Kỹ thuật chuyển mạch PHẦN 2

1
Kỹ thuật chuyển mạch kênh
Chương 2
2
I. Tổng quan
Chuyển mạch là một trong 3 thành phần cơ bản của mạng viễn thông.
I.1 Định nghĩa
3
Là quá trình thiết lập một tuyến nối giữa một đầu vào và một đầu ra (của nút mạng) theo yêu cầu giúp cho việc trao đổi thông tin trong một khoảng thời gian nhất định.
I.1 Định nghĩa (tt)
4
Thiết lập đường truyền dẫn từ nguồn thông tin đến đích theo một cấu trúc cố định hoặc biến động thông qua các mạng và các trung tâm.
Mục đích của chuyển mạch
5
Các phương thức chuyển mạch
- Chuyển mạch kênh.
- Chuyển mạch tin.
- Chuyển mạch gói.
6
Circuit Switching
Packet Switching
7
I.2 chuyển mạch kênh
(Circuit Swithching)
8
I.2.1 Khái niệm
Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin bằng cách cấp kênh dẫn trực tiếp cho hai đối tượng sử dụng.
Trong suốt quá trình trao đổi thông tin kênh dẫn này bị chiếm dùng hoàn toàn.
9
Việc thiết lập chuyển mạch kênh thông qua 3 giai đoạn :
Thiết lập kênh dẫn
Duy trì kênh dẫn (truyền dữ liệu)
Giải phóng kênh dẫn
I.2.1 Khái niệm (tt)
10
Giai đoạn Thiết lập kênh dẫn
Trước khi dữ liệu được truyền đi, một kênh dẫn điểm tới điểm sẽ được thiết lập.
Tổng đài phát hiện yêu cầu của đối tượng và xác định đường truyền dẫn đến đối tượng kia.
Nếu đường truyền rỗi, tổng đài báo cho đối tượng kia biết và sau đó nối thông giữa hai đối tượng.
I.2.1 Khái niệm (tt)
11
Giai đoạn Duy trì kênh dẫn
Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian 2 đối tượng trao đổi thông tin với nhau.
I.2.1 Khái niệm (tt)
Giai đoạn Giải phóng kênh dẫn
Kênh dẫn được giải phóng khi có yêu cầu của một trong hai đối tượng sử dụng.
Sau khi được giải phóng, kênh dẫn sẽ khôi phục lại trạng thái ban đầu.
12
I.2.2 đặc điểm
Thực hiện sự trao đổi thông tin giữa hai đối tượng bằng kênh dẫn trên cấu trúc thời gian thực.
Đối tượng sử dụng làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi tin. Điều này làm giảm hiệu suất của kênh dẫn.
Yêu cầu độ chính xác không cao.
13
Nội dung trao đổi không cần địa chỉ.
Được áp dụng trong thông tin thoại.
Khi lưu lượng trong mạng chuyển mạch kênh tăng lên đến một mức nào đó thì mạng sẽ từ chối mọi yêu cầu kết nối mới cho đến khi tải trong mạng giảm xuống.
I.2.2 đặc điểm (tt)
14
I.3.1 Khái niệm
Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi giữa các bản tin (như điện tín, thư điện tử, file của máy tính.) giữa các đối tượng với nhau.
Chuyển mạch tin không cần thiết lập một đường dẫn dành riêng giữa hai trạm đầu cuối.
I.3 chuyển mạch tin
15
Tại mỗi trung tâm chuyển mạch, bản tin tuân theo phương pháp "tích luỹ trung gian" (tạm lưu vào bộ nhớ, xử lý rồi truyền sang trung tâm khác nếu trung tâm đó rỗi)
Thời gian trễ gồm : thời gian nhận bản tin, thời gian sắp hàng chờ và thời gian xử lý bản tin.
I.3.1 Khái niệm (tt)
16
I.3.1 Khái niệm (tt)
17
I.3.2 đặc điểm
Thời gian trễ lớn, do đó không có sự liên hệ theo thời gian thực.
Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi thông tin.
Yêu cầu độ chính xác cao.
Nội dung bản tin có mang địa chỉ.
18
Tốc độ truyền bản tin không phụ thuộc vào đối tượng sử dụng.
Hiệu suất cao do kênh dẫn có thể dùng chung cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau.
Được áp dụng cho truyền số liệu, chữ viết, hình ảnh.
I.3.2 đặc điểm (tt)
19
Khi lưu lượng trong mạng chuyển mạch tin cao, nó vẫn chấp nhận các yêu cầu kết nối mới nhưng thời gian truyền dẫn có thể dài, độ trễ lớn.
Một hệ thống chuyển mạch tin có thể gởi một thông báo đến nhiều đích khác nhau. Điều này chuyển mạch kênh không thực hiện được.
I.3.2 đặc điểm (tt)
20
I.4.1 Khái niệm
Là quá trình chuyển mạch mà không thiết lập một kênh truyền cố định giữa hai thuê bao.
I.4 chuyển mạch gói
21
Trong mạng chuyển mạch gói bản tin được cắt ra thành từng gói nhỏ. Mỗi gói được gắn cho một tiêu đề (header) chứa địa chỉ và các thông tin điều khiển khác.
I.4.1 Khái niệm (tt)
22
Thông tin cần trao đổi được đóng thành các gói tin và được truyền trên các kênh ảo (không cố định) hoặc truyền trực tiếp trên đường truyền.
I.4.1 Khái niệm (tt)
23
Các gói được gởi đi trên mạng theo nguyên tắc tích lũy trung gian giống như chuyển mạch tin.
Tại trung tâm nhận tin, các gói được hợp thành một bản tin và được sắp xếp lại để đưa tới thiết bị nhận số liệu.
I.4.1 Khái niệm (tt)
24
I.4.1 Khái niệm (tt)
25
I.4.1 Khái niệm (tt)
26
I.4.2 đặc điểm
Mạng chuyển mạch gói sử dụng phương thức tự động hỏi lại. Nếu gói tin truyền đi trên mạng có lỗi thì trung tâm nhận tin sẽ gởi yêu cầu phát lại bản tin đã bị lỗi cho trung tâm phát.
27
Độ trễ trung bình của các tuyến truyền dẫn phụ thuộc vào tải trong mạng.
Thời gian trễ liên quan tới việc tích lũy trung gian của mạng chuyển mạch gói rất nhỏ so với chuyển mạch tin.
I.4.2 đặc điểm (tt)
28
ii. chuyển mạch kênh
29
ii.1 Phân loại
Tùy thuộc vào sự phát triển của lịch sử chuyển mạch cũng như cách thức, tín hiệu mà ta có thể phân loại như sau
30
ii.1.1 Cm kênh phân chia không gian
Là loại chuyển mạch có các đầu ra, đầu vào được bố trí theo không gian. Chuyển mạch được thực hiện bằng cách đóng mở các cổng điện tử hay các điểm tiếp xúc. Chuyển mạch này có các loại sau:
Chuyển mạch cơ kiểu chuyển động truyền
Chuyển mạch cơ kiểu đóng mở
Chuyển mạch rơ le điện tử
Chuyển mạch điện tử kiểu phân chia không gian
31
ii.1.2 Chuyển mạch ghép
Là loại chuyển mạch mà thông tin của các cuộc gọi được ghép với nhau trên cơ sở thời gian hay tần số trên đường truyền.
Phân loại : 2 loại
Chuyển mạch phân chia theo tần số (FDM)
Chuyển mạch phân chia theo thời gian (TDM)
32
II.2 Chuyển mạch pcm
Là loại chuyển mạch ghép hoạt động trên cơ sở dồn kênh theo thời gian và điều chế xung mã.
II.2.1 định nghĩa
Trong hệ thống tổng đài, chúng ta gặp phải một số thuật ngữ về chuyển mạch như : chuyển mạch, mạng chuyển mạch, trung tâm chuyển mạch, trường chuyển mạch. Để tránh sự lẫn lộn, chúng ta xét các khái niệm sau:
33
Chuyển mạch : Mô tả một nguyên tố chuyển mạch đơn giản.
Trường chuyển mạch : Mô tả sự hợp thành của một nhóm các chuyển mạch.
Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) : chứa trường chuyển mạch.
Một mạng chuyển mạch : gồm các trung tâm (nodes) chuyển mạch, các thiết bị đầu cuối và hệ thống truyền dẫn.
II.2.1 định nghĩa (tt)
34
Hệ thống chuyển mạch số là một hệ thống mà tín hiệu được chuyển mạch dưới dạng số. Tín hiệu ở đây có thể là tiếng nói hoặc số liệu.
Một trường chuyển mạch số cung cấp sự kết nối giữa các kênh trong các luồng PCM.
Để kết nối bất kỳ 2 thuê bao nào cũng cần có sự kết nối khe thời gian của 2 mẫu tin tiếng nói mà có thể cùng hoặc khác luồng PCM.
II.2.1 định nghĩa (tt)
35
II.2.2.1 KHáI NIệM
- Chuyển mạch số cung cấp sự kết nối giữa các kênh trong các luồng PCM (hay TDM)
- Sự trao đổi giữa các khe thời gian thực hiện theo 2 phương pháp sau và có thể tách biệt từng phương pháp hoặc phối hợp cả 2 phương pháp với nhau:
+ Chuyển mạch thời gian
+ Chuyển mạch không gian
II.2.2 CHUYểN MạCH pcm
36
ii.2.2.2 chuyển mạch thời gian t
a) định nghĩa
Chuyển mạch thời gian T là quá trình thực hiện sự trao đổi thông tin giữa các khe thời gian khác nhau trên cùng một tuyến PCM.
37
TSi
TSj
TSi
TSj
38
b) Các phương pháp thực hiện
. Chuyển mạch T dùng bộ trễ
. Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm
39
b.1) Chuyển mạch T dùng bộ trễ
Nguyên tắc :
Trên đường truyền dẫn tín hiệu, ta đặt các đơn vị trễ có thời gian trễ bằng 1 khe thời gian.
40
Giả sử trong khung có R khe thời gian, trong đó cần trao đổi thông tin giữa 2 khe thời gian TSi và TSj. Ta cho TSi qua (j-i) bộ trễ thì ở đầu ra TSj sẽ có mặt ở khe thời gian TSi. Và mẫu TSj qua R-(j-i) bộ trễ sẽ có mặt ở khe thời gian TSi. Như vậy việc trao đổi thông tin đã được thực hiện.
Nhược điểm : Hiệu quả kém, giá thành cao.
b.1) Chuyển mạch T dùng bộ trễ (tt)
41
b.2) Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm
Nguyên tắc :
Dựa trên cơ sở các mẫu tiếng nói được ghi vào các bộ nhớ đệm BM và đọc ra ở những thời điểm mong muốn. Địa chỉ của ô nhớ trong BM để ghi hoặc đọc được cung cấp bởi bộ nhớ điều khiển CM.
42
c) Các chế độ điều khiển
Điều khiển tuần tự
điều khiển ngẫu nhiên
43
Điều khiển tuần tự là kiểu điều khiển mà trong đó, việc đọc ra hay ghi vào các địa chỉ liên tiếp của bộ nhớ BM một cách tuần tự tương ứng với thứ tự ngõ vào của các khe thời gian.
Trong điều khiển tuần tự, một bộ đếm khe thời gian được sử dụng để xác định địa chỉ của BM. Bộ đếm này sẽ được tuần tự tăng lên 1 sau thời gian của một khe thời gian.
c.1) Điều khiển tuần tự
44
c.1) Điều khiển tuần tự (tt)
45
Điều khiển ngẫu nhiên là phương pháp điều khiển mà trong đó các địa chỉ trong BM không tương ứng với thứ tự của các khe thời gian mà chúng được phân nhiệm từ trước theo việc ghi vào và đọc ra dưới sự điều khiển của bộ nhớ CM.
c.2) Điều khiển ngẫu nhiên
Các ô nhớ của CM chứa địa chỉ ô nhớ của BM sẽ tiến hành quá trình ghi/đọc
Các ô nhớ của CM sẽ được đọc ra một cách tuần tự (được điều khiển đọc tuần tự)
46
c.2) Điều khiển ngẫu nhiên (tt)
47
d) Các kiểu chuyển mạch T
ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên
ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự
48
d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên
49
Bộ đếm khe thời gian xác định tuyến PCM vào để ghi tín hiệu vào bộ nhớ BM một cách tuần tự.
Bộ nhớ điều khiển CM điều khiển việc đọc ra của BM bằng cách cung cấp các địa chỉ của các ô nhớ của BM.
d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)
50
Như vậy, việc ghi và đọc trên bộ nhớ BM thực hiện theo 2 chu trình sau :
Chu trình ghi :
Ghi vào BM ô nhớ có địa chỉ do bộ đếm khe thời gian cung cấp.
Chu trình đọc :
Đọc ra từ BM ô nhớ có địa chỉ do CM cung cấp.
d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)
51
Giả sử cần trao đổi nội dung giữa 2 khe thời gian TSi và TSj bằng kiểu chuyển mạch ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên, thì quá trình sẽ được thực hiện như sau:
d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)
52
53
d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)
54
d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)
55
d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt)
56
d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự
57
Bộ nhớ CM cung cấp địa chỉ của các ô nhớ của BM trong chu trình ghi.
Bộ đếm khe thời gian cung cấp địa chỉ cho việc đọc thông tin ra khỏi bộ nhớ BM.
d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)
58
Giả sử cần trao đổi nội dung giữa 2 khe thời gian TSi và TSj bằng kiểu chuyển mạch ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự, thì quá trình sẽ được thực hiện như sau:
d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)
59
60
d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)
61
d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)
62
d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt)
63
e) Đặc điểm của chuyển mạch t
Tồn tại thời gian trễ nhưng nhỏ hơn thời gian của 1 khung của tuyến PCM.
Dung lượng bị giới hạn bởi thời gian ghi đọc bộ nhớ.
Bất kỳ đầu vào nào cũng có khả năng chuyển mạch đến đầu ra mong muốn.
Chỉ thích hợp với tổng đài nhỏ.
Giá thành rẻ.
64
II.2.2.3 chuyển mạch không gian (s)
65
a) định nghĩa
Chuyển mạch không gian số là chuyển mạch thực hiện việc trao đổi thông tin cùng một khe thời gian nhưng ở hai tuyến PCM khác nhau.
Chuyển mạch không gian số gồm nhiều xa lộ PCM nhập (X1, X2.Xn) và nhiều xa lộ PCM xuất (Y1, Y2.Ym) được kết nối bằng ma trận điểm nối chéo n hàng và m cột. Điểm nối chéo thường là cổng AND.
66
a) định nghĩa (tt)
67
Nguyên lý làm việc của chuyển mạch không gian số dựa trên cơ sở chuyển mạch không gian dùng thanh chéo.
b) nguyên lý
68
Sơ đồ chuyển mạch không gian tiếp thông hoàn toàn
Bất kỳ đầu vào nào cũng có khả năng nối với đầu ra mong muốn.
Nguyên lý tiếp thông hoàn toàn
69
Sơ đồ
Chỉ có một số đầu vào nào đó thì mới có khả năng nối với một số đầu ra tương ứng.
Nguyên lý tiếp thông không hoàn toàn
70
c) phương pháp thực hiện
Ma trận n*m điểm thông được đặt ở giao điểm ngõ vào, ngõ ra.
Mỗi CM có R ô nhớ (số khe thời gian trong 1 khung mang địa chỉ điểm thông trên cột.
Dùng thêm một địa chỉ 0 để biểu thị tất cả điểm thông trên cột đều không nối
71
c) phương pháp thực hiện (tt)
72
Biết các thông tin trên các đường PCM đầu vào và thông tin trong các bộ nhớ CM của chuyển mạch không gian số như hình vẽ. Xác định thông tin trong các đường PCM đầu ra?
73
74
d) các chế độ điều khiển
75
d) các chế độ điều khiển (tt)
76
e) Đặc điểm của chuyển mạch không gian
Khả năng lớn (dung lượng lớn).
Độ tin cậy cao.
Việc chọn đường thuận tiện.
Không sử dụng độc lập trong thực tế.
77
Nhận xét chung
Chuyển mạch T không thuận lợi trong các hệ thống tổng đài có dung lượng lớn. Chuyển mạch S dùng độc lập là không có hiệu quả, bởi vì nó chỉ thực hiện được sự trao đổi giữa các tuyến khác nhau có cùng khe thời gian, điều này không có tính thực tế.
Trong thực tế, người ta ghép chuyển mạch T và S để tạo nên các trường chuyển mạch có dung lượng lớn.
78
ii.2.2.4 phối ghép các cấp chuyển mạch
79
a) chuyển mạch ghép ts
80
Nguyên lý
Các khe thời gian ngõ vào được lưu lại trong các chuyển mạch thời gian T
Đến khe thời gian tương ứng, nội dung trong các ô nhớ trong các bộ nhớ BM được nối với ngõ ra xác định qua các chuyển mạch không gian S.
a) chuyển mạch ghép ts (tt)
81
a) chuyển mạch ghép ts (tt)
82
a) chuyển mạch ghép ts (tt)
83
a) chuyển mạch ghép ts (tt)
84
85
a) chuyển mạch ghép ts (tt)
86
a) chuyển mạch ghép ts (tt)
87
a) chuyển mạch ghép ts (tt)
88
b) chuyển mạch ghép sts
89
b) chuyển mạch ghép sts
90
b) chuyển mạch ghép tst
91
b) chuyển mạch ghép tst (tt)
92
93
Câu hỏi ôn tập chương 2
1. Trình bày khái niệm và đặc điểm của 3 phương thức chuyển mạch (CM kênh, CM tin, CM gói)?

2. Trình bày về chuyển mạch thời gian T? (gồm có : định nghĩa, các phương pháp thực hiện, các chế độ điều khiển, các kiểu chuyển mạch, đặc điểm và phân tích một ví dụ của chuyển mạch thời gian).

3. Trình bày về chuyển mạch không gian? (gồm có: định nghĩa, nguyên lý, đặc điểm và phân tích một ví dụ của chuyển mạch không gian).

4. Phân tích một ví dụ về chuyển mạch ghép TS, ST, STS, TST?