CÁC MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ VIỄN THễNG
I. MẠNG ĐIỆN THOẠI CễNG CỘNG (PSTN) 1. Giới thiệu
PSTN là mạng điện thoại cụng cộng chuyển mạch kờnh bao gồm (đường truyền dẫn, phương tiện chuyển mạch, mỏy điện thoại) cung cấp dịch vụ điện thoại. Khi một đường nối vào mạng thỡ thuờ bao được cung cấp một kờnh cho truyền tiếng núi (0,3-3,4kHz). Nếu mạng sử dụng cho cỏc dịch vụ phi thoại thỡ cần một thiết bị thờm vào thực hiện điều chế và giải điều chế tớn hiệu cho phự hợp với mụi trường truyền (đường dõy điện thoại tương tự) về tốc độ và dạng tớn hiệu, đú chớnh là MODEM. Mạng PSTN xõy dựng dựa trờn cỏc tiờu chuẩn khuyến nghị chung để cú thể kết nối với cỏc mạng khỏc hay cú thể cung cấp cỏc dịch vụ phi thoại.
2. Chức năng của cỏc thành phần trong mạng PSTN
2.1.Đường truyền dẫn
- Đường nối đến thuờ bao: gồm cỏc cặp dõy đối xứng, mỗi cặp sử dụng cho riờng một thuờ bao.
- Thiết bị đường truyền: gồm cỏc đường dõy, cable, hệ thống truyền tương tự, truyền số, vi ba hoặc vệ tinh...
Đường truyền dẫn thực hiện quỏ trỡnh truyền tải thụng tin giữa cỏc điểm kết cuối của mạng. Trong mạng, đường truyền dẫn kết nối cỏc tổng đài với nhau. Chỳ ý rằng, số lượng kờnh thoại (là đơn vị đo dung lượng truyền dẫn) cần thiết giữa cỏc tổng đài nhỏ hơn rất nhiều với số lượng thuờ bao vỡ số lượng thuờ bao thực hiện gọi đồng thời là ớt.
2.2- Phương tiện chuyển mạch
Về nguyờn tắc, tất cả cỏc mỏy điện thoại cú thể đấu nối trực tiếp với nhau như thời ban đầu của nú. Tuy nhiờn khi số lượng thuờ bao tăng lờn, người ta thấy rằng cần phải thực hiện chuyển mạch giữa cỏc dõy với nhau. Sau đú chỉ cú một số tuyến nối cần thiết giữa cỏc tổng đài, do số lượng cỏc cuộc gọi ra thỡ nhỏ hơn nhiều so với
64
Tone mời quay số
Hồi õm
chuụng
Cắt chuụng Đàm thoại
Đường thuờ bao Đường thuờ bao
Tổng đài
số lượng thuờ bao. Cỏc thế hệ tổng đài ban đầu đều thực hiện chuyển mạch nhõn cụng dựa trờn cỏc phiến nối và phớch cắm.
Cỏc hệ thống chuyển mạch tự động đầu tiờn gọi là cỏc tổng đài do Strowger phỏt triển vào năm 1887. Sau đú quỏ trỡnh chuyển mạch điều khiển do người sử dụng thực hiện tạo ra cỏc xung khi quay số. Qua nhiều thập kỷ, tổng đài cú hàng loạt cỏc bộ chọn điện cơ phức tạp, nhưng khoảng 20 năm trở lại đõy, chỳng phỏt triển thành cỏc tổng đài số điều khiển bằng phần mềm và cú thể cung cấp nhiều dịch vụ bổ sung. Cỏc tổng đài hiện đại thường cú dung lượng tương đối lớn, hàng ngàn số, thực hiện nhiều cuộc gọi đồng thời.
3. Mỏy điện thoại thường
Một mỏy điện thoại tại nhà thuờ bao nhận nguồn điện từ tổng đài nội hạt để đảm bảo hoạt động của mỏy thụng qua đụi dõy cỏp đồng. Cỏc đụi dõy này cũng mang tớn hiệu thoại gọi là mạch vũng thuờ bao. Nguyờn tắc cấp nguồn này giỳp cho mỏy điện thoại thuờ bao khụng phụ thuộc vào mạng điện lưới. Cỏc tổng đài nội hạt cú nguồn dự phũng với dung lượng lớn đảm bảo cho nú và cỏc mỏy điện thoại thuờ bao làm việc trong vũng vài tiếng sau khi mất nguồn điện lưới. Việc này rất cần thiết vỡ hoạt động của mạng điện thoại rất quan trọng trong tỡnh huống khẩn cấp khi nguồn điện lưới cú sự cố.
Một số khỏc biệt nhỏ khi vận hành cũn tồn tại trờn thế giới, đặc biệt khi cung cấp cỏc hệ thống PBX/PABX, nhưng cỏc nguyờn tắc được đề cập trong mục ỏp dụng hầu hết cho cỏc mạng PSTN.
a. Micro
Khi nhấc điện thoại, khoỏ chuyển mạch đúng, một dũng điện bắt đầu chạy trong mạch vũng thuờ bao qua mirco, do micro nối tới mạch vũng này. Micro làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng õm thanh thành năng lượng điện. Cỏc mỏy điện thoại hiện đại ngày nay thường sử dụng micro điện từ.
b. Tai nghe
Dũng xoay chiều tạo ra từ micro được biến đổi ngược lại thành tớn hiệu tiếng núi tại phớa đối phương. Tai nghe cú màng mỏng với một miếng nam chõm bờn trong của cuộn dõy. Dũng xoay chiều tạo ra từ micro được đưa tới cuộn dõy ở phớa
65
Tone mời quay số
Hồi õm
chuụng
Cắt chuụng Đàm thoại
Đường thuờ bao Đường thuờ bao
Tổng đài
đối phương. Dũng điện đú tạo ra một từ trường biến thiờn và từ trường này làm cho màng mỏng đú tạo ra súng õm thanh gần như õm thanh ở phớa phỏt.
4. Cỏc chức năng bỏo hiệu
Mạng điện thoại cung cấp một dịch vụ chuyển mạch hay quay số, nú cho phộp thuờ bao khởi tạo và giải toả cỏc cuộc thoại. Thuờ bao quay con số địa chỉ của thuờ bao bị gọi. Việc này yờu cầu một số thụng tin thờm vào và truyền nú qua mạch vũng thuờ bao hay từ tổng đài này tới tổng đài kia trờn tuyến nối và việc truyền cỏc thụng tin bổ sung đú được gọi là bỏo hiệu.
4.1. Bỏo hiệu thuờ bao
Bỏo hiệu thuờ bao là quỏ trỡnh trao đổi cỏc tớn hiệu bỏo hiệu như nhấc mỏy, đặt mỏy, õm mời quay số, õm bỏo bận, chuụng và cỏc con số địa chỉ thuờ bao giữa thiết bị kết cuối và tổng đài nội hạt để thiết lập, giỏm sỏt và giải toả cuộc thụng tin. Cỏc tớn hiệu bỏo hiệu núi trờn cú thể được truyền đi dưới dạng dũng điện một chiều, cỏc tớn hiệu thập phõn hay đa tần tuỳ thuộc vào loại thiết bị kết cuối và tổng đài
a. Bỏo hiệu đường thuờ bao
Hỡnh 3.1: Quỏ trỡnh bỏo hiệu đường thuờ bao
Bỏo hiệu đường thuờ bao là quỏ trỡnh trao đổi cỏc tớn hiệu bỏo hiệu mà cỏc tớn hiệu này liờn quan đến cỏc trạng thỏi của đường thuờ bao. Thụng qua quỏ trỡnh xử lý gọi thỡ cỏc tớn hiệu bỏo hiệu đường được trao đổi giữa thuờ bao và tổng đài nội hạt
66
Khởi nguồn cuộc gọi
Tone mời quay số
Cỏc con số Hồi õm chuụng Dũng chuụng Cắt chuụng Đàm thoại
Đường thuờ bao Đường thuờ bao
Tổng đài
Kết thỳc cuộc gọi Kết thỳc cuộc gọi
như hỡnh vẽ 3.1 mụ tả tổng quỏt mạch vũng đường dõy thuờ bao. Đường dõy thuờ bao thụng thường là một đụi dõy.
Hỡnh 3.2: Mạch vũng đường dõy thuờ bao
Khi ở điều kiện bỡnh thường (thuờ bao đặt mỏy ) mạch vũng thuờ bao ở trạng thỏi hở và khụng cú dũng qua mạch vũng. Trở khỏng mạch vũng = ∞
Khi thuờ bao nhấc mỏy yờu cầu đàm thoại hay trả lời gọi thỡ mạch vũng ở trạng thỏi kớn mạch. Lỳc đú trở khỏng của mạch vũng = R A + RL + RL
Tổng đài sẽ xỏc định sự thay đổi trở khỏng mạch vũng, và điều khiển cấp õm mời quay số cho thuờ bao chủ gọi khi tổng đài đó sẵn sàng thu số .
b. Bỏo hiệu địa chỉ
Bỏo hiệu địa chỉ là quỏ trỡnh trao đổi tớn hiệu giữa thuờ bao và tổng đài nội hạt, cỏc tớn hiệu bỏo hiệu này liờn quan tới địa chỉ của thuờ bao bị gọi hay cỏc thụng số liờn quan tới việc chọn tuyến nối giữa cỏc thuờ bao.
Cỏc tớn hiệu bỏo hiệu địa chỉ là cỏc con số của thuờ bao bị gọi. Một số loại tớn hiệu mụ tả cỏc con số địa chỉ tuỳ thuộc vào mỏy điện thoại là quay số hay ấn phớm: cỏc xung, cỏc tớn hiệu đa tần.
Truyền cỏc con số địa chỉ thuờ bao bị gọi từ mỏy điện thoại quay số
Cỏc xung được gửi đi một cỏch liờn tục bằng việc đúng, ngắt mạch vũng đường dõy thuờ bao (cú dũng, khụng dũng ).
Truyền cỏc con số địa chỉ thuờ bao bị gọi từ mỏy điện thoại ấn phớm
Mỏy điện thoại quay số cú nhiều nhược điểm (tốc độ, khụng dựng được cỏc dịch vụ mà tổng đài cung cấp với cỏc phớm: - *, #, flat..., nờn được thay thế bằng mỏy điện thoại ấn phớm . ITU-T đưa ra khuyến nghị cho việc mó hoỏ cỏc õm hiệu để minh hoạ cỏc con số địa chỉ của thuờ bao bị gọi như hỡnh vẽ trờn. Mỗi một con số bao gồm sự kết hợp của 2 trong 8 tần số trờn (1 thuộc nhúm cao, 1 thuộc nhúm thấp).
67 R A RL R L - + - 48 V
4.2. Bỏo hiệu liờn đài a. Bỏo hiệu kờnh kết hợp a. Bỏo hiệu kờnh kết hợp
Bỏo hiệu kờnh kết hợp, trong đú tớn hiệu bỏo hiệu và tiếng núi truyền trờn cựng một đường trờn mạng do đú gọi là bỏo hiệu kờnh kết hợp. Trong một số trường hợp cũn được gọi là bỏo hiệu kờnh riờng vỡ mỗi một kờnh bỏo hiệu giành riờng cho một kờnh thoại độc lập nhau. Trong bỏo hiệu kờnh kết hợp cỏc tớn hiệu bỏo hiệu được phõn chia thành 2 loại: tớn hiệu đường và tớn hiệu ghi phỏt.
b. Bỏo hiệu kờnh chung
Bỏo hiệu kờnh chung là một phương thức bỏo hiệu trong đú dựng một kờnh độc lập với kờnh tiếng với tốc độ 64 Kbit/s để truyền tải cỏc thụng tin bỏo hiệu cho nhiều kờnh thoại hay cỏc thụng tin phục vụ điều khiển mạng. Cỏc thụng tin bỏo hiệu truyền dưới dạng cỏc bản tin.
Hỡnh 3.3: Phương thức bỏo hiệu kờnh chung
5. Thiết lập và giải toả cuộc gọi
Mỗi mỏy điện thoại cú một khoỏ chuyển mạch dựng để xỏc định cỏc trạng thỏi nhấc mỏy và đặt mỏy. Khi khoỏ này được đúng thỡ một dũng điện khoảng 50 mA bắt đầu chạy trong mạch. Trạng thỏi này được phỏt hiện nhờ một rơle, thụng tin này được đưa tới khối điều khiển của tổng đài. Khối điều khiển trong tổng đài là một mỏy tớnh cú cấu hỡnh mạnh và tin cậy trong tổng đài. Nú kớch hoạt cỏc mạch bỏo hiệu, sau đú cỏc mạch này thu cỏc con số địa chỉ từ thuờ bao chủ gọi (chỳng ta gọi thuờ bao khởi tạo cuộc gọi là thuờ bao A, Thuờ bao nhận cuộc gọi là thuờ bao B). Khối chuyển mạch trong tổng đài điện thoại sẽ điều khiển trường chuyển mạch để kết nối mạch thoại tới thuờ bao B. Một tuyến nối được thực hiện theo cỏc con số mà thuờ bao A quay.
