Tài liệu Kỹ thuật chuyển mạch

302 trang vanle 3580

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu Kỹ thuật chuyển mạch", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

tai_lieu_ky_thuat_chuyen_mach.pdf

Nội dung text: Tài liệu Kỹ thuật chuyển mạch

học viện kỹ thuật quân sự bộ môn thông tin - khoa vô tuyến điện tử mai văn quý, nguyễn hữu kiên, nguyễn văn giáo kỹ thuật chuyển mạch (Dùng cho chuyên ngành điện tử viễn thông) l•u hành nội bộ hà nội 2003
mục lục Trang Mục lục 1 lời nói đầu 6 ch•ơng 1. Các thành phần của mạng viễn thông 8 1.1 Khái quát chung 8 1.1.1 Khái quát về thông tin viễn thông 8 1.1.2 Các thành phần của mạng viễn thông. 9 1.1.3 Tổ chức mạng viễn thông 15 1.1.4 Các thành phần thiết yếu khác của mạng viễn thông. 17 1.2.Chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói. 19 1.2.1 Khái niệm về chuyển mạch kênh (Circuit Switching). 19 1.2.2 Khái niệm về chuyển mạch bản tin (Message Switching). 20 1.2.3 Khái niệm và chuyển mạch gói. 20 1.2.4 Khái niệm về công nghệ atm (Công nghệ chuyển giao 21 không đồng bộ–asynchronous Transfer Mode) 1.2.5 lĩnh vực ứng dụng của các ph•ơng thức chuyển mạch 24 1.3. Khái quát về tổng đài điều khiển theo ch•ơng trình ghi sẵn SPC 25 (Stored Program Control) 1.3.1 Sự phát triển của công nghệ chuyển mạch và ph•ơng thức 25 điều khiển. 1.3.2 Tổng quan về tổng đài điều khiển theo ch•ơng trình l•u trữ 28 SPC 1.3.3 Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC 31 1.3.4 Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài số SPC (DSS–Digital 34 Switching Systems) Ch•ơng 2. Chuyển mạch kênh (Circuit switching) 39 2.1.Phân loại chuyển mạch kênh 39 2.2 Chuyển mạch không gian t•ơng tự 41 2.2.1 Khái quát về chuyển mạch không gian t•ơng tự 41 2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ chuyển mạch không 42 gian cơ bản 2.2.3 Xây dựng các tr•ờng chuyển mạch không gian t•ơng tự trên 46 cơ sở bộ chuyển mạch cơ bản
2.3. Điều chế biên độ xung (PAM-Pulse Amplitude Modulation) và 57 chuyển mạch thời gian đối với tín hiệu rời rạc 2.3.1 Nguyên lý điều biên xung và •u thế phân kênh theo thời 57 gian 2.3.2 Chuyển mạch PAM 4 dây dùng trung kế âm tần 59 2.3.3 Chuyển mạch PAM 4 dây không dùng trung kế âm tần 63 2.3.4 So sánh nguyên lý chuyển mạch PAM 4 dây dùng trung kế 65 âm tần và nguyên lý chuyển mạch PAM 4 dây không dùng trung kế âm tần 2.3.5 Chuyển mạch PAM 2 dây 66 2.4. Khái quát chung về công nghệ PCM và kỹ thuật chuyển mạch số 68 2.4.1 Những lợi thế cơ bản của sự kết hợp giữa truyền dẫn số và 68 chuyển mạch số 2.4.2 Khái quát về công nghệ PCM, chức năng của CODEC 71 2.4.3 Tuyến PCM cơ sở và tổ chức các tuyến bậc cao trong các 74 tổng đài số 2.4.4 Khái niệm chuyển mạch PCM 75 2.5. Các bộ chuyển mạch thời gian số cơ bản 79 2.5.1 Khái quát về chức năng của các bộ chuyển mạch thời gian 79 số 2.5.2 Bộ chuyển mạch thời gian số kiểu ghi tuần tự-đọc ngẫu 80 nhiên 2.5.3 Bộ chuyển mạch thời gian số kiểu ghi ngẫu nhiên-đọc tuần 85 tự 2.5.4 Bộ chuyển mạch thời gian số kiểu cả ghi và đọc đều ngẫu 87 nhiên 2.5.5 Khả năng áp dụng của các bộ chuyển mạch thời gian số. 90 2.6. Các bộ chuyển mạch không gian số cơ bản 91 2.6.1 Khái quát về chức năng của các bộ chuyển mạch không gian số 91 2.6.2 Bộ chuyển mạch không gian số điều khiển theo đầu ra 93 2.6.3 Bộ chuyển mạch không gian số điều khiển theo đầu vào 95 2.6.4 Các đặc điểm chung của bộ chuyển mạch không gian số 97 2.6.5 Dạng đặc biệt của chuyển mạch không gian số 97 2.7. Các cấu trúc tr•ờng chuyển mạch số 100
2.7.1 Cấu trúc một bộ chuyển mạch thời gian (Cấu trúc T) 101 2.7.2 Cấu trúc chuyển mạch hai tầng (Cấu trúc T-S, S-T) 103 2.7.3 Cấu trúc chuyển mạch ba tầng (Cấu trúc T-S-T, S-T-S) 109 2.7.4 Cấu trúc chuyển mạch T-S-S-T 117 2.8. Điều khiển chuyển mạch số. 120 2.8.1 Hoạt động chuyển mạch khi phục vụ một cuộc gọi. 120 2.8.2 Điều khiển khối chuyển mạch 121 ch•ơng 3. Tổ chức các phân hệ trong tổng đài SPC 128 3.1 Phân hệ ứng dụng (Application Subsystem) 128 3.1.1 Kết cuối các đ•ờng thuê bao. 128 a. Tổng quan về kết cuối các đ•ờng thuê bao. 128 b. Kết cuối các đ•ờng thuê bao t•ơng tự (Analog line) 129 c. Kết cuối thuê bao số 135 d. Tổ chức các kết cuối thuê bao 137 3.1.2 Kết cuối trung kế 140 a. Khái quát chung 140 b. Kết cuối trung kế t•ơng tự ATTU 141 c. Kết cuối các đ•ờng trung kế số DTI 142 d. Tổ chức nhóm kết cuối trung kế 144 3.1.3 Các bộ tập trung thuê bao xa RLU và chuyển mạch thuê bao 146 xa RSU 3.2 Phân hệ chuyển mạch nhóm 150 3.2.1 Cấu tạo chuyển mạch nhóm 150 3.2.2 Kết cuối tại phân hệ chuyển mạch. 151 3.2.3 Các thiết bị quan trọng khác của phân hệ chuyển mạch 153 3.3 Hệ thống điều khiển 154 3.3.1 Khái quát chung 154 3.3.2 Tổ chức hệ thống xử lý điều khiển của một tổng đài 156 3.3.3 Phần mềm tổng đài 162 3.4 Phân hệ báo hiệu SiGS 166 3.4.1 Khái quát chung 166 3.4.2 Tiến trình thực hiện một cuộc gọi 169
3.4.3 Cấu trúc một số thiết bị báo hiệu 173 3.5 Phân hệ ngoại vi điều khiển PCS 178 3.5.1 Khái quát chung 178 3.5.2 Cấu trúc của một số thiết bị ngoại vi điều khiển 179 Ch•ơng 4: tổng quan về hệ thống báo hiệu 183 4.1. Khái quát 183 4.2 Báo hiệu đ•ờng dây thuê bao 183 4.3 Báo hiệu liên tổng đài 184 4.3.1 Báo hiệu kênh liên kết (Channel Associated Signalling) 186 4.3.2 Báo hiệu kênh chung (Common Channel Signalling) 187 4.4. Các chức năng của báo hiệu 188 4.4.1 Chức năng giám sát 188 4.4.2 Chức năng tìm chọn 189 4.4.3 Chức năng vận hành và quản lý mạng 189 Ch•ơng 5: Hệ thống báo hiệu mã R2 190 5.1 Khái quát 190 5.2 Ph•ơng thức truyền tín hiệu của báo hiệu R2 190 5.3. Phân loại báo hiệu của R2 191 5.3.1 Báo hiệu đ•ờng dây 191 5.3.2 Báo hiệu thanh ghi 195 5.3.3 Các ph•ơng pháp truyền tín hiệu báo hiệu thanh ghi 201 Ch•ơng 6: Hệ thống báo hiệu kênh chung số 7 204 6.1 Khái quát 204 6.2 Các khái niệm cơ bản 204 6.2.1 Điểm báo hiệu SP (Signalling Point) 204 6.2.2 Điểm truyền báo hiệu STP (Signalling Transfer Point) 205 6.2.3 Liên kết báo hiệu SL (Signalling Link) và chùm liên kết báo 205 hiệu (Link Set) 6.2.4 Các ph•ơng thức báo hiệu (Signalling Mode) 206 6.2.5 Tuyến báo hiệu (Signalling Route) và chùm tuyến báo hiệu 206 (Signalling Route Set)
(Signalling Route Set) 6.2.6 Mã điểm báo hiệu SPC (Signalling Point Code) 207 6.3 Cấu trúc của hệ thống báo hiệu số 7 208 6.3.1 Mô hình chuẩn hệ thống mở OSI 208 6.3.2 Cấu trúc phân lớp của hệ thống báo hiệu số 7 209 6.3.3 Các khối chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 211 1. Phần chuyển giao bản tin MTP (Message Transfer Part) 211 2. Phần ng•ời sử dụng điện thoại TUP (Telephone User Part) 225 3. Phần ng•ời sử dụng mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN 231 User Part) 4. Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP 235 5. Phần ứng dụng khả năng giao dịch TCAP 241 ch•ơng 7: cơ sở lý thuyết xử lý cuộc gọi và ph•ơng 248 pháp tính toán thiết bị mạng viễn thông. 7.1 Mục tiêu của lý thuyết xử lý cuộc gọi 248 7.2 Tải và c•ờng độ tải 248 7.3 Dòng các báo gọi và thời gian chiếm 251 7.4 Các hệ thống phục vụ cuộc gọi 259 7.5 Các ph•ơng pháp tính toán số thiết bị phục vụ 263 7.6 Tính toán số thiết bị phục vụ làm việc với tổn thất hiển nhiên 265 không gọi lặp. 7.7 Tính số thiết bị phục vụ hoạt động với tổn thất hiển nhiên và với 282 các báo gọi lặp lại 7.8 Tính toán số thiết bị phục vụ làm việc với các tổn thất hình thức 285 7.9 Độ sử dụng trung bình các kênh (đ•ờng) của các chùm 289 7.10 Phục vụ nhiều pha 292 Tài liệu tham khảo 297
lời giới thiệu Kỹ thuật chuyển mạch là một lĩnh vực tìm hiểu, nghiên cứu các ph•ơng thức chuyển mạch, định h•ớng thông tin từ nguồn tin đến đích nhận tin một cách chính xác, hiệu quả, nhằm đảm bảo chất l•ợng dịch vụ cao, tạo cơ sở tổ chức mạng viễn thông linh hoạt, đa năng và tạo nhiều tiện ích cho ng•ời 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 đ•ợc áp dụng nh• 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 nh• ma trận chuyển mạch t•ơng tự, các chuyển mạch số . Các nguyên lý chuyển mạch khác nhau cũng lần l•ợt thay thế nhau và kết hợp với nhau trong các trung tâm chuyển mạch của các mạng viễn thông nh• nguyên lý phân kênh không gian, nguyên lý chuyển mạch thời gian t•ơng 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 th•ờng 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 nh• 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 ch•ơng trình ghi sẵn, nh•ng trong tài liệu này vẫn đề cập đến các nguyên lý chuyển mạch khác nh• các chuyển mạch không gian t•ơng 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 nh• 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 tr•ớc đây đó là tính luân phiên của các công nghệ này. Ví dụ trong các chuyển mạch tốc độ cao có xu h•ớng áp dụng các phần tử chuyển mạch không gian đơn giản nhất với điều khiển phân tán để có đ•ợc tốc độ chuyển mạch cao. Tài liệu này gồm 2 tập.
Nội dung của tập 1 đ•ợc chia thành 5 ch•ơng. Ch•ơng 1: Các thành phần của mạng viễn thông- Giới thiệu khái quát các thành phần của mạng viễn thông, vị trí, chức năng của từng thành phần; Các ph•ơng thức chuyển mạch và điều khiển chuyển mạch; Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC. Ch•ơng 2: Chuyển mạch kênh- Giới thiệu các công nghệ chuyển mạch kênh; Nguyên lý chuyển mạch không gian t•ơng tự; Cấu trúc chuyển mạch không gian một khâu và nhiều khâu; Nguyên lý điều chế biên độ xung và chuyển mạch PAM; Các sơ đồ chuyển mạch PAM cơ bản 4 dây và 2 dây; Khái quát chung về công nghệ PCM và chuyển mạch số; Nguyên lý phân kênh thời gian; Các bộ chuyển mạch thời gian số và chuyển mạch không gian số cơ bản; Các cấu trúc chuyển mạch T, TS, ST , TST, STS, TSST; Ph•ơng pháp điều khiển các chuyển mạch số. Ch•ơng 3: Tổ chức các phân hệ trong tổng đài SPC- đề cập đến cấu trúc của các phân hệ ứng dụng, phân hệ chuyển mạch, phân hệ xử lý điều khiển, phân hệ ngoại vi điều khiển, phân hệ báo hiệu. Ch•ơng 4- Tổng quan về báo hiệu và các hệ thống báo hiệu: Giới thiệu về các khái niệm báo hiệu thuê bao, báo hiệu trung kế, các hệ thống báo hiệu kênh kết hợp và báo hiệu kênh chung. Ch•ơng 5- Giới thiệu hệ thống báo hiệu R2 . Ch•ơng 6- Giới thiệu hệ thống báo hiệu số 7 . Ch•ơng 7: Lý thuyết xử lý cuộc gọi và ph•ơng pháp tính toán thiết bị mạng viễn thông- Đ•a ra các khái niệm về xử lý cuộc gọi, tải và c•ờng độ tải, các khái niệm về ph•ơng thức phục vụ với tổn thất hiển nhiên, phục vụ theo hàng đợi và các ph•ơng pháp tính toán thiết bị theo từng ph•ơng thức phục vụ và xử lý cuộc gọi. Tập 2 của tài liệu này tập trung vào các kỹ thuật chuyển mạch thông tin số liệu trong đó tập trung vào các ph•ơng thức chuyển mạch thông tin dạng gói nh• thủ tục X25, Frame Relay, SMDS và ATM. Nội dung sẽ đ•ợc giới thiệu khái quát ở đầu tập 2. Trong tài liệu này có thể còn những sai sót, rất mong nhận đ•ợc ý kiến đóng góp của bạn đọc.
