Phân tích phân hệ ứng dụng tổng đài SPC

Phát triển và hiện đại thông tin đang là yêu cầu bức xúc của nước ta. Để tiến tới phát triển công nghệ thông tin đa dạng, phong phú nổi bật là mạng số đa dịch vụ ISDV (Intergrated Service Digital Network). Thông tin số đóng vai trò quan trọng trong mạng viễn thống hiện nay. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của mạng viễn thông trên thế giới ngành Bưu Chính Viễn Thông Việt Nam. Hoà chung với nhịp phát triển của thế giới, cùng bước chung trên xa lộ thông tin. Trong đó hệ thống chuyển mạch số đóng vai trò quan trọng trong mạng viễn thông. Trên cơ sở đó, đồ án của em xin được đề cập tới các nội dung như sau: Tổng quan về tổng đài SPC Phân tích phân hệ ứng dụng Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Hoàng Mạnh Thắng cùng với các thầy cô trong bộ môn điện tử tin học và với sự cố gắng của bản thân em đ• hoàn thành bản đồ án này. Vì vậy do điều kiện thời gian và trình độ có hạn bản đồ án của em không tránh khỏi thiếu xót rất mong sự chỉ bảo đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Hoàng Mạnh Thắng.

§å ¸n tèt nghiÖp PhÝ Hoµng Qu©n môc lôc 1 Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân Lời nói đầu Phát triển và hiện đại thông tin đang là yêu cầu bức xúc của nớc ta. Để tiến tới phát triển công nghệ thông tin đa dạng, phong phú nổi bật là mạng số đa dịch vụ ISDV (Intergrated Service Digital Network). Thông tin số đóng vai trò quan trọng trong mạng viễn thống hiện nay. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của mạng viễn thông trên thế giới ngành Bu Chính Viễn Thông Việt Nam. Hoà chung với nhịp phát triển của thế giới, cùng bớc chung trên xa lộ thông tin. Trong đó hệ thống chuyển mạch số đóng vai trò quan trọng trong mạng viễn thông. Trên cơ sở đó, đồ án của em xin đợc đề cập tới các nội dung nh sau: Tổng quan về tổng đài SPC Phân tích phân hệ ứng dụng Đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Hoàng Mạnh Thắng cùng với các thầy cô trong bộ môn điện tử tin học và với sự cố gắng của bản thân em đã hoàn thành bản đồ án này. Vì vậy do điều kiện thời gian và trình độ có hạn bản đồ án của em không tránh khỏi thiếu xót rất mong sự chỉ bảo đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Hoàng Mạnh Thắng. Xin cảm ơn khoa Điện tử - Viễn thông trờng đại học Bách Khoa Hà Nội. Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2002 Sinh viên thực hiện Phí Hoàng Quân 2 Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân phần I Giới thiệu tổng quan về tổng đài Spc I-Hệ thống tổng đài số Khái niệm về tổng đài số. Mạng lới viễn thông đợc thiết lập để chuyển tải các tín hiệu thông tin từ nới này đến nơi khác. Những bộ phận chủ yếu của một mạng lới là các nút(node), hoặc các trung tâm chuyển mạch và các đờng truyền dẫn. Tính phức tạp của một mạng viễn thông là ở nhiệm vụ truyền tải một khối lợng lớn của lu thoại viễn thông trên một số các nút mạng và một số các đờng truyền dẫn. Vì vậy, các mạng viễn thông đã thay đổi từ chỗ cực kỳ đơn giản đến mức độ vô cùng phức tạp. Chức năng quan trọng nhất của mạng viễn thông là cung cấp dịch vụ điện thoại. Cho nên, khi đề cập đến mạng viễn thông với các trung tâm chuyển mạch(các tổng đài) và các tuyến truyền dẫn cũng xem nh đề cập đến mạng điện thoại nói chung với các loại hình dịch vụ của nó. Mạng điện thoại cung cấp các phơng tiện cho thông tin tiếng nói nh từ khi nó mới xuất hiện, cách đây hàng trăm năm với các mạng nội bộ nhỏ. Ngày nay mạng điện thoại đã phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ. Các mạng nội bộ đã trở thành mạng quốc gia và đã hình thành mạng quốc gia liên kết để cung cấp dịch vụ trên toàn thế giới. Mạng viễn thông quốc tế cho phép kết nối 2 thuê bao bất kỳ trên thế giới với nhau và cung cấp đợc nhiều dịch vụ với tiêu chuẩn tơng thích cao. Các trung tâm chuyển mạch tổng đài điện thoại-là các nút của mạng lới viễn thông, chúng làm nhiệm vụ chuyển mạch- kết nối các cuộc gọi cho các thuê bao trên mạng. Do nhu cầu ngày càng lớn về chất lợng, dịch vụ và dung lợng của mạng, nên các trung tâm chuyển mạch cũng đợc mở rộng và phát triển để đáp ứng cho những nhu cầu đo. Ngày nay các hệ thống tổng đài điện thoại số đã dần thay thế cho các tổng đài cũ, mở ra một thời kỹ mới cho các ứng dụng dịch vụ viễn thông vào cuộc sống. Một tổng đài điện thoại hiện đại, với việc ứng dụng công nghệ chuyển mạch số, đã tạo nên sự tác động chủ yếu vào mạng viễn thông thế giới, đem lại nhiều lợi thế về đặc trng kỹ thuật và nhiều lợi ích về kinh tế. Ngoài ra, tổng đài điện tử số đợc xây dựng từ sự kết hợp giữa công nghệ máy tính, công nghệ điện tử với kỹ thuạt hiện điện thoại, cho nên, về 3 Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân mặt công nghệ và kỹ thuật ứng dụng cho các tổng đài điện thoại số cũng không ngừng phát triển. Sự phát triển này đợc thúc đẩy bởi mong muốn cải thiện chất lợng, tăng cờng khả năng duy trì hoạt động, tính mềm dẻo và giảm giá thành của hệ thống tổng đài nhờ việc khai thác những u điểm nổi bật trong sự tiến hoá nhanh chóng của các công nghệ điện tử và máy tính. ứng dụng trứơc tiên của các thiết bị điện tử và tổng đài số là trong lĩnh vực chuyển mạch số và điều khiển. Trong các hệ thống tổng đài mới đã sử dụng những ma trận chuyển mạch bán dẫn số, dung lợng lớn tốc độ cao. Các giao tiếp đờng dây thuê bao với khả năng kiểm soát điện áp cao và dòng chuông lớn cũng đợc sử dụng bằng những linh kiện bán dẫn. Hệ thống điều khiển của tổng đài là sự kết hợp những mức độ khác nhau của công nghệ điều khiển máy tính. Các chíp vi xử lý đã đợc sử dụng trong hệ thống điều khiẻn tổng đài và cả hệ thống hoạt động theo một chơng trình lu trữ sẵn(SPC). Nh vậy, trong một số tổng đài số đã đợc sử dụng vào quá trình điều khiển này tạo nên tính mềm dẻo cao cho cho cấu trúc phần cứng cũng nh cho hoạt động của tổng đài. Nhờ tính mềm dẻo cao mà tổng đài điện tử số có khả năng biến đổi tình trạng của thiết bị bằng việc thay đổi giữ liệu để đáp ứng một cách nhanh chóng những điều kiện thực tế của mạng lói chẳng hạn nh, phơng án định tiến có thể thay đổi để các cuộc gọi chọn tuyến vòng tránh đợc nghẽn mạch trong mạng lới. Mặt khác, tính mềm dẻo cao của tổng đài còn là khả năng để các tổng đài đã đợc thiết lập có thể đợc mở rộng mà không làm ngng trệ sự phục vụ. Điều này cho phép những phơng tiện và năng lực công nghệ mới không đợc biết hoặc không đợc xác định trớc có thể đợc đa vào sử dụng trong đời của một hệ thống tổng đài. Một vài sự nâng cấp đó có thể đạt đợc một cách đơn thuần bằng sự kết hợp phần mềm mới,một số sự nâng cấp khác lại có thể đạt đợc bằng việc thêm vào những phần cứng mới. Về cơ bản tổng đài số gồm một mạng chuyển mạch, thiết bị báo hiệu và một bộ điều khiển hình 1. Mạch đầu vào Mạch đầu ra 4 Chuyển mạch thời gian Thiết bị báo hiệu Thiết bị báo hiệu Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân Hình 1: Để điều khiển các tổng đài số ngời ta sử dụng nguyên lý điều khiển bằng chơng trình lu trữ sẵn (SPC-Stored Program control) và các tổng đài số hoạt động theo