Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch- chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói

Trong quá trình lịch sử phát triển của lĩnh vực kỹ thuật truyền và chuyển mạch các dạng thông tin điện nhiều công nghệ chuyển mạch đã được áp dụng như các thế hệ chuyển mạch nhân công, c

NỘI DUNG

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

Giới thiệu về chuyển mạch

Kỹ thuật chuyển mạch là một lĩnh vực tìm hiểu, nghiên cứu các phương thức chuyển mạch, định hướng thông tin từ nguồn tin đến đích nhận tin một cách chính xác, hiệu quả, nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ cao, tạo cơ sở tổ chức mạng viễn thông linh hoạt, đa năng và tạo nhiều tiện ích cho người sử dụng

Trong quá trình lịch sử phát triển của lĩnh vực kỹ thuật truyền và chuyển mạch các dạng thông tin điện nhiều công nghệ chuyển mạch đã được áp dụng như các thế hệ chuyển mạch nhân công, các loại tổng đài chuyển mạch hệ cơ điện, các tổng đài chuẩn điện tử, các tổng đài điện tử với các loại phần tử chuyển mạch khác nhau như ma trận chuyển mạch tương tự, các chuyển mạch số và trong tương lai là chuyển mạch quang … Các nguyên lý chuyển mạch khác nhau cũng lần lượt thay thế nhau và kết hợp với nhau trong các trung tâm chuyển mạch của các mạng viễn thông như nguyên lý phân kênh không gian, nguyên lý chuyển mạch thời gian tương tự (chuyển mạch PAM), chuyển mạch số đối với các tín hiệu điều chế xung mã ghép kênh đồng bộ (chuyển mạch PCM), chuyển mạch đối với các thông tin số dạng gói Kỹ thuật chuyển mạch thường kết hợp với các lĩnh vực kỹ thuật công nghệ khác trong một cấu trúc thiết bị hoặc hệ thống các thiết bị hoàn chỉnh như kỹ thuật điều khiển,

kỹ thuật xử lý các quá trình ngẫu nhiên, kỹ thuật điện-điện tử và chế tạo linh kiện, kỹ thuật truyền dẫn, báo hiệu và xử lý báo hiệu Nhìn chung, mỗi trung tâm chuyển mạch là một hệ thống hoàn chỉnh, rất phức tạp và là sự kết hợp của nhiều lĩnh vực

kỹ thuật mà trong đó kỹ thuật chuyển mạch là nền tảng

Mặc dù trong các mạng viễn thông hiện nay phổ biến sử dụng các tổng đài chuyển mạch số điều khiển theo chương trình ghi sẵn, nhưng trong tài liệu này vẫn đề cập đến các nguyên lý chuyển mạch khác như các chuyển mạch không gian tương tự, chuyển mạch PAM, hoặc một số cơ chế chuyển mạch số liệu khác với mục đích cung cấp các kiến thức cơ bản về kỹ thuật chuyển mạch, tạo khả năng ứng dụng các kỹ thuật chuyển mạch này không chỉ trong lĩnh vực viễn thông mà còn trong các ứng dụng mang tính đặc thù khác như lĩnh vực điều khiển hoặc trong các hệ thống công nghệ chuyên dụng Một lý do khác cần nghiên cứu, tìm hiểu các kỹ thuật chuyển mạch trước đây đó là tính luân phiên của các công nghệ này Ví dụ trong các chuyển mạch tốc độ cao có xu hướng áp dụng các phần tử chuyển mạch không gian đơn giản nhất với điều khiển phân tán để

có được tốc độ chuyển mạch cao

I. KHÁI NIỆM

Chuyển mạch là qúa trình định tuyến, thiết lập kết nối và chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông Nói cách khác, chuyển mạch trong mạng viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng kết nối, chuyển tiếp thông tin Như vậy chuyển mạch gắn liền với lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO (International Organization for Standardization), quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch

Hình 1: Kỹ thuật Chuyển mạch (Switching Engineering)

II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1 Hệ thống chuyển mạch nhân công:

 Hai năm sau khi Alexader Graham Bell phát minh ra điện thoại (năm 1876), Hệ thống chuyển mạch đầu tiên được xây dựng ở New Haven, Mỹ vào năm 1878 Điện thoại viên đóng vai trò chuyển mạch

Manual exchange: (Tổng đài

quay tay)

Hình 2: Chuyển mạch nhân công

 Nhược điểm của hệ thống nhân công:

Phù hợp với các tổng đài dung lượng lớn, khả năng chọn đường dẫn thay thế

Hình 3: Chuyển mạch xoay

 Hệ thống chuyển mạch thanh chéo

- Năm 1937, hệ thống chuyển mạch thanh chéo ra đời.

- Thời gian chuyển mạch nhanh, ít lỗi, đơn giản.

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

Central Queue (Hàm đợi

Clean/select path (Đường (dẫn)

Sạch/ được lựa chọn)

Address path (địa chỉ đường

dẫn)

Data path (dữ liệu đường dẫn)

Clean & Select (xóa, chọn)

DataIn (dữ liệu vào)

DataOut(dữ liệu ra)

- Năm 1968 tổng đài

điều khiển số đầu tiên được xây dựng ở Châu Âu

- Hệ tổng đài này còn được gọi là tổng đài điều khiển bằng chương trình ghi sẵn SPC (Stored Program

Control)

Hình 5 Chuyển mạch PC (Tổng đài SPC)

 Các node chuyển mạch cho thông tin dữ liệu (ISDN)

- ISDN (Integrated Services Digital Network) là công nghệ băng hẹp được sử dụng rộng rãi, cho phép truyền dữ liệu

số hóa từ một hệ thống cuối (máy chủ) gia đình qua đường điện thoại ISDN tới một công ty điện thoại

- Ban đầu, ISDN được thiết kế cho việc truyền dữ liệu số giữa hai đầu của một hệ thống điện thoại, nó còn là một công

nghệ mạng quan trọng cho phép truy nhập tốc độ cao (ví dụ 128 Kbps) từ nhà tới một mạng dữ liệu (ví dụ Internet)

- Nhu cầu sử dụng thông tin dữ liệu phát triển mạnh, dẫn đến sự phân biệt giữa mạng chuyển mạch kênh và

dự liệu

- Chuyển mạch gói và Frame Relay.

Hình 6: Chuyển mạch dữ liệu (Switchig Data)

 Các node cho N-ISDN (Narrowband - Integrated Services Digital Network - Mạng đa dịch vụ tích hợp số băng thông hẹp)

- Năm 1976 ISDN bắt đầu được quy hoạch và phát triển

- Phát triển cho các mạng tích hợp dịch vụ, N-ISDN có thể được xem là sự kết hợp tổng đài điện thoại với

chuyển mạch dữ liệu

Hình 7 ISDN (Integrated Services Digital Network)

 Các node cho B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network - Mạng đa dịch vụ tích hợp số băng thông rộng)

- B- ISDN được thiết kế và xây dựng vào những năm 1990 nó được mở rộng phát triển hợp lý của ISDN

- Các hệ thống chuyển mạch trước chỉ đáp ứng được một trong hai điều kiện: băng thông, thời gian thực

B-ISDN cung cấp các dịch vụ yêu cầu băng thông và thời gian thực

- Đang được tiêu chuẩn hoá (ATM, MPLS).

Hình 8: Nhu cầu băng thông rộng

 Chuyển mạch quang (Switching Optical)

- Khái niệm:

+ Về nguyên lý, một chuyển mạch thực hiện chuyển lưu lượng từ một cổng lối vào hoặc kết nối lưu lượng trên một khối chuyển mạch tới một cổng lối ra Hệ thống chuyển mạch quang là một hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp quang hay các mạch quang tích hợp được chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch này tới một mạch khác

+ Tuỳ thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà các thông tin được trao đổi dưới dạng thời gian thực (chuyển mạch kênh) hoặc dưới dạng ghép kênh thông kê (chuyển mạch gói) Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin giữa 2 điểm Số liệu được truyền trên cùng một tuyến

và thông tin truyền đi trong thời gian thực Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đường nào đó Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi

- Phục vụ cho sự trao đổi thông tin tốc độ cao (hàng Gbits/s) Hướng tới mạng toàn quang (chuyển mạch điện

tử - điều khiển điện tử " chuyển mạch quang - điều khiển điện tử " chuyển mạch quang - điều khiển quang)

- Đặc điểm:

+ Băng tần rộng

Ưu điểm lớn nhất của việc đưa công nghệ quang vào hệ thống thông tin là tính thông suốt của nó đối với mọi tốc độ bít Một hệ thống chuyển mạch điện tử có khả năng thông qua nhiều gigabit nhờ ghép song song các phần tử chuyển mạch đơn, vì mỗi phần tử này chỉ có khả năng thông qua lớn nhất là 1 Gbit/s Trong khi

đó một chuyển mạch quang đơn lẻ có khả năng thông qua hàng trăm Gbit/s

+ Tốc độ bit cao

Tốc độ hoạt động của các các chuyển mạch điện tử bị hạn chế tới 20Gbit/s do hằng số thời gian CR của các mạch điện và rung pha (jitter) tín hiệu giữa các chuyển mạch song song Chuyển mạch quang điều khiển bằng điện tử cũng có tốc độ chuyển mạch hạn chế do các mạch điện Chuyển mạch pico giây (ps) có thể thực hiện trong chuyển mạch quang điều khiển quang

+ Nhiều bước sóng

Hệ thống ghép bước sóng (WDM) có băng tần rất rộng Ghép tần số điện tử (FDM) được sử dụng trong các

hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục Ghép bước sóng quang cung cấp dung lượng truyền dẫn lớn nhờ ghép các tín hiệu đã được ghép theo điện tử Đã có các hệ thống ghép hàng chục bước sóng đưa vào hoạt động trong miền bước sóng suy hao thấp của sợi quang Chuyển mạch bước sóng giữa các kênh ghép bước sóng đang được triển khai trên một số hệ thống WDM

+ Tiêu thụ công suất thấp

Các thiết bị chuyển mạch ứng dụng hiệu ứng điện - quang để thay đổi chiết xuất không sinh nhiệt Đây là ưu điểm đối với hoạt động công suất thấp Từ quan điểm hệ thống chuyển mạch toàn bộ phải kể đến công suất tiêu thụ của mạch điều khiển Nếu dùng điều khiển quang thay cho điều khiển điện tử thì tổng công suất tiêu thụ của chuyển mạch giảm đáng kể

+ Ít chức năng

Chuyển mạch quang có ít chức năng hơn chuyển mạch điện tử Chuyển mạch quang có thế mạnh trong các hoạt động chuyển mạch đơn giản có tốc độ cao và khả năng thông qua lớn Tuy nhiên chuyển mạch điện tử phải được ưu tiên hơn trong các chức năng như đọc các tín hiệu đầu đề (header), điều khiển định tuyến Trong công nghệ quang hiện đại, thiết bị nhớ quang tốc độ cao không thể thiếu trong điều khiển định thời các xung quang sử dụng dây trễ sợi quang có cấu trúc đơn giản hơn RAM điện tử

Biểu đồ lịch sử triển của các hệ thống chuyển mạch

 Chuyển mạch nhãn đa giao thức

I. Chuyển mạch kênh ( Circuit Switching)

 Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin bằng cách cấp kênh dẫn trực tiếp giữa các đối tượng sử dụng

 Xử lý thông tin (cuộc gọi, …) tiế hành qua 3 giai đoạn:

- Thiết lập đường dẫn dựa vào nhu cầu trao đổi thông tin;

- Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao đổi thông tin;

- Giải phóng kênh dẫn khi đối tượng sử dụng hết nhu cầu trao đỏi thông tin.

Hình 10: Chuyển mạch kênh (Circuit Switching)

 Đặc điểm:

- Thực hiện trao đổi thông tin giữa các user trên trục thời gian thực;

- Các user làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đỏi;

- Hiệu xuất thấp;

- Yêu cầu độ chính xác thông tin cao;

- Nội dung trao đổi mang thông tin địa chỉ;

- Khi lưu lượng tăng đến ngưỡng nào đó thì các sự trao đổi thông tin mới có thể bị khóa, mạng từ chối mọi

yêu cầu kết nối mới đến khi có thể

II. Chuyển mạch Tin (Message Switching):

 Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin giữa các bản tin như điện tín, thư điện tử, file;

 Thiết bị đầu cuối gởi đến node chuyển mạch bản tin mang thông tin địa chỉ đích;

 Tại đây, bản tin được thu nhận, xử lý (chọn đường) rồi sắp hàng chờ truyền đi Phương pháp này gọi là store and forward.