Ch•ơng 1 Các thành phần của mạng viễn thông 1.1 Khái quát chung 1.1.1 Khái quát về thông tin viễn thông Trao đổi thông tin là một nhu cầu thiết yếu trong đời sống hàng ngày. Khi các mối quan hệ kinh tế - xã hội càng phát triển thì nhu cầu đó ngày càng tăng cao. Các thông tin đ•ợc trao đổi rất đa dạng về hình thức nh• thoại, văn bản, số liệu, hình ảnh và rất phong phú về cách thức trao đổi; chúng có thể đ•ợc trao đổi trực tiếp qua giao tiếp, đối thoại và cũng có thể đ•ợc thực hiện một cách gián tiếp qua th• từ, điện thoại, điện tín . Thông tin viễn thông trên nghĩa rộng có thể hiểu là hình thức trao đổi thông tin từ xa, bao gồm cả b•u chính, điện tín và điện báo và cả các hình thức thông tin đại chúng quảng bá. Tuy nhiên, từ tr•ớc tới nay khái niệm về thông tin viễn thông không bao hàm các hình thức trao đổi thông tin phi điện tín (không dùng tín hiệu điện), đồng thời lại gắn liền với hình thức trao đổi thông tin qua một mạng nào đó. Do đó, thông tin viễn thông đ•ợc hiểu là hình thức trao đổi thông tin từ xa, mà trong đó tin tức cần truyền đ•ợc biến đổi thành tín hiệu điện ở đầu phát và đ•ợc truyền qua các thiết bị của mạng viễn thông (bao gồm các thiết bị đầu cuối, các tuyến truyền dẫn, các trung tâm chuyển mạch); ở đầu thu tín hiệu nhận đ•ợc sẽ đ•ợc chuyển đổi ng•ợc lại thành tin tức cho ng•ời sử dụng. Nói cách khác truyền tin qua mạng viễn thông là hình thức truyền thông tin từ nơi này tới nơi khác bằng cách sử dụng tín hiệu điện, điện từ, quang điện thông qua các thiết bị mạng. Tin tức Thiết bị Tín hiệu Mạng Tín hiệu Thiết bị Tin tức đầu cuối điện điện đầu cuối viễn thông Hình 1.1 : Nguyên lý truyền tin qua mạng viễn thông
1.1.2 Các thành phần của mạng viễn thông. a. Thiết bị đầu cuối. Tin tức cần truyền, nh• tiếng nói, văn bản, số liệu, hình ảnh, phải đ•ợc biến đổi thành dạng tín hiệu điện phù hợp để có thể truyền qua mạng viễn thông. Các biến đổi đó đ•ợc thực hiện bởi thiết bị phát đặt tại đầu phát (nơi truyền tin). Sau khi truyền qua mạng, tín hiệu đ•ợc thu tại nơi nhận, nó phải đ•ợc biến đổi trở lại từ dạng tín hiệu điện thành dạng tin tức ban đầu hoặc dạng tin tức khác nh•ng có thể hiểu đ•ợc cho ng•ời sử dụng. Phép biến đổi này đ•ợc thực hiện bởi thiết bị thu tại đầu cuối nhận tin. Nh• vậy, có thể có các thiết bị đầu của mạng (đặt tại nơi phát) và các thiết bị cuối của mạng (đặt tại nơi thu). Tuy nhiên, tại các điểm trao đổi thông tin th•ờng có nhu cầu thông tin hai chiều, nghĩa là vừa có khả năng truyền thông tin đi vừa có khả năng nhận thông tin về. Vì vậy, tại các điểm này th•ờng sử dụng loại thiết bị vừa thực hiện đ•ợc chức năng phát lại vừa thực hiện đ•ợc chức năng thu, hay vừa là thiết bị đầu của mạng vừa là thiết bị cuối của mạng. Để thống nhất, các thiết bị thực hiện chức năng truyền thông tin vào mạng viễn thông hoặc thiết bị nhận thông tin từ mạng hoặc loại thiết bị thực hiện cả hai chức năng trên đều có tên gọi chung là thiết bị đầu cuối viễn thông. Từ đó, thiết bị đầu cuối của mạng viễn thông có thể đ•ợc hiểu đó là thiết bị giao tiếp giữa ng•ời sử dụng với mạng mà nhờ thiết bị này ng•ời sử dụng có thể truyền tin tức qua mạng tới ng•ời sử dụng khác của mạng và nhận các tin tức của các ng•ời sử dụng khác gửi tới. Những điều trên đây mới chỉ đề cập tới khía cạnh biến đổi tín tức; ngoài chức năng chính này các thiết bị đầu cuối còn tham gia vào quá trình thiết lập, duy trì và giải toả tuyến truyền tin từ nó tới các thiết bị đầu cuối khác khi tham gia các cuộc liên lạc qua mạng. Các chức năng loại này bao gồm thông báo cho mạng khi có nhu cầu gọi đi, gửi thông tin chọn địa chỉ, nhận các tín hiệu thông báo về tình trạng của mạng hoặc tình trạng của thiết bị đầu cuối cần liên lạc. Chúng có tên chung là báo hiệu thuê bao. Mỗi thiết bị đầu cuối th•ờng đ•ợc nối với mạng bằng một đôi dây đ•ợc gọi là đ•ờng dây thuê bao. T•ơng ứng mỗi đ•ờng dây thuê bao sẽ là một mạch điện bên trong một thiết bị nào đó của mạng. Mạch điện đó đ•ợc gọi là mạch điện giao tiếp đ•ờng dây thuê bao SLIC (Subscribers Line Interface Circuit). Mạch điện này cho phép thiết bị đầu cuối của ng•ời sử dụng, qua đôi dây dẫn (đ•ờng dây thuê bao), giao tiếp đ•ợc với các thiết bị bên trong mạng .
Thiết bị SLIC đầu cuối Thiết bị Báo hiệu SLIC đầu cuối Tin tức Mạng Thiết bị SLIC đầu cuối Hình 1.2 : Chức năng các thiết bị đầu cuối Nh• vậy thiết bị đầu cuối, đôi dây thuê bao và mạch điện giao tiếp đôi dây thuê bao trong mạng cho phép mỗi ng•ời sử dụng có quan hệ thuê bao với mạng. Ng•ời sử dụng với t• cách là thuê bao của mạng có thể thực hiện các thao tác điều khiển tiến trình tiến hành cuộc liên lạc qua mạng và trao đổi tin tức với các thuê bao khác qua mạng. b. Trung tâm chuyển mạch Qui mô của một mạng có thể từ rất đơn giản đến cực kỳ phức tạp. Có thể lấy mạng điện thoại làm ví dụ điển hình. Với bản chất ứng dụng tự nhiên của mình và với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú, mạng điện thoại mang ý nghĩa tổng quát của mạng viễn thông và là một đối t•ợng nghiên cứu chủ yếu trong lĩnh vực viễn thông. Một mạng điện thoại đơn giản có thể chỉ bao gồm các cặp máy điện thoại đấu nối trực tiếp với nhau qua một đôi dây nh• hình 1.3 Theo ph•ơng thức này, để phục vụ liên lạc giữa mỗi cặp điểm cần đặt một cặp máy điện thoại và nối chúng bằng một đôi dây. Nh• vậy, nếu có n điểm cần liên lạc chéo hoàn toàn với nhau thì tại mỗi điểm cần có (n-1) máy thoại để nối tới các điểm còn lại, do đó tổng số máy điện thoại phải dùng là n(n-1) máy, t•ơng ứng cần n(n-1)/2 đôi dây để nối chúng thành từng cặp.
A  B        C  D  Hình 1.3 : Mạng điện thoại tổ chức theo kiểu đấu nối trực tiếp từng cặp Ph•ơng thức tổ chức mạng kiểu này chỉ có một •u điểm duy nhất đó là đảm bảo sự độc lập giữa các cuộc liên lạc. Ví dụ : Khi A liên lạc với B thì tại A dùng máy số 1, độc lập hoàn toàn với mạng liên lạc giữa A với các điểm còn lại hoặc giữa các điểm còn lại với nhau. Từ đó tạo khả năng tổ chức mạng rất linh hoạt, dễ dàng thêm bớt các mối liên lạc, dễ triển khai thu hồi . Tuy nhiên ph•ơng thức này có rất nhiều nh•ợc điểm nh•: - Phức tạp trong sử dụng: ta hình dung trên bàn làm việc của giám đốc có tới 4, 5 máy điện thoại để liên lạc tới từng phân x•ởng. Khi đó muốn làm việc với một phân x•ởng cụ thể thì cần chọn đúng máy điện thoại nối tới phân x•ởng đó, hoặc có khi tín hiệu gọi tới từ một phân x•ởng thì phải nghe, phải quan sát để xác định cuộc gọi đó đang báo trên máy nào. Rất khó hình dung nếu số điểm liên lạc lên tới hàng trăm, hàng ngàn, thậm chí lên tới hàng triệu thuê bao, không rõ khi đó ng•ời sử dụng sẽ xoay sở ra sao với n–1 chiếc máy điện thoại trên bàn làm việc của mình. - Hiệu quả sử dụng thiết bị đầu cuối và đ•ờng dây thấp do mỗi thiết bị đầu cuối và đôi dây t•ơng ứng chỉ dùng để liên lạc với một đối tác duy nhất nên chúng rất ít đ•ợc dùng đến. - Phức tạp và tốn kém trong mở rộng mạng. Giả sử mạng hiện hành có n điểm có khả năng nối chéo hoàn toàn, nếu thêm điểm thứ n + 1 thì cần bổ xung 2n thiết bị đầu cuối và n đôi dây để nối giữa điểm mới bổ xung với n điểm ban đầu. Một ph•ơng án khả dĩ khác là tại mỗi điểm cần liên lạc chỉ cần đặt một thiết bị đầu cuối và một bộ chuyển mạch đ•ờng dây riêng. Khi cần nối tới một
điểm cụ thể nào đó thì ng•ời sử dụng chỉ việc dùng chuyển mạch riêng để chọn đ•ờng dây nối tới điểm đó nh• mô tả trên hình 1. 4 B  C  A D E  Hình 1.4 : Ph•ơng án dùng chuyển mạch đ•ờng dây riêng Theo cách này đã tạo thuận lợi cho ng•ời sử dụng và giảm đ•ợc số thiết bị đầu cuối. Tuy nhiên, số đôi dây nối chéo giữa các điểm vẫn không giảm, bên cạnh đó, mỗi khi thay đổi số vị trí sẽ kéo theo tổ chức lại các đôi dây và thay đổi dung l•ợng của chuyển mạch riêng tại mỗi thuê bao. Mặc dù vậy, ph•ơng án tổ chức mạng theo cách này cũng tạo ra định h•ớng cho sự ra đời của ph•ơng án tổ chức mạng mới mà nó đ•ợc sử dụng cho tới ngày nay, đó là, tập trung toàn bộ các chuyển mạch riêng đó vào một thiết bị dùng chung gọi là trung tâm chuyển mạch hay còn gọi là tổng đài. Khi đó tại mỗi vị trí ng•ời sử dụng sẽ chỉ còn lại một thiết bị đầu cuối. Thiết bị đầu cuối này đ•ợc nối với tổng đài chỉ bằng một đôi dây gọi là đ•ờng dây thuê bao. Các bộ chuyển mạch riêng mà tr•ớc đây đặt tại từng vị trí ng•ời sử dụng thì nay đ•ợc tập trung cả vào trong tổng đài. Chức năng của tổng đài là tạo ra tuyến nối giữa các đ•ờng dây của hai thuê bao khi chúng cần liên lạc với nhau. Nghĩa là, khi thuê bao A cần liên lạc với thuê bao B thì tổng đài sẽ sử dụng thiết bị chuyển mạch bên trong nó để nối mạch điện đ•ờng dây thuê bao A đến mạch điện đ•ờng dây
thuê bao B, duy trì tuyến nối đó khi hai thuê bao đó liên lạc (trao đổi thông tin) với nhau, giải phóng tuyến nối đó khi các thuê bao này kết thúc cuộc liên lạc. Nh• vậy, chức năng chính của các trung tâm chuyển mạch (tổng đài) là tạo tuyến truyền thông tin từ thuê bao này tới thuê bao khác khi chúng cần liên lạc với nhau. Để thực hiện đ•ợc chức năng này cần trang bị các thiết bị chuyển mạch phù hợp trong tổng đài và phải có khả năng trao đổi thông tin điều khiển giữa các thiết bị đầu cuối và thiết bị điều khiển chuyển mạch của tổng đài. Đến đây ta có thể hình dung rằng, tổng đài là thiết bị dùng chung cho các thuê bao, các thiết bị đầu cuối của các thuê bao đ•ợc nối tới tổng đài bằng các đ•ờng dây thuê bao; bên trong tổng đài sẽ có các mạch điện giao tiếp đ•ờng dây thuê bao t•ơng ứng với từng đ•ờng dây thuê bao; thiết bị chuyển mạch dùng để kết nối các đ•ờng dây thuê bao, và có phần điều khiển để điều khiển các kết nối đó. Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) là thiết bị mạng dùng để tạo ra tuyến thông tin giữa các thiết bị đầu cuối của cùng tổng đài với nhau (cuộc gọi nội hạt), hoặc giữa thiết bị đầu cuối của tổng đài này với thiết bị đầu cuối của tổng đài khác qua đ•ờng trung kế (cuộc gọi liên tổng đài, cuộc gọi đ•ờng dài), hoặc giữa các trung kế với nhau (cuộc gọi quá giang).  Tổng đài SLIC Đ•ờng dây SLIC SLIC  thuê bao  ThiếT Bị Đ•ờng dây chuyển mạch TIC trung kế  SLIC SLIC  điều khiển chuyển mạch Hình 1. 5 : Ph•ơng thức liên lạc qua tổng đài
Các nhóm chức năng của Trung tâm chuyển mạch bao gồm: - Nhóm chức năng chuyển mạch : Tạo tuyến nối, duy trì, giải phóng tuyến nối đối với từng cuộc gọi. - Nhóm chức năng báo hiệu : Cung cấp và xử lý các báo hiệu thuê bao và báo hiệu trung kế để phục vụ chức năng chuyển mạch. Ngoài ra các trung tâm chuyển mạch còn thực hiện các nhóm chức năng mạng quan trọng khác nh• tổ chức, quản lý mạng (vai trò node mạng, quản lý trạng thái của các đầu cuối và tuyến truyền dẫn), cung cấp giao tiếp và các dịch vụ thuê bao, phối hợp truyền dẫn( tổ chức ngân hàng kênh, dạng, mức tín hiệu ) biến đổi và tổ chức thông tin bên trong trung tâm chuyển mạch Trong tổ chức mạng thì các trung tâm chuyển mạch là các node mạng, có thể dùng để phục vụ kết nối giữa các thuê bao với nhau (chuyển mạch nội hạt) hoặc giữa node này với node khác (chuyển mạch kết nối, chuyển tiếp, đ•ờng dài, trung tâm cửa quốc tế). c. Các tuyến truyền dẫn Phạm vi phục vụ của một tổng đài th•ờng bị giới hạn về dung l•ợng và về phân bố địa lý. Thông th•ờng, dân c• tập trung thành các khu vực. Do đó tại trung tâm của từng vùng dân c• ng•ời ta đặt một tổng đài có dung l•ợng phù hợp để phục vụ nhu cầu liên lạc của dân c• trong vùng. Giữa các tổng đài này có thể có các đ•ờng trung kế trực tiếp, các tuyến truyền dẫn tới các tổng đài của các vùng lân cận để phục vụ các cuộc lạc giữa thuê bao của tổng đài này với thuê bao của tổng đài khác. Nhìn chung, các tuyến truyền dẫn th•ờng đ•ợc lắp đặt giữa các tổng đài mà l•u l•ợng thông tin cần trao đổi lớn hoặc giữa các trung tâm thông tin. Đó là các tuyến thông tin nhiều kênh, trên đó có sử dụng kỹ thuật ghép kênh và các giải pháp kỹ thuật cho việc truyền tín hiệu đi xa. Nhờ việc áp dụng các kỹ thuật đó mà có thể tổ chức mạng viễn thông toàn cầu. Trong thành phần mạng viễn thông các tuyến truyền dẫn nối các trung tâm chuyển mạch với nhau, cho phép các cuộc gọi có thể tiến hành qua nhiều node mạng. Vì vậy, chức năng chính của chúng là tạo ra liên kết mạng giữa các trung tâm chuyển mạch. Mạng viễn thông th•ờng đ•ợc tổ chức theo kiểu phân cấp, phân vùng. Tín hiệu qua các thiết bị truyền dẫn đ•ợc biến đổi, đ•ợc tổ chức ghép tách kênh, đ•ợc tái tạo và khuếch đại bù năng l•ợng sau từng chặng để truyền đ•ợc đi xa, và nhờ đó có thể tổ chức mạng lớn (mạng toàn cầu).
