›
›

Bài giảng Kỹ thuật chuyển mạch - Chương 2: Kỹ thuật chuyển mạch kênh

ppt 93 trang cucquyet12 8460
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật chuyển mạch - Chương 2: Kỹ thuật chuyển mạch kênh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_ky_thuat_chuyen_mach_chuong_2_ky_thuat_chuyen_mach.ppt

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật chuyển mạch - Chương 2: Kỹ thuật chuyển mạch kênh

  1. Chơng 2 Kỹ thuật chuyển mạch kênh 1
  2. I. Tổng quan I.1 Định nghĩa Mạng viễn thông Thiết bị Chuyển mạch Truyền dẫn đầu cuối Chuyển mạch là một trong 3 thành phần cơ bản của mạng viễn thông. 2
  3. I.1 Định nghĩa (tt) Là quỏ trỡnh thiết lập một tuyến nối giữa một đầu vào và một đầu ra (của nỳt mạng) theo yờu cầu giỳp cho việc trao đổi thụng tin trong một khoảng thời gian nhất định. Dịch vụ thuê bao - thoại -số liệu - Hỡnh ảnh Dịch vụ thuê bao - Thoại Chuyển mạch số -Số liệu - Hình ảnh & Chuyển mạch tương tự 3
  4. Mục đích của chuyển mạch Thiết lập đờng truyền dẫn từ nguồn thông tin đến đích theo một cấu trúc cố định hoặc biến động thông qua các mạng và các trung tâm. 4
  5. Các phơng thức chuyển mạch - Chuyển mạch kênh. - Chuyển mạch tin. - Chuyển mạch gói. 5
  6. Circuit Switching Packet Switching 6
  7. I.2 chuyển mạch kênh (Circuit Swithching) 7
  8. I.2.1 Khái niệm ❖ Là loại chuyờ̉n mạch phục vụ sự trao đụ̉i thụng tin bằng cách cṍp kờnh dõ̃n trực tiờ́p cho hai đụ́i tượng sử dụng.  ❖ Trong suụ́t quá trỡnh trao đụ̉i thụng tin kờnh dẫn này bị chiếm dựng hoàn toàn.  8
  9. I.2.1 Khái niệm (tt) Việc thiết lập chuyển mạch kênh thông qua 3 giai đoạn : ❖ Thiết lập kênh dẫn ❖ Duy trì kênh dẫn (truyền dữ liệu) ❖ Giải phóng kênh dẫn 9
  10. I.2.1 Khái niệm (tt) Giai đoạn Thiết lập kênh dẫn ➢ Trớc khi dữ liệu đợc truyền đi, một kênh dẫn điểm tới điểm sẽ đợc thiết lập. ➢ Tổng đài phát hiện yêu cầu của đối tợng và xác định đờng truyền dẫn đến đối tợng kia. ➢ Nếu đờng truyền rỗi, tổng đài báo cho đối t- ợng kia biết và sau đó nối thông giữa hai đối t- ợng. 10
  11. I.2.1 Khái niệm (tt) Giai đoạn Duy trì kênh dẫn ❖ Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian 2 đối t- ợng trao đổi thông tin với nhau. Giai đoạn Giải phóng kênh dẫn ❖ Kênh dẫn đợc giải phóng khi có yêu cầu của một trong hai đối tợng sử dụng. ❖ Sau khi đợc giải phóng, kênh dẫn sẽ khôi phục lại trạng thái ban đầu. 11
  12. I.2.2 đặc điểm ❖ Thực hiện sự trao đổi thông tin giữa hai đối t- ợng bằng kênh dẫn trên cấu trúc thời gian thực. ❖ Đối tợng sử dụng làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi tin. Điều này làm giảm hiệu suất của kênh dẫn. ❖ Yêu cầu độ chính xác không cao. 12
  13. I.2.2 đặc điểm (tt) ❖ Nội dung trao đổi không cần địa chỉ. ❖ Đợc áp dụng trong thông tin thoại. ❖ Khi lu lợng trong mạng chuyển mạch kênh tăng lên đến một mức nào đó thì mạng sẽ từ chối mọi yêu cầu kết nối mới cho đến khi tải trong mạng giảm xuống. 13
  14. I.3 chuyển mạch tin I.3.1 Khái niệm ➢ Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi giữa các bản tin (nh điện tín, th điện tử, file của máy tính ) giữa các đối tợng với nhau. ➢ Chuyển mạch tin không cần thiết lập một đ- ờng dẫn dành riêng giữa hai trạm đầu cuối. 14