68
àp àp
Kờnh tiếng
Khi cuộc gọi tới thuờ bao B, tổng đài cung cấp chuụng tới mạch vũng thuờ bao và mỏy điện thoại của thuờ bao B đổ chuụng. Điện ỏp chuụng cú giỏ trị khoảng 85V DC với tần số 25 Hz, điện ỏp này đủ để kớch hoạt chuụng của cỏc mỏy điện thoại. Khi trạng thỏi nhấc mỏy của thuờ bao B được phỏt hiện thỡ điện ỏp chuụng này được cắt ngay lập tức và sau đú mạch thoại giữa 2 đầu được kết nối và cuộc đàm thoại cú thể bắt đầu.
Khi tổng đài phỏt hiện được trạng thỏi nhấc mỏy qua mạch vũng thuờ bao, nú cấp cho chỳng ta õm mời quay số và xỏc nhận rằng tổng đài đó sẵn sàng nhận cỏc con số. Sau khi quay số, tổng đài sẽ bỏo cho thuờ bao biết việc thiết lập mạch thoại cú thành cụng hay khụng thụng qua việc cấp hồi õm chuụng khi thuờ bao bị gọi đổ chuụng. Khi thuờ bao B nhấc mỏy trả lời, tổng đài cắt cả tớn hiệu chuụng và hồi õm chuụng, sau đú kết nối mạch thoại qua chỳng. Khi kết thỳc cuộc đàm thoại, trạng thỏi đặt mỏy được phỏt hiện bởi tổng đài và mạch thoại được giải phúng.
II. MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU CHUYỂN MẠCH GểI 1. Giới thiệu
Với kỹ thuật chuyển mạch kờnh (chuyển mạch thoại thụng thường) trờn, mỗi cuộc đàm thoại giữa hai thuờ bao đều chiếm giữ một kờnh nhất định trong suốt thời gian đàm thoại (cho dự hai thuờ bao chỉ nhấc mỏy mà khụng núi chuyện), kờnh này chỉ được giải phúng khi kết thỳc đàm thoại (thuờ bao đặt mỏy). Đặc điểm này dẫn tới sự lóng phớ về sự chiếm dựng trang thiết bị trong tổng đài, kờnh truyền dẫn và nhược điểm này cũn thể hiện rừ khi chỳng ta biết rằng kờnh đú chỉ sử dụng khoảng 40% thời gian để truyền tớn hiệu thoại, khoảng thời gian cũn lại là khoảng trống ngắt quóng giữa cỏc cõu, từ trong quỏ trỡnh đàm thoại. Người ta tỡm ra phương thức chuyển mạch mới khắc phục nhược điểm của chuyển mạch kờnh ở trờn, đú là phương thức chuyển mạch gúi. Khỏc với kỹ thuật chuyển mạch kờnh, chuyển mạch gúi khụng thiết lập kờnh truyền trước khi thực hiện truyền thụng. Thụng tin người dựng được chia thành từng gúi nhỏ. Cỏc gúi tin này được truyền đến mạng chuyển mạch gúi và truyền đến đớch. Tại đớch diễn ra quỏ trỡnh ghộp cỏc gúi tin để tỏi tạo thụng tin như ở phớa phỏt (hỡnh 3.4).
Ngư ời gửi
Mạng chuyển mạch gói
Ngư ời nhận
Dữ liệu ngư ời dù ng Dữ liệu ngư ời dù ng Gói tin
Hỡnh 3.5: Nguyờn lý chuyển mạch gúi
2. Nguyờn lý chuyển mạch gúi
• Tại trạm phỏt, thụng tin của người dựng được chia thành nhiều gúi nhỏ cú độ dài khỏc nhau, mỗi gúi được gỏn một nhón (tiờu đề) để cú thể định tuyến gúi tin đến đớch.
• Khi gúi tin đến một trạm bất kỳ trờn đường truyền dẫn, gúi tin được trạm lưu tạm và xử lý:
* Tỏch lấy phần tiờu đề của gúi tin để thu cỏc thụng tin cần thiết.
