Nghiên cứu kỹ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài STAREX VK

TR NG I H C VINHƯỜ ĐẠ Ọ KHOA CÔNG NGHỆ ÁNĐỒ T T NGHI P I H CỐ Ệ ĐẠ Ọ t i:Đề à Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk Sinh viên th c hi n: ự ệ HÀ V N NGH AĂ Ĩ L p 46K - TVT ớ Đ Gi ng viên h ng d n: KS. PH M M NH TOÀNả ướ ẫ Ạ Ạ Vinh, 5-2010 Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển của ngành Bưu Chính Viễn Thông quốc tế nói chung và Việt nam nói riêng, cùng với sự phát triển của công nghệ như điện tử, tin học, quang học . đã đẩy mạnh sự phát triển của của công nghệ thông tin. Sự phát triển của hệ thống thông tin đã trở thành vấn đề bức thiết của tất cả các quốc gia trên thế giới, để hỗ trợ cho nền kinh tế được phát triển một cách thuận lợi. Ở Việt nam để đáp ứng được nhu cầu thông tin trong nước và Quốc tế và cố gắng theo kịp công nghệ thông tin tiên tiến, ngành Bưu Chính Viễn Thông cũng đang chuẩn bị thiết bị và đội ngũ cán bộ để vận hành các thiết bị viễn thông. Một trong các thiết bị viễn thông đó là tổng đài điện tử số, có rất nhiều hãng sản xuất tổng đài điện tử số như ALCATEL, NEC, BOSCH, LG . Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em được Thầy giáo Phạm Mạnh Toàn giao cho nghiên cứu tổng quan về tổng đài Starex-vk do tập đoàn LGIC (Hàn Quốc) và công ty VKX nghiên cứu và phát triển, do đó trong đồ án tốt nghiệp em xin trình bày các chương sau: Chương 1: Cơ sở kĩ thuật chuyển mạch số. Chương 2: Tổng đài Starex-vk. Chương 3: Quản lý thuê bao trong tổng đài Starex-vk. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Phạm Mạnh Toàn đã giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo tận tình em trong quá trình hoàn thành đồ án. Em xin chân thành cảm ơn. /. Vinh, tháng 5 năm 2010 Sinh Viên Hà Văn Nghĩa Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk CHƯƠNG 1 CƠ SỞ KĨ THUẬT CHUYỂN MẠCH SỐ 1.1. Tổng quan về kĩ thuật chuyển mạch kênh Thông tin được trao đổi qua mạng viễn thông rất đa dạng như thông tin thoại, thông tin ảnh, văn bản, số liệu. Mỗi loại có yêu cầu riêng đối với thiết bị chuyển mạch và truyền dẫn. Có loại thông tin rất nhạy cảm với trễ như: Thông tin thoại, thông tin hình ảnh; vì vậy chúng yêu cầu thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch chúng phải không gây trễ hoặc trễ nhỏ và là hằng số trong suốt thời gian của cuộc liên lạc để không gây méo tần số tín hiệu. Đối với loại thông tin này nên dùng chuyển mạch kênh để phục vụ thông tin dịch vụ thời gian thực. 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 đến mạch điện của thiết bị đầu cuối kia. Kênh thông tin hoặc tuyến nối đó tồn tại dành riêng cho cuộc liên lạc đó suốt từ khi bắt đầu đến kết thúc cuộc gọi. Các cuộc gọi được tiến hành đồng thời qua mạng phải được phục vụ trên các kênh độc lập nhau. Hình 1.1. Phân loại chuyển mạch kênh Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT Nhân công Tự động 2 dây 4 dây Tsw Chuyển mạch kênh Chuyển mạch không gian tương tự Chuyển mạch PAM Chuyển mạch số Ssw Tổ hợp Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk Trong các