kỹ thuật chuyển mạch đề tài công nghệ chuyển mạch atm

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂUHình 1.1: Các kiểu chuyển mạch cơ bản Hình 1.2: Xu hướng hội tụ công nghệ mạng công cộng Hình 1.3: Các thiết bị chuyển mạch trong mô hình mạng công cộng điển

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNGTRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỮU NGHỊ VIỆT - HÀN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ỨNG DỤNG

============================

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH ATM

Giảng viên: Trần Thị Trà Vinh

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Bình

Trần Văn Thời Nguyễn Phước Thiện

Đà Nẵng, tháng 10 năm 1012

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, hạ tầng viễn thông đã và đang phát triển nhanh chóng

cả về công nghệ và chất lượng dịch vụ Trong đó, các hệ thống chuyển mạch là thànhphần cốt lõi với độ phức tạp bậc nhất, công nghệ hiện đại.Các hệ thống chuyển mạchnhư công nghệ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, công nghệ IP/ATM hay côngnghệ PMLS Mỗi loại công nghệ có chức năng và đăc điểm riêng tương thích với từng

hệ thống mạng viễn thông khác nhau Trong đó chuyển mạch ATM được đánh giá lànền tản kỹ thuật mới, kỹ thuật truyền tải không đồng bộ có thể truyền băng rộng tốc độcao với các loại hình dịch vụ thoại và phi thoại

Học tập và nghiên cứu môn học kỹ thuật chuyển mạch mạng lại cho sinh viênngành điện tử viễn thông có kiến thức sơ sở của lĩnh vực chuyển mạch cũng như tiếpcận các giải pháp kỹ thuật và công nghệ chuyển mạch mới đó là lý do em chọn đề tàicho đồ án này là: “công nghệ chuyển mạch ATM”

Nội dung đồ án gồm 3 chương:

Chương 1: Trình bày các khái niệm và lý thuyết cơ bản của kỹ thuật chuyển mạch

và khái quát về tổng đài SPC

Chương 2:Tìm hiểu về công nghệ chuyển mạch ATM, trình bày các kiến thức cơbản về chuyển mạch ATM, sự ra đời, đặc điểm công nghệ và xu thế phát triển ứngdụng của công nghệ này trong tương lại

Chương 3: Nguyên cứu các ứng dụng và dịch vụ, đánh giá ưu nhược điểm, thịtrường của công nghệ chuyển mạch ATM

Nhóm em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới cô Trần Thị Trà Vinh đã hướngdẫn nhóm em trong quá trình thực hiện đề tài này

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AAA Authentificaton, Authorization and Accounting Nhận thực, cấp phép, tính cướcATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng

bộATDM Asynchronous Time Divission Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gianđồng bộB-ISDN Integrated Service Digital Network Mạch số tích hợp đa dịch vụ băng rộngCLP Cell Loss Prioryti Ưu tiên tổn thất tế bào

DSLAM Digital Subcriber Line Access Mutiplexer Bộ ghép kênh truy nhập DSL

FCS Fast Circuit Switching Chuyển mạch tốc độ cao

GFC General Flow control Điều khiển luồng chung

GMPLS Generalized MultiProtocol LabelSwitch Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát HEC Heacler Error Check Trường kiểm tra lỗi phần tiêu đề

ISO Internatinal Organization For Standardization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối mở

PCI Protocol Control Information Giao thức điều khiển thông tin PSTN Public switched telephone

network

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

PVC Permanent virtual circuit Kênh ảo cố định

QoS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ

RIT Routing Information Table Bảng định tuyến

STDM Synchronous Time Divission Multiplexing Ghép kênh theo thời gian đồng bộSVC Switched virtual circuit Chuyển mạc kênh ảo

VCI Virtual Channel Identifier Nhận dang kênh ảo

VPI Virtual Path Identyfier Luồng ảo

VoiP Voice Over IP Thoại trên nền giao thức internetWDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh thao bước sóng

ii

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1: Các kiểu chuyển mạch cơ bản

Hình 1.2: Xu hướng hội tụ công nghệ mạng công cộng

Hình 1.3: Các thiết bị chuyển mạch trong mô hình mạng công cộng điển hìnhHình 2.1: Chuyển mạch kênh

Hình 2.2: Mô hình phân lớp OSI RM

Hình 2.3: Các phương pháp chuyển mạch cơ bản

Hình 2.4: Đóng gói dữ liệu theo mô hình OSI

Hình 2.5: Chuyển mạch datagram và chuyển mạch kênh ảo

Hình 3.1 Mô tả sự biến đổi trễ của tế bào

Hình 3.2 Cấu trúc một tế bào ATM

Hình 3.3 Cấu trúc phân cấp ATM

Hình 3.4 Cấu trúc tiêu đề tế bào ATM

Hình 3.5 So sánh STDM và ATDM

Hình 3.6 Cấu trúc nguyên lý dạng tế bào

Hình 3.7 Mô hình phân lớp OSI

Hình 3.8 Mối quan hệ giữa các thực thể và các lớp trong OSI

Hình 3.9 Các kiểu đơn vị số liệu và quan hệ giữa chúng

Hình 3.15: Nguyên lý chuyển mạch ATM

Bảng 2.1 So sánh một số đặc điểm của dịch vụ thoai và dữ liệu

Bảng 3.1 Sự phân loại của các dịch vụ ứng dụng truyền thông

Bảng 3.2 Sự phân loại của các dịch vụ ứng dụng phân phối

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

1.1 Các khái niệm cơ bản.

1.1.1 Định nghĩa chuyển mạch:

Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sửdụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông Chuyển mạch trong mạng viễn thông baogồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin Như vậy,theo khía cạnh thông thường khái niệm chuyển mạch gắn liền với lớp mạng và lớp liênkết dữ liệu trong mô hình OSI của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO

1.1.2 Hệ thống chuyển mạch:

Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạngchuyển mạch kênh thường gọi là hệ thống chuyển mạch (tổng đài) trong mạng chuyểnmạch gói thường được gọi là thiết bị định tuyến (bộ định tuyến)

1.1.3 Phân loại chuyển mạch:

Xét về mặt công nghệ, chuyển mạch chia thành hai loại cơ bản: chuyển mạchkênh và chuyển mạch gói Mặt khác, chuyển mạch còn được chia thành bốn kiểu:chuyển mạch kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào Các khái niệm cơ sở về công nghệ chuyển mạch được thể hiện trong hình 1.1(a,

b, c)dưới đây

a) Chuyển mạch kênh: hai dòng thông tin trên hai mạch khác nhau

b) Chuyển mạch gói: các tuyến đường độc lập trên mạng chia sẻ tài nguyên

1

c) Chuyển mạc gói kênh ảo: các gói tin đi trên kênh ảo

Hình 1.1: Các kiểu chuyển mạch cơ bảnMạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch (kênh) chỉ định riêng cho kết nốitrước khi quá trình truyền thông thực hiện Như vậy, quá trình chuyển mạch được chiathành 3 giai đoạn phân biệt: thiết lập, truyền và giải phóng Để thiết lập, giải phóng vàđiều khiển kết nối (cuộc gọi) mạng chuyển mạch kênh sử dụng các kỹ thuật báo hiệu

để thực hiện Đối ngược với mạng chuyển mạch kênh là mạng chuyển mạch gói, chiacác lưu lượng dữ liệu thành các gói và truyền đi trên mạng chia sẻ Các giai đoạn thiếtlập, truyền và giải phóng sẽ được thực hiện đồng thời trong một khoảng thời gian vàthường được quyết định bởi tiêu đề gói tin

1.1.4 Kỹ thuật lưu lượng TE

Kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering) được coi là một trong những vấn đềquan trọng nhất trong khung làm việc của hạ tầng mạng viễn thông Mục đích của kỹthuật lưu lượng là để cải thiện hiệu năng và độ tin cậy của các hoạt động của mạngtrong khi tối ưu các nguồn tài nguyên và lưu lượng Nói cách khác, TE là công cụ sửdụng để tối ưu tài nguyên sử dụng của mạng bằng phương pháp kỹ thuật để địnhhướng các luồng lưu lượng phù hợp với các tham số ràng buộc tĩnh hoặc động Mụctiêu cơ bản của kỹ thuật lưu lượng là cân bằng và tối ưu các điều khiển của tải và tàinguyên mạng thông qua các thuật toán và giải pháp kỹ thuật

1.1.5 Báo hiệu trong viễn thông

Báo hiệu sử dụng các tín hiệu để điều khiển truyền thông, trong mạng viễn thôngbáo hiệu là sự trao đổi thông tin liên quan tới điều khiển , thiết lập các kết nối và thựchiện quản lý mạng Các hệ thống báo hiệu có thể phân loại theo đặc tính và nguyên tắchoạt động gồm: Báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng, báo hiệu đường và báohiệu thanh ghi, báo hiệu kênh liên kết và báo hiệu kênh chung, báo hiệu bắt buộc Cácthông tin báo hiệu được truyền dưới dạng tín hiệu điện hoặc bản tin Các hệ thống báohiệu trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public SwitchedTelephone Network) được đánh số từ No1-No7

1.1.6 Mạng tích hợp dịch vụ số băng rộng B-ISDN

Cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định (Permanent)hoặc bán cố định (Semi-Permanent), các cuộc nối từ điểm tới điểm tới điểm hoặc từđiểm tới đa điểm và cung cấp các dịch vụ yêu cầu, các dịch vụ dành trước hoặc các

dịch vụ yêu cầu cố định Cuộc nối trong B-ISDN phục vụ cho cả các dịch vụ chuyểnmạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện (Multimedia), đơn phương tiện(Monomedia), theo kiểu hướng liên kết (Connection-Oriented) hoặc phi liên kết(Connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng.

