Giới thiệu chung
Sơ lợc lịch sử phát triển của tổng đài SPC
Để khắc phục những hạn chế và nhợc điểm của các loại tổng đài điện thoại nhân công Các nhà chế tạo đã cho ra đời các loại tổng đài cơ điện và từng bớc hoàn thiện chúng Tổng đài tự động từng nấc đầu tiên điều khiển trực tiếp đã đợc chế tạo vào năm 1892 Nó đợc hoàn thiện trên tổng đài nhân công, song nó vẫn còn có một vài nhợc điểm nh chứa nhiều các bộ phận cơ khí, khả năng tính toán linh hoạt bị hạn chế, kích thớc cồng kềnh
Năm 1982 hãng Ericsson của Thuỵ Điển đã cho ra đời loại tổng đài thanh chéo đầu tiên Các tổng đài này đợc sản xuất dựa trên cơ sở nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch và hoàn thiện hơn các bộ phận chức năng của tổng đài từng nấc, chủ yếu là chuyển mạch thanh chéo
Sau đó nhiều sự thay đổi có ý nghĩa cách mạng trong lĩnh vực điện tử đã tạo ra nhiều điều kiện tốt để hoàn thiện các tổng đài ngang – dọc Và nhiều khối chức năng điều khiển: Bộ nghi phát đấu nối phiên dịch … đã đ trớc đây đợc chế tạo trên cơ sở rơ le cơ điện nay đã đợc thay thế bằng máy tính đơn giản chế tạo ở dạng khối Điều đó dẫn đến kích thớc của tổng đài đợc thu nhỏ hơn, thể tích và trọng lợng của các thiết bị cùng giảm, tổng đài làm việc nhanh tin cậy cao, dễ vận hành và bảo dỡng.
Sau đó công nghệ điện tử phát triển nhanh, đặc biệt là kĩ nghệ chế tạo các lọai mạch tổ hợp mật độ trung bình và lớn đã ra đời tạo điều kiện cho máy tính và tổng đài điện tử phát triển.
Tổng đài điện tử số đầu tiên đợc chế tạo và khai thác vào năm 1965 là tổng đài tơng tự làm việc theo nguyên lí SPC (điều khiển theo chơng trình ghi sẵn) và là tổng đài nội hạt Tổng đài này có nhãn hiệu ESSN 0 1 do hãng Bell System chế tạo ở Mỹ, dùng trờng chuyển mạch cơ điện, có dụng lợng từ 10000 đến 60000 thuê bao Nó có thể lu loát lợng tải là 600 erlangs và có thể thiết lập 30 cuộc gọi/giây.
Từ năm 1974 – 1976 là giai đoạn phát triển hng thịnh nhất và có hiệu quả của công nghệ tổng đài số.
Hiện nay, công nghệ chế tạo tổng đài định hớng vào phơng thức chuyển mạch số và áp dụng cho chuyển mạch mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN và mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng B – ISDN đang đợc xúc tiến và đáp ứng cho mạng thông tin số hiện đại trong tơng lai.
Các chức năng phần mềm trong SPC
Xử lý gọi là mục đích chính của hệ thống điều khiển tổng đài và trong mọi tr- ờng hợp khả năng kiểm soát các cuộc gọi là một tiêu chuẩn quan trọng trong việc phán xét một tổng đài Một phần lớn xử lý dành cho cuộc gọi là để thiết lập cuộc gọi.