Hình 12: Chuyển mạch tin (Message Switching)

 Thời gian trễ:

Td =tnhận+ txử lý +tsắp hàng

 Đặc điểm:

- Không có mối liên hệ thời gian thực giữa các user;

- Kênh dẫn không dành riêng cho các user (dùng chung đườngtruyền);

- Hiệu suất cao;

- Yêu cầu độ chính xác;

- Nội dung có địa chỉ;

- Áp dụng cho số liệu;

- Vẫn chấp nhận cuộc gọi mới trong khi lưu lượng mạng đang cao.

III. Chuyển mạch gói (packet switching)

 Là loại chuyển mạch mà ở đó các bản tin được chia thhàn nhiều gói tin khác nhau, được kết nối và truyền trên nhiều đường truyền khác nhau

 Bản tin được chia thành các gói với chiều dài xác định, mỗi gói có phần header mang thông tin địa chỉ và thứ tự gói

 Mỗi gói đi qua các node được tiến hành theo phương pháp store and forward như chuyển mạch tin

 Tại đầu thu tiến hành sáp xếp các gói trở lại

Hình 11: Chuyển mạch gói (packet switching)

 Trong các gói luôn có trường kiểm tra để đảm bảo gói truyền không lỗi qua từng chặng

 Đặc điểm:

- Trao đổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn chuyển mạch tin;

- Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn;

- Hiệu suất cao;

- Thích hợp truyền số liệu;

- Việc kiểm tra lỗi từng chặng là đảm bảo gói truyền không lỗi nhưng lại làm giảm tốc độ truyền gói qua

mạng;

- Băng thông thấp, tốc độ thấp;

- Phù hợp với mạng truyền dẫn chất lượng thấp.

IV. Chuyển mạch khung (Frame Switching)

 Chuyển mạch khung về cơ bản dựa trên chuyển mạch gói, nhưng bản tin được chia thành các khung có kích thước xác định;

 Hạn chế chức năng kiểm tra lỗi và điều khiển luồng;

 Tốc độ truyền dẫn được cải thiện đáng kể so với chuyển mạch gói;

 Hoạt động chủ yếu ở lớp 2, với mục đích lớn nhất là tạo mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) cho khách hàng;

 Băng thông không cố định cho user mà được phân phối một cách linh hoạt;

 Phức tạp do tốc độ bit thay đổi;

 Khả năng đến 40Mbps so với 2Mbps của chuyển mạch gói

Hình 13: Chuyển mạch khung ( Frame Switching)

V. Cuyển mạch tế bào (Cell Switching)

 Cell là một gói dữ liệu nhỏ có kích thước cô định

 Các loại chuyển mạch kể trên không đáp ứng được yêu cầu băng thông và thời gian thực của một số dịch vụ;

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

 Xử lý nhanh;

 Chuyển tiếp nhanh;

 Tốc độ đạt đến 600Mbps;

 Khả năng phục vụ các dịch vụ tốc độ bit thay đổi và cố định;

 Tính thời gian thực hướng đến chuyển mạch kênh

VI. Chuyển mạch ATM ( Asynchronuos Transser Mode - Chế độ truyền không đồng bộ)

 Là hệ thống chuyển mạch gói tiên tiến, có thể truyền đồng thời dữ liệu, âm thanh và hình ảnh số hoá trên cả mạng LAN và mạng WAN

 Đây là một trong những phương pháp kết nối mạng WAN nhanh nhất hiện nay, tốc độ đạt từ 155 Mbit/s đến 622 Mbit/s Trên thực tế, theo lý thuyết nó có thể hỗ trợ tốc độ cao hơn khả năng hiện thời của các phương tiện truyền dẫn hiện nay Tuy nhiên, tốc độ cao có nghĩa là chi phí cũng cao hơn, ATM đắt hơn nhiều so với ISDN, X25 hoặc FrameRelay Các đặc trưng của ATM bao gồm:

- Sử dụng gói dữ liệu (cell) nhỏ, có kích thước cố định (53 byte), dễ xử lý hơn so với các gói dữ liệu có kích

thước thay đổi trong X.25 và Frame Relay.53 bytes gồm 48 byte dữ liệu và 5 byte header;

- Tốc độ truyền dữ liệu cao, theo lý thuyết có thể đạt 1,2 Gbit/s

- Chất lượng cao, độ nhiễu thấp nên gần như không cần đến việc kiểm tra lỗi

- Có thể sử dụng với nhiều phương tiện truyền dẫn vật lý khác nhau ( cáp đồng trục, cáp dây xoẵn, cáp sợi

quang)