1.1.3 Tổ chức mạng viễn thông a. Mạng hợp nối Nh• đã trình bày ở phần trên , mỗi tổng đài cục bộ phục vụ các thuê bao trong một vùng. Các vùng này không có ranh giới rõ ràng, chúng có thể đan xen nhau. Giữa các tổng đài cục bộ có thể là các trung kế trực tiếp hoặc các tuyến truyền dẫn. Tuy nhiên, nếu sử dụng các trung kế và các tuyến truyền dẫn trực tiếp để tạo ra mạng nối chéo giữa các tổng đài cục bộ thì cấu trúc mạng sẽ rất phức tạp. Cũng t•ơng tự nh• việc dùng đài nội hạt để giảm các đ•ờng dây trực tiếp giữa các thuê bao, ở đây cũng có thể dùng tổng đài kết nối trung gian giữa các tổng đài nội hạt để giảm các trung kế và các tuyến truyền dẫn trực tiếp. Nh• vậy các trung kế trực tiếp và các tuyến truyền dẫn trực tiếp chỉ đ•ợc đặt giữa các tổng đài nội hạt gần kề nhau và chỉ phục vụ phần nào l•u l•ợng thông tin giữa chúng, phần còn lại chủ yếu đ•ợc phục vụ qua tổng đài hợp nối trung gian nh• hình 1.6. Đ•ờng dây Vùng 1 thuê bao Vùng 2  Đ•ờng dây thuê bao  Tổng đài hợp nối  Tổng đài Đ•ờng dây hợp nối  thuê bao  Đ•ờng dây thuê bao  Tổng đài hợp nối Ghi chú  Tổng đài nội hạt Đ•ờng dây Vùng 3 thuê bao Trung kế trực tiếp  Trung kế hợp nối Tuyến truyền dẫn  Hình 1. 6 : Tổ chức mạng kiểu hợp nối
Trong ph•ơng pháp tổ chức mạng kiểu này các tổng đài hợp nối đóng vai trò nh• tổng đài của các tổng đài, chúng thực hiện chức năng kết nối giữa các tổng đài trong từng vùng với nhau và giữa vùng này với vùng khác, từ đó cho phép giảm các trung kế trực tiếp, mở rộng phạm vi dịch vụ cho các thuê bao và tạo điều kiện tổ chức mạng linh hoạt hơn. b.Mạng phân cấp Khi xây dựng mạng quốc gia cần hoạch định các cấp chuyển mạch. Nếu mạng không đ•ợc phân cấp thì việc phục vụ các cuộc gọi đ•ờng dài sẽ gặp khó khăn do tuyến đ•ờng dài không đ•ợc hoạch định tr•ớc, cuộc nối sẽ phải qua nhiều tổng đài, thời gian thiết lập lâu, giá thành cao, sử dụng các thiết bị kém hiệu quả, chất l•ợng phục vụ thấp Mạng phân cấp cho phép khắc phục đ•ợc các nh•ợc điểm đề cập trên đây làm cho các cuộc gọi đ•ờng dài đ•ợc tiến hành nhanh chóng, thuận tiện và chất l•ợng cao. Việc phân cấp đi đôi với việc hoạch định chiến l•ợc định tuyến cho các loại cuộc gọi giữa hai thuê bao bất kỳ. Các cuộc gọi đ•ờng dài đ•ợc định tuyến theo các tiêu chuẩn tối •u. Mô hình mạng phân cấp đ•ợc mô tả trên hình 1.7. Nhìn chung việc xử lý định tuyến đ•ợc thực hiện trên cơ sở phân tích h•ớng cuộc gọi và trạng thái của các đ•ờng liên kết giữa các trung tâm chuyển mạch. Khi phát sinh một cuộc gọi thì h•ớng trực tiếp sẽ đ•ợc chọn tr•ớc tiên. Nếu h•ớng trực tiếp không có khả năng phục vụ thì cuộc gọi sẽ đ•ợc tiến hành trên một trong các h•ớng thay thế qua trung tâm chuyển mạch cấp cao hơn. Trung tâm quốc tế Trung tâm liên tỉnh H•ớng thay thế H•ớng Trung tâm vùng trực tiếp Tổng đài nội hạt Hình 1.7 : Mô hình tổ chức mạng kiểu phân cấp
1.1.4 Các thành phần thiết yếu khác của mạng viễn thông. a. Hệ thống báo hiệu Để các thành phần chính trong mạng viễn thông nh• các thiết bị đầu cuối, các trung tâm chuyển mạch, các tuyến truyền dẫn hoạt động phối hợp nhịp nhàng với nhau thì giữa chúng cần có những thông tin điều khiển. Các thông tin điều khiển dùng để trao đổi giữa các thành phần chính trong mạng phục vụ cho các quá trình thiết lập, duy trì, giải toả cuộc gọi đ•ợc gọi chung là báo hiệu. Để hiểu đ•ợc vai trò của báo hiệu ta xem xét quá trình thực hiện cuộc gọi giữa một thuê bao của tổng đài A với một thuê bao của tổng đài B. Hình1.8 thể hiện những tín hiệu báo hiệu đ•ợc trao đổi giữa các thuê bao với các tổng đài và giữa các tổng đài với nhau trong các quá trình thiết lập, duy trì và giải phóng kết nối. Đ•ờng dây Tổng đài Trung kế Tổng đài Đ•ờng dây thuê bao A B  thuê bao  Nhấc tổ hợp Tín hiệu "Mời chọn số" Chọn các chữ số địa chỉ Yêu cầu chiếm trung kế Chấp nhận chiếm Yêu cầu gửi các thông tin địa chỉ Các chữ số địa chỉ Tín hiệu "Hồi âm chuông" Tín hiệu chuông Trả lời Tín hiệu nhấc tổ hợp Trao đổi thông tin Kết thúc cuộc gọi Yêu cầu giải toả cuộc gọi Chấp nhận giải toả Kết thúc Báo hiệu đ•ờng dây Báo hiệu liên tổng đài Báo hiệu đ•ờng dây thuê bao gọi thuê bao bị gọi Hình 1. 8 : Quá trình tiến hành cuộc gọi qua tổng đài Quá trình thực hiện một cuộc gọi trên thực tế có thể xảy ra nhiều khả năng khác nhau tuỳ thuộc vào đó là cuộc gọi nội hạt hay đ•ờng dài, cuộc gọi đ•ợc thực hiện trọn vẹn hay bị kết thúc giữa chừng, nguyên nhân cuộc gọi không thành công, mà từ đó sẽ có các loại tín hiệu báo hiệu khác nhau đ•ợc trao đổi giữa các
thành phần trong mạng . Các tín hiệu báo hiệu có thể chia thành báo hiệu thuê bao (bao gồm báo hiệu đ•ờng thuê bao gọi, báo hiệu đ•ờng thuê bao bị gọi) và báo hiệu trung kế (hay báo hiệu liên tổng đài) tuỳ thuộc vào từng tín hiệu báo hiệu đó đ•ợc sử dụng trên cung đoạn nào của mạng. Về các đơn vị tín hiệu báo hiệu cụ thể và ý nghĩa của chúng sẽ đ•ợc đề cập trong ch•ơng riêng của tài liệu này. b. Hệ thống quản lý, điều hành và bảo d•ỡng Các thế hệ tổng đài cơ điện tr•ớc đây cũng đã bắt đầu hình thành cơ sở quản lý và bảo d•ỡng, tuy nhiên chỉ tập trung vào công việc tính c•ớc đơn giản và cảnh báo lỗi thô sơ. Các thế hệ tổng đài hiện đại điều khiển theo ch•ơng trình ghi sẵn (SPC- Stored Program Control) cho phép l•u trữ ch•ơng trình điều hành hoạt động của tổng đài, cơ sở dữ liệu thuê bao và dữ liệu trung kế, các ch•ơng trình quản lý mạng và chọn tuyến tối •u, các ch•ơng trình chuẩn đoán hỏng hóc cho phép quản lý tập trung các tổng đài trong phạm vi nào đó và thực hiện các quy trình bảo hành, bảo d•ỡng từ xa. c. Đồng bộ mạng Các trung tâm chuyển mạch hiện nay hầu hết là các tổng đài chuyển mạch số, do đó yêu cầu sự đồng bộ chặt chẽ giữa các tổng đài. Đồng bộ có ý nghĩa hết sức quan trọng, mang tính sống còn của mạng số hoá, nó ảnh h•ởng trực tiếp đến chất l•ợng phục vụ QoS của hệ thống. Ngày càng nhiều loại hình thông tin đ•ợc kết hợp với nhau đ•ợc phục vụ qua mạng viễn thông, có những loại hình thông tin rất nhạy cảm với hiện t•ợng tr•ợt và lặp, ví dụ nh• thông tin số liệu, vì vậy sai sót nhỏ trong đồng bộ sẽ dẫn tới tr•ợt và lặp thông tin, ảnh h•ởng tới chất l•ợng phục vụ và có thể gây gián đoạn liên lạc bởi vậy cần áp dụng các giải pháp kỹ thuật để đảm bảo đồng bộ mạng thông tin số. Chi tiết về vấn đề này sẽ đ•ợc đề cập các ch•ơng sau.
1.2 Chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói. 1.2.1 Khái niệm về chuyển mạch kênh (Circuit Switching). Chuyển mạch kênh đ•ợc hiểu là một ph•ơng thức chuyển mạch mà khi phục vụ mỗi cuộc gọi giữa một cặp thiết bị đầu cuối nào đó thì kênh truyền giữa các mạch điện giao tiếp của hai thiết bị đầu cuối đó đ•ợc thiết lập và dành riêng cho việc trao đổi thông tin giữa hai thuê bao này. Các cuộc gọi đồng thời giữa các cặp thuê bao khác nhau đ•ợc tiến hành trên các kênh truyền khác nhau, độc lập nhau. Kênh truyền này có thể đ•ợc hiểu là tập hợp các đoạn mạch do các thiết bị chuyển mạch và các kênh đ•ợc 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. Đặc điểm của chuyển mạch kênh là : • Thiết lập kênh truyền rồi mới truyền thông tin trên kênh đã đ•ợc 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. Mô hình của ph•ơng thức chuyển mạch kênh đ•ợc chỉ ra trên hình 1.9 S-Switch T-Switch T-Switch S-Switch   TS1 TS2 TS4 TS5 TS1 TS2 TS4 TS5   Hình 1.9 : Mô hình chuyển mạch kênh 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 dây. 1.2.2 Khái niệm về chuyển mạch bản tin (Message Switching). Trong thực tế không có mạng chuyển mạch chuyên dụng cho chuyển mạch bản tin nh•ng chúng ta vẫn th•ờng nhận đ•ợc các thông tin d•ới dạng bản tin. Có thể hình dung nguyên lý chuyển mạch bản tin nh• sau: Tin tức cần truyền là bản tin sẽ đ•ợc gửi đến node gốc kèm theo địa chỉ nguồn và địa chỉ đích. Node gốc l•u bản tin trong bộ nhớ của nó, lập kế hoạch chọn tuyến tới đích và gửi yêu cầu tới node kế tiếp theo kế hoạch chọn tuyến, khi node kế tiếp sẵn sàng tiếp nhận bản tin thì hai node tiến hành trao đổi bản tin cho nhau, cứ nh• vậy bản tin sẽ đ•ợc truyền tới đích. Cũng có thể truyền bản tin theo các thuật truyền khác nhau, miễn sao bản tin tới đ•ợc đích. b e h dte a d te d g i c f Hình 1.10 : Mô hình mạng chuyển mạch bản tin Đặc điểm của ph•ơng thức chuyển mạch bản tin: • Bản tin có kích không xác định vì vậy phải có bộ nhớ đủ lớn tại các node để tiếp nhận và l•u trữ bản tin. • Thời gian truyền tải tin lớn, dễ gây tắc nghẽn. • Trễ bản tin trong các node và trong mạng không xác định. • áp dụng các biện pháp phát hiện và sửa lỗi. 1.2.3 Khái niệm và chuyển mạch gói. Bản tin đ•ợc chia thành các gói và đ•ợc truyền cùng các tiếp đầu và tiếp
cuối của gói, các tiếp đầu và tiếp cuối đó là các tr•ờng điều khiển để h•ớng dẫn các node của mạng đ•a các gói tới đích, kiểm soát lỗi và điều khiển l•u l•ợng. Một bản tin có thể gồm nhiều gói, chúng có thể đ•ợc truyền tới đích theo ph•ơng thức h•ớng liên kết (Connection-oriented) hoặc theo ph•ơng thức phi kết nối (Connectionless). Nh• thế các gói của một bản tin có thể đ•ợc truyền theo cùng một tuyến qua các nút mạng hoặc cũng có thể đ•ợc truyền trên các tuyến khác nhau. Thêm vào đó, trong quá trình truyền các gói có thể có lỗi, một vài gói phải truyền lại và do đó các gói có thể đến đích không theo thứ tự, các thiết bị mạng và thiết bị đầu cuối phải có khả năng kiểm soát và sắp xếp lại các gói để khôi phục lại bản tin tại đầu cuối thu. Đặc điểm của ph•ơng thức chuyển mạch gói: • Giảm đ•ợc trễ tại các node và trong mạng • Xử lý lỗi và sửa lỗi hoặc truyền lại gói nhanh hơn so với chuyển mạch bản tin do đó giảm đ•ợc l•ợng thông tin cần truyền lại, giảm tắc nghẽn và tăng tốc độ truyền tin cũng nh• khả năng phục vụ của mạng. • Có thể định tuyến cho từng gói hoặc cho tất cả các gói của cuộc gọi theo các thủ tục khác nhau. b e h dte a dte d g i c f Hình 1.11 Mô hình nguyên lý chuyển mạch gói 1.2.4 Khái niệm về công nghệ atm (Công nghệ chuyển giao không đồng bộ–asynchronous Transfer Mode) atm là công nghệ bao gồm cả khía cạnh truyền dẫn và khía cạnh chuyển mạch, đây cũng là dạng chuyển mạch gói đặc biệt. Về khía cạnh truyền dẫn có
thể coi atm nh• một ph•ơng thức ghép kênh không đồng bộ (còn gọi là ghép kênh thống kê), nghĩa là đ•ờng truyền đ•ợc phân chia một cách linh hoạt cho các tế bào từ các nguồn tin khác nhau, không cần tuân theo một trật tự nghiêm ngặt. Các tế bào giống nh• các gói tin đặc biệt có kích th•ớc cố định (53byte) để đạt đ•ợc hiệu quả truyền dẫn và chuyển mạch cao, giảm trễ trong mạng và tránh tắc nghẽn. Các tr•ờng thủ tục trong mỗi tế bào đ•ợc tối thiểu hoá, đơn giản thao tác xử lý tế bào tại các node mạng, nh• thế sẽ tăng đ•ợc tốc độ chuyển mạch đáp ứng đ•ợc các dịch vụ tốc độ cao. Về chuyển mạch áp dụng ph•ơng thức chuyển mạch địa chỉ thể hiện trong nhận dạng kênh ảo (VCI) và nhận dạng đ•ờng ảo (VPI) từ đó đơn giản hoá chức năng chuyển mạch, nâng cao khả năng chuyển mạch, kết hợp báo hiệu kênh chung tạo khả năng sử dụng VCI, VPI linh động, dễ dàng tổ chức mạng toàn cầu. a. Chế độ truyền đồng bộ và chế độ truyền không đồng bộ Time Slot Fraaming Channel Channel Channel Framiinng Channel Channel Channel Fraaming Channel Channel Channel Framiinng Channel g 1 2 n g 1 2 n g 1 2 n g 1 Periodic Frame a. Chế độ truyền đồng bộ STM Occupied Idle Time Slot Time Slot H Channel H Channel H Unused H Channel H Channel H Channel H Channel H Channel H Channel H Channel H Channel 1 1 Channel 5 3 7 1 5 5 4 7 b. Chế độ truyền không đồng bộ ATM Hình1.12 Minh hoạ các chế độ ghép kênh đồng bộ và không đồng bộ Trên hình 1.12a minh hoạ nguyên lý ghép kênh thời gian đồng bộ (Synchronous Time Division Multiplexing) hay còn gọi là ph•ơng thức truyền đồng bộ (Synchronous Transfer Mode). Các kênh đ•ợc tổ chức thành khung và đ•ợc sắp xếp theo thứ tự một cách chặt chẽ. Việc xác định thông tin của từng kênh để phục vụ cho việc phân phối chúng cũng nh• thực hiện các thao tác chuyển mạch phải bắt đầu bằng việc xác định đồng bộ đa khung, đồng bộ khung (Frame). Mất hoặc thu sai đồng bộ khung cũng làm mất thông tin của các kênh. Do băng thông đ•ợc phân phối đều cho các kênh nên những kênh không có thông tin để truyền cũng chiếm khe thời gian dành cho nó và các kênh khác có nhu cầu truyền tin không thể tận dụng đ•ợc. Ưu điểm cơ bản của ph•ơng thức này là tốc độ truyền ổn định do vậy rất phù hợp với các dịch vụ có tốc độ bít cố định và các dịch vụ yêu cầu trễ không đổi cho các dịch vụ nhạy cảm với thời gian thực nh•
tín hiệu thoại hoặc hình ảnh. Trên hình 1.12b minh hoạ nguyên lý ghép kênh thời gian không đồng bộ ATDM (Asynchronous Time Division Multiplexing) hay còn gọi là ph•ơng thức chuyển giao không đồng bộ ATM(Asynchronous Transfer Mode). Băng thông đ•ợc phân phát cho các kênh theo nhu cầu (ghép kênh thống kê - Statistical Multiplexing) và không cần tuân theo một thứ tự chặt chẽ nh• trong ph•ơng thức truyền đồng bộ. Thông tin của từng kênh đ•ợc truyền cùng với phần tiếp đầu H (Header-Overhead) của nó tạo thành các gói. Phần Header chứa các thông tin điều khiển giúp cho các thiết bị mạng xác định đ•ợc thông tin của từng kênh để thực hiện các thao tác định tuyến, chuyển mạch và sắp xếp lại bản tin. Nhờ có phần Header nên việc ghép và tách kênh đ•ợc tiến hành rất thuận tiện, băng thông đ•ợc phân phối một cách linh hoạt cho các kênh. Cũng nhờ phần Header mà có thể áp dụng cơ cấu chuyển mạch t•ơng đối đơn giản, đó là nguyên lý chuyển mạch địa chỉ (Address Switching) hay còn gọi là chuyển mạch nhãn (Label Switching) mà chúng ta sẽ điểm qua d•ới đây. Int@ Out@ Port Int@ Out@ Port a m 1 M a 1 b n * Port1 n b 2 Port1 a b m n a Int@ Out@ Port Int@ Out@ Port c o 2 o e 2 Port1 Port1 b e c o Int@ Out@ Port Int@ Out@ Port d p 2 o c 2 e 0 1 Port1 n b 1 Port1 b d d e o n n b 2 Int@ Out@ Port Int@ Out@ Port c o 2 o c 2 Port1 p d 1 Port1 c b c o p c Hình 1.13 Nguyên lý chuyển mạch địa chỉ