nguyên lý điều khiển này còn đợc gọi là tổng đài điện thoại số SPC (SPC-Digital Telephone Exchange). Trong một số tổng đài điện thoại số SPC. Một máy tính đợc sử dụng làm bộ điều khiển và việc vận hành chuyển mạch đợc thực hiện bằng chơng trình và số liệu lu trong bộ nhớ. Với sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn, các chức năng của tổng đài điện thoại số SPC đã đợc phát triển và bộ điều khiển đợc chế tạo gọn hơn và hiện nay nó hoạt động với tốc độ rất cao. Tuy nhiên, theo yêu cầu phát triển đa dạng các dịch vụ, chơng trình tổng đài cũng ngày càng trở nên lớn hơn và mạnh hơn. Mạch đầu vào Mạch đầu ra Hình 2: Hiện nay, tất cả các tổng đài số đang đợc sử dụng trên mạng viễn thông nói chung và đặc biệt trên mạng viễn thông Việt Nam hầu hết đều hoạt động theo nguyên lý của tổng đài điện thoại số SPC. Cho nên, khi nói đến tổng đài điện thoại số là nói đến tổng đài điện thoại số SPC. Do đó trong phần tổng quan về hệ thống chuyển mạch này cũng chỉ đề cập đến tổng đài điện thoại số SPC . Cấu hình này gồm có: Phân hệ điều khiển trung tâm(Phân hệ CP), phân hệ chuyển mạch nhóm (phân hệ SP), các tầng giao tiếp đầu cuối thuê bao- trung kế và các thiết bị đồng bộ mạng. 5 Bộ điều khiển Chuyển mạch thời gian Thiết bị báo hiệu SPC Thiết bị báo hiệu Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân II-tổng quan về tổng đài spc II-I. Đặc điểm của tổng đài SPC ở các tổng đài làm việc theo nguyên lý điều khiển theo các chơng trình ghi sẵn (Stored Program Controled SPC)Ngời ta sử dụng các bộ sử lý giống nh các máy tính để điều khiển hoạt động của tổng đài. Tất cả các chức năng điều khiển đợc đặc trng bởi một loạt các lệnh đã ghi sẵn ở trong các bộ nhớ. Ngoài ra các số liệu trực thuộc tổng đài nh các số liệu thuê bao, các bảng phiên dịch địa chỉ, các thông tin về tạo tuyến, tính cớc, thống kê, .cũng đợc ghi sẵn trong các bộ nhớ số liệu.Qua mỗi bớc sử lý gọi sẽ nhận đợc một sự quyết định tơng ứng với mỗi loại nghiệp vụ đó.Nguyên lý chuyển mạch nh vậy gọi là chuyến mạch điều khiển theo chơng trình ghi sẵn SPC. Các chơng trình và số liệu ghi trong các bộ nhớ có thể thay đổi đợc khi cần thay đổi nguyên tắc điều khiển hay tính năng của hệ thống.Nhờ vậy ngời quản lý có thể linh hoạt trong quá trình điều hành tổng đài. Nh ta đã biết máy tính hay bộ sử lý số có năng lực sử lý hàng chục ngàn tới hàng triệu lệnh mỗi giây.Vì vậy khi ta sử dụng nó vào chức năng điều khiển tổng đài thì ngoài công việc điều khiển chức năng chuyển mạch thì cùng một bộ sử lý có thể điều hành các chức năng khác.Vì các chơng trình điều khiển và số liệu ghi trong các bộ nhớ có thể thay đổi dễ dàng, mang tính tức thời nên công việc điều hành để đáp ứng các nhu cầu của thuê bao trở nên dễ dàng cả công việc đa vào dịch vụ mới cho thuê bao và thay đổi các dịch vụ cũ đều dễ dàng thực hiện thông qua các lệnh trao đổi ngời máy.Chẳng hạn nh cần khôi phục lại nghiệp vụ cho thuê bao quá hạn thanh toán cớc hoặc thay đổi từ phơng thức chọn số đa tần ta chỉ việc đa vào hồ sơ thuê bao các số liệu thích hợp thông qua các thiết bị vào ra dùng bàn phím. Khả năng điều hành để đáp ứng nhanh và có hiệu quả đối với các yêu cầu của thuê bao đã thực sự trở nên quan trọng trong hiện tại và tơng lai.Tổng đài điện tử SPC đáp ứng đầy đủ yêu cầu này ở một số dịch vụ đặc biệt thuê bao có thể thực hiện đợc bằng các thao tác từ máy thuê bao nh yêu cầu gọi chuyển chon số địa chỉ ngắn báo thức . Công tác điều hành và bảo dỡng cụm tổng đài SPC trong một vùng mạng rất quan trọng.Nhờ có