- Có thể truyền đồng thời nhiều loại dữ liệu

 Hai tổ chức chuẩn hóa ATM quan trọng nhất là ITU-T và ATM Forum ITU-T nghiêng về định nghĩa UNI (user network interface) công cộng trong khi ATM forum tập trung chuẩn hóa UNI riêng Ở Việt Nam cũng sử dụng ATM theo chuẩn của ATM Forum nhưng hiện nay chuyển sang MPLS

VII. Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS (Multi Protocol Label Switching)

 MPLS là một phương thức được cải tiến cho việc chuyển tiếp các gói tin trong mạng bằng cách sử dụng các nhãn được gắn thêm vào trong các gói tin IP (IP packet) Các nhãn được chèn vào giữa header của lớp 3 và header của

lớp 2 trong trường hợp sử dụng kỹ thuật dựa trên khung lớp 2 Đối với các kỹ thuật dựa trên tế bào như ATM, thì

nó sẽ chứa cả trường VPI và VCI

 MPLS là sự kết hợp của kỹ thuật chuyển mạch lớp 2 và kỹ thuật định tuyến lớp 3 Mục tiêu chính của MPLS là

tạo ra một cấu trúc mạng mềm dẻo để cung cấp cho đặc tính mở rộng và ổn định của mạng Điều này bao gồm kỹ thuật điều khiển lưu lượng và khả năng hoạt động của VPN và có liên quan đến Chất lượng dịch vụ (QoS) với nhiều lớp dịch vụ (Cos)

 Trong mạng MPLS, các gói tin vào được gán nhãn bởi một Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ở biên (Edge Label

Switched Router – Edge LSR) Các gói tin được gửi theo một đường chuyển mạch nhãn (Label Switched Path - LSP), đây là con đường mà mỗi LSR sử dụng để chuyển tiếp dựa trên các đối xử riêng biệt cho từng nhãn Tại mỗi chặng, LSR gỡ bỏ các nhãn có sẵn và thêm vào một nhãn mới, sau đó thông báo cho chặng kế tiếp để biết để chuyển tiếp gói tin Nhãn sẽ được gỡ bỏ tại LSR biên và gói tin sẽ tiếp tục được chuyển tiếp đến đích cần đến

 Internet đang phát triển rất mạnh và là điều không thể thiếu trong cuộc sống

 Các dịch vụ mới đa số đều áp dụng trên IP (Internet Protocol), nhưng Internet gặp trở ngại về thời gian thực và

băng thnông

 Giải pháp IP over ATM được đề xuất nhưng cũng gặp khó khăn trong kỹ thuật

 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiple Protocol Label Switching) đơn giản hóa cho việc chuyển tiếp

cho các router bên trong

1 Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch kênh:

a Nguyên lý chuyển mạch kênh

- Chuyển mạch kênh là phương thức chuyển mạch thực hiện việc cung cấp kênh dẫn riêng cho người dùng (cặp

thiết bị đầu cuối) theo yêu cầu dưới sự điều khiển của các bộ xử lý hoặc máy tính, kênh truyền giữa người dùng (cặp thiết bị đầu cuối) được thiết lập và giành riêng cho việc trao đổi thông tin giữa hai ngưiờ dùng (thuê bao) này, các hoạt động trao đổi thông tin giữa các người dùng (thuê bao) khác được tiến hhàn trên các kênh truyền khác nhau, độc lập với nhau;

- Kênh truyền này có thể được hiểu là tập hợp các đoạn mạch do các thiết bị chuyển mạch và các kênh được phân

phối trên các tuyến truyền dẫn tạo ra một tuyến truyền tín hiệu nối tiếp nhau từ mạch điện của thuê bao chủ gọi tới mạch điện của thuê bao bị gọi;

- Tín hiệu đi qua kênh dẫn thông thường là tín hiệu PCM được ghép kênh với tốc độ cao nhằm tăng khả năng của

hệthống;

- Việc ghép kênh được thực hiện trên cơ sở phân chia theo thời gian TDM (trược đay là FDM) nên mỗi kênh được

chứa trong khe thời gian tương ứng;

- Nhiệm vụ chuyển mạch là chuyển đổi nội dung giữa các khe thời gian ngõ vào và ngõ ra.