b. Chuyển mạch địa chỉ (Address Switching) Trên hình 1.13 minh hoạ nguyên lý chuyển mạch địa chỉ. Mỗi bộ chuyển mạch có 2 đầu vào và 2 cổng ra. Trên mỗi đầu vào có một bảng định tuyến dùng để định tuyến cho các gói dữ liệu. Mỗi gói dữ liệu đ•ợc gán một nhãn định tuyến (nh• các chỉ số nhận dạng trong header). Nhãn đó sẽ đ•ợc so sánh với các nhãn của cột In@. Bộ chuyển mạch sẽ chuyển đổi nhãn đó thành nhãn đầu ra t•ơng ứng nh• trong cột Out@ và đ•ợc chuyển ra cổng đầu ra định tr•ớc bởi cột Port. Nh• vậy các gói sẽ lần l•ợt qua các bộ chuyển mạch để đi từ một đầu vào nào đó tới đầu ra của Node chuyển mạch. Các bảng định tuyến sẽ thay đổi mỗi khi bắt đầu hoặc kết thúc một cuộc liên lạc nào đó d•ới sự hỗ trợ của hệ thống báo hiệu. Nh• thế thao tác của bộ chuyển mạch bao gồm xử lý nhãn đầu vào, phiên dịch thành nhãn đầu ra và h•ớng gói tới cổng ra cần thiết. Ví dụ gói đầu vào có nhãn A sẽ đ•ợc chuyển thành nhãn M và chuyển ra cổng vật lý Port1. Tại mỗi cổng ra vật lý có bộ nhớ đệm để tạm thời l•u trữ các gói khi có nhiều gói cùng đ•ợc định h•ớng đến một cổng ra vật lý. Bộ nhớ đệm này làm việc theo nguyên lý FIFO (Vào tr•ớc, ra tr•ớc - First In First Out). 1.2.5 lĩnh vực ứng dụng của các ph•ơng thức chuyển mạch Các thông tin có nguồn gốc khác nhau th•ờng đ•ợc thể hiện bằng các dạng tín hiệu khác nhau. Ví dụ thông tin thoại hoặc truyền hình th•ờng là dòng thông tin liên tục đ•ợc thể hiện bằng chuỗi tín hiệu số tốc độ bit không đổi (CBR-Constant Bit Rate), trong khi thông tin máy tính, số liệu lại th•ờng mang tính gián đoạn và d•ới dạng tín hiệu số có tốc độ bít thay đổi (VBR-Variable Bit Rate) và vì thế mỗi loại thông tin thích ứng với một công nghệ truyền dẫn và chuyển mạch. Những thông tin có tốc độ bit không đổi và nhạy cảm với trễ th•ờng chọn hình thức truyền đồng bộ và chuyển mạch kênh. Truyền dẫn kiểu đồng bộ đáp ứng tốc độ truyền không đổi và trễ truyền dẫn là nh• nhau cho tất cả các tổ hợp tín hiệu của cùng một cuộc gọi. Chuyển mạch kênh thiết lập kênh dành riêng cho mỗi cuộc gọi tr•ớc khi truyền thông tin của cuộc gọi đó và đảm bảo tất cả các tổ hợp tín hiệu của cùng một cuộc gọi sẽ đ•ợc truyền theo cùng một tuyến đã đ•ợc thiết lập dành riêng đó và vì thế không làm thay đổi thứ tự của các tổ hợp tín hiệu đó, đồng thời do đ•ợc truyền theo cùng một tuyến nên các tổ hợp tín hiệu này sẽ có cùng độ trễ nh• nhau làm cho tín hiệu sau khôi phục không bị méo pha, đáp ứng đ•ợc các dịch vụ nhạy cảm với trễ. Đối với loại thông tin đ•ợc tổ chức thành các gói hoặc các tế bào cho phép sử dụng ph•ơng thức ghép kênh thống kê để nâng cao hiệu quả sử dụng các thiết bị mạng, đồng thời áp dụng nguyên lý chuyển mạch địa chỉ để đơn giản hoá các thiết bị chuyển mạch đồng
thời thích ứng với nhiều loại hình dịch vụ với nhiều tốc độ khác nhau. Đối với nhu cầu phát triển mạng viễn thông đa dịch vụ băng rộng, cùng với những tiến bộ v•ợt bậc trong lĩnh vực quang dẫn thì công nghệ ATM là một lựa chọn có thể đáp ứng đ•ợc những yêu cầu của một mạng viễn thông hiện đại. 1.3 Khái quát về tổng đài điều khiển theo ch•ơng trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control) 1.3.1 Sự phát triển của công nghệ chuyển mạch và ph•ơng thức điều khiển. Trong phần này chỉ đề cập tới công nghệ chuyển mạch và ph•ơng thức điều khiển đ•ợc áp dụng trong lĩnh vực chuyển mạch kênh. Cùng với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch thì các ph•ơng thức điều khiển áp dụng trong các thế hệ tổng đài cũng đ•ợc phát triển, luân phiên thay thế lẫn nhau. Nh• đã trình bày ở mục 1.2, khi các máy điện thoại đ•ợc phát minh thì đầu tiên, để tổ chức liên lạc, đơn giản chúng nối đ•ợc từng cặp trực tiếp với nhau mà không qua một loại tổng đài nào cả. Sau đó là việc áp dụng các loại tổng đài nhân công kiểu từ thạch hoặc điện chung. Thực chất các tổng đài này là các thiết bị nối dây nhân công, dùng các cặp dây phích để nối mạch điện đ•ờng dây của thuê bao gọi với đ•ờng dây của thuê bao bị gọi. Trong các tổng đài nhân công, hầu nh• không có hệ thống điều khiển, các tín hiệu báo hiệu cũng hết sức đơn giản. Các thông tin địa chỉ đ•ợc trao đổi bằng lời yêu cầu của thuê bao tới nhân viên tổng đài hoặc nhân viên tổng đài phía chủ gọi tới nhân viên tổng đài phía bị gọi. Nhân viên tổng đài thực hiện chức năng của hệ thống điều khiển trong tổng đài, bao gồm quan sát, phát hiện yêu cầu gọi trao đổi để nhận địa chỉ thuê bao bị gọi, phát tín hiệu gọi chuông tới thuê bao bị gọi, thiết lập nối giữa thuê bao bị gọi và thuê bao gọi, giám sát cuộc gọi để phát hiện yêu cầu kết thúc, giải toả cuộc gọi khi có yêu cầu kết thúc cuộc gọi. Trong thế hệ tổng đài tự động dùng các bộ chọn nhẩy nấc việc tạo tuyến nối giữa mạch điện đ•ờng dây thuê bao gọi với mạch điện đ•ờng dây thuê bao bị gọi đ•ợc thực hiện một cách tự động d•ới sự điều khiển của các chùm xung quay số đ•ợc tạo từ đĩa quay số của thiết bị đầu cuối thuê bao gọi. Các tín hiệu báo hiệu đã bắt đầu phức tạp phù hợp với b•ớc phát triển v•ợt bậc về công nghệ, từ chuyển mạch nhân công sang chuyển mạch tự động. Các tín hiệu báo hiệu tối thiểu đủ để đáp ứng việc tự động hoá quá trình chuyển mạch: Dòng mạch vòng
(báo hiệu giám sát), chọn số dạng xung (báo hiệu địa chỉ), các âm phục vụ (báo bận, hồi âm chuông, mời quay số), dòng chuông. Ch•a hình thành hệ thống điều khiển. Mỗi thiết bị chuyển mạch có bộ phận điều khiển riêng, hình thành ph•ơng thức điều khiển độc lập - trực tiếp - nối tiếp. Độc lập có nghĩa là mỗi bộ chọn có bộđiều khiển riêng của nó, trực tiếp nghĩa là chùm xung quay số điều khiển trực tiếp hoạt động của từng bộ chọn, còn nối tiếp đ•ợc hiểu là mạch điều khiển của bộ chọn đ•ợc hình thành một cách nối tiếp theo tiến trình thiết lập tuyến nối (xem hình 1.14) ĐK ĐK ĐK  ĐK  ĐK  ĐK ĐK  ĐK  ĐK   ĐK  ĐK  Cấp chọn Cấp chọn Cấp chọn Cấp chọn sơ bộ nhóm 1 nhóm 2 đ•ờng dây Hình 1.14 Mô hình điều khiển độc lập-trực tiếp trong tổng đài nhảy nấc Nh•ợc điểm của ph•ơng thức điều khiển độc lập-trực tiếp là thiết bị điều khiển phân tán theo các bộ chọn làm hiệu suất sử dụng thấp, kích th•ớc chọn bộ công kềnh, tốc độ thiết lập tuyến nối chậm, không cho phép áp dụng các ph•ơng pháp định tuyến, dễ bị chọn vào ngõ cụt. Tuy nhiên, ph•ơng thức điều khiển này cũng có một vài •u thế nh• nguyên lý điều khiển rất đơn giản, lỗi điều khiển của một thiết bị không gây ảnh h•ởng nghiêm trọng, khắc phục sự cố nhanh chóng Ngày nay, một số hệ thống thông tin số cần chuyển mạch tốc độ cao cũng có su h•ớng áp dụng ph•ơng thức điều khiển độc lập, tuy nhiên thao tác điều khiển chuyển mạch của nó dựa trên việc xử lý nhãn nh• trong chuyển mạch địa chỉ.
C D   A B  Bộ điều khiển cấp chọn  đ•ờng dây khâu CD A Bộ điều khiển cấp chọn Bộ dây phích B đ•ờng dây khâu AB Giao tiếp trung kế Bộ điều khiển Bộ điều khiển cấp chọn nhóm cấp chọn thanh ghi Thanh ghi địa chỉ Hình 1.15 Ph•ơng thức điều khiển gián tiếp trong tổng đài toạ độ Thế hệ tổng đài tự động dùng bộ nối dây toạ độ (ngang dọc) đã tạo ra những tiến bộ đáng kể. Khả năng nối dây của các bộ nối loại này đã tăng nhiều so với loại bộ chọn nhảy nấc, mỗi khối dọc của bộ nối dây tọa độ t•ơng đ•ơng một bộ chọn nhẩy nấc đơn, từ đó cho phép giảm đáng kể thể tích thiết bị chuyển mạch của tổng đài. Nguyên lý nối dây theo kiểu tiếp điểm ép nên giảm đ•ợc sự mài mòn. Đặc biệt, đã cho phép áp dụng ph•ơng thức điều khiển gián tiếp-tập trung. Nguyên lý điều khiển gián tiếp đ•ợc thể hiện: Tr•ớc tiên tín hiệu chọn số từ thuê bao gọi đ•ợc thu và nhớ ở thanh ghi địa chỉ, sau đó mới chuyển tới các bộ điều khiển của các cấp chọn và từ đó phân phối tới từng bộ nối dây. Nh• vậy, thiết bị điều khiển cũng đã bắt đầu đ•ợc tập trung, nâng cao đ•ợc hiệu suất sử dụng của các thiết bị điều khiển dùng chung, tăng khả năng điều khiển và cho phép chọn tuyến theo một số ph•ơng án định tr•ớc, việc chọn tuyến mang tính bao quát trong phạm vi một tổng đài. Cả hai loại tổng đài cơ điện (nhẩy nấc và toạ độ) có đặc điểm chung là kích th•ớc lớn, chi phí khai thác khá cao, tiêu thụ năng l•ợng lớn, dịch vụ nghèo nàn, chất l•ợng dịch vụ thấp. Tuy nhiên chúng cũng đã phục vụ trong khoảng thời gian hàng vài thập kỷ (gần thế kỷ). Nửa cuối thế kỷ 20 công nghệ chế tạo các linh kiện bán dẫn phát triển mạnh, kỹ thuật xử lý tín hiệu và kỹ thuật vi xử lý tạo điều kiện cho ngành công
nghệ điện tử phát triển, trong đó có lĩnh vực kỹ thuật chuyển mạch. Hàng loạt thiết kế, phát minh mới trong lĩnh vực truyền dẫn nh• phân kênh theo thời gian, quang dẫn thúc đẩy các phát kiến mới trong lĩnh vực chuyển mạch. Các tổng đài điện tử có đặc điểm chung là thiết bị chuyển mạch đ•ợc chế tạo trên cơ sở linh kiện điện tử, bán dẫn, vi mạch có kích th•ớc nhỏ, tác động nhanh, tiêu thụ nguồn thấp, có khả năng tích hợp cao và đặc biệt là thích ứng với các kỹ thuật truyền dẫn tốc độ cao. Ph•ơng thức điều khiển trong các tổng đài điện tử cũng chuyển dần theo h•ớng thay thế các mạch logic rời rạc trong các khối, các bộ điều khiển bằng các phầm mền cùng các bộ xử lý chuyên dụng. Và nh• thế đã làm xuất hiện thế hệ tổng đài điều khiển theo ch•ơng trình l•u trữ SPC (Stored Program Control). Phần mềm điều khiển các tổng đài cũng đ•ợc dần cải tiến và càng ngày càng cho phép ng•ời sử dụng có thêm nhiều tính năng dịch vụ tuỳ tự chọn. Các tổng đài điều khiển theo ch•ơng trình l•u trữ SPC cùng với công nghệ truyền dẫn hiện đại và chuyển mạch số nhanh chóng thay thế các tổng đài cơ điện. Ph•ơng thức báo hiệu cũng cần đ•ợc hoàn thiện làm cho hoạt động của mạng viễn thông ngày càng linh hoạt, hiệu quả, thông minh hơn. Các dịch vụ thoại và phi thoại ngày càng xích lại gần nhau hơn trên cơ sở chuyển mạch số và điều khiển theo ch•ơng trình l•u trữ. Công nghệ truyền dẫn và chuyển mạch atm mở ra triển vọng to lớn cho các dịch vụ của mạng viễn thông. 1.3.2. Tổng quan về tổng đài điều khiển theo ch•ơng trình l•u trữ SPC Trong quá trình điều khiển các thiết bị chuyển mạch cần phải thực hiện rất nhiều phép tính logic, kết quả của chúng lại cần đ•ợc nhớ để điều khiển các phần tử chuyển mạch. Tr•ớc đây các phép tính đó và các chức năng nhớ đ•ợc thực hiện trên các linh kiện rời, đơn lẻ, khả năng tính toán chậm. Ngày nay, nhờ vào thành tựu của kỹ thuật vi xử lý đã cho phép kết hợp các chức năng xử lý này trao cho các bộ vi xử lý chuyên dụng. Các phép tính logíc trong xử lý cuộc gọi, các quá trình xử lý và phân phối báo hiệu, chọn tuyến, tạo các bản tin điều khiển chuyển mạch và các thiết bị ngoại vi, kiểm soát các mạch giao tiếp đ•ợc xử lý bởi các bộ vi xử lý trên cơ sở các phần mềm đã đ•ợc l•u trữ nhờ đó mà giảm đáng kể các linh kiện, nâng cao chất l•ợng và tốc độ phục vụ của các tổng đài. Việc kết hợp điều khiển theo ch•ơng trình l•u trữ với kỹ thuật chuyển mạch số càng nâng cao •u thế của các tổng đài SPC. Một số •u điểm của tổng đài SPC có thể liệt kê d•ới đây: -Tính linh hoạt: Các tổng đài SPC có tính linh hoạt ở mức cao thể hiện ở khía cạnh tác dụng lâu dài và tác dụng trực tiếp. Tr•ớc tiên xem xét khía cạnh tác dụng lâu dài. Trong từng giai đoạn phát triển của hệ thống chuyển mạch, một loạt
ch•ơng trình có thể tạo ra để cho phép hỗ trợ các nhu cầu dịch vụ và quản lý. Sự hiệu chỉnh phần mềm đáp ứng ngày càng da dạng về dịch vụ làm cho hệ thống không trở thành lạc hậu theo thời gian. Nh• vậy, các phần mềm cơ bản đảm bảo cho hệ thống hoạt động đáp ứng các dịch vụ truyền thống và nhu cầu hiện tại, có xem xét khả năng thay đổi để khi cần nâng cấp chỉ cần cải tiến đôi chút về phần mềm hoặc đ•a thêm các thủ tục mới mà không cần thay đổi cấu trúc phần cứng. Nghĩa là cấu trúc phần cứng của tổng đài SPC cùng với phần mềm điều khiển ban đầu của nó đ•ợc thiết kế theo khuynh h•ớng module hoá phù hợp với chiến l•ợc mở rộng cả về dung l•ợng và khả năng dịch vụ. Khía cạnh hiệu quả trực tiếp thể hiện ở khả năng thay đổi nhanh chóng bằng cơ sở dữ liệu để có thể thích ứng với điều kiện thay đổi trạng thái của mạng, nghĩa là khả năng thích nghi của hệ thống với từng trạng thái mạng khi có các biến cố, ví dụ khi có một tắc nghẽn tại một node mạng nào đó hoặc trên tuyến truyền dẫn để có đ•ợc các phép chọn tuyến tối •u. Hoặc đối với thuê bao dễ dàng thay đổi dịch vụ của từng thuê bao bằng việc thay đổi cơ sở dữ liệu của nó theo yêu cầu của ng•ời sử dụng. -Các tiện ích cho thuê bao: Các tổng đài SPC cung cấp cho thuê bao nhiều tiện ích hơn, dễ dàng và rẻ hơn trong các tổng đài khác. Các tiện ích này đ•ợc phân phối bởi hệ thống quản lý và theo tính năng tuỳ chọn của thuê bao. Các tiện ích đó bao gồm: + Short–code dialling (dịch vụ quay số tắt từ bộ nhớ của tổng đài): Các địa chỉ th•ờng gọi đ•ợc nhớ tr•ớc vào bộ nhớ của tổng đài với mã t•ơng ứng nào đó. Khi cần gọi, thuê bao chỉ việc chọn mã rút gọn đó thì địa chỉ đã nhớ sẽ tự động đ•ợc gọi ra. + Call transfer (dịch vụ chuyển cuộc gọi): Chuyển cuộc gọi tới địa chỉ khác một cách tự động (call forward). +Ring back when free (camp – on): Cuộc gọi đến một thuê bao đang bận sẽ chuông lại khi thuê bao cần gọi giải phóng trở lại. +Automatic alarm call : Tổng đài tự động phát tín hiệu cảnh báo tại thời điểm đã đặt tr•ớc (báo giờ). +Outgoing and Incoming call barring: Hạn chế gọi tới và gọi đi. Cho phép chủ thuê bao hạn chế các cuộc gọi đến và các cuộc gọi đi (gọi đ•ờng dài) +Itemized billing: Cung cấp hoá đơn tính c•ớc chi tiết các cuộc gọi. + Malicious – call tracing : Thuê bao hoặc cơ quan có quyền đ•ợc biết về nguồn gốc của cuộc gọi quấy rối.