  15. I.3.1 Khái niệm (tt) ➢ Tại mỗi trung tâm chuyển mạch, bản tin tuân theo phơng pháp “tích luỹ trung gian” (tạm lu vào bộ nhớ, xử lý rồi truyền sang trung tâm khác nếu trung tâm đó rỗi) ➢ Thời gian trễ gồm : thời gian nhận bản tin, thời gian sắp hàng chờ và thời gian xử lý bản tin. 15
  16. I.3.1 Khái niệm (tt) 16
  17. I.3.2 đặc điểm ❖ Thời gian trễ lớn, do đó không có sự liên hệ theo thời gian thực. ❖ Đối tợng sử dụng không làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi thông tin. ❖ Yêu cầu độ chính xác cao. ❖ Nội dung bản tin có mang địa chỉ. 17
  18. I.3.2 đặc điểm (tt) ❖ Tốc độ truyền bản tin không phụ thuộc vào đối tợng sử dụng. ❖ Hiệu suất cao do kênh dẫn có thể dùng chung cho nhiều đối tợng sử dụng khác nhau. ❖ Đợc áp dụng cho truyền số liệu, chữ viết, hình ảnh. 18
  19. I.3.2 đặc điểm (tt) ❖ Khi lu lợng trong mạng chuyển mạch tin cao, nó vẫn chấp nhận các yêu cầu kết nối mới nhng thời gian truyền dẫn có thể dài, độ trễ lớn. ❖ Một hệ thống chuyển mạch tin có thể gởi một thông báo đến nhiều đích khác nhau. Điều này chuyển mạch kênh không thực hiện đợc. 19
  20. I.4 chuyển mạch gói I.4.1 Khái niệm ❖ Là quỏ trỡnh chuyển mạch mà khụng thiết lập một kờnh truyền cố định giữa hai thuờ bao. 20
  21. I.4.1 Khái niệm (tt) ❖ Trong mạng chuyển mạch gói bản tin đợc cắt ra thành từng gói nhỏ. Mỗi gói đợc gắn cho một tiêu đề (header) chứa địa chỉ và các thông tin điều khiển khác. địa chỉ địa chỉ Trờng Trờng số gói đích nguồn số liệu kiểm tra 21
  22. I.4.1 Khái niệm (tt) ❖ Thụng tin cần trao đổi được đúng thành cỏc gúi tin và được truyền trờn cỏc kờnh ảo (khụng cố định) hoặc truyền trực tiếp trờn đường truyền. 22
  23. I.4.1 Khái niệm (tt) ❖ Các gói đợc gởi đi trên mạng theo nguyên tắc tích lũy trung gian giống nh chuyển mạch tin. ❖ Tại trung tâm nhận tin, các gói đợc hợp thành một bản tin và đợc sắp xếp lại để đa tới thiết bị nhận số liệu. 23
  24. I.4.1 Khái niệm (tt) 24
  25. I.4.1 Khái niệm (tt) Dữ liệu Dữ liệu truyền đi Chuyển mạch gói Chuyển mạch gói nhận đợc Biên dịch Khôi phục gói dữ liệu 2 3 2 1 1 Đờng truyền 2 3 2 2 3 2 1 1 1 1 Bộ nhớ Dữ liệu đợc đóng thành gói Khôi phục lại dữ liệu ban có bổ sung phần tiêu đề đầu 25
  26. I.4.2 đặc điểm ❖ Mạng chuyển mạch gói sử dụng phơng thức tự động hỏi lại. Nếu gói tin truyền đi trên mạng có lỗi thì trung tâm nhận tin sẽ gởi yêu cầu phát lại bản tin đã bị lỗi cho trung tâm phát. 26
  27. I.4.2 đặc điểm (tt) ❖ Độ trễ trung bình của các tuyến truyền dẫn phụ thuộc vào tải trong mạng. ❖ Thời gian trễ liên quan tới việc tích lũy trung gian của mạng chuyển mạch gói rất nhỏ so với chuyển mạch tin. 27
  28. ii. chuyển mạch kênh 28
  29. ii.1 Phân loại Tùy thuộc vào sự phát triển của lịch sử chuyển mạch cũng nh cách thức, tín hiệu mà ta có thể phân loại nh sau PAM 29
  30. ii.1.1 Cm kênh phân chia không gian Là loại chuyển mạch có các đầu ra, đầu vào đợc bố trí theo không gian. Chuyển mạch đợc thực hiện bằng cách đóng mở các cổng điện tử hay các điểm tiếp xúc. Chuyển mạch này có các loại sau: ❖ Chuyển mạch cơ kiểu chuyển động truyền ❖ Chuyển mạch cơ kiểu đóng mở ❖ Chuyển mạch rơ le điện tử ❖ Chuyển mạch điện tử kiểu phân chia không gian 30