tổng đài nhân công, tổng đài tự động khi một cuộc gọi được tiến hành thì các phần tử chuyển mạch sẽ tạo thành mạch nối dây liên tiếp từ mạch điện của thiết bị đầu cuối này đến mạch điện của thiết bị đầu cuối đối thoại với nó. Sau đó tín hiệu trao đổi giữa các thiết bị đầu cuối sẽ đi qua mạch nối dây đó. Nếu có các cặp thuê bao khác cũng làm việc đồng thời thì giữa từng cặp của mạch điện của thuê bao đó cũng có tuyến nối giữa chúng và các tuyến này hoàn toàn độc lập với nhau về bố trí trong không gian. Khi kết thúc mỗi cuộc gọi các phần tử chuyển mạch đã dùng cho cuộc gọi đó sẽ được giải phóng và các cuộc gọi tiếp theo giữa các thuê bao khác có thể sử dụng lại chúng để tạo tuyến mới. 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 thực hiện cuộc gọi song công trên hai dây và có thể cho qua cả tín hiệu tương tự và cả tín hiệu số, thậm chí cả tín hiệu rời rạc PAM. 1.2. Kĩ thuật chuyển mạch số Trong kĩ thuật số hoá tín hiệu PCM các xung PAM còn trải qua công đoạn lượng tử hoá và mã hoá. Mỗi xung điều biên được mã hoá bằng một tổ hợp các bit tương ứng và sau đó chúng được truyền dưới dạng các tổ hợp bit đó. Tại đầu thu, các tổ hợp bit thu được sẽ khôi phục lại dạng tín hiệu đã được truyền đi gần đúng với tín hiệu gốc. Việc chuyển mạch tín hiệu PCM cũng được thực hiện theo nguyên lí phân khe thời gian. Có các loại bộ chuyển mạch PCM cơ bản là bộ 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. 1.3. Chuyển mạch số theo thời gian 1.3.1. Nguyên tắc chuyển mạch số theo thời gian Chức năng của bộ chuyển mạch kiểu này là thông tin cần chuyển mạch được nhớ từ khe thời gian phát đến khe thời gian thu. Tuy nhiên, nó là bộ chuyển mạch thời gian đối với tín hiệu tương tự nên mỗi bộ chuyển mạch chỉ có khả năng phục vụ cho một cuộc gọi đồng thời tại mỗi thời điểm. Nguyên tắc chuyển mạch này cũng được áp dụng đối với các chuyển mạch thời gian số, nghĩa là thông tin cần chuyển mạch cũng sẽ được nhớ trong một bộ nhớ từ khe thời gian phát, tới khe thời gian thu nó sẽ được đọc ra từ bộ nhớ đó và dĩ nhiên là Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk cũng tạo ra thời gian trễ. Tuy nhiên, trong trường hợp này sử dụng bộ nhớ tín hiệu số nên khả năng chuyển mạch của nó cao hơn nhiều so với bộ nhớ tín hiệu PAM. Chức năng của các bộ chuyển mạch thời gian số được mô tả trên hình 1.2 Hình 1.2. Tính năng của bộ chuyển mạch thời gian số và sự giữ chậm tín hiệu Cụ thể: Các từ mã PCM của các kênh được sắp xếp kế tiếp nhau trong các khe thời gian tương ứng trên tuyến PCM in đầu vào, được đưa vào bộ nhớ của chuyển mạch T và được nhớ trong các ngăn nhớ của bộ nhớ này. Các từ mã đã được ghi trong bộ nhớ đó sau đó sẽ được đọc ra tại các khe thời gian cần thiết để đưa ra các kênh trên tuyến PCM out trên đầu ra. Việc ghi các từ mã PCM của các kênh từ các tuyến PCM in vào bộ nhớ của bộ nhớ của bộ chuyển mạch và việc đọc chúng ra từ bộ nhớ đó để chuyển lên các kênh trên tuyến PCM out phải được thực hiện theo yêu cầu chuyển mạch của các kênh tương ứng. Nghĩa là để thực hiện yêu cầu chuyển mạch Ch i Ch j thì từ mã PCM từ tuyến PCM in được ghi vào TS i phải được đọc ra tại TS j để đưa ra tuyến PCM out . Mỗi từ mã PCM từ tuyến PCM in sẽ được nhớ trong mỗi ngăn nhớ riêng của bộ chuyển mạch nên một bộ chuyển mạch có khả năng phục vụ đồng thời nhiều yêu cầu chuyển mạch qua nó theo nguyên tắc phân khe thời gian. Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk 1.3.2. Các phương thức chuyển mạch theo thời gian a. Bộ chuyển mạch thời gian số kiểu ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên Bộ chuyển mạch thời gian số loại này làm việc theo nguyên tắc ghi thông tin từ các kênh đầu vào một cách tuần tự và đọc chúng để đưa ra các kênh đầu ra một cách ngẫu nhiên (Time Switch Sequencial Write Random Read: T SWRR ). Để đơn giản ta gọi bộ chuyển mạch thời gian số loại này là bộ chuyển mạch thời gian ghi tuần tự, đọc ngẫu nhiên. Cấu tạo của nó được trình bày trên hình 1.3 Hình 1.3. Sơ đồ khối chức năng của bộ chuyển mạch thời gian số kiểu T SWRR Bộ chuyển mạch có hai bộ nhớ: T-MEM là bộ nhớ để nhớ các từ mã PCM, C- MEM là bộ nhớ địa chỉ để điều khiển việc đọc các ngăn nhớ T-MEM (C-MEM còn gọi là bộ nhớ điều khiển). Cả hai bộ nhớ đều có số ngăn nhớ là F bằng với số kênh Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk trên tuyến PCM (F có thể là 32, 64,128, 256…), số bit trong mỗi ngăn nhớ của T- MEM là bằng số bit của từ mã PCM (8 bits), số bit của mỗi ngăn nhớ C-MEM bao gồm p bit địa chỉ ngăn nhớ (địa chỉ ngăn nhớ T-MEM cần đọc) và một bit chỉ thị trạng thái bận rỗi. p=log 2 F Bus địa chỉ của T-MEM và C-MEM đều là p bit. Ngoài các bộ nhớ bộ chuyển mạch này còn có các khối chức năng khác là bộ đếm khe thời gian TS-Counter dùng để tạo ra tín hiệu định thời đồng bộ các công việc tuần tự theo các khe thời gian tương ứng với việc đưa số liệu từ tuyến đầu vào vào bộ nhớ T-MEM và đọc số liệu từ bộ nhớ T-MEM để chèn vào các kênh đầu ra. Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển mạch T SWRR như sau: Ghi thông tin từ tuyến PCM in vào các ngăn nhớ của T-MEM: Tại khe thời gian TS 0 từ mã PCM của kênh Ch 0 xuất hiện trên đầu vào của T-MEM. Bộ đếm khe thời gian TS-Counter cung cấp địa chỉ 0 qua bộ selector1 đưa tới Bus địa chỉ của T- MEM bit R/W=0 vậy từ mã của Ch 0 sẽ được ghi vào ngăn nhớ 0 của T-MEM, tương tự như thế TS-Counter sẽ tăng thêm một sau mỗi khe thời gian và từ mã của mỗi kênh đầu vào sẽ lần lượt được ghi vào các ngăn nhớ tương ứng của T-MEM, cho tới khe thời gian TS F-1 từ mã của kênh Ch F-1 sẽ được ghi vào ngăn cuối cùng của T-MEM tức ngăn F-1. Đó là một chu kì tương ứng với một khung, sau đó chu kì mới lại bắt đầu từ TS 0 với từ mã mới của Ch 0 sẽ được ghi vào ngăn 0 của T-MEM. Trong khoảng thời gian TS 0 của chu kì này đến TS 0 của chu kì sau thì từ mã PCM ghi trong ngăn 0 của T-MEM phải được đọc ra. Từ mã mới của kênh Ch 0 sẽ được ghi vào ngăn 0 của T-MEM thay thế từ mã cũ. Tương tự như thế đối với các kênh tiếp theo trong các khe kế tiếp. Đọc thông tin từ bộ nhớ T-MEM: Việc đọc từ mã PCM từ một ngăn nhớ nào đó của T-MEM để đưa ra kênh trên tuyến PCM out được điều khiển bởi từ mã