hành tra bảng rồi chuyển tiếp ðường dẫn từ nguồn ñến ñích ñã ñược xác ñịnh bởi node chuyển mạch ñầu vào Việc xác ñịnh ñường dẫn này có thể dựa trên một số tham số yêu cầu của khách hàng

Hình 1-17 Cơ sở chuyển mạch ATM Trong một chuyển mạch ATM, các tế bào ñược chuyển từ một kênh logic ngõ vào ñến một hoặc nhiều kênh logic ngõ ra Một kênh logic ñược chỉ thị bằng sự kết hợp của hai ñịnh danh:

• Số tuyến vật lý

• ðịnh danh kênh - ñịnh danh ñường dẫn ảo (VPI) và ñịnh danh kênh ảo (VCI) trên một tuyến vật lý

Chuyển mạch các tế bào qua một node ATM yêu cầu sự kết hợp chặt chẽ giữa các ñịnh danh của các kênh logic ngõ vào và ngõ ra

Trong mạng ATM, các ñịnh danh của các kênh logic tương ứng với các khe thời gian ðịnh danh kết hợp hai giá trị vào trong header của tế bào, ñó là trường VPI và VCI

• Khả năng phục vụ các dịch vụ tốc ñộ bit thay ñổi và cố ñịnh

• Tính thời gian thực hướng ñến chuyển mạch kênh

Chuyển mạch nhãn ña giao thức

Internet ñang phát triển rất mạnh và là ñiều không thể thiếu trong cuộc sống hiện tại Từ ñó, các dịch vụ mới ña số ñều áp dụng trên IP (Internet Protocol) Tuy nhiên, Internet ñang gặp trở ngại về thời gian thực và băng thông, khó khăn trong việc ñảm bảo QoS cho người sử dụng Giải pháp IP over ATM ñược ñề xuất nhưng cũng gặp khó khăn trong kỹ thuật

Chuyển mạch nhãn ña giao thức MPLS (Multiple Protocol Label Switching) ñơn giản hoá việc chuyển tiếp cho các router bên trong Cũng như ATM, chuyển mạch nhãn

ña giao thức có sử dụng ñịnh tuyến nguồn, các router biên thực hiện ñịnh tuyến và các router trung tâm chỉ thực hiện chuyển mạch, ñồng thời có khả năng kết hợp với mọi giao thức lớp mạng hiện nay cũng như các giao thức lớp thấp hơn Ưu ñiểm của MPLS:

Mặt khác, trong chuyển mạch gói, khi các tốc ñộ truyền dẫn càng cao thì thời gian gói ñến càng ngắn Như vậy, yêu cầu thay ñổi trong cấu hình chuyển mạch càng trở nên khó khăn Ví dụ, khi chuyển mạch lớn thì tốc ñộ chuyển mạch sẽ bị giới hạn bởi dung lượng bus nội

Khi xét chuyển mạch photon, bộ ñệm gói trong chuyển mạch gói lại nảy sinh một vấn ñề nữa Bởi vì các photon không thể ñược “lưu” như các electron (nghĩa là photon không có khối lượng tĩnh) nên khó khăn trong việc ñệm các photon nhiều hơn là cho qua các ñường dây trễ Như vậy, nhiều thiết kế chuyển mạch gói mà sử dụng bộ ñệm ñể giảm xác suất nghẽn là không thể dễ dàng triển khai trong chuyển mạch photon

Hình 1-18 Chuyển mạch photon WDM 4x4

Xét chuyển mạch photon ghép kênh phân chia bước sóng WDM (wavelength division multiplexing) sử dụng bộ ghép nối sao (star coupler) như Hình 1-18 Một bộ ghép nối sao là một thiết bị quang nhiều cổng mà ghép một số tín hiệu ngõ vào, trộn chúng một cách ñồng nhất và phân bố chúng ñến tất cả các ñầu ra Trong kiến trúc này,

bộ lọc quang ñược sử dụng ñể chọn lọc một trong các tín hiệu ngõ vào có bước sóng λi

Trong phương thức này, tín hiệu ñược chuyển mạch theo bước sóng của nó Nếu

ta muốn tăng kích thước chuyển mạch thì ta chỉ tăng số kênh bước sóng Bởi vì bộ lọc ngõ ra có thể chọn bất kỳ ngõ vào nên chuyển mạch WDM này không xảy ra nghẽn nội

và gần giống như chuyển mạch thanh chéo

Hai nhược ñiểm chính là suy hao công suất khi kích thước chuyển mạch tăng và cần các nguồn sáng và các bộ lọc có khả năng thay ñổi

4 GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO

• [JOHN79] John Bellamy Digital Telephony John Wiley and Sons, 1979

• [MAX96] Max Ming Kang Liu Principles and applicaions of optical communications McGraw-Hill Companies, Inc., 1996

2 CHUYỂN MẠCH KÊNH

Từ khi phát minh ra máy ñiện thoại, chuyển mạch kênh trở thành một kỹ thuật nổi trội trong việc truyền thông thoại và nó vẫn còn rất hữu hiệu trong kỷ nguyên mạng số tích hợp hiện nay Chương này trước hết giới thiệu mạng chuyển mạch và sau ñó trình bày các ñặc trưng chính trong mạng chuyển mạch kênh

1 MẠNG CHUYỂN MẠCH

ðể truyền dữ liệu ñến một nơi nào ñó, thì thông tin phải ñược truyền từ nguồn ñến ñích qua mạng với các node chuyển mạch trung gian, việc thiết kế các mạng chuyển mạch như vậy thường ñược sử dụng trong các mạng LAN hoặc MAN Các node chuyển mạch không quan tâm ñến nội dung của dữ liệu, mà mục ñích của chúng là cung cấp một phương tiện chuyển mạch mà chuyển dữ liệu từ node này sang node khác cho ñến khi tới ñích Hình 2-1 mô tả một mạng chuyển mạch ñơn giản Các thiết bị ñầu cuối muốn truyền thông ñược xét như các trạm Các trạm có thể là các máy tính, các thiết bị ñầu cuối hoặc các ñiện thoại hoặc các thiết bị truyền thông khác Ta sẽ xét các thiết bị chuyển mạch với mục ñích cung cấp khả năng truyền thông như các node nối với các tuyến truyền dẫn theo một ñồ hình nhất ñịnh Mỗi trạm cùng với các node và tổng hợp các node ñược xem như

Tuyến truyền dẫn

Dạng thức của các mạng này ñược trình bày trong chương này và các chương tiếp theo gọi là các mạng truyền thông chuyển mạch Dữ liệu ñưa vào mạng từ một trạm ñầu cuối ñược nối ñến ñích bởi các chuyển mạch từ node này ñến node khác Ví dụ như trong Hình 2-1, dữ liệu từ trạm A ñến trạm D bằng cách gởi ñến node 1 rồi có thể ñến node 3 rồi node 4 ñể ñến trạm D Ta thấy rằng:

1 Có những node chỉ nối với node khác, ví dụ node 5, nhiệm vụ của chúng là chuyển mạch quá giang (chuyển mạch bên trong trong mạng) cho dữliệu Các node khác có một hoặc nhiều trạm ñược nối với chúng, ngoài chức năng chuyển mạch của chúng còn thu nhận và phát ñi dữ liệu ñến các trạm ñược nối

2 Các tuyến nối giữa node này với node khác thường ñược ghép kênh, sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDM hoặc ghép kênh phân chia theo thời gian TDM

3 Thông thường, mạng không ñược nối kết hoàn toàn, nghĩa là không thực hiện việc nối trực tiếp từng ñôi một giữa các node với nhau Tuy nhiên, chúng thường có nhiều hơn một ñường dẫn có thể qua mạng, ñiều này tăng cường