  31. ii.1.2 Chuyển mạch ghép Là loại chuyển mạch mà thông tin của các cuộc gọi đợc ghép với nhau trên cơ sở thời gian hay tần số trên đờng truyền. Phân loại : 2 loại ❖ Chuyển mạch phân chia theo tần số (FDM) ❖ Chuyển mạch phân chia theo thời gian (TDM) 31
  32. II.2 Chuyển mạch pcm II.2.1 định nghĩa ❖ Là loại chuyển mạch ghép hoạt động trên cơ sở dồn kênh theo thời gian và điều chế xung mã. ❖ Trong hệ thống tổng đài, chúng ta gặp phải một số thuật ngữ về chuyển mạch nh : chuyển mạch, mạng chuyển mạch, trung tâm chuyển mạch, trờng chuyển mạch. Để tránh sự lẫn lộn, chúng ta xét các khái niệm sau: 32
  33. II.2.1 định nghĩa (tt) Chuyển mạch : Mô tả một nguyên tố chuyển mạch đơn giản. Trờng chuyển mạch : Mô tả sự hợp thành của một nhóm các chuyển mạch. Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) : chứa tr- ờng chuyển mạch. Một mạng chuyển mạch : gồm các trung tâm (nodes) chuyển mạch, các thiết bị đầu cuối và hệ thống truyền dẫn. 33
  34. II.2.1 định nghĩa (tt) ❖ Hệ thống chuyển mạch số là một hệ thống mà tín hiệu đợc chuyển mạch dới dạng số. Tín hiệu ở đây có thể là tiếng nói hoặc số liệu. ❖ Một trờng chuyển mạch số cung cấp sự kết nối giữa các kênh trong các luồng PCM. ❖ Để kết nối bất kỳ 2 thuê bao nào cũng cần có sự kết nối khe thời gian của 2 mẫu tin tiếng nói mà có thể cùng hoặc khác luồng PCM. 34
  35. II.2.2 CHUYểN MạCH pcm II.2.2.1 KHáI NIệM - Chuyển mạch số cung cấp sự kết nối giữa các kênh trong các luồng PCM (hay TDM) - Sự trao đổi giữa các khe thời gian thực hiện theo 2 phơng pháp sau và có thể tách biệt từng phơng pháp hoặc phối hợp cả 2 phơng pháp với nhau: + Chuyển mạch thời gian + Chuyển mạch không gian 35
  36. ii.2.2.2 chuyển mạch thời gian t a) định nghĩa Chuyển mạch thời gian T là quá trình thực hiện sự trao đổi thông tin giữa các khe thời gian khác nhau trên cùng một tuyến PCM. 36
  37. TSj TSi TSj TSi 37
  38. b) Các phơng pháp thực hiện • Chuyển mạch T dùng bộ trễ • Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm 38
  39. b.1) Chuyển mạch T dùng bộ trễ Nguyên tắc : Trên đờng truyền dẫn tín hiệu, ta đặt các đơn vị trễ có thời gian trễ bằng 1 khe thời gian. 39
  40. b.1) Chuyển mạch T dùng bộ trễ (tt) Giả sử trong khung có R khe thời gian, trong đó cần trao đổi thông tin giữa 2 khe thời gian TSi và TSj. Ta cho TSi qua (j-i) bộ trễ thì ở đầu ra TSj sẽ có mặt ở khe thời gian TSi. Và mẫu TSj qua R-(j-i) bộ trễ sẽ có mặt ở khe thời gian TSi. Nh vậy việc trao đổi thông tin đã đợc thực hiện. Nhợc điểm : Hiệu quả kém, giá thành cao. 40
  41. b.2) Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm Nguyên tắc : Dựa trên cơ sở các mẫu tiếng nói đợc ghi vào các bộ nhớ đệm BM và đọc ra ở những thời điểm mong muốn. Địa chỉ của ô nhớ trong BM để ghi hoặc đọc đ- ợc cung cấp bởi bộ nhớ điều khiển CM. 41
  42. c) Các chế độ điều khiển Điều khiển tuần tự điều khiển ngẫu nhiên 42