trung tâm điều hành và bảo dỡng đợc trang bị các thiết bị trao đổi ngời máy cũng với hệ thống sử lý mà công việc này đợc thực hiện dễ dàng. Ngoài công việc điều hành và bảo dỡng các tổng đài. 6 Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân Trung tâm này còn bao quát cả các công việc quản lý mạng nh lu lợng các tuyến và và sử lý đờng vòng. Tại đây cũng nhận đợc các thông tin về cớc, hỏng hóc, sự cố, từ các tổng đài khu vực cũng từ đây các phép đo kiểm cũng đợc thực hiện tại các tổng đài nhờ phát đi các lệnh. Tơng tự nh vậy những sự thay đổi về dịch vụ cũng có thể đợc tạo ra nhờ các trung tâm sử lý tín hiệu này. Nhờ vậy công tác điều hành mạng lới trở nên có hiệu quả hơn. Vì các bộ sử lý có khả năng hoàn thành các công việc ở tốc độ rất cao nên nó có đủ thời gian để chạy các chơng trình th vòng để phát hiện rỗi tự động.Vì vậy không cần chi phí thời gian và nhân lực phục vụ các phép đo thử này. II-2. Xu hớng sử dụng các bộ sử lý II-2-1 Điều khiển tập trung ở một số tổng đài SPC tất cả các thiết bị điều khiển có thể thay thế bằng một bộ xử lý.Vì vậy bộ xử lý này phải có công suất đủ lớn để nó có thể xử lý hàng trăm cuộc gọi trong một giây, ngoài ra nó phải hoàn thành các công việc điều hành và bảo dỡng khác, từ đó việc tập trung hóa hoàn toàn chức năng điều khiển cũng có nhợc điểm vì phần mềm của bộ sử lý trung tâm rất cồng kềnh phức tạp và khó có độ tin cậy cao. Hơn nữa nó không thể đảm bảo độ an toàn cho hệ thống sẽ bị ảnh hởng lớn khi bộ sử lý xảy ra sự cố.Điều hạn chế này có thể đợc khắc phục nhờ phơng thức điều khiển phân tán. II-2-2.Điều khiển phân tán. ở phơng thức điều khiển phân tán một số chức năng sử lý gọi nh đo thử đờng dây thuê bao phân phối báo hiệu.Điều khiển đầu nối có thể giao cho các bộ xử lý ngoại vi có một nhiệm vụ riêng và thờng đợc điều khiển bởi bộ xử lý trung tâm.Vì các bộ xử lý ngoại vi chỉ thực hiện một chức năng nên các ch- ơng trình của nó đơn giản và ít ảnh hởng từ các nhân tố khác hơn so với khi nó nằm ở bộ sử lý trung tâm.Vì vậy các bộ nhớ chơng trình có liên quan không cần thay đổi (Có thể sử dụng các bộ nhớ ROM). Thêm vào đó phơng thức điều khiển phân tán cũng dễ dàng tạo ra hệ thống theo kiểu cấu trúc module. Cấu trúc này tạo điều kiện dễ dàng phát triển dung lợng hệ thống. 7 Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân Phần II: nguyên lý cấu tạo tổng đài SPC II-1: Sơ đồ cấu tạo Tuy có khác nhau nhiều giữa các tổng đài điện tử hiện đang sử dụng trên thế giới.Nhng tất cả các hệ thống đều giống nhau, về cơ cấu phân bố các khối chức năng .Sơ đồ khối đơn giản của một tổng đài SPC nh mô tả ở hình. -Thiết bị kết cuối: bao gồm các mạch điện thuê bao, mạch trung kế, thiết bị tập trung và sử lý tín hiệu -Thiết bị chuyển mạch: bao gồm các tầng chuyển mạch thời gian không gian hoặc ghép hợp. -Thiết bị ngoại vi và kênh riêng hợp thành thiết bị ngoại vi báo hiệu kênh chung để xử lý thông tin báo hiệu liên tổng đài theo mạng lới báo hiệu kênh chung.Còn thiết bị báo hiệu kênh riêng để xử lý thông tin báo hiệu kênh riêng. -Ngoại vi chuyển mạch các thiết bị phân phối báo hiệu, thiết bị dò thử, thiết bị điều khiển nối hợp thành thiết bị ngoại vi chuyển mạch.