ñộ tin cậy của mạng

Hai kỹ thuật khác nhau ñược sử dụng trong các mạng diện rộng là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Hai kỹ thuật này khác nhau về cách thức chuyển mạch thông tin từ tuyến này ñến tuyến khác từ nguồn ñến ñích Chương này, chúng ta sẽ nói ñến chuyển mạch kênh, chương tiếp theo là chuyển mạch gói và các chương sau nữa sẽ bàn ñến các phương thức phát triển khác của chuyển mạch gói như Frame Relay, ATM…

2 CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH

Việc truyền thông qua mạng chuyển mạch kênh ngụ ý một sự ấn ñịnh ñường dẫn thông tin giữa hai trạm ñầu cuối ðường dẫn này liên quan ñến một chuỗi các tuyến liên tục giữa các node khác nhau Trên mỗi tuyến vật lý, các kênh logic ñược ấn ñịnh cho một nối kết Việc truyền thông qua mạng chuyển mạch kênh bao gồm 3 giai ñọan:

1 Thiết lập kênh dẫn: Trước khi tín hiệu có thể ñược truyền, kênh dẫn từ ñầu cuối ñến ñầu cuối phải ñược thiết lập Ví dụ trong Hình 2-1, trạm A gởi yêu cầu ñến node 1 ñể yêu cầu một nối kết ñến trạm D Lúc này, giữa A và

1 ñược dành riêng một ñường dẫn, node 1 tìm ñến node cuối là node 4, là node nối với trạm D, dựa vào thông tin ñịnh tuyến với các tham số như chi phí, ñộ dài lộ trình…, node 1 sẽ chọn ñường dẫn ñến node 3 ñể phân bố một kênh rỗi (sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số FDM hoặc ghép kênh phân chia theo thời gian TDM) trên tuyến ñể gởi thông ñiệp yêu cầu ñến trạm D Như vậy, ñường dẫn dành riêng phải ñược thiết lập từ A qua 1 ñến 3, và node 3 sẽ ấn ñịnh một kênh ñến node 4, node 4 nối với trạm D tạo thành một nối kết Nối kết hoàn thành với một sự kiểm tra trạng thái của trạm D là bận hay sẵn sàng cho việc trao ñổi

2 Truyền dữ liệu: Thông tin bây giờ có thể ñược truyền từ A qua mạng ñến

D Dữ liệu có thể là tương tự hoặc số tùy theo môi trường mạng Khi các vật mang là các mạng số tích hợp thì việc sử dụng truyền dẫn số cho các dịch vụ thoại cũng như dữ liệu là ưu ñiểm ðường dẫn giữa A với 1 gọi là tuyến, ñường dẫn giữa 1 ñến 3, 3 ñến 4 gọi là kênh và từ 4 ñến D gọi là tuyến Trong trường hợp tổng quan thì các nối kết ñều là song công

3 Giải phóng kênh dẫn: Sau giai ñọan truyền dữ liệu, nối kết ñược kết thúc bởi một trong hai trạm ñầu cuối, tín hiệu ñược truyền trên ñường dẫn ñể giải phóng bố những tài nguyên ñã ñược ấn ñịnh

Chú ý rằng ñường dẫn phải ñược thiết lập trước khi truyền dữ liệu Như vậy, dung lượng kênh phải ñược dự trữ giữa các cặp node của ñường dẫn và mỗi node phải có khả năng chuyển mạch chuyển tiếp ñể xử lý nối kết yêu cầu Chuyển mạch phải có tính thông minh ñể phân bố và sắp xếp ñường dẫn qua mạng

Chuyển mạch kênh có ñộ hiệu quả kém, dung lượng kênh ñược phân bố trong suốt thời gian hoạt ñộng của nối kết, thậm chí là khi không có dữ liệu ñược tryền Với một nối kết cho thoại, ñộ sử dụng có thể rất cao nhưng vẫn không thể ñạt ñược 100% Với nối kết ñến máy tính, dung lượng có thể rỗi trong hầu hết thời gian kết nối, với sự phân bố dung lượng như trên là không hiệu quả Trong khi hoạt ñộng, có những khoảng thời gian trễ trong việc truyền báo hiệu ñể thiết lập nối kết, nhưng ñến khi nối kết ñã ñược thiết lập thì mạng là trong suốt ñối với người sử dụng Thông tin ñược truyền ởtốc ñộ cố ñịnh và không trễ hơn ñộ trễn truyền dân qua các tuyến, trễ tại các node là không ñáng kể

Chuyển mạch kênh ñược phát triển ñể kiểm soát lưu lượng thoại, nhưng ñến thời ñiểm bây giờ, chúng còn ñược sử dụng ñể truyền dữ liệu Ví dụ thông dụng của chuyển mạch kênh ñó là mạng chuyển mạch thoại công cộng (Hình 2-2), là sự chọn lựa của các mạng quốc gia nối với các dịch vụ quốc tế Mặc dù mong muốn cơ bản là thực hiện cho các thuê bao dịch vụ thoại tương tự, nhưng mạng còn kiểm soát nhiều lưu lượng dữ liệu qua modem và lấn dần sang mạng số Ứng dụng phổ dụng của chuyển mạch kênh là các tổng ñài nhánh riêng PBX (Private Branch Exchange), PBX ñược sử dụng ñể nối kếtcác máy ñiện thoại ở trong một tòa nhà hay một công sở Chuyển mạch kênh còn ñược sử dụng trong các mạng riêng, nối các chi nhánh hoặc các tổ chức lại với nhau, chúng thường gồm các hệ thống PBX tại mỗi nơi và ñược nối với nhau bởi các ñường thuê kênh riêng (leased line) qua một hoặc nhiều nhàcung cấp dịch vụ như AT&T Ví dụ cuối cùng

về ứng dụng của chuyển mạch kênh ñó là chuyển mạch dữ liệu Chuyển mạch dữ liệu tương tự như PBX nhưng ñược thiết kế ñể nối kết các thiết bị xử lý dữ liệu số với nhau như các thiết bị kết cuối hay các máy tính

Hình 2-2 Mạng chuyển mạch ñiện thoại công cộng Mạng viễn thông công cộng có thể ñược mô tả với bốn thành phần mạng như sau:

• Các thuê bao: Là các thiết bị ñược gắn với mạng, các thuê bao thường là các máy ñiện thoại tương tự nhưng tỷ lệ phần trăm sẽ tăng theo từng năm sang các thuê bao dữ liệu số

• Mạch vòng nội hạt (local loop): Là tuyến nối giữa thuê bao và mạng, chúng còn ñược gọi là mạch vòng thuê bao Các mạch vòng nội hạt thường

sử dụng cáp xoắn ñồng trục, ñộ dài khoảng vài km ñến vài chục km

• Các tổng ñài: Là các trung tâm chuyển mạch trong mạng Một trung tâm chuyển mạch mà hỗ trợ trực tiếp cho các thuê bao gọi là tổng ñài nội hạt (tổng ñài cuối), một tổng ñài nội hạt có thể hỗ trợ cho hàng ngàn thuê bao trong khu vực Ở Mỹ có hơn 19000 tổng ñài nội hạt và như vậy, nghĩa là không thực tế khi ta nối trực tiếp từ tổng ñài nội hạt này ñến tổng ñài nội hạt kia vì số ñường trung kế là khoảng 2.108 ñường dây là rất lớn Lúc này, các tổng ñài quá giang ñược sử dụng