Nhiều tiện ích trên đòi hỏi tăng c•ờng khả năng báo hiệu thuê bao, ví dụ yêu cầu sử dụng tính năng chọn mã bằng báo hiệu đa tần (DTMF – Dual Tone Multifrequency). Một số tiện ích yêu cầu hệ thống báo hiệu liên đài thích hợp. - •u điểm trong quản trị : Các tổng đài SPC cung cấp rất nhiều các tiện ích quản lý nh• : điều khiển các tiện ích của thuê bao, thay đổi định tuyến, thay đổi số liệu thuê bao và trung kế, xuất các thông tin thống kê quản lý tổng đài, các số liệu phục vụ bảo trì , chuẩn đoán dự báo hỏng hóc. Việc kết hợp kỹ thuật số cũng đ•a lại các •u điểm nổi bật: Kỹ thuật số đ•ợc áp dụng cho khâu chuyển mạch và điều khiển tạo thành tổng đài số hoá hoàn toàn, kết hợp với truyền dẫn số làm cho mạng viễn thông số càng thể hiện thế mạnh của mình. Tốc độ thiết lập cuộc gọi đ•ợc cải thiện đáng kể do có sự t•ơng thích về dòng và áp giữa phần điều khiển và phần tử chuyển mạch, cùng với đặc tính không nghẽn mạch (non-blocking) của các chuyển mạch số cho phép thiết kế mạng chuyển mạch gọn nhẹ, tiết kiệm và khả thông cao. Ngoài ra, nếu cuộc gọi đang tiến hành bị gián đoạn bởi một lý do nào đó thì cố gắng tái thiết lập cuộc gọi có thể đ•ợc thực hiện mà không gây ra sự cảm nhận cho ng•ời sử dụng. - Tiết kiếm không gian: Các chuyển mạch số có kích th•ớc rất nhỏ nh•ng do độ tích hợp rất cao nên khả năng chuyển mạch rất lớn lại áp dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian nên hiệu xuất sử dụng rất cao từ đó giảm đ•ợc không gian của phần thiết bị chuyển mạch và kích th•ớc chung của tổng đài. - Độ tin cậy rất cao và rất dễ dàng bảo trì : Do không có các phần tử cơ điện nên trong hoạt động của tổng đài loại trừ đ•ợc các hỏng hóc, sai sót cơ khí. Kích th•ớc của các linh kiện lại gọn nhẹ nên cho phép áp dụng các biện pháp dự phòng đảm bảo thay thế tự động khi có sai sót, sự cố. Các mạch chức năng đ•ợc chế tạo d•ới dạng module đ•ợc kiểm soát bằng các ch•ơng trình chuẩn đoán, cảnh báo hỏng hóc, cung cấp khả năng tự bảo hành và cung cấp thông tin đầy đủ cho việc sửa chữa, bảo trì. Ngoài ra các tổng đài SPC còn cung cấp khả năng quản lý và bảo d•ỡng từ xa. - Chất l•ợng cuộc nối: kết hợp chuyển mạch số và truyền dẫn số cho phép cải thiện rất cơ bản chất l•ợng cuộc nối bởi các lý do: Truyền dẫn số tránh đ•ợc suy hao tín gốc, loại trừ các tín hiệu nhiễu, tạp âm, tránh đ•ợc tạp âm tích luỹ. Từ đó chất l•ợng các cuộc gọi đ•ờng dài và cuộc gọi nội hạt không có sự khác biệt.
- Khả năng kết hợp các dịch vụ phi thoại : Các loại dịch vụ phi thoại nh• video, fax, telex, số liệu đ•ợc số hoá có thể đ•ợc truyền và chuyển mạch trong cùng mạng với tín hiệu thoại. Một môi tr•ờng số hoá hoàn toàn (trừ mạng thuê bao) gồm chuyển mạch số, truyền dẫn số, điều khiển theo ch•ơng trình l•u trữ SPC, kết hợp với báo hiệu kênh chung sẽ tạo nên một mạng viễn thông hoàn chỉnh trong giai đoạn hiện nay – Hoàn chỉnh với nghĩa đủ mạnh để cung cấp và bảo đảm các dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và càng cao của ng•ời sử dụng. Báo hiệu kênh chung cung cấp khả năng liên lạc nhanh chóng giữa các hệ thống điều khiển của các tổng đài, cung cấp khả năng bao quát tình trạng của các node mạng và các tuyến truyền dẫn, từ đó có thể chọn tuyến nhanh, hiệu quả và tối •u hơn. Ngoài ra báo hiệu kênh chung còn cho phép mở rộng một số dịch vụ xuyên qua mạng, điều hành và bảo d•ỡng tập trung. 1.3.3. Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC Nhìn chung các tổng đài SPC có thể là tổng đài Analog hoặc tổng đài Digital dung l•ợng và kết cấu của chúng rất đa dạng. Hình 1.16 chỉ đ•a ra sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC. Có thể chia cấu trúc của các tổng đài SPC thành hai hệ thống chính : Hệ thống thoại và Hệ thống xử lý điều khiển. Hệ thống thoại lại có thể chia thành các phân hệ : Phân hệ thuê bao và báo hiệu thuê bao, phân hệ trung kế và báo hiệu trung kế, phân hệ chuyển mạch. Phân hệ thuê bao và báo hiệu thuê bao gồm các mạch kết nối đ•ờng dây thuê bao thực hiện các chức năng BOCHTRS (B-Battery feed cấp nguồn, O-Over- voltage protection chống quá áp, C- Codec (coder and decoder) mã hoá và giải mã, H-Hybrid biến đổi 2dây/4 dây, T-Test kiểm tra đo thử, R-Ring rung chuông, S-Supervision giám sát trạng thái). Các thiết bị đầu cuối thuê bao có thể là loại t•ơng tự (analog) hoặc loại số (digital). Đối với loại analog tất cả các chức năng trên đ•ợc thực hiện tại mạch kết cuối đ•ờng thuê bao SLIC (Subscribers line Interface circuit). Đối với loại thuê bao số ISDN (Integrated Services digital Network) một số chức năng trên đ•ợc thực hiện ngay tại thiết bị đầu cuối. Ngoài các mạch giao tiếp đ•ờng dây thuê bao, trong phân hệ này còn có các khối chuyển mạch tập trung thuê bao dùng để tập trung tải thuê bao. Chúng đ•ợc thiết kế theo từng nhóm mạch kết cuối đ•ờng dây thuê bao. Chức năng của các bộ tập trung tải thuê bao là phân phối các kênh thoại đ•a vào mạng chuyển mạch cho các mạch kết cuối đ•ờng dây thuê bao khi thuê bao tham gia một cuộc gọi nào đó và giải phóng kênh thoại đó khi thuê bao kết thúc cuộc gọi.
P Phân hệ chuyển mạch nhóm b Phân hệ thuê bao và báo hiệu thuê bao h á â o n h Khối Tone h i atic ệ ệ Gen. u chuyển t r u t slic Mạng r n mạch u g n  chuyển dtic g tập k ế k mạch ế v trung à slic nhóm  thuê LOC bao mfr Anm Cas ccs Khối điều khiển giao tiếp Điều khiển LOC chuyển mạch LOC Phân hệ xử lý và phân phối báo hiệu System Bus Bus controller Thiết bị Thiết bị Thiết bị giao Bộ xử lý Bộ nhớ Bộ nhớ kiểm tra cảnh báo tiếp ng•ời-máy trung tâm chính chung Phân hệ quản lý và bảo d•ỡng Phân hệ xử lý trung tâm Hình 1.16 Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài SPC Điều này rất quan trọng, vì c•ờng độ tải của mỗi thuê bao chỉ khoảng 0,02 Erlang. Bộ chuyển mạch tập trung tải thuê bao sẽ tập trung các tải của các thuê bao trong từng nhóm tới chùm kênh chuyển mạch dùng chung; nói cách khác các bộ tập trung tải thuê bao tạo khả năng dùng chung một số l•ợng kênh chuyển mạch cho số đông thuê bao của một nhóm sao cho hiệu suất sử dụng kênh chuyển mạch gần bằng 1 với mức gọi hụt cho tr•ớc. Ngoài ra bộ chuyển mạch tập trung tải thuê bao còn làm nhiệm vụ nối mạch điện thuê bao tới các bộ tạo các tín hiệu âm tần Tone Gen., để cấp các tín hiệu “Mời quay số”, “Báo bận”, “Hồi âm chuông”; hoặc tới bộ thu mã đa tần MFR-MultiFrequency Receiver tuỳ thuộc vào từng giai đoạn khi thuê bao thiết lập hoặc kết thúc một cuộc gọi nào đó. Bộ điều khiển giao tiếp LOC-Local controller thực hiện các chức năng: phân phối các tín hiệu báo hiệu đ•ờng dây thuê bao qua bộ chuyển mạch tập trung tải thuê bao và phân phối kênh thoại qua bộ chuyển mạch đó, quản lý trạng thái thuê bao, điều khiển phân phối tín hiệu báo hiệu và các tín hiệu định thời, lập các bản tin điều khiển để truyền tới phân hệ xử lý điều khiển, nhận và xử lý các bản tin điều khiển từ phân hệ xử lý điều khiển và tạo các tín hiệu điều khiển bộ chuyển mạch tập trung tải thuê bao và các mạch kết cuối. Phân hệ chuyển mạch nhóm th•ờng bao gồm mạng chuyển mạch nhóm, bộ điều khiển chuyển mạch và một số khối chức năng tuỳ thuộc vào từng loại
tổng đài. Mạng chuyển mạch của chúng có thể khác nhau cả về mặt công nghệ, cả về cấu trúc và dung l•ợng. Có thể là chuyển mạch analog hoặc chuyển mạch digital, có thể có cấu trúc một cấp hoặc nhiều cấp tuỳ thuộc vào loại tổng đài và dung l•ợng. Bộ điều khiển chuyển mạch thực hiện các chức năng nh• : Nhận các bản tin điều khiển chuyển mạch từ phân hệ xử lý trung tâm; xử lý các bản tin đó và chuyển chúng thành các số liệu điều khiển t•ơng ứng sau đó đ•a đến các bộ chuyển mạch cụ thể; thực hiện chức năng chọn tuyến theo yêu cầu của bản tin điều khiển; hoặc giải toả tuyến nối theo bản tin giải phóng cuộc gọi. Ngoài ra, các bộ điều khiển chuyển mạch còn có thể thực hiện một số chức năng liên quan tới việc chèn và tách các bản tin điều khiển qua mạng chuyển mạch. Các thiết bị khác thuộc phân hệ chuyển mạch th•ờng bao gồm thiết bị tạo các tín hiệu định thời trong các tổng đài chuyển mạch số để đồng bộ mạng chuyển mạch và các thiết bị ngoại vi chuyển mạch; ngoài ra, chúng còn có thể là các thiết bị dùng chung nh• bộ nhớ các bản ghi tự động trả lời, bộ nhớ các địa chỉ th•ờng gọi, thiết bị chuyển mạch nhiều đ•ờng Phân hệ trung kế và báo hiệu trung kế bao gồm các mạch giao tiếp các loại trung kế t•ơng tự ATIC-Analog trunk interface circuit, trung kế số (DTIC- Digital trunk Interface), xử lý tín hiệu trung kế số, xử lý báo hiệu trung kế và các bộ điều khiển kèm theo. Tuỳ theo từng loại trung kế có các mạch điện giao tiếp trung kế khác nhau. Đối với trung kế analog có thể có loại 2 dây và 4 dây. Nhìn chung các mạch giao tiếp này có các chức năng giống giao tiếp thuê bao t•ơng tự, tuy nhiên có một vài chức năng khác biệt về báo hiệu và cấp nguồn. Điều này sẽ đ•ợc đề cập ở ch•ơng riêng. Các mạch giao tiếp trung kế số thực hiện các chức năng GAPZACHO (G-Generation of frame tạo khung, A- Alignment of frame đồng chỉnh khung, P-Polar conversion đảo cực, Z-Zero string compression nén chuỗi bít 0 liên tiếp, A-Alarm cảnh báo, C-Clock recovery tái tạo nhịp, H-Hunt during reframe tái đồng bộ, O-office signaling báo hiệu liên đài). Ngoài ra, phân hệ này còn có bộ phận ghép và tách kênh, các bộ điều khiển nhóm trung kế LOC để phối hợp với hệ thống xử lý điều khiển. Hệ thống xử lý điều khiển đ•ợc chia thành các phân hệ: phân hệ xử lý và phân phối báo hiệu, phân hệ xử lý trung tâm, phân hệ quản lý và bảo d•ỡng. Phân hệ xử lý và phân phối báo hiệu th•ờng bao gồm các thiết bị thu, phát báo hiệu, xử lý và phân phối báo hiệu cung cấp kết quả xử lý cho các bộ điều khiển chuyển mạch và xử lý cuộc gọi. Tuỳ thuộc từng loại tổng đài có thể có các thiết bị báo hiệu CAS-Channel Associated Signaling hoặc báo hiệu CCS- Common Channel Signaling. Đa số các tổng đài chuyển mạch số hiện đại đều
xem xét ứng dụng CCS để thích ứng với sự phát triển của mạng viễn thông trong t•ơng lai. Tuy nhiên, cũng cần có thiết bị CAS để liên kết với các hệ thống hiện hành. Phân hệ xử lý trung tâm điều hành hoạt động của toàn bộ tổng đài thông qua các bộ điều khiển cấp thấp hơn nh• các bộ điều khiển giao tiếp LOC trong các phân hệ của hệ thống thoại. Các bộ điều khiển LOC trao đổi thông tin điều khiển với bộ xử lý trung tâm thông qua Bus hệ thống (System Bus) d•ới dạng các bản tin điều khiển. Bộ xử lý trung tâm xử lý các thông tin điều khiển nhận đ•ợc từ các bộ điều khiển LOC trong quá trình xử lý cuộc gọi và tạo ra các bản tin điều khiển gửi lại các bộ điều khiển đó để điều hành các quá trình phục vụ cuộc gọi. Bộ nhớ chính MM-Main Memory chứa ch•ơng trình điều hành hoạt động của bộ xử lý và các thông tin cần thiết trong quá trình xử lý. Bộ nhớ chung chứa ch•ơng trình gốc của tổng đài và các dữ liệu thuê bao, dữ liệu trung kế và dữ liệu chung của tổng đài. Bộ xử lý trung tâm và các bộ điều khiển khác có thể truy cập bộ nhớ chung để sử dụng các cơ sở dữ liệu đó. Phân hệ quản lý và bảo d•ỡng thực hiện chức năng quản lý hoạt động của toàn bộ tổng đài thông qua việc giám sát hoạt động của các bộ điều khiển LOC, bộ xử lý trung tâm và thông qua các thiết bị kiểm tra, đo thử. Nó sẽ đ•a ra các tín hiệu hoặc bản tin cảnh báo, các h•ớng dẫn t•ơng ứng theo mỗi trạng thái của hệ thống. Thiết bị giao tiếp Ng•ời-máy giúp cho nhân viên vận hành và cán bộ kỹ thuật có thể theo dõi hoạt động của hệ thống và có khả năng giao tiếp với hệ thống để thay đổi các tham số và chế độ hoạt động của các khối chức năng của tổng đài. Nhìn chung các tổng đài SPC dung l•ợng nhỏ th•ờng xây dựng hệ thống xử lý điều khiển tập trung đa xử lý đa chức năng. Các tổng đài SPC dung l•ợng th•ờng lớn tổ chức theo cấu hình nhiều bộ xử lý chuyên dụng, phân cấp, phân dung l•ợng . 1.3.4 Sơ đồ khối tổng quát của tổng đài số SPC (DSS–Digital Switching Systems) Các tổng đài SPC chuyển mạch số gọi chung là Hệ thống chuyển mạch số DSS ra đời vào nửa cuối thế kỷ 20. Ngày nay trên mạng viễn thông n•ớc ta và nhiều n•ớc khác có các DSS của nhiều hãng sản xuất nh• NEC, Fujitsu Nhật bản, Siemems Đức, Eriscon Thụy điển, Northern telecom Canađa, AT&T Mỹ, Alcatel Pháp, L-G Hàn Quốc Tại Việt nam, ngành b•u chính viễn thông đã tiến hành nghiên cứu chế tạo và đ•a vào sử dụng trên mạng một số DSS, đồng thời đã cùng
các bên liên doanh xây dựng một số cơ sở sản xuất chế tạo các loại tổng đài DSS đáp ứng nhu cầu trong n•ớc và hình thành các cơ sở nghiên cứu chuyên ngành. AT d M atic m u u x x dtic AT atic T d d d s m loc W f d n DT f dtic dtg d l c d slic t dtic s  a mfr c slic  bt loc aps Swns Sigs ccs Cas Distributor Scanner Marker p cs bc cps cc mm mtu dku ioc m-mi vdu prt Oa&ms To omc Hình 1.17 : Sơ đồ tổng quan tổng đài SPC chuyển mạch số. Nhìn chung tổng đài DSS là một hệ thống tổng hợp công nghệ cao, tập trung hội tụ rất nghiều ngành công nghiệp: Công nghiệp điện tử, vi mạch, kỹ