Do đó một yếu tố cần kiểm tra khả năng của tổng đài là xem có bao nhiêu cuộc gọi đang cố gắng thiết lập đợc kiểm soát trong một thời gian cho trớc Khi cuộc gọi đợc thiết lập cần một số các xử lí tiếp theo để giám sát trang thái của nó Không phải tất cả các cuộc gọi yêu cầu đều đợc kết nối thành công, ngoài ra còn một số khác biệt trong xử lý giữa một cuộc gọi nhận đợc tín hiệu trả lời và một cuộc gọi nhận tính hiệu báo bận Để xử lý thành công bất kỳ cuộc gọi nào, dữ liệu liên quan đến quá trình phải có sẵn trong hệ thống điều khiển Do đó, một khía cạnh quan trọng của SPC là l u giữ thông tin liên quan đến thiết bị tổng đài, các thuê bao, các cuộc gọi và truy xuất thông tin này Cấu trúc dữ liệu dùng trong SPC đóng vai trò tăng hiệu quả lu trữ và truy xuất dữ liệu
Phần mềm xử lý gọi đợc thiết kế để tiến hành cuộc gọi tại bất kỳ thời điểm nào cho trớc, ngay sau khi thông tin hiện hành cho phép Sau đó cuộc gọi đợc dữ lại cho đến khi các thông tin kế tiếp (dới dạng các tín hiệu) đến Trong lúc chờ tín hiệu thì năng lực xử lý của hệ thống điều khiển đợc dùng để kiểm soát các cuộc gọi khác
Trong phơng pháp này, hệ thống điều khiển chia sẻ thời gian phục vụ cho một số các cuộc gọi Số lợng tối đa cuộc gọi đợc kiểm soát một cách đồng thời phụ thuộc vào năng lực xử lý: Khi số lợng cuộc gọi yêu cầu đồng thời vợt quá số tối đa, nghẽn sẽ xảy ra Từ đó, phần mềm xử lý gọi bao gồm một số các chơng trình con, chúng đợc kích hoạt một cách thích hợp để điều khiển việc chuyển tiếp cuộc gọi từ trạng thái này sang trạng thái khác
Trong các hệ thống SPC đầu tiên, một bộ xử lý thực hiện tất cả chức năng xử lý và chứa tất cả các phần mềm cần thiết cho hệ thống điều khiển Với sự tối thiểu hoá hệ thống máy tính, sự phát triển phần mềm truyền thông và tiến bộ trong các kĩ thuật về công nghệ phần mềm, tất cả các hệ thống SPC hiện đại đều dùng các bộ xử lý phân tán Thông thờng, cũng có một bộ xử lý chính đóng vai trò trung tâm gồm một máy tÝnh nhá (Mini Computer)
Bên cạnh xử lý gọi đã đợc trình bầy, còn có một số chức năng quan trọng khác.
Do đó, phần mềm SPC có thể đợc xem xét dới ba dạng sau:
Phần mềm hệ thống của hệ thống SPC thực hiện các chức năng thông thờng của một hệ điều hành bao gồm:
- Điều khiển định thời, đảm bảo rằng các quá trình đợc thực thi, tại các thời điểm chỉ định (chẳng hạn nh các cuộc gọi cảnh báo) hay theo định kỳ (ví dụ nh hoạt động quét)
- Điều khiển dòng xử lý, đảm báo các quá trình có độ u tiên cao đợc phục vụ tr- ớc và đảm bảo tất cả các quá trình đều tiến hành đợc
- Lập lịch để đảm bảo các quá trình đợc thực thi tuỳ vào thứ tự biết trớc và định thêi
- Kiểm soát ngắt, cho phép các sự kiện có tính u tiên cao lấy quyền u tiên dới các điều kiện nào đó
- Quản lý bộ nhớ, để điều khiển việc lu trữ và truy suất dữ liệu tổng đài, dữ liệu thuê bao và dữ liệu cuộc gọi
- Liên lạc nối liền các quá trình, nhằm chuẩn hoá và tạo phơng tiện liên lạc giữa các quá trình phần mềm cũng nh giữa các bộ xử lý
- Điều khiển xuất nhập, cho phép trao đổi giữa hệ thống và thế giới bên ngoài
- Thông dịch ngôn ngữ ngời – máy, để định ra và cung cấp các giao thức trao đổi giữa đầu cuối và hệ thống
Ngoài ra, để kiểm soát quá tải trong tổng đài, cũng cần một bộ điều khiển quá tải, mọi giai đoạn của xử lý gọi đều phải bao hàm sự kiểm tra triệu chứng quá tải Khi phát hiện triệu chứng, biện pháp chữa trị cần phải có các hành động kịp thời nh là: tổ chức lại các quá trình nhờ chơng trình thực thi hay lập lịch lại các tác vụ nhờ vào bộ lập lịch Ngoài ra sự phát hiện quá tải có thể ở ngay trong phần mềm ứng dụng, khởi động hoạt động chạy chữa có thể diễn ra trong phần mềm hệ thống
Hệ thống điều khiển phải thực hiện các chức năng bảo trì cho chính nó và cho cả thiết bị chuyển mạch của tổng đài Các nhiệm vụ gồm có:
- Phát hiện lỗi: Điều này đạt đợc bằng cách kiểm tra tất cả các loại phần mềm ứng dụng
- Chuẩn đoán để cô lập lỗi: Các chơng trình chuẩn đoán đợc kích hoạt khi phát hiện đợc lỗi
- Sửa lỗi nếu có thể: Điều này có thể thực hiện bằng cách nạp lại hay cấu hình lại phần mềm, hay cấu hình lại phần cứng vì vậy phải mang thiết bị dự phòng vào phôc vô
- Xuất các thông báo: Các thông báo gồm có thông báo lỗi và thông tin về các hoạt động đợc tiến hành
3 Phần mềm khai thác Để cho nhà khai thác hoạch định và quản lý các mạng của họ, cần phải thu nhập dữ liệu từ tổng đài Các công việc cần đến các dữ liệu này bao gồm: qui hoạch, tiếp thị, tính cớc, quyết toán, giám sát hoạt động, bảo trì và quản lý mạng.
Trong một tổng đài SPC, một record gọi đợc tạo ra trong phần mềm cho mỗi cuộc gọi và khi cuộc gọi đã bị xoá tất cả hay một phần dữ liệu trong record này đợc l- u lại Công việc thu thập dữ liệu, lu trữ, xử lý và xuất dữ liệu ra ngoài đòi hỏi phải có phần mềm khai thác riêng.
Đặc điểm của tổng đài kỹ thuật số SPC
Tổng đài điện tử số SPC làm việc theo nguyên lý điều khiển theo chơng trình ghi sẵn (SPC: Stored Program Control) Ngời ta dùng các bộ xử lý giống nh máy tính để điều khiển tổng đài bởi một loạt các lệnh ghi sẵn trong bộ nhớ
Các chơng trình trong bộ nhớ có thể thay đổ đợc khi cần thay đổi nguyên tắc điều khiển hay tính năng hệ thống Nhờ có trung tâm bảo dỡng đợc trang bị các trang thiết bị trao đổi ngời – máy cùng vời hệ thống xử lý mà công việc này đợc thực hiện dễ dàng trung tâm này còn đợc bao quát các công việc quản lý mạng nh lu lợng của tuyến và xử lý đờng vong v.v tại đây cũng nhận đợc các thông tin về sự hỏng hóc tính cớc v.v từ các tổng đài khu vực về
Quá trình xử lý điều khiển này tạo ra tính linh hoạt ở mức cao trong việc điều khiển phần cứng Tính linh hoạt có các khía cạnh về các tác dụng lâu dài và ngắn hạn.
Tác dụng lâu dài đợc xem xét trớc tiên Trong giai đoạn phát triển hệ thống chuyển mạch, một loạt các chơng trình có thể đợc tạo ra cho phép một hệ thống chuyển mạch cơ bản hỗ trợ các khả năng và dịch vụ phù hợp với nhu cầu quản lý Sự hiệu chỉnh phần mềm này đáp ứng các đặc tính tổng quát của tổng đài cục bộ trong mạng ví dụ nh đánh số, tính cớc, các luật định tuyến, các loại cuộc gọi đợc hỗ trợ, quản trị và các tiện ích thuê bao
Một đặc trng quan trọng của các hệ thống SPC là khả năng một tổng đài có thể đợc nâng cấp mà không phá bỏ các dịch vụ có sẵn Điều này cho phép các khả năng và tiện ích mới đợc phối hợp trong hoạt động của hệ thống Một vài tăng cờng có thể đạt đợc chỉ đơn giản cài đặt thêm một phần mềm mới, ví dụ nh tạo ra tiện ích nhóm USER thân thiện cho một loại thuê bao nào đó Các tăng cờng khác nh chuyển mạch dữ liệu đòi hỏi phải thêm phần cứng mới
Tính linh hoạt của SPC còn có các tác dụng ngắn hạn nhờ khả năng thay đổi trạng thái của thiết bị tổng đài chỉ cần thao tác đơn giản là thay đổi dữ liệu Do đó, hoạt động của tổng đài có thay đổi một chách nhanh chóng theo các điều kiện mạng. Tác dụng ngắn hạn của tính linh hoạt cho phép một loạt thao tác quản trị và lợi ích thuê bao đợc cung cấp một cách có kinh tế và dễ điều hành
2 Các tiện ích thuê bao
Các tổng đài SPC cho phép hàng loạt các tiện ích thuê bao đợc cung cấp rẻ hơn và dễ hơn trong các tổng đài khác Các tiện ích này đợc phân phối bởi hệ thống quản lý khi thấy thích hợp Sau đó nhiều tiện ích đợc yêu cầu bởi các thuê bao trên cơ sở call – by – call Các ví dụ sau đây là các tiện ích
(i) Short – cook dialling: Các số điện thoại thuê bao chọn trớc đợc gọi bằng cách quay các mã ngắn nhập vào từ trớc
(ii) Call Tranfer: Các cuộc gọi đến một số điện thoại nào đó đợc chuyển hớng đến một số điện thoại khác theo một cách tự động
Tổng đài SPC cung cấp một dải rộng lớn các tiện ích quản lý, những công việc mà trớc kia là đắt tiền hoặc mất nhiều công sức Hầu hết các loại hoạt động hàng ngày trên tổng đài cần phải dùng các tiện ích này, đợc truy suất thông qua các đầu cuối máy tính liên kết với tổng đài nằm tại trung tâm điều khiển.
Một số các tiện ích quản lý là:
(i) Điều khiển các tiện ích thuê bao: Cho phép thay đổi danh sách các tiện ích sẵn có của thuê bao.
(ii) Thay đổi định tuyến: Một nhân viên điều hành có thể thay đổi nhanh chóng việc chọn tuyến đợc dùng bởi tổng đài nhằm hớng các cuộc gọi đến của tổng đài khác
(iii) Thay đổi số của thuê bao và các mã trung kế: điều này có thể đợc đảm trách bởi một chỉ thị đơn qua một đầu cuối điều hành.
4 Tốc độ thiết lập cuộc gọi
Phần cứng của phần tử điều khiển trong tổng đài SPC hoạt động với tốc độ cao và với mức điện áp thấp (thờng là 5VDC) Do đó, trong các tổng đài SPC với các chuyển mạch cơ vốn chậm và đòi hỏi hoạt động với điện áp và dòng điện cao sẽ không cân xứng về tốc độ cũng nh năng lợng giữa hệ thống điều khiển và chuyển mạch, và điều này phải đợc khắc phục bởi các thiết bị đệm thích hợp Tuy nhiên chuyển mạch số hoàn toàn bao gồm các cổng bán dẫn và bộ nhớ nằm dới dạng các mạng tích hợp (IC), chúng hoạt động với tốc độ và mức điện áp tơng thích với các hệ thống điều khiển, do đó hình thành một tổng đài điện tử SPC hoàn toàn là kĩ thuật số.
Các cuộc nối có thể đợc thiết lập xuyên qua các hệ thống chuyển mạch số rất nhanh chóng (thờng là 250ms) Điều này kết hợp với khả năng tiết kiệm và các đặc tính Nonblocking cho phép thực hiện các thiết kế hệ thống rất tiết kiệm Dùng các chuyển mạch số cho các thiết lập đờng dẫn tuần tự giữa các hệ thống tổng đài phụ trong giai đoạn kết nối cuộc gọi Ngoài ra các lỗ lực lặp lại tự động xuyên qua các chuyển mạch có thể đợc thực hiện mà không vấp phải sự nhận biết do gia tăng thời gian trễ khi quay số Kết quả là chuyển mạch số cùng với SPC cho phép các kết nối phức tạp của cuộc gọi trong tổng đài đợc thiết lập mà chỉ dùng các thiết kế chuyển mạch đơn giản và rẻ tiền.
Các hệ thống chuyển mạch số nhỏ hơn nhiều so với tổng đài Analog có khả năng tơng đơng Điều này có đợc là do sử dụng các mạch tích hợp và bộ ghép kênh phân thời cỡ lớn trong tổng đài số Các bộ ghép kênh cỡ lớn là khả thi vì kỹ thuật bán dẫn hoạt động với tốc độ cao đã đợc áp dụng.
Tuy nhiên, khả năng tiết kiệm không gian có thể bị giảm đi nhiều do vẫn còn tồn tại các thiết bị chuyển đổi tơng tự sang số (AD) cần thiết để kết cuối các đờng Analog Do vậy để tối thiểu ảnh hởng này cần tối đa tỷ lệ mạch số trong các mạch kết nối tại tổng đài Ngoài ra khả năng tối thiểu không gian của tổng đài còn bị giảm do cần phải cung cấp điều kiện giải nhiệt cũng nh một môi trờng cho điều khiển tổng đài. Trong vài trờng hợp cần sử dụng các thiết bị cấp nguồn cho tổng đài khi hệ thống số SPC đợc cài đặt trong một tổng đài Cho dù có các điều kiện hạn chế nhng kích thớc toàn bộ của tổng đài kỹ thuật số SPC thông thờng vẫn nhỏ hơn 25% so với các tổng đài bớc (Step – by – Step) và 50% so với hệ thống tổng đài Analog SPC
Các thiết bị dùng trong các tổng đài kỹ thuật số SPC có một tỉ lệ lỗi thấp hơn các thiết bị đợc dùng trong các tổng đài analog SPC vì không có các thành phần vật lý phải di chuyển và thừa hởng tính tin cậy của kỹ thuật bán dẫn Ngoài ra không giống với các tổng đài bớc, hệ thống số không yêu cầu bất kỳ sự điều chỉnh thờng xuyên nào Các chơng trình chuẩn đoán trong hệ thống điều khỉên tổng đài thờng cho phép định vị nhanh lỗi phần cứng, lỗi thuộc modul đặc biệt hay các đơn vị lắp ghép ngoại vi nào ở đây rất thích hợp cho việc dùng thiết bị phần cứng dự phòng, cho phép hệ thống điều khiển lu dịch vụ một cách nhanh chóng bằng cách tự động cấu hình lại thiết bị, thay thế đơn vị h hỏng bằng một đơn vị dự phòng khác Sau đó, hệ thống điều khiển cung cấp các thông tin cần thiết cho ban bảo trì để thay thế các đơn vị hỏng hóc theo các bớc đã đợc hoạch định Các đơn vị hỏng hóc luôn đợc gửi đến các trung tâm sửa chữa chuyên nghành Do vậy, công việc bảo trì phần cứng chậm hơn so với việc bảo trì trong các tổng đài Analog.
Nhiệm vụ chung của tổng đài SPC
1 Nhiệm vụ báo hiệu Đây là nhiệm vụ trao đổi báo hiệu với mạng ngoài bao gồm các đờng dây thuê bao và trung kế, xử lý đấu nối tới
2 Nhiệm vụ xử lý thông tin báo hiệu và điều khiển chuyển mạch
Thiết bị điều khiển chuyển mạch nhận các thông tin báo hiệu từ các đờng dây thuê bao hay trung kế, xử lý các thông tin này và đa ra thông tin điều khiển để cấp báo tín hiệu tới các đờng dây thuê bao hay trung kế hoặc điều khiển thiết bị chuyển mạch và thiết bị phụ trợ để tạo tuyến nối.
Là tạo ra các số liệu phù hợp với từng loại cớc sau khi mỗi cuộc gọi kết thúc
4 Nhiệm vụ thiết lập cuộc gọi
Mặc dù các hệ thống tổng đài đã đợc nâng cao rất nhiều từ khi nó đợc phát minh ra, các chức năng cơ bản của nó nh xác định các cuộc gọi và sau đó tiến hành phục hồi lại sau khi cuộc gọi hoàn thành.
ThiÕt bị điều khiÓn ®Çu nèi
ThiÕt bị báo hiệu kênh riêng
ThiÕt bị báo hiệu kênh chun g
Thiết bị trao đổi ng ời máy – máy
Bộ sử lý trung tâm Các bộ nhớ
Sơ đồ khối tổng đài SPC
Hình 1: Sơ đồ khối của tổng đài SPC
Dạng song tín hiệu ngõ ra
Bộ lọc tiÕn lÊy mÉu
Bé lÊy mẫu L ợng tử và mã hoà
Hệ thèng truyÒn dÉn sè hay chuyÓn mạch số
Bộ lọc phôc hồi tín hiệu
Kỹ Thuật PCM (Pulse – Code modulation)
LÊy mÉu
Tín hiệu âm thanh trên mạng điện thoại có phổ năng lợng đạt đến 10Khz Tuy nhiên, hầu hết năng lợng đều tập trung ở phần thấp hơn trong dải này Do đó, để tiết kiệm băng thông trong các hệ thống truyền đợc ghép kênh theo FDM và cả TDM Các kênh điện thoại thờng giới hạn băng tần trong khoảng từ 300 đến 340Hz Trong thực tế dùng các bộ lọc tiền lấy mẫu rẻ tiền, có nghĩa là sẽ có một ít năng lợng nhiễu đợc chuyển qua dới dạng các tần số cao hơn tần số cắt hiệu dụng 3400Hz Để chấp nhận điều kiện lọc không triệt để này và giữ ảnh hởng của hiện tợng Aliasing ở mức độ không đáng kể, tốc độ lấy mẫu là 8Khz đợc chuẩn hoá quốc tế cho các hệ thống điện thoại PCm Tốc độ lấy mẫu này tơng ứng với tần số Nyquist của các tín hiệu có tần số lên đến 4KHz, nó tạo ra một chuỗi các xung điều biên, có khoảng cách 125Ms giữa các xung
Hình 2: Các tiến trình của PCM
Các mẫu yêu cầu của mỗi dạng sóng nhập đựợc lấy từ một chuỗi các xung định thời theo định kỳ, các xung này chuyển trạng thái đóng và mở của bộ lấy mẫu, do đó chuyển đi các mẫu của dạng sóng nhập Các mẫu này dới dạng một tập các xung với các mức điện áp bằng giá trị (âm hoặc dơng) của dạng sóng nhập tại ngay thời điểm có xung định thời Tập hợp các mức điện áp của các mẫu có hình dạng tơng đơng với sóng dạng ban đầu, nh trình bầy trên hình 3
Thêi gian Dạng sóng nhập
Dạng sóng đ ợc lấy mẫu fH fs - fH fs fH c-Dạng sóng đ ợc lấy mẫu với fs2fH
Hình 3: Xử lý lấy mẫu trong miền thời gian
Nhờ lý thuyết lấy mẫu (Nyquist) cho phép một hệ thống lấy mẫu thích hợp đợc thiết kế cho một dạng sóng nhập nhất định Lý thuyết lấy mẫu phát biểu rằng bất kỳ một dạng sóng nào đều có thể đợc lấy mẫu và sau đó đợc tái thiết lập, tốc độ lấy mẫu phải bằng hay lớn hơn hai lần thành phần tần số lớn nhất có trong sóng dạng đem lấy mẫu Do đó, cho một dạng sóng có giới hạn tần số dới fH thì tần số lấy mẫu fs phải là fs/H Giá trị tối thiểu fs đợc gọi là tốc độ Nyquist hay tần số Nyquist sẽ gây nên các sai lệch trong dạng sóng đợc tái thiết lập, do hiện tợng “aliasing”.
Hình 4: Xử lý lấy mẫu trong miền tần số
Aliasing là thuật ngữ chỉ sự chồng lấn giữa các biên tần kề nhau sinh ra trong quá trính lấy mẫu, là một vấn đề quan trọng trong điều chế theo biên độ Khái niệm dạng sóng nhập
Các mẫu PAM đ ợc thiết lập lại a- Nguồn gốc phát sinh lỗi l ợng tử b- Ví dụ sự sai do l ợng tử các giá trị l ợng tử
Ng ỡng trên ng ìng này đợc diễn tả trong hình 4, ở đó quá trính lấy mẫu một dạng sóng với tốc độ fs tạo ra các phiên bản biên tần trên và dới của dạng sóng có trung tâm là điểm có tần số nfs (n=1,2,3) Có thể thấy với fs