1.2 Quá trình phát triễn kỹ thuật chuyển mạch

Vào khoảng thập niên 60 của thế kỷ 20, xuất hiện sản phẩm tổng đài điện tử số là

sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹ thuật máy tính Tổng đài điện tử số côngcộng đầu tiên ra đời được điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC (Stored ProgramControl),được giới thiệu tại bang Succasunna, Newjersey, USA vào tháng 5 năm 1965.Trong những năm 70 hàng loạt các tổng đài thương mại điện tử số ra đời Một trongnhững tổng đài đó là tổng đài E10 của CIT –Alcatel được sử dụng tại Lannion (Pháp)

Và tháng 1 năm 1976 Bell đã giới thiệu tổng đài điện tử số công cộng 4ESS Hầu hếtcho đến giai đoạn này các tổng đài điện tử số đều sử dụng hệ thống chuyển mạch là số

và các mạch giao tiếp thuê bao thường là Analog, các đường trung kế là số Mộttrường hợp ngoại lệ là tổng đài DMS100 của Northern Telecom đưa vào năm 1980dùng toàn bộ kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới Hệ thống 5ESS của hãng AT&T đượcđưa vào năm 1982 đã cải tiến rất nhiều từ hệ thống chuyển mạch 4ESS và đã có cácchức năng tương thích với các dịch vụ mạng số tích hợp dịch vụ ISDN (IntegratedService Digital Network) Sau đó hầu hết các hệ thống chuyển mạch số đều đưa ra cáccấu hình hỗ trợ cho các dịch vụ mới như ISDN, dịch vụ cho mạng thông minh và cáctính năng mới tương thích với sự phát triển của mạng lưới

Khoảng năm 1996 khi mạng Internet trở thành bùng nổ trong thế giới công nghệthông tin, nó đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệp viễn thông và xu hướng hội tụ cácmạng máy tính, truyền thông, điều khiển Hạ tầng mạng viễn thông đã trở thành tâmđiểm quan tâm trong vai trò hạ tầng xã hội Một mạng có thể truyền băng rộng với cácloại hình dịch vụ thoại và phi thoại, tốc độ cao và đảm bảo được chất lượng dịch vụQoS (Quality Of Service) đã trở thành cấp thiết trên nền tảng của một kỹ thuật mới:

Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) Các hệthống chuyển mạch điện tử số cũng phải dần thay đổi theo hướng này cùng với các chỉtiêu kỹ thuật, giao thức mới Một ví dụ điển hình là các hệ thống chuyển mạch kênhkhi cung cấp các dịch vụ Internet sẽ có độ tin cậy khác so với các cuộc gọi thôngthường với thời gian chiếm dùng cuộc gọi lớn hơn rất nhiều, và cũng như vậy đối vớicác bài toán lưu lượng Sự thay đổi của hạ tầng mạng chuyển đổi sang mạng thế hệ kếtiếp NGN đã và đang tác động rất lớn tới các hệ thống chuyển mạch, dưới đây trìnhbày một số vấn đề liên quan tới mạng NGN và các đặc điểm của quá trình hội tụ mạngcủa hạ tầng mạng công cộng Mạng chuyển mạch kênh công cộng PSTN và IP(Internet Protocol) đang dần hội tụ tới cùng một mục tiêu nhằm hướng tới một hạ tầngmạng tốc độ cao có khả năng tương thích với các ứng dụng đa phương tiện tương tác

và đảm bảo chất lượng dịch vụ Hình 1.2 dưới đây chỉ ra xu hướng hội tụ trong hạ tầngmạng công cộng:

Sự khác biệt này bắt đầu từ những năm 1980, PSTN chuyển hướng tiếp cận sangphương thức truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ trợ đa phương tiện và QoS, sau đóchuyển hướng sang công nghệ kết hợp với IP để chuyển mạch nhãn đa giao thức hiệnnay Trong khi đó Internet đưa ra một tiếp cận hơi khác với PSTN qua giải pháp triểnkhai kiến trúc phân lớp dịch vụ CoS (Class Of Service) và hướng tới đảm bảo chấtlượng dịch vụ QoS thông qua mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ

3

DiffServ, các chiến lược của Internet theo hướng tương thích với IP, mạng quang vàhướng tới mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (GeneralizedMultiProtocol Label Switch) Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đờivào năm 2001 là sự nỗ lực kết hợp hai phương thức chuyển mạch hướng kết nối(ATM, FR) với công nghệ chuyển mạch phi kết nối (IP), công nghệ chuyển mạchnhãn đa giao thức MPLS định nghĩa khái niệm nhãn (Label) nằm trên một lớp giữa lớp

2 và lớp 3 trong mô hình OSI, với mục tiêu tận dụng tối đa các ưu điểm của chuyểnmạch phần cứng (ATM, FR) và sự mềm dẻo, linh hoạt của các phương pháp địnhtuyến trong IP Một số quốc gia có hạ tầng truyền tải cáp quang đã phát triển tốt có xuhướng sử dụng các kỹ thuật chuyển mạch quang và sử dụng các công nghệ trên nềnquang như GMPLS, IP qua công nghệ ghép bước sóng quang WDM (WavelengthDivision Multiplexing), kiến trúc chuyển mạch trong mạng thế hệ kế tiếp NGN

Hình 1.2: Xu hướng hội tụ công nghệ mạng công cộngTrong môi trường mạng hiện nay, sự phân cấp hệ thống thiết bị biên(nội hạt), thiết

bị quá giang và thiết bị lõi trong mạng cung cấp các dịch vụ PSTN vẫn đang tồn tại.Các mạng bao trùm như FR, ATM và Internet đang được triển khai song song và tạo ranhu cầu kết nối liên mạng Các truy nhập cộng thêm gồm cáp đồng, cáp quang và truynhập không dây đang được triển khai làm đa dạng và tăng mật độ truy nhập từ phíamạng truy nhập

Sự tăng trưởng của các dịch vụ truy nhập đã tạo nên sức ép và đặt ra 3 vấn đềchính đối với hệ thống chuyển mạch băng rộng đa dịch vụ: Truy nhập băng thôngrộng, sự thông minh của thiết bị biên và truyền dẫn tốc độ cao tại mạng lõi Các thiết

bị truy nhập băng thông rộng bao gồm các thiết bị hạ tầng mạng truyền thống (tổng đàiPSTN nội hạt) và các module truy nhập đường dây số DSLAM (Digital Subcriber LineAccess Mutiplexer) phải truyền tải và định tuyến một số lượng lớn các lưu lượng thoại

và dữ liệu tới thiết bị gờ mạng Các thiết bị gờ mạng hiện có rất nhiều dạng gồm VoiPCác cổng truy nhập cho thiết bị VoiP (Voice Over IP), cổng trung kế, chuyển mạchATM, bộ định tuyến IP và các thiết bị mạng quang Các thiết bị biên cần phải hỗ trợcác chức năng nhận thực, cấp quyền và tài khoản AAA (Authentificaton,Authorization và Accounting) cũng như nhận dạng các luồng lưu lượng từ phía kháchhàng, vì vậy việc quản lý và điều hành thiết bị biên là một vấn đề rất phức tạp

Hình 1.3: Các thiết bị chuyển mạch trong mô hình mạng công cộng điển hìnhVới môi trường mạng PSTN trước đây, các thiết bị lõi mạng chịu trách nhiệmchính trong điều hành và quản lý và điều này được thay đổi chức năng cho các thiết bị

gờ mạng trong môi trường NGN Các hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ cần phải hỗtrợ các chuyển mạch lớp 3 trong khi vẫn phải duy trì các chuyển mạch lớp 2 nhằm hỗtrợ các dịch vụ ATM và FR truyền thống, có độ tin cậy cao và phải tích hợp tốt với các

hạ tầng có sẵn

Hơn nữa, các hệ thống chuyển mạch phải có độ mềm dẻo lớn nhằm tương thích vàđáp ứng các yêu cầu tăng trưởng lưu lượng từ phía khách hàng Vì vậy, cơ chế điềukhiển các hệ thống chuyển mạch đã được phát triển theo hướng phân lớp và modulehoá nhằm nâng cao hiệu năng chuyển mạch và đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.Hướng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS (Call Server) và hướng triển khai phân hệ đadịch vụ IP (IMS) được trình bày dưới đây chỉ ra những sự thay đổi lớn trong lịch sửphát triển hệ thống chuyển mạch

5

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU TỔNG ĐÀI ĐIỆN TỬ SPC

1 Nhiệm vụ quan trọng của một tổng đài

Là cung cấp một đường truyền dẫn tạm thời, để truyền dẫn tiếng nói đồng thờitheo hai hướng giữa các loại đường dây thuê bao sau, từ đó ta có các loại chuyểnmạch

1.3 Chuyển mạch gọi vào

Là chuyển mạch để tạo tuyến nối cho các đường trung kế từ tổng đài khác tớicác đường dây thuê bao của tổng đài

1.4 Chuyển mạch nối tiếp

Là chuyển mạch để tạo tuyến nối cho các đường trung kế và từ một tổng đài tớicác đường trung kế ra tới một tổng đài khác

Các nhiệm vụ trên của một tổng đài được thiết bị chuyển mạch của tổng đàithực hiện thông qua quá trình trao đổi báo hiệu với mạng ngoài Một tổng đài nào đóthực hiện được 3 loại chuyển mạch 1,2,3 vừa nêu trên được gọi là tổng đài nội hạt

Còn một tổng đài mà chỉ thực hiện được thao tác chuyển mạch thứ tư nêu trêngọi là tổng đài chuyển tiếp Ngoài hai tổng đài nêu trên còn có tổng đài cơ quan(thường gọi là PABX) và tổng đài cửa quốc tế Tổng đài cơ quan PABX cùng để tổchức liên lạc điện thoại trong một cơ quan (liên lạc nội bộ) và đầu nối cho các thuê baocủa nó ra mạng công cộng

Tổng đài cửa quốc tế (còn gọi là tổng đài gateway) dùng để tạo tuyến cho cáccuộc gọi của các thuê bao trong nước ra mạng quốc tế

2 Đặc điểm của tổng đài điện tử SPC

Ở các tổng đài điện tử làm việc theo nguyên lý điều khiển theo các chương trìnhghi sẵn SPC (Store Program Controlled), người ta sử dụng các bộ xử lý giống như cácmáy tính để điều khiển hoạt động của tổng đài Tất cả các chức năng điều khiển đượcđặc trưng bởi một loạt các lệnh đã ghi sẵn ở trong các bộ nhớ.

Ngoài ra các số liệu trực thuộc tổng đài như số liệu về thuê bao, các bảng phiêndịch địa chỉ, các thông tin về tạo tuyến, tính cước, thống kê… cũng được ghi sẵn trongcác bộ nhớ dữ liệu Qua mỗi bước xử lý gọi sẽ nhận được một sự quyết định tươngứng với các loại nghiệp vụ, số liệu đã ghi sắn để đưa tới thiết bị xử lý nghiệp vụ đó.Nguyên lý chuyển mạch như vậy gọi là chuyển mạch điều khiển theo chương trình ghisẵn SPC

Các chương trình và số liệu ghi trong các bộ nhớ có thể thay đổi được khi cầnthay đổi nguyên tắc điều khiển hay tính năng của hệ thống Nhờ vậy người quản lý cóthể linh hoạt trong quá trình điều hành tổng đài

Như ta đã biết, máy tính hay bộ vi xử lý có số năng lực xử lý hàng chục nghìntới hàng triệu lệnh mỗi giây Vì vậy khi ta sử dụng nó vào chức năng điều khiển tổngđài thì ngoài công việc điều khiển chức năng chuyển mạch thì cũng một bộ xử lý số cóthể điều hành các chức năng khác Vì các chương trình điều khiển và số liệu ghi trongcác bộ nhớ có thể thay đổi dễ dàng, mang tính tức thời, nên công việc điều hành dễ đápứng nhu cầu của thuê bao trở nên dễ dàng Cả công việc đưa vào dịch vụ mới cho thuêbao và thay đổi các dịch vụ cũ đều dễ dàng thực hiện thông qua các lệnh trao đổingười máy Chẳng hạn như khôi phục lại các nghiệp vụ cho thuê bao quá hạn thanhtoán cước hoặc thay đổi từ phương thức chọn số xung thập phân sang phương thứcchọn số đa tần… ta chỉ việc đưa vào hồ sơ thuê bao các số liệu thích hợp thông quathiết bị vào ra dùng bàn phím

3 Cấu trúc chức năng tổng đài điện tử SPC

Cũng giống như các tổng đài điện tử khác hiện đang sử dụng trên thế giới, tổngđài SPC tuy có khác so với các tổng đài điện tử khác nhưng về cơ cấu phân bố cáckhối chức năng của chúng thì tương đối giống nhau Sơ đồ khối đơn giản của tổng đàiSPC được mô tả ở hình 1

- Thiết bị kết cuối bao gồm các mạch điện thuê bao, mạch trung kết, thiết

bị tập trung và xử lý tín hiệu…

7

Hình 1 : Sơ đồ khối tổng đài SPC

- Thiết bị chuyển mạch: Bao gồm các tầng chuyển mạch thời gian và khônggiang hoặc ghép hợp

Thiết bị chuyển mạch

Thiết bị

đo thử trạng thái đường dây

Thiết bị điều khiển đầu nối

Thiết

bị phân phối

Báo hiệu kênh riêng

Bộ xử lý trung tâmCác bộ nhớ

- Thiết bị ngoại vi và kênh riêng hợp thành thiết bị ngoại vi báo hiệu Thôngthường thiết bị báo hiệu kênh chung để xử lý thông tin báo hiệu liên tổng đài theomạng báo hiệu kênh chung Còn thiết bị báo hiệu kênh riêng để xử lý thông tin báohiệu kênh riêng.

- Ngoại vi chuyển mạch: các thiết bị phân phối báo hiệu, thiết bị đo thử, thiết bịđiều khiển đầu nối hợp thành thiết bị ngoại vi chuyển mạch Đây là thiết bị ngoại vicho hệ thống điều khiển

- Thiết bị điều khiển trung tâm: Bộ xử lý trung tâm cùng với các bộ nhớ của nótạo thành bộ điều khiển trung tâm

- Thiết bị trao đổi người-máy: là các loại máy hiện hình có bàn phím máy in…

để trao đổi thông tin vào-ra, và ghi lại các bản tin cần thiết phục vụ công tác điều hành

và bảo dưỡng tổng đài

Ngoài ra ở các tổng đài khu vực của mạng công cộng, các tổng đài chuyển tiếp

và các tổng đài quốc tế còn có các khối chức năng khác như tính cước, đồng bộ mạng,trung tâm xử lý tin, thiết bị giao tiếp thuê bao xa…

4 Hệ thống điều khiển trong tổng đài điện tử SPC

4.1 Nhiệm vụ điều khiển

Trong tổng đài SPC các nhiệm vụ điều khiển do các bộ xử lý thực hiện để tạotuyến nối cho các cuộc gọi cũng như trong công tác vận hành, bảo dưỡng khác Nhữngcông việc này thực hiện nhờ quá trình trao đổi báo hiệu thông tin báo hiệu được tách ra

ở khối giao tiếp thuê bao hoặc giao tiếp trung kế được đưa đến ở thiết bị xác định báohiệu Các mạch thu thông tin báo hiệu thuê bao và trung kế đảm nhận công việc nàydưới sự điều khiển của cấp xử lý khu vực mạch giao tiếp thuê bao hoặc trung kế

Khối mạch giao tiếp trung kếCác mạch trung kế nốiMáy thu phát báo hiệu trung kế

Điều khiển chuyển mạch

Điều khiển trung tâm

9

Hình 2: Báo hiệu và điều khiển trong tổng đài SPC

Để thực hiện được các cuộc đấu nối, thì bộ điều khiển trung tâm phải nhậnđược các thông tin báo hiệu từ các thiết bị ngoại vi, thông qua thiết bị báo hiệu này đểđưa ra các lệnh thích hợp Các lệnh này được đưa đến các bộ điều khiển chuyển mạch,

để điều khiển tạo tuyến nối hoặc đưa đến thiết bị phân phối bó hiệu, để cung cấp cácdạng báo hiệu cần thiết cho thuê bao hoặc mạch trung kế, thông qua các thiết bị phânphối báo hiệu

Bộ điều khiển trung tâm gồm một bộ xử lý công suất lớn cùng các bộ nhớ trựcthuộc Bộ xử lý này thiết kế tối ưu để xử lý cuộc gọi và các công việc liên quan trongmột tổng đài Nó có chức năng khi:

- Nhận xung mã hay chọn số

- Chuyển các tín hiệu địa chỉ đi trong trường hợp chuyển tiếp gọi

- Trao đổi các loại báo hiệu cho thuê hay tổng đài khác

- Phiên dịch và tạo tuyến cho các đường chuyển mạch

Thiết bị phối hợp

Bộ xử lý trung tâm

Bộ nhớ phiên dịch

Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ

số liệu

Hình 3: Sơ đồ khối bộ xử lý chuyển mạch

Bộ xử lý chuyển mạch bao gồm một đơn vị xử lý trung tâm, bộ nhớ chươngtrình, bộ nhớ số liệu, bố nhớ phiên dịch cùng thiết bị vào, ra làm nhiệm vụ phối hợp đểđưa các thông tin vào và lấy các lệnh ra Đơn vị xử lý trung tâm là bộ vi xử lý tốc độcao có công suất xử lý tuỳ thuộc vào các vị trí chuyển mạch của nó Nó làm nhiệm vụđiều khiển thao tác thiết bị chuyển mạch

Bộ nhớ chương trình để ghi lại các chương trình điều khiển các thao tác chuyểnmạch Các chương trình được gọi ra và xử lý cùng với số liệu cần thiết

Bộ nhớ số liệu ghi lại tạm thời các số liệu cần thiết trong các quá trình xử lýcuộc gọi như chữ số chỉ thuê bo, trạng thái bận, rỗi của đường dây thuê bao hay trungkế

4.2 Cấu tạo tổng quát của thiết bị điều khiển

Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển như mô tả ở hình 4

Bộ phận phối lệnh

Ghi - phát

lệnh

Ghi - phát thao tác

Bộ nhớ

chương trình Bộ nhớ số liệu và phiên dịch

Thiết bị giao tiếp vào - ra

Từ các thiết bị điều khiển đưa tới (Thiết bị ngoại vi)

11

Hình 4 - Cấu tạo tổng quát của hệ thống điều khiển

- Bộ phân phối lệnh: Bộ phận này làm nhiệm vụ phân phối các lệnh thích hợp

để thực thi trên cơ sở thiết bị ngoại vi chuyển mạch, thứ tự ưu tiên của chúng và cácthông tin đưa vào Bộ phân phối lệnh đưa tới bộ nhớ chương trình địa chỉ cần thiếtphải xử lý theo nguyên tắc "ghi đệm", tức là trong thời gian thực thi lệnh trước thi địachỉ số liệu cần thiết liên quan tới từng lệnh cũng được gửi đi từ dây tới bộ nhớ số liệu

và phiên dịch

-Bộ ghi phát lệnh: Khối này làm nhiệm vụ ghi đệm các lệnh cần thực hiện

- Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ này ghi lại tất cả các chương trình cần thiết chonhiệm vụ điều khiển mà thiết bị điều khiển này đảm nhận Bộ nhớ này thường có cấutrúc kiểu ROM Các chương trình này là các chương trình xử lý gọi hoặc các chươngtrình điều hành bảo dưỡng

- Bộ nhớ số liệu: Bộ nhớ số liệu làm nhiệm vụ ghi lại các số liệu cần thiết phục

vụ cho quá trình thực thi các lệnh Ngoài số liệu thuê bao, trung kê… ở các hệ thống

xử lý trong tổng đài điện tử như xử lý điều hành bảo dưỡng (DMP) có bộ nhớ số liệuphục vụ công việc điều hành và bảo dưỡng, bộ xử lý chuyển mạch thì có bộ nhớ phiêndịch và tạo tuyến đề nghị lại các bảng trạng thái tuyến nói, hồ sơ thuê bao…

- Bộ ghi phát thao tác: Thiết bị này làm nhiệm vụ thực thi các thao tác logic và

số học theo các lệnh và số liệu thích hợp để đưa ra các lệnh điều khiển tương ứng quathiết bị giao tiếp vào-ra tới các thiết bị ngoại vi cần điều khiển, nên lệnh này chỉ thị kếtquả một công việc

- Thiết bị giao tiếp vào ra: Thiết bị này làm việc đệm và truyền các thông tin từthiết bị ngoại vi vào bộ điều khiển và truyền các lệnh từ bộ điều khiển tới các thiết bịngoại vi

* Thiết bị giao tiếp vào ra:

Thiết bị giao tiếp vào-ra làm nhiệm vụ giao tiếp giữa thiết bị ngoại vi và thiết bịđiều khiển Chúng bao gồm một bộ giải mã địa chỉ A/D và hệ thống dẫn tin vào.Thông tin từ các thiết bị ngoại vi đưa tới ở dạng các tổ hợp mã 16 bits Các tổ hợp mãnày mang các thông tin cần thiết phải xử lý, chúng được truyền qua hệ thống các mạch

"và" vào các thiết bị xử lý nhờ lệnh bộ xử lý đưa ra thông tin qua bộ giải mã địa chỉ A/

D Các thông tin sau khi được xử lý ở bộ xử lý trung tâm đưa ra các dạng tổ hợp mã 16bits hay 32 bits Sau khi giải mã tổ hợp mã nhị phân được dịch sang dạng thập phân vàqua đầu ra của bộ giải mã để đưa tới thiết bị điều khiển tương ứng

4.3 Các phương pháp dự phòng cho hệ thống điều khiển

4.3.1 Dự phòng cặp đồng bộ:

Hai bộ xử lý PA, PB hoạt động đồng bộ với nhau, quá trình xử lý xảy ra ở PA, PB.Kết quả xử lý được so sánh kiểm tra Nếu có sai khác, chương trình chuẩn đoán lỗi sẽloại bỏ bộ xử lý hỏng Phương pháp này không kiểm tra được lỗi phần mềm do cả haigiống nhau

Hình 5 Hệ thống dự phòng cặp đồng bộ

4.3.2 Dự phòng phân tải

Hai bộ xử lý PA và PB tiếp cận được với tất cả các nguồn tải nhưng mỗi bộ xử

lý phần tải nó đảm nhiệm cơ cấu Ex không cho phép hai bộ xử lý cùng xử lý chungmột tải

Ex: Cơ cấu bảo dưỡng tự động

Hình 6- Dự phòng phân tải

Toàn bộ quá trình hoạt động, mỗi bộ xử lý tự giám sát mình và giám sts bộ xử

lý kia Khi lỗi xảy ra, tài đang xử lý được giao cho bộ xử lý còn lại Ưu điểm là tậndụng được công suất của bộ vi xử lý trong thời gian cao điểm

các bộ nhớ riêng của nó là MA và MB Trong đó một trong hai bộ làm việc còn bộ kia

để dự phòng Hai bộ xử lý này độc lập với nhau, mỗi bộ xử lý cần có đủ công suất để

xử lý toàn bộ tải của khu vực nó đảm nhiệm

CM: Bộ nhớ chung

Hình 7 - Nguyên lý dự phòng nóng

Tuy nhiên phương pháp dự phòng này có nhược điểm là một số công việc đangthực hiện trước khoảng chu kỳ sao chép của bộ nhớ chung sẽ bị xoá nếu sự cố xảy ra.Một tổng đài có dung lượng trung bình và nhỏ hay sử dụng phương pháp dự phòngnày cho hệ thống điều khiển như TDX-1B

4.3.4 Dự phòng N+1:

Ở hệ thống dự phòng này có N+1 bộ xử lý, trong đó N bộ xử lý từ P1 tới Pn làmnhiệm vụ xử lý tải tức thời cho hệ thống; một bộ phận xử lý Pn+1 làm nhiệm vụ dựphòng Ở trạng thái bình thường bộ xử lý này có thể đảm nhiệm một phần tải để xử lý.Như vậy tổng thể N+1 bộ xử lý có năng lực xử lý lớn hơn giá trị tải phát sinh theo thiết

Hình 8 - Hệ thống điều kiện dự phòng N+1

Phương thức dự phòng này có ưu điểm dễ dàng cấu trúc hệ thống theo kiểuModular, thuận tiện để phát triển dung lượng của hệ thống Mặt khác ở giờ cao điểm,tải lớn N+1 bộ xử lý có thể đảm nhiệm xử lý lượng tải lớn hơn bình thường Như vậykhắc phục được hiện tượng ứ tải (quá tải) cho các bộ xử lý tờ thời gian cao điểm

Trong các tổng đài điện tử SPC hiện đại, hệ thống điều khiển là một tổ hợp củacác hệ thống khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu và tính phức tạp của công việc mà nó đảmnhiệm và yêu cầu của trường chuyển mạch Vì vậy người ta cấu trúc nó theo hệ thốngnhiều cấp

4.5 Xử lý cuộc gọi

Trong tổng đài SPC xử lý gọi được phần mềm thao tác điều khiển thực hiện.Công việc xử lý gọi bao gồm:

- Phát hiện khởi xướng cuộc gọi

- Xử lý và trao đổi thông tin báo hiệu

- Xác lập tuyến nối cho trường chuyểnmạch

- Phiên dịch các chữ số và địa chỉ

- Giám sát cuộc gọi

- Giải toả cuộc gọi

* Đặc điểm

Bộ tập trung thuê bao có trường chuyển mạch trong SLC không hoạt động Haithuê bao trong bộ tập trung, muốn liên hệ với nhau thì bắt buộc qua bộ chuyển mạchtổng đài

Tuyến truyền dẫn bị hỏng thì chuyển mạch trong SLC hoạt động và thực hiệncho chuyển mạch cho thuê bao nội hạt.

Hình 9: Các chương trình xử lý gọi

4.6 Phân loại và chức năng báo hiệu

4.6.1 Phân loại báo hiệu

Phân phối chương trình

Các chương trình

đo thử

Các chương trình định cuộc gọi

Các chương trình điều khiển cuộc gọi

Nhớ số liệu

cố định

Báo hiệu(Signalling)

Báo hiệu thuê bao

(Suber signalling)

Báo hiệu tổng đài

Báo hiệu kênh riêng (CAS)

Báo hiệu kênh chung (CCS)

17

Hình 10 - Cấu trúc chức năng báo hiệu

4.6.2 Chức năng báo hiệu

a) Báo hiệu đường thuê bao

Để bắt đầu cuộc gọi, thuê bao nhấc máy tạo ra tín hiệu xin quay số gửi đến tổngđài Khi đó tổng đài phát tín hiệu mới quay số đến thuê bao, thuê bao có thì bắt đầuquay số đến thuê bao bị gọi Nếu thuê bao bị gọi rỗi thì tổng đài sẽ gửi dòng chuôngcho thuê bao bị gọi này, đồng thời tín hiệu hồi chương gửi trở lại thuê bao bị gọi Nếuthuê bao bị gọi bận thì tín hiệu báo bận gửi đến thuê bao chủ gọi

b) Báo hiệu liên tổng đài

Báo hiệu liên tổng đài có thể được truyền đi theo mỗi đường trung kế liên tổngđài riêng Các tín hiệu này có tần số nằm trong băng tần tiếng nói hoặc băng tần tiếngnói gọi là tín hiệu ngoài băng Các tín hiệu này có dạng sau:

- Dạng xung: Tín hiệu được truyền đi là dạng xung

- Dạng liên tục: Tín hiệu báo hiệu liên tục về thời gian nhưng thay đổi về trạngthái đặc trưng như tần số

- Dạng áp chế: Tương tự như truyền đi bằng dãy xung nhưng khoảng cáchtruyền dẫn tín hiệu không ổn định trước mà kéo dài cho tới khi nào xác nhận của phíathu thông qua tín hiệu xác định nhận truyền từ đầu tư tới đầu phát Phương thức báohiệu này có độ tin cậy cao vì tạo điều kiện cho việc truyền dẫn các tín hiệu báo hiệuphức tạp

* Báo hiệu kênh riêng (CAS)

Báo hiệu kênh riêng là hệ thống báo hiệu trong đó có các tín hiệu được truyềntrên một đường báo hiệu riêng biệt

Hình 11 - Luồng tín hiệu cơ bản

Có nhiều hệ thống CAS khác nhau được sử dụng: Hệ thống báo hiệu xung thậpphân gọi là xung đơn tần

Hệ thống báo hiệu hai tần số: (Ví dụ: hệ thống báo hiệu số 4 của CCITT)

Tín hiệu chuôngTín hiệu

hồi chuông Trả lời (nhấc máy)

Tín hiệu ACKĐàm thoại

Yêu cầu ngắtTín hiệu kết thúc

Đặt máy

Tín hiệu xoá vềTín hiệu xoá đi

Tín hiệu giữa các tổng đài

Tín hiệu đường

thuê bao

Tín hiệu thuê bao

19

Hệ thống báo hiệu kênh đa tần: (Ví dụ hệ thống báo hiệu số 5 và hệ thống báohiệu mã R1 của CCITT).

Tóm lại: Kênh của hệ thống báo hiệu này hầu hết cách phát tín hiệu phổ biến là

8 dạng xung hoặc dạng tone Đặc trưng của loại báo hiệu này là đói với mỗi kênh thoại

có một đường tín hiệu báo hiệu rõ ràng Tuy nhiên hệ thống báo hiệu này chậm, dunglượng nhỏ

* Báo hiệu kênh chung CCS:

Để khắc phục những hạn chế của báo hiệu kênh riêng Trong những năm 1960khi tổng đài điện tử được đưa vào sử dụng thì phương thức báo hiệu kênh chung CCScũng ra đời với những đặc tính vượt trội

Trong phương thức báo hiệu này, những đường số liệu cao giữa các bộ xử lýcủa tổng đài SPC được sử dụng để mang các thông tin báo hiệu Các đường số liệu nàytách rời với đường trung kế tiếng, mỗi đường số liệu này có thể mang thông tin báo hiệucho vài trăm kênh tiếng gọi là kiểu báo hiệu kênh chung

Trong báo hiệu CCS thông tin báo hiệu cần chuyển được tạo thành các đơn vịtín hiệu gọi là các gói số liệu

Ngoài ra các thông tin về báo hiệu còn có các chỉ thị về kênh tiếng và các thôngtin địa chỉ, thông tin về điều khiển lỗi

* Các khái niệm về mạng báo hiệu số 7:

Trong báo hiệu CCS các tinh báo hiệu được định hướng qua mạng để thực hiệncác chức năng thiết lập, duy trì giải phóng cuộc gọi và quản lý mạng Các bản tin nàycác gói bản tin được định tuyến qua mạng, mặc dù mang thoại là chuyển mạch kênhnhưng báo hiệu được điều khiển bằng kỹ thuật chuyển mạch gói Mạng báo hiệu baogồm các điểm báo hiệu và các điểm báo hiệu được kết nối với nhau qua đường báohiệu

Điểm báo hiệu (SP) là nút chuyển mạch hoặc nút xử lý trong một mạng báohiệu được cài đặt chức năng báo hiệu số 7 của CCITT

Một tổng đài điện thoại hoạt động như một nút báo hiệu phải là tổng đài SPC vàbáo hiệu số 7 là dạng thông tin số liệu giữa các bộ vi xử lý Một điểm báo hiệu trongmột mạng báo hiệu đều được xác định bằng một mã riêng biệt 14 bits còn gọi là mãđiểm báo hiệu