thuật vi xử lý, công nghệ viễn thông, công nghệ thông tin, kỹ thuật đIều khiển, cơ khí chính xác Có thể nói, ngay cả những tổng đài DSS dung l•ợng không lớn lắm nh•ng cũng đã là một hệ thống tổng thể rất phức tạp trên quan điểm tổng hợp của các ngành kỹ thuật. Do đó, với phạm vi của tài liệu này chỉ xem xét các DSS d•ới mức độ đơn giản nhất. Hình1.17 trình bày cấu trúc tổng quan của Hệ thống chuyển mạch số DSS điều khiển theo ch•ơng trình l•u trữ SPC. Toàn bộ tổng đài đ•ợc chia thành các phân hệ chức năng, đó là : Phân hệ ứng dụng APS-Application subsystem, phân hệ chuyển mạch SWNS-Switching Network subsystem, phân hệ xử lý trung tâm CPS-Central Processing subsystem, phân hệ báo hiệu SiGS-Signaling subsystem, phân hệ ngoại vi điều khiển PCS- Peripheral control subsystem và phân hệ điều hành, quản lý và bảo d•ỡng OA&MS-Operation, Administration & Maintenance subsystem. Phân hệ ứng dụng APS bao gồm các mạch giao tiếp đ•ờng dây thuê bao SLic (Subscribers Line Interface Circuit) và các mạch trung kế t•ơng tự AT (Analog Trunk Interface Circuit). Mỗi đ•ờng thuê bao đ•ợc kết cuối tại tổng đài bằng một mạch SLIC riêng qua giá phối dây chính MDF (Main Distribution Frame). Các thuê bao đ•ợc chia thành từng nhóm, mỗi nhóm đ•ợc điều khiển bởi bộ điều khiển vùng LOC (Local Controller), một bộ phân phối các tín hiệu định thời TSAC (Time Slot Assignment Circuit) cần để gán các khe thời gian phát, thu cho từng mạch slic phục vụ chức năng mã hóa và giải mã CODEC. Bộ chuyển mạch đ•ờng dây số DLCD (Digital Line Concentration Device) thực hiện chức năng chuyển mạch tập trung tải thuê bao và chuyển mạch tín hiệu phục vụ từ bộ tạo tín hiệu âm tần dạng số DTG (Digital Tone Generator), chuyển mạch đ•ờng dây tới bộ thu tín hiệu chọn số đa tần MF (Multi Frequency Receiver). Mỗi đ•ờng dây trung kế t•ơng tự cũng đ•ợc kết cuối tại tổng đài bằng mạch ATIC(Analog Trunk Interface Circuit) chúng cũng đ•ợc tổ chức thành từng nhóm và do bộ điều khiển vùng LOC điều khiển. Mỗi nhóm có một bộ tách và ghép kênh MUX/ DEMUX ( Multiplexer và Demultiplexer) để ghép tín hiệu từ các mạch ATIC theo h•ớng vào và tách tín hiệu theo h•ớng ra để đ•a tới từng mạch ATIC. Các tuyến tín hiệu số PCM giữa phân hệ ứng dụng và phân chuyển mạch đ•ợc đ•a qua giá phân phối tín hiệu số DDF (Digital Distribution Frame), mỗi tuyến qua một mạch giao tiếp truyền dẫn số DTIC(Digital Trunk Interface Circuit). Các giao tiếp này thực hiện các chức năng GAPZACHO phục vụ cho
việc xác định khung, khe theo h•ớng vào và tổ chức khung khe theo h•ớng ra, chuyển đổi mã truyền dẫn phù hợp, tái tạo xung nhịp và đồng bộ Phân hệ chuyển mạch SWNS bao gồm các thiết bị của mạng chuyển mạch SwN-Switching Network và các thiết bị phục vụ khác. Mạng chuyển mạch của tổng đài có cấu trúc phụ thuộc vào dung l•ợng của từng loại tổng đài và thiết kế riêng của từng hãng sản suất. Tuy nhiên, đa số chúng là mạng chuyển mạch phân chia thời gian (Time Division Switching Network), chúng th•ờng có các cấu trúc T, TS, ST, TST và TSST trong đó T là ký hiệu chuyển mạch thời gian số Tsw- Time Switch, còn S là ký hiệu chuyển mạch không gian số Ssw Space Switch. Các chuyển mạch đó đều làm việc theo nguyên lý phân khe thời gian vì vậy mạng chuyển mạch của các tổng đài số còn đ•ợc gọi là mạng phân thời TDNw Time Division Network. Ngoài mạng chuyển mạch, trong phân hệ này cần phải có module đồng hồ chuẩn BT–Base time, th•ờng là bộ dao động có độ ổn định cao về tần số và các bộ chia tạo các tín hiệu nhịp cung cấp cho hoạt động của các bộ chuyển mạch số, các thiết bị truyền dẫn tín hiệu số và các bộ phân phối thời gianTSAC của phân hệ ứng dụng. Phân hệ báo hiệu SiGS đảm nhận chức năng xử lý và phân phối báo hiệu, điều khiển các quá trình chèn, tách báo hiệu. Đối với tín hiệu báo hiệu CAS (Channel Associated Signaling) khi qua chuyển mạch số cũng đ•ợc chuyển thành dạng số giống các tín hiệu tin tức khác và đ•ợc phối hợp với hai phía của mạng chuyển mạch bằng các bộ thích nghi. Báo hiệu CCS (Common Channel Signaling) dùng để trao đổi giữa các hệ thống DSS với nhau. Các báo hiệu đ•ờng dây thuê bao hoặc sẽ đ•ợc thu và xử lý sơ bộ tại phân hệ ứng dụng sau đó mới gửi tới phân hệ ngoại vi điều khiển PCS-Peripheral Control Subsystem hoặc là đ•ợc nhận trực tiếp tại bộ quét trạng thái (Scanner), các bản tin điều khiển từ bộ xử lý trung tâm đ•ợc chuyển qua bộ phân phối Distributor. Nhiệm vụ của bộ điều khiển chuyển mạch Marker là đệm bản tin điều khiển từ phân hệ xử lý trung tâm CPS để chuyển thành những số liệu điều khiển chuyển mạch . Phân hệ xử lý trung tâm CPS đảm nhận chức năng điều khiển hoạt động của toàn bộ tổng đài. Tuỳ thuộc vào dung l•ợng và cấu hình tổng đài mà phân hệ này có cấu trúc kiểu một bộ xử lý hay nhiều bộ xử lý. Trong cấu trúc nhiều bộ xử lý th•ờng xử lý theo kiểu phân cấp, một bộ xử lý cao nhất quản lý hoạt động toàn bộ các bộ xử lý cấp thấp hơn, một số bộ xử lý đảm nhiệm việc xử lý cuộc gọi và phân chia tải theo khu vực. Mỗi bộ xử lý th•ờng có bộ nhớ chính để l•u ch•ơng
trình và các kết quả xử lý và có khả năng truy cập tới bộ nhớ chung để nhận thêm dữ liệu thuê bao và bảng định tuyến hoặc tài nguyên khi cần thiết. Phân hệ điều hành, quản lý và bảo d•ỡng OA&MS th•ờng bao gồm các thiết bị tự động theo dõi hoạt động của hệ thống, điều khiển các quá trình chuyển đổi dự phòng, cảnh báo khi có sự cố, các thiết bị hiển thị, âm thanh cảnh báo để ng•ời điều hành điều khiển vận hành và theo dõi hoạt động của hệ thống, một số tài nguyên để l•u trữ số liệu lâu dài và ch•ơng trình gốc. Cung cấp khả năng điều khiển từ xa và bảo d•ỡng từ xa tập trung tại trung tâm bảo d•ỡng.
Ch•ơng 2 Chuyển mạch kênh (Circuit switching) 2.1.Phân loại chuyển mạch kênh Thông tin đ•ợc trao đổi qua mạng viễn thông rất đa dạng nh• thông tin thoại, thông tin ảnh, văn bản, số liệu. Mỗi loại có yêu cầu riêng đối với thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch. Có loại thông tin rất nhạy cảm với trễ nh• thông tin thoại, thông tin hình ảnh; vì vậy chúng yêu cầu thiết bị dùng để truyền dẫn và chuyển mạch chúng phải không gây trễ hoặc có trễ thì phải rất nhỏ để ng•ời sử dụng không cảm nhận đ•ợc và giá trị thời gian trễ đó phải 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 đ•ợc 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 tuyến nối đó tồn tại dành riêng cho cuộc liên lạc đó suốt từ khi bắt đầu tới khi kết thúc cuộc gọi. Các cuộc gọi đ•ợc tiến hành đồng thời qua mạng phải đ•ợc phục vụ trên các kênh độc lập nhau. Trong lịch sử phát triển kỹ thuật chuyển mạch một số ph•ơng thức chuyển mạch kênh đã đ•ợc áp dụng trong các hệ thống tổng đài, đó là: chuyển mạch phân kênh Chuyển mạch kênh Chuyển mạch Chuyển mạch PAM Chuyển mạch số không gian t•ơng tự PCM Nhân công Tự động 2 dây 4 dây Tsw ssw Tổ hợp Từ Điện Nhảy Toạ Ma t hạch chung nấc độ trận Hình 2.1 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 đ•ợc chỉ ra trên hình 2.1. Trong các tổng đài nhân công, tổng đài kiểu nhẩy nấc, tổng đài tọa độ hoặc tổng đài dùng bộ nối dây ma trận khi một cuộc gọi đ•ợc 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 tới mạch điện của thiết bị đầu cuối đối thoại với nó. Sau đó tín hiệu trao đổi giữa các thiết bị đầu cuối này sẽ đi qua mạch nối dây đó. Nếu có các cặp thuê bao khác cùng làm việc đồng thời thì giữa từng cặp mạch điện của các thuê bao đó cũng có tuyến nối giữa chúng và các tuyến này hoàn toàn độc lập 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 đ•ợc giải phóng và các cuộc gọi tiếp tiếp theo giữa các thuê bao khác có thể sử dụng lại chúng để tạo tuyến mới. Các thiết bị chuyển mạch không gian t•ơng tự có đặc điểm là trên tuyến nối đã đ•ợc thiết lập giữa hai thuê bao có thể truyền tín hiệu theo cả hai h•ớng, 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 chí 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 đ•ợc 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 đ•ợc 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 đ•ợc áp dụng một cách rộng rãi do nhiều hạn chế của chúng, nh•ng chúng cũng tạo nền tảng cho công nghệ chuyển mạch tiên tiến hơn sau này mà hiện đang đ•ợc 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 nh•ợc điểm này rất hiệu quả. Trong kỹ thuật số hoá tín hiệu PCM, các xung PAM còn trải qua các công đoạn l•ợng tử và mã hoá. Mỗi xung điều biên đ•ợc mã hoá bằng một tổ hợp các bít t•ơng ứng và sau đó chúng đ•ợc truyền d•ới dạng các tổ hợp bít đó. Tại đầu thu, từ các tổ hợp bít thu đ•ợc sẽ khôi phục lại dạng của tín hiệu đã đ•ợc truyền đi gần đúng với tín hiệu gốc. Việc chuyển
mạch tín hiệu PCM cũng đ•ợc thực hiện theo nguyên lý phân khe thời gian. Có các loại bộ chuyển mạch PCM cơ bản đó 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 đ•ợc xây dựng trên cơ sở kết hợp các Tsw và Ssw theo một trong các cấu hình T, TS, ST, TST, TSST, STS, 2.2. Chuyển mạch không gian t•ơng tự 2.2.1 Khái quát về chuyển mạch không gian t•ơng tự Các tổng đài th•ờng đ•ợc thiết kế cho việc chuyển thông tin hai h•ớng (song công), ví dụ điện thoại th•ờng truyền tín hiệu thu và phát trên cùng đôi dây, mặc dù một vài điểm của tuyến truyền dẫn các tín hiệu h•ớng phát và h•ớng thu vẫn có thể đ•ợc tách riêng để phục vụ việc khuyếch đại lặp, tăng cự ly truyền, nh•ng nhìn chung các tín hiệu thoại nói riêng và các tín hiệu t•ơng tự nói chung vẫn th•ờng sử dụng ph•ơng thức truyền hai h•ớng trên cùng đôi dây. Từ đó các bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự cũng phải có khả năng chuyển mạch tín hiệu hai h•ớng giữa mạch điện của thuê bao nào đó với mạch điện của thuê bao khác đang liên lạc với nó. Chuyển mạch không gian t•ơng tự tạo ra tuyến nối truyền thông tin hai h•ớng qua các phần tử chuyển mạch để nối giữa mạch điện của thuê bao này và mạch điện của thuê bao khác đang liên lạc với nó. Các cuộc liên lạc đồng thời qua chuyển mạch không gian t•ơng tự phải đ•ợc tiến hành qua các tuyến nối riêng biệt xuyên qua mạng chuyển mạch không gian đó, nghĩa là giữa các tuyến này không có các đoạn mạch điện dùng chung. 1 C 1 á C c á 2 đ c 2 ầ đ u ầ . u r . a v . ( à . O o ) ( I N ) M C( ,) Các tín hiệu điều khiển Hình 2.2 : Mô hình chức năng chuyển mạch không gian
Tr•ờng chuyển mạch không gian t•ơng tự có thể đ•ợc tạo thành từ một hoặc nhiều bộ chuyển mạch không gian cơ bản theo các cấu trúc ghép khác nhau. Số phần tử chuyển mạch dùng để tạo ra một tuyến nối xuyên qua tr•ờng chuyển mạch của một tổng đài phụ thuộc vào số cấp chọn, số khâu trong mỗi cấp chọn và cách ghép nối các bộ chuyển mạch. Mỗi bộ chuyển mạch không gian cơ bản đ•ợc ký hiệu và đ•ợc mô tả chức năng nh• trên hình 2.2 Đặc điểm chung của các chuyển mạch loại này là: - Số đầu vào Input và số đầu ra output có thể giống hoặc khác nhau. - Nếu có nhiều cuộc gọi đi qua bộ chuyển mạch thì phải đảm bảo một đầu vào chỉ nối với không quá một đầu ra nghĩa là các tín hiệu điều khiển C( , ) và C(x, y) tồn tại đồng thời khi và chỉ khi x và y . 2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ chuyển mạch không gian cơ bản Nhìn chung các bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự có cấu trúc ma trận nh• hình 2.3 Phần ma trận chuyển mạch gồm các đầu vào 1, 2 N và các đầu ra 1,2,3 M, giao điểm giữa một đầu ra với mỗi đầu vào là một phần tử chuyển mạch . Nh• vậy mỗi phần tử chuyển mạch đ•ợc dùng để "nối xuyên" từ một đầu vào tới một đầu ra cụ thể, Ví dụ: phần tử chuyển mạch 31 dùng để nối đầu vào I1 với đầu ra O3, còn phần tử 25 lại dùng để nối đầu vào I5 với đầu ra O2. Phần điều khiển chuyển mạch th•ờng là bộ nhớ và giải mã số liệu điều khiển để đ•a ra tín hiệu điều khiển từng phần tử của ma trận chuyển mạch. Yêu cầu đối với các phần tử chuyển mạch của bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự là không làm suy hao tín hiệu, không gây xuyên âm, không tạo ra tạp âm nền. Điều này có thể hiểu đơn giản là khi ở trạng thái mở (nối thông) thì trở kháng của phần tử chuyển mạch phải cực nhỏ (lý t•ởng là = 0), nh• thế sẽ không làm tổn hao tín hiệu truyền qua nó. Cònkhi ở trạng thái đóng(ngắt mạch, hở mạch) phải có trở kháng rất lớn ( ) để tín hiệu từ một đầu vào không bị truyền tới các đầu ra không mong muốn, dù chỉ là rất nhỏ, nh• thế tín hiệu ở kênh thông tin này không bị xuyên sang cuộc nối khác. Ví dụ: Khi phần tử 32 mở thì đầu vào I2 và đầu ra O3 đ•ợc nối thông, tín hiệu từ đầu vào I2 đ•ợc truyền tới đầu ra O3 hoặc ng•ợc lại mà không bị suy hao. Khi đó các phần tử khác trên hàng 2 và cột 3 phải đóng hoàn toàn để tránh dò tín hiệu ra các cuộc gọi đang tiến hành đồng thời trên các đầu vào và đầu ra khác.