Đây là thiết bị ngoại vi cho hệ thống điều khiển. -Thiết bị điều khiển trung tâm:Bộ xử lý trung tâm cùng với các bộ nhớ của nó tạo thành bộ điều khiển trung tâm. -Thiết bị trao đổi ngời 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 dỡng tổng đài. Ngoài ra ở các tổng đài khu vực của mạng công cộng, các tổng đài chuyển tiếp quá giang và các tổng đài của quốc tế còn có các khối chức năng khác, thống kê, đồng bộ mang, trung tâm xử lý tin, thiết bị giao tiếp thuê bao xa II-2.Nhiệm vụ của các khối chức năng. II-2-1.thiết bị đầu cuối gồm các mạch kết cuối thuê bao, kết cuối chung kế tơng tự và kết cuối chung kế số. Khối mạch kết cuối thuê bao gồm: 8 Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân -Mạch điện đờng dây thuê bao làm nhiệm vụ Borsht.Tức là nhiệm cấp nguồn cho đờng dây thuê bao (battery)bảo vệ quá áp cho thiết bị (over voltage protection)cấp tín hiệu chuông(Ring), giám sát trạng thái(Supervision), sai động(Hybrid)và đo thử (test). -Khối mạch tập trung thuê bao để làm vi tập trung tải cho nhóm đờng thuê bao. Có thể sử dụng mạch tập chung tơng tự hoặc mạch tập trung số (cho các tổng đài số ). Ngoài ra, ở các tổng đài số mạch điện thuê bao còn làm nhiệm vụ biến đổi qua lại A-D (analog-Digital)cho tín hiệu tiếng nói. ở khối mạch kết cuối thuê bao còn đợc trang bị các mạch điện nghiệp vụ nh mạch phối hợp báo hiệu, mạch thu phát xung địa chỉ ở dạng mã thập phân và đa tần.Các loại mã địa chỉ này đợc tập chung và xử lý ở một số bộ thu phát mà dùng chung cho một nhóm thuê bao để tăng hiệu quả kinh tế. Mạch điện đờng dây Thiết bị kết cuối đdtb tktt Trung kế số Bus chung Hình 3:Sơ đồ khối tổng Đài Spc 9 Thiết bị chuyển mạch Thiết bị báo hiệu kênh chung Thiết bị báo hiệu kênh riêng Thiết bị báo hiệu phân phối Thiết bị dò thử Thiết bị điều khiển đầu nối Thiết bị trao đổi ngời máy Bộ xử lý trung tâm Các bộ nhớ A-D A-D Đồ án tốt nghiệp Phí Hoàng Quân Khối mạch kết cuối trung kế tơng tự.Khối mạch này chứa các mạch điện trung kế dùng cho các cuộc gọi ra.Gọi vào và gọi chuyển tiếp chúng làm các nhiệm vụ cấp nguồn, giám sát cuộc gọi,phối hợp baó hiệu.Khối mạch này không làm nhiệm vụ tập trung tải nhng thực hiện biến đổi A-D ở các tổng đài số. Khối mạch kết cuối chung kế số. Nhiệm vụ cơ bản của khối mạch này là thực hiện các chức năng Gazpacho,bao gồm: -Tạo khung (Gerieration of Frame)tức là nhận dạng tín đồng bộ khung để phân biệt từng khung của tuyến số liệu PCM đa từ tổng đài khác tới. -Đồng bộ khung (Aligment of frame)để xắp xếp khung số liệu mới phù hợp với hệ thống PCM. -Nếu dây bít 0:vì dây tín hiệu PCM có nhiều quãng chứa nhiều bít 0sẽ khó phục hồi tín hiệu đồng bộ ở phía thu nên nhiệm vụ này là thực hiện nên các quãng tín hiệu có nhiều bít 0liên tiếp ở phía phát. -Đảo định cực(Polar conversion):Nhiệm vụ này nhằm biến đổi dây tín hiệu đơn cực từ hệ thống đa ra thành dãy tín hiệu lỡng cực trên đờng dây và ngợc lại. -Xử lý cảnh báo (alarm processing) Để xử lý cảnh báo từ đờng chuyền PCM -Phục hồi dãy xung nhịp (clock recovery) Nhiệm vụ này thực hiện phục hồi dãy xung nhịp từ dãy tín hiệu thu. -Tách thông tin đồng bộ (Hunt during reframe) Nhiệm vụ này thực hiện tách thông tin đồng bộ từ tín hiệu thu -Báo hiệu (office signalling) Nhiệm vụ này thực hiện chức năng giao tiếp báo hiệu để phối hợp các loại báo hiệu giữa tổng đài đang xem xét và các tổng đài khác qua các đờng trung kế. II-2-2.Thiết bị chuyển mạch ở các tổng đài điện tử, thiết bị chuyển mạch là một trong các bộ phận chủ yếu và có kích thớc lớn. Nó có các chức năng chính sau: 10 . chỉ đề cập đến tổng đài điện thoại số SPC . Cấu hình này gồm có: Phân hệ điều khiển trung tâm (Phân hệ CP), phân hệ chuyển mạch nhóm (phân hệ SP), các tầng. lý của tổng đài điện thoại số SPC. Cho nên, khi nói đến tổng đài điện thoại số là nói đến tổng đài điện thoại số SPC. Do đó trong phần tổng quan về hệ thống