* Kiểm tra lỗi, nếu gúi tin bị lỗi: gúi tin bị huỷ bỏ đú và yờu cầu trạm phỏt phỏt lại bản tin đú. Nếu gúi tin khụng bị sai lỗi, trạm sẽ kiểm tra xem nú cú phải là đớch đến của gúi tin đú hay khụng bằng cỏch so sỏnh phần địa chỉ đớch chứa trong tiờu đề gúi tin và địa chỉ của trạm, nếu đỳng trạm sẽ chuyển gúi tin đến một bộ đệm chờ xử lý tiếp theo. Nếu trạm hiện tại khụng phải là trạm đớch của gúi tin, nú cú nhiệm vụ xỏc định trạm tiếp theo hợp lý nhất mà khi đến đú, gúi tin cú thể đến được đớch và truyền gúi tin đến trạm tiếp theo.
• Tại trạm đớch:
Thực hiện quỏ trỡnh kết hợp cỏc gúi tin nhận được theo thứ tự được quy định trong phần tiờu đề của mỗi gúi tin thành thụng tin người dựng như ở phớa phỏt. Thụng tin này được chuyển đến người nhận một cỏch chớnh xỏc.
Chuyển mạch Chuyển mạch Packet
Hỡnh 3.5: Truyền cỏc gúi tin qua mạng chuyển mạch gúi
Vỡ thụng tin của người dựng được chia thành từng gúi nhỏ, mỗi gúi được gắn một tiờu đề (chứa địa chỉ đớch) nờn cỏc gúi tin của cỏc người dựng khỏc nhau cú thể được phõn biệt một cỏch dễ dàng do đú nhiều người dựng cú thể đồng thời sử dụng chung một đường truyền.
Kỹ thuật chuyển mạch gúi cũng tương tự như quỏ trỡnh chuyển phỏt thư trong Bưu chớnh. Thụng tin của khỏch hàng (thư) được đúng gúi (cho vào phong bỡ) và ghi địa chỉ bờn ngoài (tiờu đề). Nhiều thư của người dựng cú thể được truyền trờn cựng một đường truyền. Hệ thống chuyển phỏt thư của Bưu điện sẽ căn cứ vào phần địa chỉ của lỏ thư để chuyển đến người nhận thư.
3. Cỏc kỹ thuật chuyển mạch gúi
Cú hai kỹ thuật để truyền một gúi tin đến đớch là chuyển mạch theo gúi và
chuyển mạch theo kờnh ảo.
• Chuyển mạch theo gúi tin:
Mỗi gúi tin được truyền đến đớch một cỏch độc lập do đú chỳng cú thể đến đớch bằng cỏc đường khỏc nhau. Kỹ thuật này được ứng dụng trong mạng Internet và mạng LAN.
• Chuyển mạch theo kờnh ảo:
Tất cả gúi tin của người dựng cựng được truyền đến đớch trờn một con đường gọi là kờnh ảo. Kờnh ảo được thiết lập trước khi quỏ trỡnh truyền gúi diễn ra. Khi đó thiết lập đường kờnh ảo giữa nguồn và đớch thỡ cỏc gúi tin cú tiờu đề đơn giản hơn do đú, thời gian trễ trờn đường truyền cũng nhỏ hơn. Kỹ thuật này được ứng dụng trong kỹ thuật chuyển tiếp khung (FR: Frame Relay) và trong kỹ thuật ATM.
4. Mạng chuyển mạch gúi
Mạng chuyển mạch gúi bao gồm cỏc thành phần cơ bản sau:
• DTE: Thiết bị đầu cuối dữ liệu là một giao tiếp RS232 mà mỏy tớnh cú thể trao đổi dữ liệu với modem hoặc cỏc thiết bị đặc biệt khỏc.
• DCE: Modem truyền số liệu, thực hiện quỏ trỡnh trao đổi dữ liệu với DTE của mỏy tớnh hoặc cỏc thiết bị truyền số liệu đặc biệt khỏc.
• PSE: Tổng đài (node) chuyển mạch gúi: Thực hiện chức năng chuyển mạch cỏc gúi tin đến cỏc tổng đài khỏc thớch hợp.
Cỏc thuờ bao số liệu DTE được đấu nối với tổng đài chuyển mạch gúi PSE thụng qua DCE. PSE thực hiện định tuyến cỏc gúi tin đến đớch tương ứng thụng qua