• Các ñường trung kế: Nối giữa các tổng ñài với nhau Trung kế mang nhiều kênh thoại ñược ghép với nhau theo tần số FDM hoặc thời gian TDM Các thuê bao nối trực tiếp ñến các tổng ñài nội hạt, các tổng ñài nội hạt có nhiệm

vụ chuyển mạch lưu lượng giữa các thuê bao hoặc giữa thuê bao với các tổng ñài khác Các tổng ñài này thực hiện việc ñịnh tuyến và chuyển mạch cho các tổng ñài với nhau ðể nối kết cho hai thuê bao của cùng một tổng ñài thì một kênh dẫn ñược thiết lập giữa chúng và nếu hai thuê bao thuộc hai tổng ñài khác nhau thì kênh dẫn giữa chúng bao gồm một chuỗi các kênh dẫn qua một hoặc nhiều tổng ñài trung gian Như trong Hình 2-3, nối kết ñược thiết lập giữa ñường a và ñường b qua tổng ñài nội hạt Nối kết cho ñường c và ñường d thì phức tạp hơn nhiều Trong tổng ñài nội hạt của c, một nối kết ñược thiết lập giữa c và một kênh trên ñường trung kế TDM ñến tổng ñài trung gian Ở ñây, kênh này lại ñược nối với một kênh khác thuộc ñường trung kế nối với tổng ñài nội hạt của thuê bao d Tổng ñài nội hạt của thuê bao d sẽ nối kênh này với ñường dây

Hình 2-3 Thiết lập kênh dẫn

Kỹ thuật chuyển mạch kênh ñược xuất phát từ những ứng dụng thoại Một trong những yêu cầu chính của lưu lượng thoại ñó là phải thực sự không có truyền dẫn và ñảm bảo không có sự thay ñổi ñộ trễ (trượt) Một tốc ñộ truyền dẫn tín hiệu không ñổi phải ñược duy trì và bên thu cũng như bên phát phải có cùng một tốc ñộ truyền dẫn Các yêu cầu này là cần thiết ñể cho phép ñàm thoại của con người Hơn nữa, chất lượng tín hiệu thu nhận phải ñủ ñể có thể hiểu ñược ở mức tối thiểu

Chuyển mạch kênh ñã trở nên rộng rãi, phổ biến bởi vì nó thích hợp với việc truyền dẫn tín hiệu thoại tương tự Trong thời ñại số hiện nay, thì chuyển mạch kênh rõ ràng không thể ñáp ứng và thiếu hiệu quả Mặc dù chuyển mạch kênh là thiếu hiệu quả nhưng nó vẫn là sự chọn lựa cho các mạng cục bộ cũng như các mạng diện rộng Một trong những thế mạnh của chuyển mạch kênh chính là tính trong suốt, ñó là khi một nối kết ñã ñược thiết lập thì nó là một ñường nối trực tiếp từ hai trạm ñầu cuối hoàn toàn vật

lý

Tổng ñài nội hat

Tổng ñài nội hat

Tổng ñài quá giang

3 NỘI DUNG CHUYỂN MẠCH

Công nghệ chuyển mạch kênh ñược tiếp cận tốt nhất bằng việc xem xét hoạt ñộng của một node chuyển mạch ñơn Mạng ñược xây dựng xung quanh một node chuyển mạch ñơn gồm một tập hợp các trạm gắn với một ñơn vị chuyển mạch trung tâm Chuyển mạch trung tâm thiết lập ñường dẫn phân bố giữa hai thiết bị bất kỳ muốn trao ñổi thông tin Hình 2-4 mô tả các thành phần chính của mạng một node chuyển mạch Các ñường gạch ñứt bên trong chuyển mạch biểu thị các nối kết hiện hành

Hình 2-4 Các thành phần của một node chuyển mạch Trái tim của một hệ thống hiện ñại ñó chính là chuyển mạch số Chức năng của chuyển mạch số là cung cấp một ñường dẫn tín hiệu trong suốt giữa các cặp thiết bị ñầu cuối ðường dẫn là trong suốt bởi vì nối kết nối trực tiếp giữa hai thiết bị Thông thường, các nối kết này là song công

Thành phần giao tiếp mạng ñại diện cho các chức năng của phần cứng cần thiết ñể nối cho các thiết bị số như các thiết bị xử lý dữ liệu hoặc các máy ñiện thoại số với mạng Các ñiện thoại tương tự cóthể ñược nối với mạng nếu giao tiếp mạng có chứa bộ chuyển ñổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Các ñường trung kế ñến các chuyển mạch số khác cung cấp các tuyến ghép kênh cấu thành mạng

Chuyển mạch phân chia không gian (Space Division Switching)

ðơn vị ñiều khiển tiến hành 3 chức năng chính, ñầu tiên, chính là chức năng thiết lập nối kết, ñây chính là chức năng hạot ñộng theo yêu cầu của thiết bị ñược nối với tổng ñài ðể thiết lập ñược nối kết, ñơn vị ñiều khiển phải có khả năng kiểm soát và phát hiện ñược nhu cầu, xác ñịnh ñường dẫn qua chuyển mạch tới ñích nếu ñầu cuối là rỗi Chức năng thứ hai là ñơn vị ñiều khiển phải duy trì nối kết Bởi vì chuyển mạch số sử dụng nguyên lý ghép kênh phân chia thời gian và ñiều này có thể yêu cầu thao tác liên tục lên chuyển mạch nhưng các bits truyền thông phải ñược chuyển một cách trong suốt Chức

ðơn vị ñiều khiển

năng thứ ba là giải phóng nối kết, nối kết sẽ ñược giải phóng khi ñơn vị ñiều khiển xác ñịnh nhu cầu từ một trong hai thiết bị ñầu cuối tham gia vào cuộc trao ñổi

Hình 2-5 Chuyển mạch phân chia không gian

ðặc trưng quan trọng của thiết bị chuyển mạch kênh là nghẽn hay không nghẽn Nghẽn xuất hiện khi mạng là không thể nối kết cho hai trạm với lý do là tất cả các ñường dẫn ñều ñang ñược sử dụng Mạng nghẽn là mạng nằm trong khả năng nói trên, do ñó, mạng không nghẽn cho phép tất cả các trạm có thể nối từng ñôi ñến tất cả các trạm khác theo yêu cầu miễn là các trạm ñó ñang rỗi Khi mạng chỉ hỗ trợ cho lưu lượng thoại thì cấu hình nghẽn là có thể chấp nhận vì các cuộc gọi có thời gian chiếm giữ khá ngắn nên chỉ có thể nghẽn trong một thời ñiểm nào ñó Tuy nhiên, với các thiết bị xử lý dữ liệu thì

có thể làkhông phù hợp Trong trường hợp này, mạng ñược cấu hình không nghẽn hoặc gần không nghẽn ñể có thể thỏa mãn ñược chất lượng dịch vụ yêu cầu

Ta trở lại xem xét hoạt ñộng chuyển mạch kênh trên một node chuyển mạch ñơn Chuyển mạch phân chia theo không gian là dạng chuyển mạch ñược phát triển từ nguyên bản cho môi trường tương tự ñược thực hiện sang lĩnh vực số Nguyên lý cơ bản

là giống nhau, trong ñó, chuyển mạch ñược sử dụng ñể mang tín hiệu tương tự hoặc số Như tên gọi của nó, chuyển mạch phân chia theo không gian có những ñường dẫn tín hiệu ñược phân chia một một cách vật lý (phân chia không gian) Mỗi nối kết yêu cầu thiết lập ñường dẫn vật lý qua chuyển mạch ñược ấn ñịnh riêng ñể truyền dẫn tín hiệu giữa hai ñiểm cuối Cấu trúc cơ sở của chuyển mạch là ñiểm thông bằng kim loại hay cổng ñiện tử

mà có thể cho phép hoặc không cho phép tín hiệu ñi qua ñược ñiều khiển bởi ñơn vị ñiều khiển