Các đầu ra o1 O2 O3 O4 . . Om I1 c h u M y ể 21 41 a 51 n I2 11 31 t r m ậ C n ạ á I3 12 22 32 42 52 c c h đ ầ u I4 13 23 33 43 53 v à o 44 . 14 24 34 54 c . h u P In y h ể ầ n n m t 1N 2N 3N 4N 5N ử ạ c h Slđk Phần điều khiển chuyển mạch Hình 2.3 Cấu trúc bộ chuyển mạch không gian cơ bản Giả sử phần tử 31 bị dò (trở kháng hở mạch không đủ lớn) thì tín hiệu của cuộc gọi trên phần tử 32 có thể bị lọt tới cuộc gọi đang tiến hành giữa đầu vào I1 với đầu ra nào đó. Hai chỉ tiêu trên có thể biểu diễn thông qua điều kiện cần của phần tử chuyển mạch t•ơng tự đó là hệ số chuyển mạch. Trở kháng hở mạch H= 108 Trở kháng kín mạch Ngoài ra các phần tử chuyển mạch khi nối mạch phải không gây ra tạp âm nội (tạp âm nền). Tạp âm nền tạo ra những nhiễu rào trong tín hiệu, cản trở việc truyền và thu các tín hiệu hữu ích. Các tạp âm nền do tiếp xúc của tiếp điểm, chất l•ợng linh kiện gây ra. Các phần tử chuyển mạch có thể là rơ le điện từ, rơ le ống kín (Heccon), các loại bán dẫn nh• diode, tranzistor Một vài phần tử chuyển mạch dùng trong các bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự đ•ợc mô tả trên hình 2.4 Về thực chất phần tử chuyển mạch không gian t•ơng tự là phần tử dùng để nối thông từ mạch đầu vào tới mạch đầu ra khi có tín hiệu điều khiển nối và làm hở mạch khi có tín hiệu ngắt mạch.
Các phần tử chuyển mạch kiểu cơ điện nh• rơ le điện từ hoặc rơ le ống kín th•ờng có hệ số chuyển mạch H tốt hơn so với các linh kiện bán dẫn. Tuy nhiên chúng có kích th•ớc lớn, tiêu thụ năng l•ợng cao hơn, điều khiển phức tạp hơn và tốc độ chuyển mạch thấp. Do yêu cầu về trở kháng thông và trở kháng hở mạch nên chỉ một số loại linh kiện bán dẫn có thể dùng để làm phần tử chuyển mạch, chúng tiêu thụ năng l•ợng thấp, dễ phối hợp với phần điều khiển logic và các hệ thống điều khiển dùng vi xử lý. Nguồn Đ Đ ầ ầ u u Đ v r Đ à ầ a o u ầ u v à r a o Đầu điều Cuộn Nguồn khiển dây Đầu điều khiển Phần tử chuyển mạch bằng Rơle điện từ Phần tử chuyển mạch Heccon V+ Đầu vào R1 R3 Đ D1 ầ Đầu vào Đầu ra u Đ r i a ề u R2 L1 k R4 h i ể n Điều khiển Phần tử chuyển mạch Phần tử chuyển mạch dùng Tranzistor dùng Diode Hình 2.4 Một số phần tử chuyển mạch dùng trong các bộ chuyển mạch không gian cơ bản Phần điều khiển của bộ chuyển mạch thực hiện chức năng phối hợp giữa phần điều khiển chung với các phần tử chuyển mạch. Tuỳ thuộc vào từng loại bộ chuyển mạch mà phần điều khiển này có thể có cấu trúc và tính năng khác nhau cả về cách thức điều khiển, dạng tín hiệu và mức tín hiệu điều khiển. Nhìn chung phần điều khiển của bộ chuyển mạch nhận số liệu điều khiển từ phần điều khiển chung và chuyển nó thành tín hiệu điều khiển để đ•a tới phần tử chuyển mạch cụ thể của bộ chuyển mạch, nghĩa là nó thực hiện chức năng nhớ đệm và giải mã số liệu điều khiển . Theo nguyên lý phân kênh không gian, khi tuyến nối cho một cuộc gọi đ•ợc thiết lập đi qua một bộ chuyển mạch cơ bản nào đó thì phần tử chuyển mạch đ•ợc dùng để thiết lập tuyến nối cho cuộc gọi đó sẽ bị chiếm từ khi bắt đầu thiết
lập tuyến nối để đàm thoại cho tới khi tuyến nối đó đ•ợc giải phóng và nó đ•ợc dành riêng cho cuộc gọi đó trong suốt thời gian tiến hành cuộc gọi. Các cuộc gọi đ•ợc tiến hành đồng thời qua bộ chuyển mạch đó sẽ đi qua các phần tử chuyển mạch độc lập cho mỗi cuộc gọi. Việc truyền tín hiệu cần đ•ợc tiến hành trên 2 hoặc nhiều dây, vì vậy phần ma trận chuyển mạch th•ờng gồm 2 hoặc nhiều lớp, phần tử chuyển mạch tại mỗi giao điểm phải có nhiều cặp tiếp điểm, mỗi cặp dùng cho một lớp và có chung điều khiển hoặc mỗi lớp có phần tử chuyển mạch tại mỗi giao điểm nh•ng các phần tử của từng giao điểm cùng tên có đầu điều khiển chung. Đối với bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự, khi một phần tử đã ở trạng thái nối thì tín hiệu truyền qua nó nh• qua một điểm nối dây thông th•ờng, nghĩa là không phân biệt đầu vào và đầu ra, tín hiệu đ•ợc truyền theo hai h•ớng và nh• thế đối với bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự cũng không có khái niệm đầu vào và đầu ra của bộ chuyển mạch. Việc gọi là đầu vào và đầu ra của bộ chuyển mạch chỉ để tiện cho việc giải thích theo tiến trình thiết lập tuyến nối cho mỗi cuộc gọi chứ không có ý nghĩa đối với tín hiệu truyền qua bộ chuyển mạch. Các quy •ớc và khái niệm chung *Ký hiệu bộ chuyển mạch không gian (Xem hình 2.5) *Khả thông của bộ chuyển mạch: 1 2 3 M 1 2 3 M 1 1 2 2 3 3 N N Ký hiệu kiểu ma trận tiếp điểm Ký hiệu kiểu ma trận giao điểm 1 1 N M 2 2 3 3 N M Ký hiệu kiểu quy •ớc Ký hiệu kiểu bộ chọn Hình 2.5 Các ký hiệu của bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự
Bộ chuyển mạch tiếp thông hoàn toàn (toàn thông) là bộ chuyển mạch mà mỗi đầu vào đều có khả năng nối tới đầu ra bất kỳ. Đối với loại bộ chuyển mạch này phải có quan hệ 1:1 giữa đầu vào-phần tử chuyển mạch-đầu ra, nghĩa là trên giao điểm giữa một đầu vào bất kỳ với một đầu ra bất kỳ đều phải có phần tử chuyển mạch t•ơng ứng (hình 2.6a) Bộ chuyển mạch không toàn thông (tiếp thông không hoàn toàn) loại này khác loại trên là ở một số giao điểm của ma trận chuyển không có phần tử chuyển mạch. Nh• thế một số đầu vào không thể nối tới một số đầu ra nào đó (hình 2.6b) Bộ chuyển mạch gập : Nếu phép nối C(i , j)  C (j, i) và C ( , )  1 thì các phần tử có thể tập trung ở một phía của đ•ờng chéo chính trên ma 1 2 3 M 1 2 3 M 5 4 3 2 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 N N 5 a. Bộ chuyển mạch toàn thông b. Bộ chuyển mạch không toàn thông c. Bộ chuyển mạch gập Hình 2.6 Minh hoạ khả thông của bộ chuyển mạch không gian trận chuyển mạch và ta đ•ợc bộ chuyển mạch gập với n(n-1)/2 phần tử chuyển mạch nh• hình (2.6c) *Kích th•ớc bộ chuyển mạch Chuyển mạch vuông : Khi số đầu vào và đầu ra của bộ chuyển mạch bằng nhau và toàn thông Chuyển mạch chữ nhật : Chuyển mạch toàn thông nh•ng số đầu vào và đầu ra khác nhau. Ngoài ra tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể thì số lớp của bộ chuyển mạch cũng có thể khác nhau. 2.2.3 Xây dựng các tr•ờng chuyển mạch không gian t•ơng tự trên cơ sở bộ chuyển mạch cơ bản a. Khái quát chung về ứng dụng chuyển mạch không gian t•ơng tự Về cơ bản các bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự đ•ợc chế tạo để xây dựng tr•ờng chuyển mạch của các tổng đài phân kênh theo không gian. Chúng
dùng để nối mạch giữa mạch điện của thuê bao này với mạch điện của thuê bao khác tạo ra tuyến truyền tín hiệu thoại giữa các thuê bao này khi phục vụ cuộc gọi giữa từng cặp thuê bao với nhau (chuyển mạch nội bộ), chúng cũng có thể đ•ợc dùng để tạo ra các tuyến nối từ các trung kế tới các thuê bao (chuyển mạch trung kế) hoặc cũng có thể dùng để nối mạch giữa mạch điện thuê bao hoặc mạch điện trung kế với các thiết bị báo hiệu nh• các đầu tín hiệu mời quay số, báo bận, hồi âm chuông, các thiết bị thông báo bằng lời, các bộ thu tín hiệu chọn số hoặc với thiết bị kiểm tra đo thử. Ngày nay, trong các tổng đài chuyển mạch số đa số các tr•ờng chuyển mạch nêu trên đã đ•ợc thay bằng chuyển mạch số, tuy nhiên, một số khâu vẫn phải sử dụng các bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự. Ví dụ : Các bộ chuyển mạch kiểm tra, đo thử không thể dùng chuyển mạch số thay thế mà phải dùng các chuyển mạch không gian t•ơng tự thì mới có thể đo đ•ợc các tham số điện. Nh• vậy, tuỳ thuộc vào lĩnh vực ứng dụng ng•ời ta xây dựng các tr•ờng chuyển mạch không gian t•ơng tự có cấu trúc và kích th•ớc (dung l•ợng) khác nhau, theo các chỉ tiêu khác nhau. Đối với các loại tín hiệu khác nhau thì cần chọn các bộ chuyển mạch thích hợp về các chỉ tiêu điện nh• trở kháng của phần tử chuyển mạch, xuyên âm, tạp âm. Đối với các chuyển mạch có các tính năng khác nhau thì cần xem xét đến chỉ tiêu về khả thông của cấu trúc chuyển mạch. Trong các mục tiếp theo chúng ta không đề cập tới các chỉ tiêu điện (chúng đ•ợc chọn theo yêu cầu cụ thể) mà ta chỉ xem xét các cấu trúc của các tr•ờng chuyển mạch, khả thông của chúng và lĩnh vực áp dụng. b. Tr•ờng chuyển mạch một khâu Các bộ chuyển mạch không gian cơ bản th•ờng có kích th•ớc hạn chế (số đầu vào, số đầu ra không lớn). Khi cần tr•ờng chuyển mạch có kích th•ớc lớn hơn, cách đơn giản nhất là ghép các bộ chuyển mạch cơ bản lại với nhau theo sơ đồ một khâu. Theo sơ đồ một khâu ta có thể nối song song đồng tên các đầu vào của bộ chuyển mạch này với các đầu vào của bộ chuyển mạch khác để tăng số đầu ra nh• chỉ ra ở trên hình 2.7a hoặc vẽ qui •ớc trên hình 2.7b (tạm gọi là ghép tăng đầu ra). Cũng theo cách này có thể tăng số đầu vào, bằng cách chọn bộ chuyển mạch hoặc một tr•ờng chuyển mạch một khâu khác, có cùng số đầu ra và các đầu ra này đ•ợc nối song song đồng tên với nhau thì ta có tr•ờng chuyển mạch một khâu mới có số đầu vào đ•ợc mở rộng bằng tổng số đầu vào của 2 tr•ờng chuyển mạch một khâu cũ ( hình 2.7c,d)
M+M' đầu ra 1 2 3 M 1 2 3 M' 1 1 1 1 2 2 3 3 N 2 2 NxM đ N M ầ u 3 3 v à 1 o 2 NxM' 3 N N M' M đầu ra a. 1 2 3 M 1 1 1 2 2 2 3 3 3 NxM N M N + 1 N N ' 2 đ ầ 3 u N'xM v à 1 2 3 M N' o 1 2 d. 3 N' c. Các cách ghép cơ bản xây dựng tr•ờng chuyển mạch một khâu Hình 2.7 Nh• thế ta có thể ghép các bộ chuyển mạch cơ bản với nhau theo cách mở rộng cả đầu vào và đầu ra ta sẽ đ•ợc tr•ờng chuyển mạch một khâu có số đầu vào và đầu ra theo yêu cầu. Đặc điểm của tr•ờng chuyển mạch không gian một khâu là: -Mỗi yêu cầu chuyển mạch giữa một đầu vào với một đầu ra của tr•ờng chuyển mạch chỉ qua một phần tử chuyển mạch. Ví dụ (xem hình 2.7c) : để nối đầu vào 1 với đầu ra 3 dùng phần tử chuyển mạch 31 của bộ chuyển mạch phía trên, để nối đầu vào N+2 với đầu ra 2, dùng phần tử 22 của bộ chuyển mạch phía d•ới -Luôn tồn tại t•ơng quan 1:1 giữa đầu vào-phần tử chuyển mạch-đầu ra nếu các bộ chuyển mạch dùng trong sơ đồ một khâu là các bộ chuyển mạch toàn
thông. Nghĩa là tr•ờng chuyển mạch một khâu sẽ là toàn thông nếu các bộ chuyển mạch đ•ợc dùng trong nó là các bộ chuyển mạch toàn thông. * Các nh•ợc điểm cơ bản của tr•ờng chuyển mạch một khâu. -Số phần tử chuyển mạch tăng nhanh khi tăng số đầu vào hoặc đầu ra của tr•ờng chuyển mạch. Số phần tử chuyển mạch của tr•ờng chuyển mạch bằng tích của số đầu vào với số đầu ra - Khi nối song song nhiều bộ chuyển mạch để tăng số đầu vào và đầu ra của tr•ờng chuyển mạch sẽ gây ra hiện t•ợng dò kênh (xuyên âm giữa các kênh) c. Tr•ờng chuyển mạch hai khâu Đối với những tr•ờng chuyển mạch nhiều đầu vào, nhiều đầu ra, nếu xây dựng theo sơ đồ một khâu sẽ quá tốn kém do cần nhiều phần tử chuyển mạch. Thêm vào đó, việc nối song song nhiều bộ chuyển mạch với nhau dẫn đến làm giảm trở kháng hở mạnh trên các phần tử chuyển mạch và sẽ dẫn đến dò tín hiệu giữa các đầu vào và các đầu ra với nhau làm cho tín hiệu bị suy giảm trên các đ•ờng dẫn chính và làm tăng thêm hiện t•ợng xuyên âm giữa các kênh lân cận. Để khắc phục những nh•ợc điểm trên, cần xây dựng các tr•ờng chuyển mạch theo sơ đồ 2 khâu hoặc 3 khâu. Có rất nhiều nguyên tắc đấu nối sơ đồ 2 khâu, 3 khâu. Trong phần này chỉ xem xét nguyên tắc đấu nối đơn giản nhất, đó là nguyên tắc 1:1, đồng tên. Nguyên tắc 1:1 nghĩa là giữa một bộ chuyển mạch khâu tr•ớc với mỗi bộ chuyển mạch khâu sau chỉ có duy nhất một dây trung gian. Nguyên tắc đồng tên nghĩa là các đầu ra của bộ chuyển mạch thứ i khâu tr•ớc sẽ đ•ợc nối lần l•ợt vào mỗi đầu vào thứ i của từng bộ chuyển mạch khâu sau. Ví dụ (Xem hình 2.8): Các đầu ra của bộ chuyển mạch thứ 1 khâu A (ký hiệu là A1) sẽ đ•ợc đấu tới đầu vào thứ 1 của từng bộ chuyển mạch khâu B theo thứ tự: đầu ra 1 của A1 đ•ợc nối tới đầu vào 1 của bộ chuyển mạch B1; đầu ra 2 của A1 nối với đầu vào 1 của bộ chuyển mạch B2; đầu ra 3 của A1 nối với đầu vào 1 của bộ chuyển mạch B3 đầu ra  của A1 nối với đầu vào 1 của bộ chuyển mạch B. T•ơng tự nh• thế, các đầu ra của bộ chuyển mạch thứ 2 khâu A (ký hiệu là A2) sẽ đ•ợc đấu tới đầu vào thứ 2 của từng bộ chuyển mạch khâu B cũng theo thứ tự trên . Cứ nh• thế cho tới bộ chuyển mạch cuối cùng khâu A (ký hiệu là A ). Các đầu ra của nó sẽ đ•ợc đấu tới đầu vào thứ của từng bộ chuyển mạch khâu B. Nh• vậy, tổng số đầu ra của các bộ chuyển mạch khâu A phải bằng tổng số đầu vào của các bộ chuyển mạch khâu B. Nếu số đầu ra của mỗi bộ chuyển mạch khâu A là  và số bộ chuyển mạch khâu A là , để đấu nối theo nguyên tắc 1:1, đồng tên thì cần đảm