  43. c.1) Điều khiển tuần tự ❖ Điều khiển tuần tự là kiểu điều khiển mà trong đó, việc đọc ra hay ghi vào các địa chỉ liên tiếp của bộ nhớ BM một cách tuần tự tơng ứng với thứ tự ngõ vào của các khe thời gian. ❖Trong điều khiển tuần tự, một bộ đếm khe thời gian đợc sử dụng để xác định địa chỉ của BM. Bộ đếm này sẽ đợc tuần tự tăng lên 1 sau thời gian của một khe thời gian. 43
  44. c.1) Điều khiển tuần tự (tt) 44
  45. c.2) Điều khiển ngẫu nhiên ❖ Điều khiển ngẫu nhiên là phơng pháp điều khiển mà trong đó các địa chỉ trong BM không tơng ứng với thứ tự của các khe thời gian mà chúng đợc phân nhiệm từ trớc theo việc ghi vào và đọc ra dới sự điều khiển của bộ nhớ CM. ❖ Các ô nhớ của CM chứa địa chỉ ô nhớ của BM sẽ tiến hành quá trình ghi/đọc ❖ Các ô nhớ của CM sẽ đợc đọc ra một cách tuần tự (đợc điều khiển đọc tuần tự) 45
  46. c.2) Điều khiển ngẫu nhiên (tt) 46
  47. d) Các kiểu chuyển mạch T ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự 47
  48. d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên 48
  49. d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt) ❖ Bộ đếm khe thời gian xác định tuyến PCM vào để ghi tín hiệu vào bộ nhớ BM một cách tuần tự. ❖ Bộ nhớ điều khiển CM điều khiển việc đọc ra của BM bằng cách cung cấp các địa chỉ của các ô nhớ của BM. 49
  50. d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt) Nh vậy, việc ghi và đọc trên bộ nhớ BM thực hiện theo 2 chu trình sau : ❖ Chu trình ghi : Ghi vào BM ô nhớ có địa chỉ do bộ đếm khe thời gian cung cấp. ❖ Chu trình đọc : Đọc ra từ BM ô nhớ có địa chỉ do CM cung cấp. 50
  51. d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt) Giả sử cần trao đổi nội dung giữa 2 khe thời gian TSi và TSj bằng kiểu chuyển mạch ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên, thì quá trình sẽ đợc thực hiện nh sau: 51
  52. d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt) 53
  53. d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt) 54
  54. d.1) ghi tuần tự - đọc ngẫu nhiên (tt) 55
  55. d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự 56
  56. d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt) ❖ Bộ nhớ CM cung cấp địa chỉ của các ô nhớ của BM trong chu trình ghi. ❖ Bộ đếm khe thời gian cung cấp địa chỉ cho việc đọc thông tin ra khỏi bộ nhớ BM. 57
  57. d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt) Giả sử cần trao đổi nội dung giữa 2 khe thời gian TSi và TSj bằng kiểu chuyển mạch ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự, thì quá trình sẽ đợc thực hiện nh sau: 58
  58. d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt) 60
  59. d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt) 61
  60. d.2) ghi ngẫu nhiên - đọc tuần tự (tt) 62
  61. e) Đặc điểm của chuyển mạch t ❖ Tồn tại thời gian trễ nhng nhỏ hơn thời gian của 1 khung của tuyến PCM. ❖ Dung lợng bị giới hạn bởi thời gian ghi đọc bộ nhớ. ❖ Bất kỳ đầu vào nào cũng có khả năng chuyển mạch đến đầu ra mong muốn. ❖ Chỉ thích hợp với tổng đài nhỏ. ❖ Giá thành rẻ. 63
  62. II.2.2.3 chuyển mạch không gian (s) 64