Hình 2-5 cho ta một ma trận chuyển mạch ñơn giản với 10 ñường I/O song công

Ma trận có 10 ngõ vào và 10 ngõ ra, mỗi trạm ñược nối với ma trận qua một ngõ vào và một ngõ ra Nối kết ñược thực hiện qua ñiểm thông thích hợp, trong ma trận này yêu cầu

100 ñiểm thông

Hình 2-6 Chuyển mạch 3 tầng

Chuyển mạch thanh chéo có một số giới hạn sau:

• Số ñiểm thông nhiều (nhiều nhất là bằng tích số ngõ vào và ngõ ra) thì chi phí chuyển mạch lớn

• Suy hao tại ñiểm thông khiến giữa hai thiết bị gắn với hai ñường giao nhau tại ñiểm thông có nối kết kém

• Các ñiểm thông có hiệu quả sử dụng kém, thậm chí khi tất cả các thiết bị ñầu cuối là hoạt ñộng thì chỉ một phần nhỏ các ñiểm thông là mở

ðể khắc phục ñiều này, các chuyển mạch nhiều tầng ñược áp dụng Hình 2-6 biểu diễn một chuyển mạch 3 tầng Việc phân chia chuyển mạch thành nhiều tầng mang lại nhiều lợi ñiểm hơn so với chuyển mạch ñơn tầng:

• Số ñiểm thông giảm, tăng hiệu quả sử dụng thanh chéo Trong trường hợp này, số ñiểm thông nối cho 10 trạm từ 100 giảm xuống còn 48

• Có nhiều ñường dẫn qua mạng ñể nối với hai ñiểm cuối hơn so với chuyển mạch ñơn tầng, ñiều này làm tăng ñộ tin cậy

Tất nhiên là chuyển mạch ña tầng yêu cầu sơ ñồ ñiều khiển phức tạp hơn ðể thiết lập một ñường dẫn trong chuyển mạch ñơn thì nó chỉ cần mở một ñiểm thông nào ñó, còn trong chuyển mạch ña tầng thì ñường dẫn thông qua các tầng phải ñược xác ñịnh và nhiều cổng tương ứng phải ñược mở

Nghẽn có thể xảy ra trong chuyển mạch nhiều tầng, ta có thể thấy rằng chuyển mạch như trong Hình 2-5 là loại chuyển mạch không nghẽn, nghĩa là ñường dẫn luôn có thể nối giữa bất kỳ ngõ vào nào ñến ngõ ra nào Còn ñối với chuyển mạch nhiều tầng như trong Hình 2-6 thì giả sử với các ñường nét ñậm biểu thị trạng thái ñang hoạt ñộng của các ngõ vào và các ngõ ra thì ngõ vào 10 không thể nối với các ngõ ra 3, 4, 5 và thậm chí ñến những ngõ ra khác Chuyển mạch ña tầng có thể làm cho không nghẽn bằng cách

tăng kích thước hoặc số lượng các tầng chuyển mạch trung gian, nhưng ñiều này ñồng gnhĩa với việc tăng chi phí

Chuyển mạch phân chia theo thời gian (Time Division Switching) Công nghệ chuyển mạch có lịch sử phát triển khá là lâu ñời, hầu hết các công nghệ xuất phát tử kỷ nguyên của tín hiệu tương tự Khi kỹ thuật số hóa tín hiệu thoại và ghép kênh phân chia theo thời gian phát triển thì cả dữ liệu lẫn thoại ñều ñược truyền ở dạng tín hiệu số, ñiều này dẫn ñến sự thay ñổi nguyên lý trong thiết kế và công nghệ của các hệ thống chuyển mạch Thay vì sử dụng các hệ thống phân chia không gian thì các hệ thống số thay bằng các thành phần phân chia theo không gian và thời gian

Giả sử rằng mọi chuyển mạch kênh hiện ñại ñều sử dụng kỹ thuật phân chia thời gian cho việc thiết lập và duy trì các kênh Chuyển mạch phân chia theo thời gian bao gồm các dòng bit tốc ñộ thấp (trong các khe) kết hợp thành một dòng bit tốc ñộ cao ñược chuyển ñổi bởi bộ ñiều khiển logic ñể chuyển dữ liệu từ ngõ vào ñến ngõ ra ðể hiểu ñược chuyển mạch phân chia theo thời gian, ta xét chuyển mạch bus TDM như sau

Chuyển mạch bus TDM các chuyển mạch số khác dựa trên kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian ñồng bộ TDM (Time Division Multiplexing) Kỹ thuật TDM cho phép nhiều dòng bit tốc ñộ thấp dùng chung một ñường truyền tốc ñộ cao Tập hợp các ngõ vào ñược lấy mẫu luân phiên Các mẫu ñược sắp xếp liên tục vào trong các khe thời gian ở dạng khung tuần hoàn của các khe với số khe trên một khung bằng số ngõ vào Một khe có thể là 1 bit, 1 byte hoặc một khối dài hơn ðiều quan trọng trong TDM ñồng bộ là nguồn và ñích dữ liệu phải biết về khe thời gian của nhau Do ñó, không cần phải xác ñịnh các bit trong mỗi khe

bus số tốc ñộ cao Mỗi ñường dây ñược gán một khe thời gian cho ngõ vào ñưa ñến Trong thời gian của một khe thời gian, cổng của ñường dây ñược mở, cho phép ñợt dữ liệu nhỏ ñưa vào bus Trong khoảng thời gian này, các cổng của ñường dây kia cũng ñược

mở ñến ngõ ra Như vậy, trong thời gian của một khe thời gian, dữ liệu ñược chuyển từ ñường dây ngõ vào ñến ñường dây ngõ ra Trong những khe thời gian khác, chuyển mạch cũng thực hiện cho một cặp ngõ vào và ngõ ra khác dùng chung bus tốc ñộ cao

Xét sơ ñồ thực hiện không nghẽn như trong Hình 2-7 Với chuyển mạch ñược hỗ trợ, ví dụ 100 thiết bị phải có 100 khe thời gian tương ứng, mỗi khe thời gian ñược gán với một ngõ vào và ngõ ra Sự lặp ñi lặp lại của tất cả các khe thời gian gọi là khung Việc gán ngõ vào có thể cố ñịnh, ngõ ra có thể thay ñổi theo nối kết Khi bắt ñầu một khe thời gian, ngõ vào có thể chèn một cụm dữ liệu vào trên ñường dây mà nó sẽ truyền ñến các ngõ ra xác ñịnh

Như vậy, khe thời gian phải bằng thời gian truyền dữ liệu của ngõ vào + ñộ trễ truyền dẫn qua bus giữa ngõ vào với ngõ ra và ñể ñồng nhất các khe thời gian thìchiều dài của khe thời gian ñược ñịnh nghĩa bằng thời gian truyền dẫn + ñộ trễ truyền dẫn của bus từ ñầu cuối ñến ñầu cuối

Tốc ñộ bus phải ñủ lớn ñể có thể khôi phục chính xác các khe Ví dụ, xét một hệ thống nối kết cho 100 ñường dây song công có tốc ñộ 19.2kbps Dữ liệu ngõ vào ñược ñệm tại các cổng Mỗi bộ ñệm phải ñược xóa bằng cách mở cổng ñủ nhanh ñể ngăn sự chồng chập Như vậy, tốc ñộ dữ liệu trên bus trong ví dụ này phải lớn hơn 1.92Mbps Tốc

ñộ dữ liệu thật của dữ liệu phải ñủ lớn ñể tính toán dự phòng cho trễ truyền dẫn

Hình 2-8 ðiều khiển chuyển mạch bus TDM

Các xem xét trên xác ñịnh dung lượng mang lưu lượng của một chuyển mạch nghẽn, trong ñó, không có việc gán cố ñịnh các ñường dây ngõ vào với các khe thời gian

Bộ nhớ ñiều khiển

ðiều khiển logic

mà chúng ñược phân bố theo yêu cầu Tốc ñộ dữ liệu trên bus cho biết có cao nhiêu nối kết có thể ñược tiến hành trong cùng một thời ñiểm Với một hệ thống có 200 thiết bị ở tốc ñộ 19.2kbps và bus có tốc ñộ là 2Mbps thì khoảng một nữa thiết bị có thể ñược nối ở một thời ñiểm bất kỳ

Sơ ñồ chuyển mạch bus TDM có thể cung cấp cho các ñường dây với các tốc ñộ

dữ liệu khác nhau Ví dụ, nếu một ñường dây tốc ñộ 9600bps lấy một khe ttrên khung thì dây 19,2kbps sẽ lấy 2 khe trên khung Tất nhiên, nối kết chỉ có thể ñược thiết lập trên các dây cùng tốc ñộ

Hình 2-8 là ví dụ về ñiều khiển chuyển mạch bus TDM Giả thiết thời gian truyền trên bus là 0.01µs Thời gian của một khung là 30.06µs gồm 6 khe thời gian, mỗi khe thời gian 5.01µs.Bộ nhớ ñiều khiển chỉ thị cổng ñược mở trong thời gian của khe thời gian Trog ví dụ này, bộ nhớ gồm 6 ô nhớ Chu kỳ ñiều khiển của bộ nhớ là thời gian của khung (30.06µs) Trong khe thời gian thứ nhất, cổng vào là 1 và cổng ra là 3 ñược phép

mở cho dữ liệu ñi từ thiết bị 1 qua bus ñến thiết bị 3 Tương tự như vậy, ta có sự nối kết cho các cặp 2-5, 3-6, 3-1, 5-2 và 6-4 trong các khe thời gian tiếp theo Như vậy, chuyển mạch thực hiện sự trao ñổi thông tin cho các cổng 1-3, 2-5 và 4-6

4.ðỊNH TUYẾN CHO CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH

Trong một mạng chuyển mạch kênh lớn, nhiều nối kết sẽ yêu cầu một ñường dẫn bao gồm nhiều chuyển mạch Khi cuộc gọi ñược khởi xướng, mạng phải xác ñịnh một ñường nối qua mạng từ thuê bao chủ gọi ñến thuê bao bị gọi thông qua vài chuyển mạch

và các ñường trung kế Có hai yêu cầu chính cho cấu trúc của mạng thực hiện chiến lược ñịnh tuyến ñó là hiệu quả và co giãn Yêu cầu ñầu tiên mô tả việc tối thiểu hóa thiết bị (chuyển mạch và các trung kế) trong mạng ñể kiểm soát lượng tải trong mạng Tải yêu cầu thường ñược biểu diễn bởi thuật ngữ tải lưu lượng giờ bận, là lượng tải trung bình trong giờ bận trong ngày Trên quan ñiểm chức năng, ñó là những chức năng thiết yếu ñể kiểm soát lượng tải, trên quan ñiểm giá thành ñó là việc tốithiểu hóa thiết bị sử dụng.Với yêu cầu thứ hai là tính co giãn, có những trường hợp mạng quá tải ở một thời ñiểm nào

ñó, thì mạng phải có khả năng cung cấp lớp dịch vụ hợp lý ñể các chuyển mạch và các trung kế có thể vẫn hoạt ñộng ñược trong trình trạng như vậy trong một khoảng thời gian nhất ñịnh

Ý tưởng chính của chiến lược ñịnh tuyến là xác ñịnh bản chất của việc cân bằng giữa tính hiệu quả và tính co giãn Theo truyền thống, chức năng ñịnh tuyến trong các mạng viễn thông công cộng là phải ñơn giản Mạng thường có cấu trúc cây hoặc thứ bậc, một ñường dẫn ñược tiến hành bằng cách khởi ñầu từ thuê bao chủ gọi, theo cây của node ñầu tiên, sau ñó ñến cây của thê bao bị gọi ðể tăng thêm tính ñàn hồi của mạng, thường thêm vào các ñường trung kế có ñộ sử dụng cao ñi qua cấu trúc cây nối các tổng ñài có lưu lượng lớn giữa chúng Việc thêm các ñường trung kế có ñộ sử dụng cao cung cấp ñộ

dự phòng và dung lượng bổ sung cho mạng, tuy nhiên, nó lại làm giảm tính hiệu quả và giới hạn cả ñộ ñàn hồi Bởi vì sơ ñồ ñịnh tuyến này không có khả năng thích hợp với các tình trạng thay ñổi, mạng phải ñược thiết kế ñể thỏa mãn các yêu cầu cụ thể Ví dụ là các giờ bận cho lưu lượng từ ñông sang tây và lưu lượng từ bắc xuống nam là không trùng nhau, mỗi lưu lượng ñưa yêu cầu khác nhau vào hệ thống ðiều này làm cho sự phân tích ảnh hưởng củacác sự thay ñổi này trở nên khó khăn, dẫn ñến quá tầm, không giới hạn và không hiệu quả Trong vấn ñề ñàn hồi, cấu trúc thứ bậc cố ñịnh với sự bổ sung các ñường trung kế cớ thể trở nên yếu kém và dễ bị sự cố

ðể xét các yêu cầu phát triển trên các mạng viễn thông, các nhà cung cấp không

sử dụng cấu trúc thứ bậc cố ñịnh nữa mà chuyển sang cấu trúc ñộng Phương pháp ñịnh tuyến ñộng là một phương pháp quyết ñịnh ñường dẫn theo trình trạng lưu lượng hiện hành Ví dụ các node chuyển mạch kênh thường có mỗi quan hệ ngang cấp hơn là thứ bậc, các node thường có dung lượng và thực hiện các chức năng như nhau Với kiến trúc như vậy, ñịnh tuyến là phức tạp và linh hoạt hơn Phức tạp hơn bởi vì cấu trúc không cung cấp một ñường dẫn “bản chất” trong tập hợp các ñường dẫn như dựa trên cấu trúc thứ bậc nhưng nó linh hoạt hơn và có nhiều ñường dẫn luân phiên hơn

Hai thuật tóan ñịnh tuyến ñộng ñược thực hiện ñó là ñịnh tuyến luân phiên và ñịnh tuyến thích nghi

ðịnh tuyến luân phiên:

Hình 2-9 ðịnh tuyến luân phiên với chuyển mạch nguồn X và chuyển mạch ñích Y Bản chất của ñịnh tuyến luân phiên là các ñường dẫn có thể ñược sử dụng giữa hai tổng ñài là ñược ñịnh nghĩa trước Chuyển mạch nguồn chịu trách nhiệm chọn ñường dẫn thích hợp cho mỗi cuộc gọi Mỗi chuyển mạch ñược xác ñịnh một tập các ñường dẫn ñã chiến lược trước cho mỗi ñích trong trật tự ưu tiên của nó Sự chọn lựa ñầu tiên là một nối kết trung kế trực tiếp giữa hai chuyển mạch Nếu ñường trung kế này là không có khả năng thì lựa chọn thứ hai ñược tiến hành thử và cứ như thế Thứ tự ñường dẫn (thứ tự