bảo rằng số đầu vào của mỗi bộ chuyển mạch khâu B phải là và số bộ chuyển mạch khâu B phải là  1 1 1 1 ab11 2 2 2 2 3 A 3 3 b 3 1 ab12 1 4 4 ab21 4 4 ab13 m  ab31 n ab1 1 1 1 1 2 2 ab22 2 2 3 3 3 3 A2 b2 4 4 4 4 ab23 m  n ab32 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 A3 ab33 B3 4 4 4 4 m  n ab2 ab 1 ab 2 1 1 ab 3 1 1 ab3 2 2 2 2 3 3 3 3 A b 4 4 4 4  n m ab  Hình 2.8 Sơ đồ tổng quát tr•ờng chuyển mạch 2 khâu Theo nguyên tắc này : - Mỗi yêu cầu nối giữa một đầu vào và một đầu ra của tr•ờng chuyển mạch phải đi qua một phần tử chuyển mạch của một bộ chuyển mạch khâu A,
một dây trung gian giữa khâu A và khâu B, một phần tử chuyển mạch tại một bộ chuyển mạch khâu B và đ•ờng đi đó là duy nhất. Ví dụ : Để nối giữa đầu vào x của bộ chuyển mạch Ap tới đầu ra y của bộ chuyển mạch Bq thì tuyến nối duy nhất là từ đầu vào x(Ap) phần tử chuyển mạch qx(Ap) đầu ra q(Ap) dây trung gian abpq đầu vào p(Bq) phần tử chuyển mạch yp(Bq) đầu ra y(Bq). - Do mỗi bộ chuyển mạch khâu A với từng bộ chuyển mạch khâu B chỉ có duy nhất một dây trung gian nên tại mỗi thời điểm chỉ có thể phục vụ không quá một phép nối từ một trong các đầu vào của bộ chuyển mạch khâu A đó với một trong các đầu ra của cùng một bộ chuyển mạch khâu B. Ví dụ : Giữa A1 và B2 chỉ có duy nhất một dây trung gian ab12 nên giữa các đầu vào của A1 và các đầu ra của B2 tại mỗi thời điểm chỉ có thể thực hiện không quá một phép nối . Giả sử khi dây ab12 đã phục vụ cho một phép nối giữa đầu vào 3A1 với đầu ra 2B2, nếu xuất hiện một yêu cầu nối khác giữa đầu vào 4A1 với đầu ra 3B2 thì yêu cầu mới đó sẽ bị từ chối do không còn đ•ờng dây trung gian giữa A1 và B2 để phục vụ, mặc dù các dây trung gian khác nh• ab11, ab13 ab1 có thể vẫn rỗi, nh•ng chúng không dẫn tới B2. Ng•ời ta gọi hiện t•ợng này là gọi hụt do thiếu đ•ờng trung gian, hay là tổn thất nội của tr•ờng chuyển mạch . Để tránh hiện t•ợng gọi hụt cần phải tạo ra các tuyến nối linh động hơn giữa các đầu vào và các đầu ra của tr•ờng chuyển mạch và điều này có thể thực hiện đ•ợc nhờ các sơ đồ nhiều khâu. Để làm rõ vẫn đề này ta xem xét các tr•ờng chuyển mạch không gian 3 khâu. d. Tr•ờng chuyển mạch ba khâu Trên hình 2.9 là tr•ờng chuyển mạch không gian 3 khâu đ•ợc xây dựng theo nguyên tắc 1:1, đồng tên nh• đã trình bày ở mục trên. Nhìn vào sơ đồ này ta nhận thấy rằng mỗi yêu cầu nối giữa một đầu vào của tr•ờng chuyển mạch với một đầu ra của nó phải đi qua 3 khâu A, B, C và khi qua mỗi khâu phải đi qua 1 bộ chuyển mạch nào đó. Nghĩa là, mỗi yêu cầu chuyển mạch sẽ đ•ợc thực hiện qua 3 bộ chuyển mạch ở 3 khâu và 2 dây trung gian giữa khâu A tới khâu B và giữa khâu B tới khâu C. Tuy nhiên, trong tr•ờng hợp này chỉ có bộ chuyển mạch khâu A và khâu C có chứa đầu vào và đầu ra của yêu cầu chuyển mạch sẽ là nơi mà tuyến nối theo yêu cầu trên buộc phải đi qua. Còn bất kỳ bộ chuyển mạch nào của khâu B cũng có thể đ•ợc dùng để phục vụ yêu cầu nối đó miễn sao các dây trung gian ab và bc từ bộ chuyển mạch đó của khâu B tới bộ chuyển mạch đầu vào khâu A và bộ chuyển mạch ra khâu C theo yêu cầu là đang ch•a bị dùng để
phục vụ yêu cầu nối khác. Từ đó, mỗi yêu cầu chuyển mạch có thể đ•ợc thực hiện theo nhiều tuyến nối khác nhau qua tr•ờng chuyển mạch 3 khâu và cũng từ đó giữa các đầu vào của một bộ chuyển mạch khâu A nào đó với các đầu ra của cùng một bộ chuyển mạch khâu C có thể phục vụ đồng thời nhiều cuộc nối ( ) 1 1 ab11 1 1 bc11 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 A 1 ab12 b1 bc12 c1 4 4 ab2 4 4 bc21 4 4 ab13 1 bc13 ab31 bc31 m    n ab 1 bc1 1 1 1 1 1 1 2 2 ab22 2 2 bc22 2 2 3 3 3 3 3 3 A 2 b2 c2 4 4 4 4 4 4 ab23 bc23 m    n ab 2 ab32 bc32 1 1 1 1 1 1 2 2 ab2 2 2 bc2 2 2 3 3 3 3 3 3 A3 ab33 B3 bc33 c3 4 4 4 4 4 4 m  ab1  bc1  n bc2 ab 3 bc3 1 1 1 1 1 1 ab3 bc3 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 A b c 4 4 4 4 4 4 m    n ab bc Hình 2.9 Sơ đồ tổng quát tr•ờng chuyển mạch 3 khâu Ví dụ : Nếu cuộc nối giữa đầu vào 2A1 với đầu ra nC2 đ•ợc thực hiện theo tuyến 1.
Tuyến 1 : Đầu vào 2A1 đầu ra 1A1 dây trung gian ab11 đầu vào 1B1 đầu ra 2B1 dây trung gian bc12 đầu vào 1C2 đầu ra nC2 Nếu xuất hiện yêu cầu nối giữa đầu vào 3A1 với đầu ra 1C2 thì có thể thực hiện theo tuyến 2 Tuyến 2 : Đầu vào 3 A1 đầu ra 2A1 dây trung gian ab12 đầu vào 1B2 đầu ra 2B2 dây trung gian bc22 đầu vào 2C2 đầu ra 1C2 hoặc có thể đi qua các bộ chuyển mạch trung gian B3, B4, , B Tóm lại: * Sơ đồ 3 khâu cho phép tạo tuyến nối linh động khi cần thực hiện một yêu cầu chuyển mạch nào đó. * Sơ đồ 3 khâu cho phép thực hiện nhiều yêu cầu nối đồng thời giữa một nhóm đầu vào khâu A với các đầu ra cùng nhóm khâu C. hai đặc điểm này làm cho sơ đồ 3 khâu giảm đ•ợc đáng kể khả năng gọi hụt so với sơ đồ 2 khâu. Quy tắc chung xây dựng tr•ờng chuyển mạch nhiều khâu Để xây dựng tr•ờng chuyển mạch nhiều khâu theo nguyên tắc 1:1, đồng tên thì quan hệ giữa các bộ chuyển mạch khâu tr•ớc với các bộ chuyển mạch khâu tiếp sau phải tuân theo nguyên tắc. - Số đầu ra của mỗi bộ chuyển mạch khâu tr•ớc phải bằng số bộ chuyển mạch khâu sau. - Số đầu vào của các bộ chuyển mạch khâu sau bằng số bộ chuyển mạch khâu tr•ớc. Ví dụ : Xem hình 2.9 nếu số bộ chuyển mạch khâu B là  thì mỗi bộ chuyển mạch khâu A phải có  đầu ra, còn mỗi bộ chuyển mạch khâu C phải có  đầu vào. Khâu A có bộ chuyển mạch vậy nên mỗi bộ chuyển mạch khâu B phải có đầu vào. Từ nguyên tắc đấu nối 1:1, đồng tên này có thể biến tấu thành nhiều nguyên tắc đấu nối có qui luật hoặc bất qui luật khác tuỳ thuộc vào yêu cầu thiết kế. Trong các tổng đài, để đơn giản việc chọn tuyến, nên áp dụng các nguyên tắc đấu nối có qui luật. Hình 2.10 cho một sơ đồ tham khảo của loại tr•ờng chuyển mạch có qui luật.
1 1 2 2 3 a1 B1 c1 3 m n 1 1 2 2 a2 b2 c2 3 3 m n 1 1 2 2 3 a3 b3 c3 3 m n 1 1 2 2 3 a4 b4 c4 3 m n Hình 2.10: Tr•ờng chuyển mạch 3 khâu đấu chéo * Đặc điểm của các cấu trúc chuyển mạch không gian t•ơng tự và khả năng ứng dụng của từng cấu trúc - Sơ đồ một khâu có số phần tử chuyển mạch lớn nhất nh•ng đơn giản nhất và không có tổn thất nội. - Để xây dựng tr•ờng chuyển mạch kích th•ớc cho tr•ớc, sơ đồ 2 khâu cần dùng ít phần tử chuyển mạch nhất, tuy nhiên tổn thất nội cao nhất. - Số phần tử chuyển mạch cần sử dụng trong sơ đồ ba khâu nhiều hơn trong đồ hai khâu nh•ng ít hơn so với trong sơ đồ một khâu cho tr•ờng chuyển mạch cùng số đầu vào và đầu ra. Tổn thất nội giảm hơn so với sơ đồ hai khâu. Tuy nhiên, các nhận xét trên đây chỉ đúng trong tr•ờng hợp số đầu vào và đầu ra của tr•ờng chuyển mạch đủ lớn và đ•ợc phân nhóm hợp lý, các tr•ờng hợp khác kết quả có thể ng•ợc lại. Do tính chất về khả thông của mỗi cấu trúc chuyển mạch là khác nhau nên lĩnh vực áp dụng cũng khác nhau.
Loại tr•ờng chuyển mạch một khâu th•ờng đ•ợc áp dụng ở cấp chọn mà số đầu vào và số đầu ra chênh lệch nhau nhiều, nh• chọn thiết bị kiểm tra đo thử (các đầu vào là các mạch thuê bao, các đầu ra là các thiết bị đo). Cũng có thể sử dụng sơ đồ này để chọn trung kế gọi ra, gọi vào (số trung kế rất ít so với số thuê bao) hoặc chọn các bộ thu phát báo hiệu đ•ờng dây thuê bao. Loại tr•ờng chuyển mạch hai khâu có tổn thất nội cao vì vậy nên sử dụng trong các cấp chọn mang tính tự do (chỉ có một địa chỉ bắt buộc, một địa chỉ có thể chọn tự do, ví dụ nếu đầu vào là bắt buộc thì có thể chọn đầu ra bất kỳ hoặc ng•ợc lại). Nó thích hợp với cấp chọn sơ bộ hoặc cấp chọn nhóm trong các tổng đài dung l•ợng lớn. Tr•ờng chuyển mạch ba khâu có tổn thất nội có thể điều chỉnh đ•ợc khi thay đổi hệ số nén-dãn của các khâu do đó có thể đạt đ•ợc chất l•ợng dịch vụ QoS-Quality of service theo yêu cầu và hiệu quả kinh tế mong muốn, nó th•ờng đ•ợc áp dụng ở các cấp chọn mà cả hai địa chỉ đều là bắt buộc (địa chỉ đầu vào và địa chỉ đầu ra của tr•ờng chuyển mạch đối với mỗi yêu cầu là các địa chỉ bắt buộc) ví dụ: trong cấp chọn đ•ờng dây thuê bao bị gọi, khi đó địa chỉ đầu vào có thể là địa chỉ mạch điện thuê bao chủ gọi hoặc kênh đầu vào còn địa chỉ ra là mạch điện thuê bao bị gọi. Thiết bị Chọn báo hiệu sơ bộ Thiết bị  kiểm tra Chọn nhóm Chọn thuê bao bị gọi  Chọn Tới các Chọn Thiết bị trung kế kiểm tra sơ bộ trung kế Thiết bị  báo hiệu Chọn nhóm Chọn thuê bao bị gọi  H ình 2.11: Sơ đồ khối các tr•ờng chuyển mạch trong tổng đài phân kênh không gian Hình 2.11 chỉ ra sơ đồ cấu trúc chung cho các tổng đài dung l•ợng lớn. Dung l•ợng của tổng đài đ•ợc chia thành các nhóm, mỗi nhóm có từ vài chục tới vài trăm thuê bao. Các cấp chọn thiết bị đo thử, kiểm tra hoặc chọn trung kế có thể dùng các tr•ờng chuyển mạch một khâu. Cấp chọn sơ bộ, chọn nhóm có thể
dùng tr•ờng chuyển mạch một khâu hoặc hai khâu, còn cấp chọn đ•ờng dây dùng tr•ờng chuyển mạch ba khâu. Trong các tổng đài dung l•ợng trung bình và dung l•ợng nhỏ các cấp chọn có thể kết hợp lại với nhau và đơn giản hoá cấu trúc của tổng đài. Bộ chọn trung kế để nối thuê bao với trung kế trong các cuộc gọi vào và gọi ra. Bộ chọn đo thử, kiểm tra để nối các thiết bị kiểm tra đo thử với các đ•ờng dây thuê bao hoặc trung kế. Các bộ chọn này có số đầu vào và đầu ra rất chênh lệch nhau, vì vậy tốt nhất nên dùng các tr•ờng chuyển mạch một khâu. Cấp chọn sơ bộ tự động nối thuê bao tới các thiết bị báo hiệu nh• các bộ tạo âm mời quay số, hồi âm chuông, báo bận, hoặc bộ thu các tín hiệu chọn số. Các thiết bị báo hiệu th•ờng gồm một số loại, mỗi loại có vài bộ. Khi có yêu cầu chọn một loại nào đó để nối với một đ•ờng dây thì cấp chọn này có thể chọn một trong số các bộ thuộc loại yêu cầu. Nghĩa là có thể chọn tự do giữa một số đầu ra của cấp chọn, do vậy ở đây nên áp dụng loại tr•ờng chuyển mạch hai khâu để đạt hiệu quả cao. Cũng t•ơng tự nh• vậy đối với cấp chọn nhóm, các đầu ra từ một bộ chọn nhóm th•ờng có một số đầu ra cùng tới bộ chọn đ•ờng dây của cùng một nhóm, do đó cũng có thể chọn tự do một trong số các đầu ra đó. Đối với tr•ờng chuyển mạch chọn đ•ờng dây thuê bao thì cả hai địa chỉ đầu vào và đầu ra đều là bắt buộc nên chỉ có thể áp dụng loại tr•ờng chuyển mạch không tổn thất hoặc tổn thất nhỏ (một khâu hoặc ba khâu). Với sự phát triển của công nghệ điện tử, kích th•ớc của các bộ chuyển mạch không gian t•ơng tự ngày càng đ•ợc thu nhỏ, dung l•ợng đ•ợc tăng cao và tích hợp khả năng điều khiển mềm dẻo, cùng với tốc độ chuyển mạch cao cho phép chế tạo các tr•ờng chuyển mạch gọn nhẹ, tiêu thụ nguồn thấp và với các chỉ tiêu kỹ thuật tốt hơn và không chỉ áp dụng trong các tổng đài phân kênh không gian mà còn đ•ợc áp dụng trong một số khâu của các tổng đài hiện đại và một số lĩnh vực kỹ thuật khác.