  63. a) định nghĩa ❖ Chuyển mạch không gian số là chuyển mạch thực hiện việc trao đổi thông tin cùng một khe thời gian nhng ở hai tuyến PCM khác nhau. ❖ Chuyển mạch không gian số gồm nhiều xa lộ PCM nhập (X1, X2 Xn) và nhiều xa lộ PCM xuất (Y1, Y2 Ym) đợc kết nối bằng ma trận điểm nối chéo n hàng và m cột. Điểm nối chéo th- ờng là cổng AND. 65
  64. a) định nghĩa (tt) Xa lộ PCM xuất Y1 Y2 Y3 Ym X1 Xa lộ X2 PCM nhập X3 Xn Các cột bộ nhớ điều khiển66
  65. b) nguyên lý Nguyên lý làm việc của chuyển mạch không gian số dựa trên cơ sở chuyển mạch không gian dùng thanh chéo. 67
  66. Nguyên lý tiếp thông hoàn toàn Sơ đồ chuyển mạch không gian tiếp thông hoàn toàn Bất kỳ đầu vào nào cũng có khả năng nối với đầu ra mong muốn. 68
  67. Nguyên lý tiếp thông không hoàn toàn Sơ đồ Chỉ có một số đầu vào nào đó thì mới có khả năng nối với một số đầu ra tơng ứng. 69
  68. c) phơng pháp thực hiện ❖ Ma trận n*m điểm thông đợc đặt ở giao điểm ngõ vào, ngõ ra. ❖ Mỗi CM có R ô nhớ (số khe thời gian trong 1 khung mang địa chỉ điểm thông trên cột. ❖ Dùng thêm một địa chỉ 0 để biểu thị tất cả điểm thông trên cột đều không nối 70
  69. c) phơng pháp thực hiện (tt) 71
  70. Biết các thông tin trên các đờng PCM đầu vào và thông tin trong các bộ nhớ CM của chuyển mạch không gian số nh hình vẽ. Xác định thông tin trong các đờng PCM đầu ra? 72
  71. d) các chế độ điều khiển 74
  72. d) các chế độ điều khiển (tt) 75
  73. e) Đặc điểm của chuyển mạch không gian ❖ Khả năng lớn (dung lợng lớn). ❖ Độ tin cậy cao. ❖ Việc chọn đờng thuận tiện. ❖ Không sử dụng độc lập trong thực tế. 76
  74. ❖ Nhận xét chung ➢ Chuyển mạch T không thuận lợi trong các hệ thống tổng đài có dung lợng lớn. Chuyển mạch S dùng độc lập là không có hiệu quả, bởi vì nó chỉ thực hiện đợc sự trao đổi giữa các tuyến khác nhau có cùng khe thời gian, điều này không có tính thực tế. ➢ Trong thực tế, ngời ta ghép chuyển mạch T và S để tạo nên các trờng chuyển mạch có dung l- ợng lớn. 77
  75. ii.2.2.4 phối ghép các cấp chuyển mạch 78
  76. a) chuyển mạch ghép ts 79
  77. a) chuyển mạch ghép ts (tt) Nguyên lý ❖ Các khe thời gian ngõ vào đợc lu lại trong các chuyển mạch thời gian T ❖ Đến khe thời gian tơng ứng, nội dung trong các ô nhớ trong các bộ nhớ BM đợc nối với ngõ ra xác định qua các chuyển mạch không gian S. 80
  78. a) chuyển mạch ghép ts (tt) 81
  79. a) chuyển mạch ghép ts (tt) 82
  80. a) chuyển mạch ghép ts (tt) 83
  81. a) chuyển mạch ghép ts (tt) 85
  82. a) chuyển mạch ghép ts (tt) 86
  83. a) chuyển mạch ghép ts (tt) 87
  84. b) chuyển mạch ghép sts 88
  85. b) chuyển mạch ghép sts 89
  86. b) chuyển mạch ghép tst 90
  87. b) chuyển mạch ghép tst (tt) 91
  88. Câu hỏi ôn tập chơng 2 1. Trỡnh bày khỏi niệm và đặc điểm của 3 phương thức chuyển mạch (CM kờnh, CM tin, CM gúi)? 2. Trỡnh bày về chuyển mạch thời gian T? (gồm cú : định nghĩa, cỏc phương phỏp thực hiện, cỏc chế độ điều khiển, cỏc kiểu chuyển mạch, đặc điểm và phõn tớch một vớ dụ của chuyển mạch thời gian). 3. Trỡnh bày về chuyển mạch khụng gian? (gồm cú: định nghĩa, nguyờn lý, đặc điểm và phõn tớch một vớ dụ của chuyển mạch khụng gian). 4. Phõn tớch một vớ dụ về chuyển mạch ghộp TS, ST, STS, TST? 93