ñường dẫn ñược thử) dựa vào sự phân tích trên các mẫu lưu lượng trong quá trình trước

và ñược thiết kế tối ưu việc sử dụng tài nguyên mạng

Nếu chỉ có thứ tự ñường dẫn ñược ñịnh nghĩa cho mỗi cặp nguồn ñích thì sơ ñồ ñược gọi là sơ ñồ ñịnh tuyến luân phiên cố ñịnh Sự khác biệt của tập hợp các ñường dẫn ñược lập chiến lược trước ñược sử dụng trong các khoảng thời gian khác nhau ñể lấy những ưu ñiểm của các mẫu lưu lượng khác nhau trong những khoảng thời gian khác nhau và các thời ñiểm khác nhau trong ngày Như vậy, việc quyết ñịnh ñường dẫn dựa trên trạng thái lưu lượng hiện hành (luân phiên ñường dẫn nếu) và các mẫu lưu lượng cũ (xác ñịnh thứ tự ñường dẫn ñược xét)

Ví dụ như trong Hình 2-9 Chuyển mạch nguồn X có 4 ñường dẫn có thể nối ñến chuyển mạch ñích Y ðường dẫn trực tiếp (a) luôn ñược xét ñầu tiên Nếu trung kế này là không sẵn sàng (bận hay không thể phục vụ) thì những ñường khác sẽ ñược xét trong một thư tự cụ thể tùy theo khoảng thời gian Ví dụ những ngày trong tuần và buổi sáng thì ñường dẫn b ñược xét tiếp theo

Một dạng của kỹ thuật ñịnh tuyến luân phiên ñộng ñược xây dựng bởi Bell Operating Companies ñể cung cấp dịch vụ ñiện thoại nội hạt và vùng gọi là ñịnh tuyến ña luân phiên MAR (multialternative routing) Phương pháp này còn ñược sử dụng bởi AT&T trong các mạng ñường dài gọi là ñịnh tuyến không thứ bậc ñộng DNHR (dynamic non-hierarchical routing)

ðịnh tuyến thích nghi

Sơ ñồ ñịnh tuyến thích nghi ñược thiết kê ñể cho phép chuyển mạch tác ñộng tới

sự thay ñổi các mẫu lưu lượng trong mạng Sơ ñồ như vậy yêu cầu chi phí quản lý lớn như các chuyển mạch trao ñổi thông tin ñể biết các trạng thái của mạng Tuy nhiên, so với

sơ ñồ luân phiên thì sơ ñồ thích nghi có tiềm năng tối ưu hơn trong việc sử dụng tài nguyên mạng

Quản lý lưu lượng ñộng DTM (dynamic traffic management) là khả năng ñịnh tuyến ñược phát triển bởi Northern Telecom và ñược sử dụng trên các mạng nội hạt và quốc gia của Canada

DTM sử dụng bộ ñiều khiển tập trung ñể tìm ra ñường dẫn luân phiên tốt nhất ñược chọn tùy theo ñộ nghẽn trong mạng Bộ ñiều khiển trung tâm thu thập dữ liệu trạng thái từ mỗi chuyển mạch trong mạng cứ khoản 10 giây một lần ñể xác ñịnh các ñường dẫn luân phiên chọn trước Mỗi cuộc gọi ñược thử ñầu tiên trên ñường dẫn trực tiếp nếu

có giữa các chuyển mạch nguồn và ñích Nếu cuộc gọi bị khóa thì nó thử trên ñường dẫn luân phiên thứ hai

Mỗi chuyển mạch i trao ñổi các thông số ño lưu lượng sau ñến trung tâm ñiều khiển:

• Iij: số trung kế rỗi trên tuyến ñến chuyển mạch j cho tất cả các chuyển mạch trong mạng

• CPUi: ñộ sử dụng VPU của chuyển mạch i

• Oij: thông số lưu lượng tràn ñược gởi từ i ñến j trên ñường nối trực tiếp Dựa trên các thông tin này, trung tâm ñiều khiển sẽ trả về cho mỗi chuyển mạch i một cách ñịnh kỳ một ñích có thể có ñược của chuyển mạch j

rij: ñịnh danh của chuyển mạch qua chuyển mạch i xác ñịnh các cuộc gọi trực tiếp của nó tới j khi tuyến trực tiếp là ñã ñầy

Việc chọn rij tùy vào việc có tuyến trực tiếp tồn tại giữa i và j hay không Nếu tuyến trực tiếp tồn tại thì rij xácñịnh chuyển mạch t ñạt giá trị tối ña khi:

PAxy : Tham số thừa nhận bảo vệ cho lưu lượng trực tiếp trên tuyến x-y, ñiều này phân tách lưu lượng ra khỏi tuyến khi nó gần ñầy

Phương trình thứ hai là giống như phương trình thứ nhất nhưng không có mặt của thanm số thừa nhận bảo vệ Lý do của nó là: nếu không có tuyến trực tiếp giữa chuyển mạch i và j thì lưu lượng từ i ñến j không ñược thừa nhận ñộ ưu tiên cho lưu lượng trực tiếp trên các tuyến trên các ñường dẫn thay thế tiềm tàng

Hình 2-10 mô tả quá trình chọn lựa Nếu tuyến từ i ñến j là bão hòa thì ñường dẫn thay thế khuyến cáo là i-y-j Mặc dù ñường dẫn i-x-j có dung lượng rỗi nhiều hơn nhưng

nó không ñược khuyến khích bởi vì nó ñang quá tải

Hình 2-10 Việc chọn ñường thích hợp trong TDM

Việc sử dụng tập các tham số dựa vào trạng thái mạng cho sức mạnh của dung lượng mạng Hơn nữa, nó trở nên dễ dàng thực hiện với nhiều sự thay ñổi của việc xác ñịnh các giá trị của các tham số và quyết ñịnh hiệu quả thực hiện của chúng Ví dụ, tham

số PAxy có thể thiết lập là một giá trị cố ñịnh trong mạng có ñộ ổn ñịnh tương ñối hoặc tham số tràn Oxy có thể ñược sử dụng

5 BÁO HIỆU

Trong một mạng chuyển mạch kênh, các tín hiệu ñiều khiển là phương tiện quản

lý, thiết lập, duy trì và giải phóng các cuộc gọi Chức năng quản lý cuộc gọi và cả chức năng quản lý mạng yêu cầu thông tin ñược trao ñổi gữa các tổng ñài với thuê bao, giữa các tổng ñài với tổng ñài và gữa các tổng ñài với trung tâm quản lý mạng Với một mạng viễn thông lớn thì một sơ ñồ ñiều khiển báo hiệu phức tạp tương ứng ñược yêu cầu Trong phần này, chỉ giới thiệu khái quát các chức năng báo hiệu, sau ñó xem xét kỹ thuật dựa trên các mạng tích hợp hiện ñại, ñó là báo hiệu kênh chung

Các chức năng báo hiệu

Các tín hiệu ñiều khiển ảnh hưởng ñến nhiều khía cạnh hoạt ñộng của mạng, bao gồm cho phép các dịch vụ mạng cho các thuê bao lẫn các cơ chế bên trong mạng Lúc này, các mạng trở nên phức tạp hơn, số chức năng ñược thực hiện bởi tín hiệu ñiều khiển tăng trưởng tương ứng Các chức năng sau là các chức năng quan trọng nhất:

1 Truyền tín hiệu có thể nghe thấy ñược cho thuê bao, bao gồm các âm mời quay số, tín hiệu báo bận, hồi âm chuông …

2 Truyền các chữ số quay giữa các tổng ñài củathuê bao chủ gọi

3 Truyền thông tin giữa các chuyển mạch chỉ thị rằng cuộc gọi không thể nối kết

4 Truyền thông tin giữa các chuyển mạch chỉ thị rằng cuộc gọi là kết thức và ñường dẫn có thể ñược giải phóng

5 Tín hiệu ñổ chuông

6 Truyền thông tin ñược sử dụng với mục ñích tính cước

7 Truyền thông tin cho biết trạng thái của các thiết bị hoặc trung kế trong mạng Thông tin này có thể ñuợc sử dụng với mục ñích ñịnh tuyến và vận hành

8 Truyền thông tin ñược sử dụng ñể kiểm tra và cách ly các sự cố của hệ thống

9 ðiều khiển thiết bị ñặc biệt, chẳng hạn như thiết bị kênh vệ tinh

ðể ví dụ cho việc sử dụng tín hiệu ñiều khiển ta xét tiến trình gọi của các thuê bao cùng tổng ñài

1 Trước khi tiến hành cuộc gọi, cả hai máy ñiện thoại là không sử dụng (ñặt máy) Cuộc gọi ñược bắt ñầu khi một thuê bao nhấc tổ hợp (nhấc máy), hoạt ñộng này ñược báo về tổng ñài một cách tự ñộng

2 Chuyển mạch trả lời bằng tín hiệu mời quay số, báo hiệu rằng thuê bao có thể quay số

3 Thuê bao chủ gọi quay số của thuê bao bị gọi, chuyển ñịa chỉ ñến tổng ñài

4 Nếu thuê bao bị gọi là không bận thì chuyển mạch báo hiệu cho thuê bao này bằng tín hiệu ñổ chuông, làm rung chuông của máy thuê bao bị gọi

5 Tín hiệu hồi tiếp ñược cung cấp cho thuê bao chủ gọi

• Nếu thuê bao bị gọi không bận, chuyển mạch trả về tín hiệu hồi âm chuông cho thuê bao chủ gọi khi ñổ chuông thuê bao bị gọi

• Nếu thuê bao bị gọi bận thì chuyển mạch gởi tín hiệu báo bận cho thuê bao chủ gọi

• Nếu cuộc gọi không thể tiến hành thông qua chuyển mạch thì chuyển mạch gởi một thông báo ñến thuê bao chủ gọi

6 Thuê bao bị gọi chấp nhận cuộc gọi bằng cách nhấc tổ hợp, trạng thái này thông báo về tổng ñài một cách tự ñộng

7 Chuyển mạch kết thúc ñổ chuông cho thuê bao bị gọi và hồi âm chuông cho thuê bao chủ gọi, ñồng thời thiết lập nối kết giữa hai thuê bao

8 Nối kết ñược giải phóng khi một trong hai thuê bao ñặt máy

Khi hai thuê bao trao ñổi với nhau thuộc hai tổng ñài khác nhau thì các chức năng báo hiệu trên ñường trung kế giữa chuyển mạch với chuyển mạch ñược yêu cầu:

1 Chuyển mạch nguồn chiếm giữ ñường trung kế trung gian rỗi, gởi tín hiệu chỉ thị chiếm dụng trên ñường trung kế, yêu cầu thanh ghi thu nhận số quay của thống ñài ñích ñể thu nhận ñịa chỉ ñược truyền

2 Chuyển mạch ñích gởi tín hiệu xác nhận chỉ thỉtạng thái sẵn sàng của thanh ghi

3 Chuyển mạch nguồn gởi các chữ số ñịa chỉ của thuê bao bọi gọi

Hình 2-11 biểu diễn việc sử dụng tín hiệu ñiều khiển của nguồn và ñích Báo hiệu

có thể ñược phân thành các chức năng khác nhau như giám sát, ñịa chỉ, thông tin cuộc gọi

và quản lý mạng

Thuật ngữ giám sát ñược sử dụng phổ biến ñể chỉ ñến chức năng ñiều khiển mà có ñặc trưng nhị phân (true/false, on/off) như yêu cầu phục vụ, trả lời, cảnh báo…chúng theo dõi trạng thái của thuê bao cũng như nhu cầu vềtài nguyên mạng Các tín hiệu ñiều khiển giảm sát ñược sử dụng ñể xác ñịnh nếu tài nguyên yêu cầu là sẵn sàng và chiếm giữ nó, chúng còn ñược sử dụng ñể truyền thông cho các trạng thái của tài nguyên ñược yêu cầu

Báo hiệu ñịa chỉ nhận dạng một thuê bao Ban ñầu, báo hiệu ñịa chỉ ñược tạo ra bởi thuê bao chủ gọi khi thực hiện quay số cho thuê bao bị gọi ðịa chỉ có thể ñược truyền qua mạng ñể hỗ trợ cho chức năng ñịnh tuyến và ñể xác ñịnh và ñổ chuông cho thuê bao

bị gọi

Thuật ngữ thông tin cuộc gọi xét các tín hiệu mà cung cấp thông tin cho thuê bao

về trạng thái cuộc gọi ðiièu này làm nổi bậc tín hiệu ñiều khiển bên trong giữa các chuyển mạch sử dụng ñể thiết lập và kết thúc cuộc gọi Các tín hiệu bên trong như vậy là các thông ñiệp tương tự hoặc số Ngoài ra, các tín hiệu thông tin cuộc gọi là các âm hiệu

có thể nghe thấy ñược bởi người gọi hoặc ñiện thoại viên với một tổ hợp ñiện thoại thích hợp

Các tín hiệu giám sát, ñịa chỉ và thông tin cuộc gọi ñược bao hà trong việc thiết lập và giải phóng cuộc gọi Ngoài ra, các tín hiệu quản lý mạng ñược sử dụng ñể vận hành, xử lý sự cố và toàn bộ hoạt ñộng của mạng Các tín hiệu như vậy có thể ñược chuyển trong các thông ñiệp như là một danh sách các tuyến ñã ñược chiến lược ñược dởi

từ trạm ñể cập nhật các bảng ñịnh tuyến Các tín hiệu này bao trùm một phạm vi rộng và

sự phân loại có thể phải mở rộng khi tăng ñộ phức tạp của mạng chuyển mạch

Vùng báo hiệu

Báo hiệu có thể ñược xét trong hai ngữ cảnh: Báo hiệu giữa thuê bao và mạng và báo hiệu bên trong mạng Báo hiệu hoạt ñộng khác nhau giữa hai ngữ cảnh này

Báo hiệu giữa thuê bao hoặc máy ñiện thoại và chuyển mạch hay tổng ñài nối với

nó ñược xác ñịnh các ñặc trưng của thiết bị của thuê bao và các nhu cầu của người sử dụng Các tín hiệu trong mạng hoàn toàn là giữa máy tính với máy tính Báo hiệu bên trong ñược xét không chỉ là quản lý cáccuộc gọi của thuê bao mà còn tự quản lý mạng Như vậy, với báo hiệu bên trong, các lệnh các ñáp ứng và tập các tham số phải phức tạp hơn rất nhiều

Hình 2-11 Báo hiệu qua mạng chuyển mạch kênh Với hai kỹ thuật báo hiệu khác nhau ñược sử dụng, tổng ñài chuyển mạch nội hạt phải cung cấp một ánh xạ giữa mối quan hệ phức tạp của kỹ thuật báo hiệu ñược sử dụng bên trong mạng với kỹ thuật báo hiệu ít phức tạp hơn nhiều ñược sử dụng với thuê bao

Báo hiệu kênh chung

Báo hiệu truyền thống trong mạng chuyển mạch kênh trên cơ sở từng tuyến trung

kế hay trong kênh Với báo hiệu trong kênh, kênh ñược sử dụng ñể mang báo hiệu lẫn cuộc gọi mà tín hiệu báo hiệu ñó ñiều khiển Báo hiệu như vậy bắt nguồn từ thuê bao chhủ gọi theo cùng ñường dẫn với cuộc gọi ñến thuê bao bị gọi Ưu ñiểm trong loại báo hiệu này là không tăng thêm thiết bị truyền dẫn tín hiệu báo hiệu, phương tiện truyền dẫn thoại ñược dùng chung với báo hiệu

Hai dạng của báo hiệu trong kênh là trong băng và ngoài băng Báo hiệu trong băng không chỉ dùng chung ñường dẫn vật lý với cuộc gọi mà nó phục vụ mà còn sử dụng

cùng dải tần của tín hiệu thoại Dạng này của báo hiệu có một số ưu ñiểm Các tín hiệu ñiều khiển có cùng ñặc trưng ñiện từ như tín hiệu thoại, chúng có thể ñi ñến bất cứ nơi nào mà tín hiệu thoại có thể ñến Như vậy, chúng không bị giới hạn trong việc sử dụng báo hiệu trong băng ở khắp nơi trong mạng, kể cả những vùng chuyên ñổi tín hiệu từ tương tự sang số hoặc ngược lại Ngoài ra, chúng không thể thiết lập cuộc gọi trên một ñường truyền thoại chất lượng kém

Báo hiệu ngoài băng có những ưu ñiểm, ñó là tín hiệu thoại không sử dụng hết băng thông 4kHz ñược phân cho nó nên khoảng trống còn lại ñược sử dụng ñể truyền báo hiệu Ưu ñiểm chính của phương pháp này ñó là các tín hiệu báo hiệu có thể truyền mà cho dù có hoặc không truyền tín hiệu thoại trên ñường dây, ñiều này cho phép sự giám sát

và liên tục cho cuộc gọi Tuy nhiên, sơ ñồ báo hiệu ngaòi băng phải cần thêm thiết bị ñể kiểm soát dải tần báo hiệu và tốc ñộ báo hiệu là chậm hơn vì tín hiệu ở trong một dải tần hẹp

Các mạng chuyển mạch viễn thông công cộng ñã trở nên phức tạp hơn và cung cấp nhiều dịch vụ phong phú và ña dạng hơn rất nhiều, các trở ngại của báo hiệu trong kênh, các ngược ñiểm, trở ngại của báo hiệu trong kênh ngày càng lộ rõ Tốc ñộ truyền thông tin bị giới hạnbởi báo hiệu trong kênh Với báo hiệu trong băng, các kênh thoại ñược sử dụng chỉ có thể truyền tín hiệu báo hiệu khi không có tín hiệu thoại trên mạch Báo hiệu ngoài băng thì băng thông rất hẹp cho phép tín hiệu truyền trên ñó gây khó khăn trong việc cung cấp, tác ñộng nhanh cho ñối tượng cho dù ở dạng thông ñiệp ñơn giản nhất

Nhược ñiểm thứ hai của báo hiệu trong kênh là ñộ trễ lớn từ khi thuê bao quay số ñến khi nối kết ñược thiết lập Yêu cầu giảm ñộ trễ này là một vấn ñề khá phức tạp cho mạng

Cả hai nhược ñiểm này có thể giải quyết bởi báo hiệu kênh chung với báo hiệu ñược mang trên các ñường dẫn hoàn toàn ñộc lập với các kênh thoại ðường dẫn báo hiệu ñộc lập có thể mang tín hiệu báo hiệu cho một số kênh của thuê bao và như vậy có một kênh ñiều khiển chung cho các kênh thuê bao này

Bảng 2-1 Các kỹ thuật báo hiệu trong các mạng chuyển mạch kênh

Là kỹ thuật ñơn giản nhất Là cần thiết cho các tín hiệu thông tin cuộc gọi và có thể ñược sử dụng cho các thông tin ñiều khiển khác Báo hiệu trong băng có thể ñược sử dụng ở nhiều dạng ñường truyền khác nhau

Khác với trong băng, ngoài băng cung cấp khả năng giám sát liên tục trong thời gian nối kết

Kênh chung

Tín hiệu ñiều khiển ñược truyền qua các kênh báo hiệu mà cấp phát tín hiệu ñiều khiển dùng chung cho các kênh thoại

Giảm thời gian thiết lập cuộc gọi so với kênh riêng Ngoài ra, còn thích hợp với các chức năng bổ sung

Nguyên lý của báo hiệu kênh chung ñược mô tả và so sánh với báo hiệu trong kênh như trong Hình 2-12 Ta có thể thấy rằng, ñường dẫn báo hiệu cho báo hiệu kênh chung ñược phân tách riêng biệt so với các ñường dẫn thoại của các thuê bao Báo hiệu kênh chung có thể ñược cấu hình theo yêu cầu về băng thông ñể mang các tín hiệu ñiều

khiển cho các chức năng ña dạng và phong phú Như vậy, phương thức báo hiệu lẫn kiến trúc mạng chuyển mạch ñều phức tạp hơn báo hiệu trong kênh Tuy nhiên, với giá thành máy tính ngày càng giảm khiến báo hiệu kênh chung càng trở nên lôi cuốn hơn Các tín hiệu ñiều khiển là các thông ñiệp mà ñược trao ñổi giữa các chuyển mạch cũng như giữa các chuyển mạch với trung tâm quản lý mạng Vậy, phần ñiều khiển báo hiệu của mạng là một mạng máy tính phân tán chuyển tải cho các thông ñiệp ngắn

Hình 2-12 Báo hiệu trong kênh và báo hiệu kênh chung

Hai kiểu hoạt ñộng ñược sử dụng trong báo hiệu kênh chung (Hình 2-13) Trong kiểu kết hợp, kênh báo hiệu dọc theo các nhóm trung kế giữa hai chuyển mạch và phục vụ cho các kênh thoại trên các nhóm trung kế ñó, các node chuyển mạch là các ñiểm báo hiệu Trong kiểu không kết hợp, mạng ñược bổ sung các node gọi là các ñiểm chuyển tiếp báo hiệu Kiểu này không gán các kênh báo hiệu với các kênh trong các nhóm trung kế

mà ở ñây tồn tại hai mạng riêng biệt với các tuyến nối giữa chúng ñể phần ñiều khiển mạng có thể ñiều khiển qua các node chuyển mạch phục vụ cho các cuộc gọi của các thuê bao Quản lý mạng thường áp dụng kiểu không kết hợp như là các kênh báo hiệu ñể có thể thực hiện các nhiệm vụ linh hoat hơn Kiểu không kết hợp là kiểu ñược sử dụng trong ISDN

Với báo hiệu trong kênh, các tín hiệu ñiều khiển của hai chuyển mạch ñược tạo ra bởi bộ xử lý và ñược chuyển ñến kênh ngõ ra Ở bên thu, các tín hiệu ñiều khiển phải ñược chuyển từ các kênh thoại ñến bộ xử lý ðối với báo hiệu kênh chung, các tín hiệu ñiều khiển ñược truyền trực tiếp từ bộ xử lý này ñến bộ xử lý khác mà không kết hợp chặt chẽ với tín hiệu thoại, ñây chính là thủ tục ñơn giản hơn và là một trong những ñộng cơ của báo hiệu kênh chung là ít bị ảnh hưởng hoặc nhiễu qua lại giữa thông tin cuả các thuê bao và thông tin báo hiệu Một ñộng cơ cốt yếu nữa của báo hiệu kênh chung chính là thời gian thiết lập cuộc gọi giảm Xét chuỗi các sự kiện cho việc thiết lập cuộc gọi với báo hiệu trong kênh qua nhiều hơn một chuyển mạch Tín hiệu ñiều khiển ñược gởi từ chuyển mạch này ñến chuyển mạch khác trên ñường dẫn ñược sắp ñặt Tại mỗi chuyển