địa chỉ chứa trong ngăn nhớ của C-MEM theo nguyên tắc địa chỉ ngăn nhớ T-MEM cần đọc sẽ được nhớ trong ngăn nhớ của C-MEM mà thứ tự ngăn nhớ C-MEM này trùng với thứ tự của kênh đầu ra. Nghĩa là để đọc ngăn nhớ i của T-MEM đưa ra kênh Ch j trên tuyến PCM out thì địa chỉ [i] phải được nhớ trong ngăn nhớ j của C-MEM được đọc ra cùng bit B trong ngăn nhớ đó đưa lên bộ selector1 để đưa tới bus địa chỉ của T-MEM Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk điều khiển việc đọc ngăn i của T-MEM. Do từ mã PCM từ ngăn i của T-MEM được đọc trong khe TS j nên nó sẽ được chèn vào kênh Ch j của tuyến PCM out . Hoạt động của C-MEM: Bộ nhớ này hoạt động theo phương thức ghi ngẫu nhiên, đọc tuần tự và thông tin đọc ra từ các ngăn nhớ của nó được đưa lên bộ selector1. Nếu bit trạng thái B của từ mã được đọc ra từ ngăn nhớ C-MEM có giá trị “0” logic, thì p bit còn lại của nó sẽ được đưa qua selector1 tới địa chỉ bus của T- MEM và tín hiệu R/W từ selector1 sẽ là “1” nghĩa là đọc ngăn nhớ của T-MEM mà địa chỉ của nó được thể hiện qua p bit đưa từ C-MEM. Việc ghi thông tin địa chỉ vào ngăn nhớ C-MEM được tiến hành theo số liệu điều khiển chuyển mạch được đưa từ phân hệ điều khiển qua C-bus. Số liệu này thường bao gồm địa chỉ bộ chuyển mạch, địa chỉ ngăn nhớ và số liệu điều khiển sẽ ghi vào ngăn nhớ đó. Địa chỉ bộ chuyển mạch sẽ được bộ chọn selector2 phân tích, nó trùng với địa chỉ của chuyển mạch thì bộ selector2 sẽ chuyển R/W của nó về dạng “0” logic, p+1 bit gồm p bit số liệu địa chỉ điều khiển T-MEM và bit B sẽ được ghi vào ngăn nhớ của bộ nhớ C-MEM mà địa chỉ của ngăn nhớ đó được đưa bởi p bit khác từ C-bus qua bộ selector2 lên địa chỉ bus của C-MEM. Việc đọc số liệu điều khiển từ ngăn nhớ của C-MEM để đưa lên bộ selector1 điều khiển quá trình đọc bộ nhớ T-MEM được tiến hành đồng bộ, tuần tự theo bộ đếm TS-Counter. Khi bộ đếm TS-Countercos giá trị “0” thì đọc ngăn 0 của C-MEM, nếu bit B trong ngăn đó bằng 1 thì bỏ qua. Còn nếu bit B bằng 0 thì selector1 sẽ đưa bit p số liệu địa chỉ đọc được đưa từ ngăn 0 của C-MEM lên địa chỉ bus của T-MEM để đọc ngăn nhớ tương ứng của T-MEM đưa ra kênh 0 trên tuyến PCM out . Tại khe TS 1 p bit từ TS-Counter lại qua selector2 để đọc ngăn 1 của C-MEM và tuỳ thuộc vào bit B trong ngăn đó, từ mã điều khiển đọc ra từ ngăn này có thể bị bỏ qua nếu B=1 hay sẽ đưa qua selector1 để điều khiển đọc một ngăn nhớ nào đó của T-MEM đưa ra Ch 1 của tuyến PCM out nếu B=0. Cứ như vậy các ngăn tiếp theo của C-MEM sẽ tham gia vào quá trình điều khiển việc đọc các ngăn nhớ của T-MEM. b. Bộ chuyển mạch thời gian số kiểu ghi ngẫu nhiên đọc tuần tự Cấu tạo: Bộ chuyển mạch số kiểu ghi ngẫu nhiên đọc tuần tự cũng giống loại ghi tuần tự đọc ngẫu nhiên, nghĩa là chúng bao gồm bộ nhớ T-MEM, bộ nhớ C- MEM, các bộ selector và bộ đếm định thời. Tuy nhiên, chúng lại khác nhau về Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk nguyên lý ghi, đọc thông tin đối với các bộ nhớ T-MEM và C-MEM, được minh hoạ dưới hình 1.4 Hình 1.4. Sơ đồ khối tóm tắt của bộ chuyển mạch thời gian số kiểu T RWSR Bộ nhớ T-MEM dùng để nhớ các từ mã PCM, còn bộ nhớ C-MEM dùng để chứa các thông tin điều khiển quá trình ghi các từ mã PCM vào các ngăn nhớ của T- MEM. Cả hai bộ nhớ C-MEM và T-MEM đều có cùng số ngăn nhớ là F (0 đến F-1) bằng với số kênh của tuyến PCM. Số bit của mỗi ngăn nhớ T-MEM bằng số bit của từ mã PCM, số bit của mỗi ngăn nhớ C-MEM là p+1 được xác định theo biểu thức: p=log 2 F=1 dF Về nguyên lý hoạt động: Cả hai bộ nhớ T-MEM và C-MEM của T RWSR đều làm việc theo kiểu ghi ngẫu nhiên, đọc tuần tự. Khi cần thiết lập một thao tác chuyển mạch nào đó thì phần điều khiển chuyển mạch sẽ đưa số liệu điều khiển tới C-MEM và ghi nó vào ngăn nhớ điều khiển cần thiết cho thao tác chuyển mạch đó theo nguyên tắc: Số thứ tự của ngăn nhớ C-MEM trùng với thứ tự của kênh đầu vào, còn Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT Nghiên cứu kĩ thuật chuyển mạch kênh và cấu trúc tổng đài Starex-vk số liệu điều khiển ghi vào ngăn nhớ đó trùng với thứ tự kênh đầu ra và chính là địa chỉ của ngăn nhớ T-MEM mà từ mã của kênh đầu vào sẽ được ghi vào đó. 1.4. Chuyển mạch số không gian 1.4.1. Nguyên tắc chuyển mạch số không gian Trong phần chuyển mạch thời gian số cũng đã cho thấy, về mặt lý thuyết nếu bộ chuyển mạch thời gian số có tốc độ chuyển mạch đủ lớn thì chỉ cần một bộ chuyển mạch thời gian số cũng có thể đảm bảo chức năng chuyển mạch giữa các mạch đầu cuối (giữa thuê bao với thuê bao, thuê bao với trung kế, trung kế với trung kế, thuê bao với thiết bị báo hiệu, trung kế với thiết bị báo hiệu). Tuy nhiên, do hạn chế về khả năng công nghệ nên không thể chế tạo bộ chuyển mạch thời gian có dung lượng quá lớn (do bị giới hạn bởi tốc độ truy cập bộ nhớ). Do vậy, trong các tổng đài dung lượng trung bình và dung lượng lớn thì toàn bộ tổng đài được tổ chức thành từng nhóm, mỗi nhóm giao tiếp với trường chuyển mạch bằng một hoặc một số tuyến PCM. Từ đó có khái niệm chuyển mạch nhóm. Như vậy phát sinh yêu cầu chuyển mạch thông tin từ nhóm này sang nhóm khác, nghĩa là từ tuyến PCM in của nhóm này sang tuyến PCN out của nhóm khác. 1.4.2. Các phương thức chuyển mạch số không gian a. Bộ chuyển mạch không gian số điều khiển theo đầu ra Về cấu tạo: Bộ chuyển mạch không gian số điều khiển theo đầu ra gồm hai phần là ma trận chuyển mạch và bộ nhớ điều khiển. Ma trận chuyển mạch được tổ chức theo hàng và cột. Các hàng là các tuyến PCM in , các cột là các tuyến PCM out , giao điểm giữa hàng và cột là phần tử chuyển mạch. Phần tử chuyển mạch thực hiện chức năng của mạch Và (AND), thường đó là mạch cộng ba trạng thái, một đầu vào của cổng được nối với tuyến PCM in , đầu ra nối với tuyến PCM out , đầu vào thứ hai (đầu điều khiển) được nối đến bộ nhớ điều khiển. Mỗi phần tử chuyển mạch trong cột được gán một mã nhị phân tương ứng với thứ tự (địa chỉ) của tuyến PCM in . Bộ nhớ điều khiển C-MEM được tổ chức theo đầu ra (theo cột, vì thế bộ chuyển mạch không gian loại này còn gọi là bộ chuyển mạch không gian số điều khiển theo cột), mỗi cột có F ngăn nhớ từ 0 tới F-1 bằng với dung lượng của tuyến PCM. Hà Văn Nghĩa_Lớp 46K-ĐTVT