Hình 8-1: Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch Kênh

INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/vi/f/fa/Chuyenmach.gif" \* MERGEFORMATINET

- Mạng chuyển mạch có thể bao gồm nhiều nút (hay trạm nối dây) Mỗi nút và mỗi đầu cuối đều được địa chỉ hoá

Nguồn gửi thông tin sẽ yêu cầu nối mạng tới một địa chỉ đích

- Các nút mạng sẽ tự động tìm ra các nút trung gian để nối thành một mạch dẫn từ nguồn tới đích một cách liên tục

theo thuật toán đã định sẵn (quá trình này sẽ lâu hơn nếu hai máy nguồn và máy đích cách nhau qua nhiều nút trung gian hơn) Trường hợp một trong các nút trung gian không thể hoàn tất việc nối mạch thì tín hiệu bận (busy) có thể được chuyển về từ nút đó

- Trong thực tế, mỗi nút đều có sẵn một bảng ghi nhận các địa chỉ và các nút tương ứng gọi là bảng chuyển tiếp

(forwarding table) Bảng này được cập nhật mỗi khi có thêm nút mới hay địa chỉ mới Do đó, các nút chỉ việc yêu cầu nối dây với đường ra thích hợp dựa vào bảng này mỗi khi có lệnh thiết lập đường nối từ ngõ vào tới một địa chỉ bất kì

- Nếu máy đích chấp thuận, và việc nối mạch với máy đích hoàn tất thì tín hiệu thông mạch (hay tính hiệu chấp

thuận) sẽ được trả về Ngược lại tín hiệu hết thời lượng (timeout) sẽ được gửi về máy chủ

- Máy chủ bắt đầu trao đổi thông tin hay huỷ bỏ việc trao đổi Các nút mạng cũng sẽ tự huỷ bỏ đường nối, giải

phóng các nút cho các yêu cầu nối-chuyển khác

b Đặc điểm của chuyển mạch kênh:

- Độ tin cậy rất cao: một khi đường nối đã hoàn tất thì sự thất thoát tín hiệu gần như không đáng kể

- Băng thông cố định Đối với kiểu chuyển mạch này thì vận tốc chuyển thông tin là một hằng số và chỉ phụ thuộc vào đặc

tính vật lý cũng như các thông số cài đặt của các thiết bị

- Thiết lập kênh truyền rồi mới truyền thông tin trên kênh đã được thiết lập;

- Hệ thống chuyển mạch không kiểm soát thông tin trên kênh đã thiết lập;

- Thông tin không bị trễ hoặc bị trễ không đáng kể và không gây ra rung pha

- Trễ đều cho mọi thành phần tín hiệu của mỗi cuộc gọi do đó phù hợp với dịch vụ thời gian thực;

- Các thiết bị chuyển mạch kênh có thể là các bộ chuyển mạch không gian (S-Switch) truyền tín hiệu liên tục, các

bộ chuyển mạch thời gian (T-Switch) cho tín hiệu PAM hoặc là các bộ chuyển mạch số cho tín hiệu PCM hay chỉ đơn giản là các bộ nối chuyển;

c Phân loại chuyển mạch kênh

- Tên gọi chuyển mạch kênh thể hiện ở nguyên lý hoạt động của mạng Khi phục vụ một cuộc liên lạc giữa hai

thiết bị đầu cuối nào đó thì một kênh thông tin (đơn công hoặc song công tuỳ thuộc hình thức liên lạc) hoặc một tuyến nối được thiết lập xuyên qua mạng từ mạch điện của thiết bị đầu cuối này tới mạch điện của thiết bị đầu cuối kia Kênh thông tin hoặc tuy?n nối đ? tồn tại dành riêng cho cuộc liên lạc đó suốt từ khi bắt đầu tới khi kết thúc cuộc gọi Các cuộc gọi được tiến hành đồng thời qua mạng phải được phục vụ trên các kênh độc lập nhau

- Trong lịch sử phát triển kỹ thuật chuyển mạch một số phương thức chuyển mạch kênh đã được áp dụng trong các

hệ thống tổng đài, đó là: chuyển mạch phân kênh

Hình 8- 2: Phân loại chuyển mạch kênh

theo không gian dùng cho tín hiệu liên tục, chuyển mạch phân kênh theo thời gian đối với tín hiệu rời rạc hoá (tín hiệu điều biên xung PAM - Pulse Amplitude Modulation), chuyển mạch số PCM (cho tín hiệu điều chế xung mã PCM -Pulse Code Modulation) Thống kê các loại chuyển mạch kênh được chỉ ra trên hình 3-2 ( Phân loại chuyển mạch kênh)

