Bài giảng Kỹ thuật chuyển mạch - Chương 2: Kỹ thuật chuyển mạch kênh

Kỹ thuật chuyển mạch kênh Chương 21I. Tổng quan Mạng viễn thôngTruyền dẫnChuyển mạchThiết bị đầu cuốiChuyển mạch là một trong 3 thành phần cơ bản của mạng viễn thông.I.1 Định nghĩa2Là quỏ trỡnh thiết lập một tuyến nối giữa một đầu vào và một đầu ra (của nỳt mạng) theo yờu cầu giỳp cho việc trao đổi thụng tin trong một khoảng thời gian nhất định.Dịch vụ thuê bao- ThoạiSố liệu- Hình ảnhDịch vụ thuê bao- thoạisố liệu Hỡnh ảnhChuyển mạch số & Chuyển mạch tương tựI.1 Định nghĩa (tt)3Thiết lập đường truyền dẫn từ nguồn thông tin đến đích theo một cấu trúc cố định hoặc biến động thông qua các mạng và các trung tâm.Mục đích của chuyển mạch4Các phương thức chuyển mạch- Chuyển mạch kênh.- Chuyển mạch tin.- Chuyển mạch gói.5Circuit SwitchingPacket Switching6I.2 chuyển mạch kênh (Circuit Swithching)7I.2.1 Khái niệm Là loại chuyờ̉n mạch phục vụ sự trao đụ̉i thụng tin bằng cách cṍp kờnh dõ̃n trực tiờ́p cho hai đụ́i tượng sử dụng.  Trong suốt quỏ trỡnh trao đổi thụng tin kờnh dẫn này bị chiếm dựng hoàn toàn. 8Việc thiết lập chuyển mạch kênh thông qua 3 giai đoạn : Thiết lập kênh dẫn Duy trì kênh dẫn (truyền dữ liệu) Giải phóng kênh dẫn I.2.1 Khái niệm (tt)9Giai đoạn Thiết lập kênh dẫn Trước khi dữ liệu được truyền đi, một kênh dẫn điểm tới điểm sẽ được thiết lập. Tổng đài phát hiện yêu cầu của đối tượng và xác định đường truyền dẫn đến đối tượng kia. Nếu đường truyền rỗi, tổng đài báo cho đối tượng kia biết và sau đó nối thông giữa hai đối tượng.I.2.1 Khái niệm (tt)10Giai đoạn Duy trì kênh dẫn Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian 2 đối tượng trao đổi thông tin với nhau.I.2.1 Khái niệm (tt)Giai đoạn Giải phóng kênh dẫn Kênh dẫn được giải phóng khi có yêu cầu của một trong hai đối tượng sử dụng. Sau khi được giải phóng, kênh dẫn sẽ khôi phục lại trạng thái ban đầu.11I.2.2 đặc điểm Thực hiện sự trao đổi thông tin giữa hai đối tượng bằng kênh dẫn trên cấu trúc thời gian thực. Đối tượng sử dụng làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi tin. Điều này làm giảm hiệu suất của kênh dẫn. Yêu cầu độ chính xác không cao.12 Nội dung trao đổi không cần địa chỉ. Được áp dụng trong thông tin thoại. Khi lưu lượng trong mạng chuyển mạch kênh tăng lên đến một mức nào đó thì mạng sẽ từ chối mọi yêu cầu kết nối mới cho đến khi tải trong mạng giảm xuống.I.2.2 đặc điểm (tt)13I.3.1 Khái niệm Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi giữa các bản tin (như điện tín, thư điện tử, file của máy tính) giữa các đối tượng với nhau. Chuyển mạch tin không cần thiết lập một đường dẫn dành riêng giữa hai trạm đầu cuối.I.3 chuyển mạch tin 14 Tại mỗi trung tâm chuyển mạch, bản tin tuân theo phương pháp “tích luỹ trung gian” (tạm lưu vào bộ nhớ, xử lý rồi truyền sang trung tâm khác nếu trung tâm đó rỗi) Thời gian trễ gồm : thời gian nhận bản tin, thời gian sắp hàng chờ và thời gian xử lý bản tin. I.3.1 Khái niệm (tt)15I.3.1 Khái niệm (tt)16I.3.2 đặc điểm Thời gian trễ lớn, do đó không có sự liên hệ theo thời gian thực. Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi thông tin. Yêu cầu độ chính xác cao. Nội dung bản tin có mang địa chỉ.17 Tốc độ truyền bản tin không phụ thuộc vào đối tượng sử dụng. Hiệu suất cao do kênh dẫn có thể dùng chung cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau. Được áp dụng cho truyền số liệu, chữ viết, hình ảnh. I.3.2 đặc điểm (tt)18 Khi lưu lượng trong mạng chuyển mạch tin cao, nó vẫn chấp nhận các yêu cầu kết nối mới nhưng thời gian truyền dẫn có thể dài, độ trễ lớn. Một hệ thống chuyển mạch tin có thể gởi một thông báo đến nhiều đích khác nhau. Điều này chuyển mạch kênh không thực hiện được.I.3.2 đặc điểm (tt)19I.4.1 Khái niệm Là quỏ trỡnh chuyển mạch mà khụng thiết lập một kờnh truyền cố định giữa hai thuờ bao. I.4 chuyển mạch gói 20 Trong mạng chuyển mạch gói bản tin được cắt ra thành từng gói nhỏ. Mỗi gói được gắn cho một tiêu đề (header) chứa địa chỉ và các thông tin điều khiển khác.địa chỉ đíchđịa chỉ nguồnsố góiTrường số liệuTrường kiểm traI.4.1 Khái niệm (tt)21 Thụng tin cần trao đổi được đúng thành cỏc gúi tin và được truyền trờn cỏc kờnh ảo (khụng cố định) hoặc truyền trực tiếp trờn đường truyền.I.4.1 Khái niệm (tt)22 Các gói được gởi đi trên mạng theo nguyên tắc tích lũy trung gian giống như chuyển mạch tin. Tại trung tâm nhận tin, các gói được hợp thành một bản tin và được sắp xếp lại để đưa tới thiết bị nhận số liệu.I.4.1 Khái niệm (tt)23I.4.1 Khái niệm (tt)24I.4.1 Khái niệm (tt)232112321123211Biên dịch góiKhôi phục dữ liệuĐường truyềnBộ nhớDữ liệu truyền điDữ liệu nhận đượcChuyển mạch góiChuyển mạch góiDữ liệu được đóng thành gói có bổ sung phần tiêu đềKhôi phục lại dữ liệu ban đầu25I.4.2 đặc điểm Mạng chuyển mạch gói sử dụng phương thức tự động hỏi lại. Nếu gói tin truyền đi trên mạng có lỗi thì trung tâm nhận tin sẽ gởi yêu cầu phát lại bản tin đã bị lỗi cho trung tâm phát.26 Độ trễ trung bình của các tuyến truyền dẫn phụ thuộc vào tải trong mạng. Thời gian trễ liên quan tới việc tích lũy trung gian của mạng chuyển mạch gói rất nhỏ so với chuyển mạch tin. I.4.2 đặc điểm (tt)27ii. chuyển mạch kênh28ii.1 Phân loạiTùy thuộc vào sự phát triển của lịch sử chuyển mạch cũng như cách thức, tín hiệu mà ta có thể phân loại như sauPAM29ii.1.1 Cm kênh phân chia không gianLà loại chuyển mạch có các đầu ra, đầu vào được bố trí theo không gian. Chuyển mạch được thực hiện bằng cách đóng mở các cổng điện tử hay các điểm tiếp xúc. Chuyển mạch này có các loại sau: Chuyển mạch cơ kiểu chuyển động truyền Chuyển mạch cơ kiểu đóng mở Chuyển mạch rơ le điện tử Chuyển mạch điện tử kiểu phân chia không gian30ii.1.2 Chuyển mạch ghépLà loại chuyển mạch mà thông tin của các cuộc gọi được ghép với nhau trên cơ sở thời gian hay tần số trên đường truyền.Phân loại : 2 loại Chuyển mạch phân chia theo tần số (FDM) Chuyển mạch phân chia theo thời gian (TDM)31II.2 Chuyển mạch pcm Là loại chuyển mạch ghép hoạt động trên cơ sở dồn kênh theo thời gian và điều chế xung mã.II.2.1 định nghĩa Trong hệ thống tổng đài, chúng ta gặp phải một số thuật ngữ về chuyển mạch như : chuyển mạch, mạng chuyển mạch, trung tâm chuyển mạch, trường chuyển mạch. Để tránh sự lẫn lộn, chúng ta xét các khái niệm sau:32Chuyển mạch : Mô tả một nguyên tố chuyển mạch đơn giản.Trường chuyển mạch : Mô tả sự hợp thành của một nhóm các chuyển mạch.Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) : chứa trường chuyển mạch.Một mạng chuyển mạch : gồm các trung tâm (nodes) chuyển mạch, các thiết bị đầu cuối và hệ thống truyền dẫn.II.2.1 định nghĩa (tt)33 Hệ thống chuyển mạch số là một hệ thống mà tín hiệu được chuyển mạch dưới dạng số. Tín hiệu ở đây có thể là tiếng nói hoặc số liệu. Một trường chuyển mạch số cung cấp sự kết nối giữa các kênh trong các luồng PCM. Để kết nối bất kỳ 2 thuê bao nào cũng cần có sự kết nối khe thời gian của 2 mẫu tin tiếng nói mà có thể cùng hoặc khác luồng PCM.II.2.1 định nghĩa (tt)34II.2.2.1 KHáI NIệM- Chuyển mạch số cung cấp sự kết nối giữa các kênh trong các luồng PCM (hay TDM)- Sự trao đổi giữa các khe thời gian thực hiện theo 2 phương pháp sau và có thể tách biệt từng phương pháp hoặc phối hợp cả 2 phương pháp với nhau:+ Chuyển mạch thời gian+ Chuyển mạch không gianII.2.2 CHUYểN MạCH pcm35ii.2.2.2 chuyển mạch thời gian ta) định nghĩaChuyển mạch thời gian T là quá trình thực hiện sự trao đổi thông tin giữa các khe thời gian khác nhau trên cùng một tuyến PCM.36TSiTSjTSiTSj37b) Các phương pháp thực hiện• Chuyển mạch T dùng bộ trễ• Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm38b.1) Chuyển mạch T dùng bộ trễNguyên tắc :Trên đường truyền dẫn tín hiệu, ta đặt các đơn vị trễ có thời gian trễ bằng 1 khe thời gian.39Giả sử trong khung có R khe thời gian, trong đó cần trao đổi thông tin giữa 2 khe thời gian TSi và TSj. Ta cho TSi qua (j-i) bộ trễ thì ở đầu ra TSj sẽ có mặt ở khe thời gian TSi. Và mẫu TSj qua R-(j-i) bộ trễ sẽ có mặt ở khe thời gian TSi. Như vậy việc trao đổi thông tin đã được thực hiện.Nhược điểm : Hiệu quả kém, giá thành cao.b.1) Chuyển mạch T dùng bộ trễ (tt)40b.2) Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệmNguyên tắc :Dựa trên cơ sở các mẫu tiếng nói được ghi vào các bộ nhớ đệm BM và đọc ra ở những thời điểm mong muốn. Địa chỉ của ô nhớ trong BM để ghi hoặc đọc được cung cấp bởi bộ nhớ điều khiển CM.41c) Các chế độ điều khiểnĐiều khiển tuần tựđiều khiển ngẫu nhiên42 Điều khiển tuần tự là kiểu điều khiển mà trong đó, việc đọc ra hay ghi vào các địa chỉ liên tiếp của bộ nhớ BM một cách tuần tự tương ứng với thứ tự ngõ vào của các khe thời gian.Trong điều khiển tuần tự, một bộ đếm khe thời gian được sử dụng để xác định địa chỉ của BM. Bộ đếm này sẽ được tuần tự tăng lên 1 sau thời gian của một khe thời gian.c.1) Điều khiển tuần tự43c.1) Điều khiển tuần tự (tt)44 Điều khiển ngẫu nhiên là phương pháp điều khiển mà trong đó các địa chỉ trong BM không tương ứng với thứ tự của các khe thời gian mà chúng được phân nhiệm từ trước theo việc ghi vào và đọc ra dưới sự điều khiển của bộ nhớ CM.c.2) Điều khiển ngẫu nhiên Các ô nhớ của CM chứa địa chỉ ô nhớ của BM sẽ tiến hành quá trình ghi/đọc Các ô nhớ của CM sẽ được đọc ra một cách tuần tự (được điều khiển đọc tuần tự)45c.2) Điều khiển ngẫu nhiên (tt)46d) Các kiểu chuyển mạch Tghi tuần tự - đọc ngẫu nhiênghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự47d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên48 Bộ đếm khe thời gian xác định tuyến PCM vào để ghi tín hiệu vào bộ nhớ BM một cách tuần tự. Bộ nhớ điều khiển CM điều khiển việc đọc ra của BM bằng cách cung cấp các địa chỉ của các ô nhớ của BM.d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)49Như vậy, việc ghi và đọc trên bộ nhớ BM thực hiện theo 2 chu trình sau : Chu trình ghi : Ghi vào BM ô nhớ có địa chỉ do bộ đếm khe thời gian cung cấp. Chu trình đọc : Đọc ra từ BM ô nhớ có địa chỉ do CM cung cấp.d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)50Giả sử cần trao đổi nội dung giữa 2 khe thời gian TSi và TSj bằng kiểu chuyển mạch ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên, thì quá trình sẽ được thực hiện như sau:d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)5152d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)53d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)54d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)55d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự56 Bộ nhớ CM cung cấp địa chỉ của các ô nhớ của BM trong chu trình ghi. Bộ đếm khe thời gian cung cấp địa chỉ cho việc đọc thông tin ra khỏi bộ nhớ BM.d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)57Giả sử cần trao đổi nội dung giữa 2 khe thời gian TSi và TSj bằng kiểu chuyển mạch ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự, thì quá trình sẽ được thực hiện như sau:d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)5859d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)60d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)61d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)62e) Đặc điểm của chuyển mạch t Tồn tại thời gian trễ nhưng nhỏ hơn thời gian của 1 khung của tuyến PCM. Dung lượng bị giới hạn bởi thời gian ghi đọc bộ nhớ. Bất kỳ đầu vào nào cũng có khả năng chuyển mạch đến đầu ra mong muốn. Chỉ thích hợp với tổng đài nhỏ. Giá thành rẻ.63II.2.2.3 chuyển mạch không gian (s)64a) định nghĩa Chuyển mạch không gian số là chuyển mạch thực hiện việc trao đổi thông tin cùng một khe thời gian nhưng ở hai tuyến PCM khác nhau. Chuyển mạch không gian số gồm nhiều xa lộ PCM nhập (X1, X2Xn) và nhiều xa lộ PCM xuất (Y1, Y2Ym) được kết nối bằng ma trận điểm nối chéo n hàng và m cột. Điểm nối chéo thường là cổng AND.65X1X2X3XnY1Y2Y3YmCác cột bộ nhớ điều khiểnXa lộ PCM nhậpXa lộ PCM xuấta) định nghĩa (tt)66Nguyên lý làm việc của chuyển mạch không gian số dựa trên cơ sở chuyển mạch không gian dùng thanh chéo. b) nguyên lý67Sơ đồ chuyển mạch không gian tiếp thông hoàn toànBất kỳ đầu vào nào cũng có khả năng nối với đầu ra mong muốn.Nguyên lý tiếp thông hoàn toàn68Sơ đồChỉ có một số đầu vào nào đó thì mới có khả năng nối với một số đầu ra tương ứng.Nguyên lý tiếp thông không hoàn toàn69c) phương pháp thực hiện Ma trận n*m điểm thông được đặt ở giao điểm ngõ vào, ngõ ra. Mỗi CM có R ô nhớ (số khe thời gian trong 1 khung mang địa chỉ điểm thông trên cột. Dùng thêm một địa chỉ 0 để biểu thị tất cả điểm thông trên cột đều không nối70c) phương pháp thực hiện (tt)71Biết các thông tin trên các đường PCM đầu vào và thông tin trong các bộ nhớ CM của chuyển mạch không gian số như hình vẽ. Xác định thông tin trong các đường PCM đầu ra?7273d) các chế độ điều khiển74d) các chế độ điều khiển (tt)75e) Đặc điểm của chuyển mạch không gian Khả năng lớn (dung lượng lớn). Độ tin cậy cao. Việc chọn đường thuận tiện. Không sử dụng độc lập trong thực tế.76 Nhận xét chung Chuyển mạch T không thuận lợi trong các hệ thống tổng đài có dung lượng lớn. Chuyển mạch S dùng độc lập là không có hiệu quả, bởi vì nó chỉ thực hiện được sự trao đổi giữa các tuyến khác nhau có cùng khe thời gian, điều này không có tính thực tế. Trong thực tế, người ta ghép chuyển mạch T và S để tạo nên các trường chuyển mạch có dung lượng lớn.77ii.2.2.4 phối ghép các cấp chuyển mạch78a) chuyển mạch ghép ts79Nguyên lý Các khe thời gian ngõ vào được lưu lại trong các chuyển mạch thời gian T Đến khe thời gian tương ứng, nội dung trong các ô nhớ trong các bộ nhớ BM được nối với ngõ ra xác định qua các chuyển mạch không gian S.a) chuyển mạch ghép ts (tt)80a) chuyển mạch ghép ts (tt)81a) chuyển mạch ghép ts (tt)82a) chuyển mạch ghép ts (tt)8384a) chuyển mạch ghép ts (tt)85a) chuyển mạch ghép ts (tt)86a) chuyển mạch ghép ts (tt)87b) chuyển mạch ghép sts88b) chuyển mạch ghép sts89b) chuyển mạch ghép tst90b) chuyển mạch ghép tst (tt)9192Câu hỏi ôn tập chương 21. Trỡnh bày khỏi niệm và đặc điểm của 3 phương thức chuyển mạch (CM kờnh, CM tin, CM gúi)?2. Trỡnh bày về chuyển mạch thời gian T? (gồm cú : định nghĩa, cỏc phương phỏp thực hiện, cỏc chế độ điều khiển, cỏc kiểu chuyển mạch, đặc điểm và phõn tớch một vớ dụ của chuyển mạch thời gian).3. Trỡnh bày về chuyển mạch khụng gian? (gồm cú: định nghĩa, nguyờn lý, đặc điểm và phõn tớch một vớ dụ của chuyển mạch khụng gian).4. Phõn tớch một vớ dụ về chuyển mạch ghộp TS, ST, STS, TST?93