- Các thiết bị chuyển mạch không gian tương tự có đặc điểm là trên tuyến nối đã được thiết lập giữa hai thuê bao

có thể truyền tín hiệu theo cả hai hướng, nghĩa là có thể phục vụ cuộc gọi song công trên hai dây và có thể cho qua cả tín hiệu analog và tín hiệu digital, thậm cho cả tín hiệu rời rạc PAM

- Nguyên lý chuyển mạch PAM dựa trên việc phân chia các khe thời gian Một phần tử chuyển mạch có thể phục

vụ cho nhiều cuộc gọi được tiến hành đồng thời theo nguyên tắc cho tín hiệu của các cuộc gọi khác nhau qua nó trong các khe thời gian khác nhau theo từng chu kỳ Tín hiệu qua phần tử chuyển mạch là tín hiệu đã được rời rạc hoá có chu kỳ lặp của các xung điều biên bằng với chu kỳ lặp các khe dành cho từng mạch cho tín hiệu của mỗi cuộc gọi đi qua Tuy các chuyển mạch PAM không được áp dụng một cách rộng rãi do nhiều hạn chế của chúng, nhưng chúng cũng tạo nền tảng cho công nghệ chuyển mạch tiên tiến hơn sau này mà hiện đang được sử dụng rộng rãi đó là các chuyển mạch số PCM

- Các xung điều biên của tín hiệu PAM rất mảnh (hẹp), công suất tín hiệu rất nhỏ, vì vậy trong truyền dẫn rất dễ bị

tác động của các tín hiệu khác làm biến dạng, từ đó, việc khôi phục lại dạng ban đầu gặp nhiều khó khăn và kỹ thuật PCM khắc phục nhược điểm này rất hiệu quả Trong kỹ thuật số hoá tín hiệu PCM, các xung PAM còn trải qua các công đoạn lượng tử và mã hoá Mỗi xung điều biên được mã hoá bằng một tổ hợp các bít tương ứng và sau đó chúng được truyền dưới dạng các tổ hợp bít đó Tại đầu thu, từ các tổ hợp bít thu được sẽ khôi phục lại dạng của tín hiệu đã được truyền đi gần đúng với tín hiệu gốc Việc chuyển mạch tín hiệu PCM cũng được thực hiện theo nguyên lý phân khe thời gian Có các loại bộ chuyển mạch PCM cơ bản đề là chuyển mạch thời gian số Tsw-Time switch và chuyển mạch không gian số Ssw-Space switch, chúng khác nhau về cấu tạo và tính năng Mạng chuyển mạch của từng tổng đài được xây dựng trên cơ sở kết hợp các Tsw và Ssw theo một trong các cấu hình T, TS, ST, TST, TSST, STS;

Hinh: 8- 5: Thực hiện bằng bộ trễ

Hình 8 -3 Chuyển mạch T và chuyển mạch S

 Chuyển mạch thời gian T (Time Switch)

- Chuyển mạch thời gian là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi nội dung giữa hai khe thời gian trên cùng

một tuyến PCM

-Hinh: 8- 4: Chuyển mạch T

- Phương pháp thực hiện:

+ Trên đường truyền dẫn của tín hiệu, đặt các đơn vị trễ

có thời gian trễ băng thời gian củamột khe thời gian

Nhược điểm:

+ Hiệu quả kém;

+ Giá thành cao;

+ Khó thực hiện;

- Thực hiện chuyển mạch T dùng bộ nhớ đêm:

+ BM ghi các khe thời gian của tuyến PCM vào các ô nhớ tương ứng CM điều khiển việc ghi (hoặc đọc) ô nhớ của BM Bộ đếm khe thời gian là bộ đếm chu kỳ, với chu kỳ bằng số khe thời gian trên tuyến PCM

+ Dung lượng BM:

CBM =b.R bits

+ Dung lượng CM:

CCM =R.log2R bits

+ Với b: số bit mã hoá,

+ R: số khe thời gian trong một khung

- Điều khiển tuần tự

+ Điều khiển tuần tự điều khiển việc đọc (hoặc ghi) vào các ô nhớ của bộ nhớ BM một cách liên tiếp

Hinh: 8- 6: Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm