Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn chuyển mạch kênh tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực ki...
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 Phần I KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN MẠCH A. Chuyển mạch kênh. I. Giới thiệu chung. Công nghệ chuyển mạch kênh là kĩ thuật chuyển mạch đảm bảo việc thiết lập các đường truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin của một quá trình thông tin giữa hai hay nhiều thuê bao khác nhau. Chuyển mạch kênh được ứng dụng cho việc liên lạc một cách tức thời mà ở đó quá trình chuyển mạch được chia ra một cách không có cảm giác về sự chậm trễ (thời gian thực) và độ trễ biến thiên giữa nơi thu và nơi phân phối tin hay ở bất kì phần nào của hệ thống truyền tin. Mạng điện thoại là một ví dụ về ứng dụng chuyển mạch kênh. II. Chuyển mạch kênh tín hiệu số. Chuyển mạch kênh tín hiệu số là quá trình kết nối, trao đổi thông tin các khe thời gian giữa một đoạn của tuyến truyền dẫn TDM (Time Division Multiplexing) số. Có 2 cơ chế thực hiện chuyển mạch kênh tín hiệu số: + Cơ chế chuyển mạch không gian số. + Cơ chế chuyển mạch thời gian số. 1. Tầng chuyển mạch không gian số. Tầng chuyển mạch không gian số S (Space Switch Stage) cấu tạo từ một ma trận chuyển mạch kích thước N đầu vào M đầu ra vật lý. Do đây Hoàng Minh Hải Trang1 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 là hệ thống số nên mỗi đường vật lý chứa n kênh thời gian mà chúng mang các tín hiệu PCM (Pulse Code Modulation). Như vậy, để kết nối một khe thời gian bất kỳ nào trong một đường PCM bất kỳ phía đầu vào của một khe thời gian tương ứng (nghĩa là có cùng khe Ts) của một đường PCM bất kì phía đầu ra của ma trận thì một điểm chuyển mạch thích hợp của ma trận chuyển mạch cần phải hoạt động trong suốt thời gian của Ts đó và lặp lại với chu kì T=125µs trong suốt quá trình tạo kênh. Chuyển mạch không gian tín hiệu số thường thiết lập đồng thời một số lượng lớn các cuộc nối qua ma trận với tốc độ tức thì trong một khung tín hiệu 125µs, trong đó mỗi cuộc nối tồn tại trong thời gian của một khe thời gian Ts. Ví dụ như trong một cuộc gọi điện thoại, có thể kéo dài trong thời gian nhiều khung tín hiệu PCM. Do vậy, một kiểu điều khiển theo chu kì đơn giản cho mỗi mẫu nối là cần thiết. Điều này có thể đạt được nhờ một bộ nhớ RAM điều khiển cục bộ liên quan tới ma trận chuyển mạch không gian. 2. Tầng chuyển mạch thời gian số. Do cấu tạo và hoạt động của chuyển mạch tầng S chỉ thực hiện cho các quá trình chuyển mạch có cùng chỉ số khe thời gian giữa luồng PCM vào và đường PCM ra, nên trong trường hợp có yêu cầu trao đổi khe thời gian giữa đầu vào và đầu ra khác nhau thì phải ứng dụng Tầng chuyển mạch thời gian T (Time Switch Stage). Nguyên lý cấu tạo của chuyển mạch tầng T gồm 2 thành phần chính: - Bộ nhớ tin S_Mem (Speak Memory). - Bộ nhớ điều khiển C_Mem (Control Memory). Hoàng Minh Hải Trang2 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 a. Chức năng cơ bản của S_Mem là để nhớ tạm thời các tín hiệu PCM chứa trong mỗi khe thời gian phía đầu vào để tạo độ trễ thích hợp theo yêu cầu mà nó có giá trị từ nhỏ nhất là 1 Ts tới cực đại là (n-1) Ts. Nếu việc ghi các tín hiệu PCM chứa trong các khe Ts phía đầu vào của tầng chuyển mạch T vào S_Mem được thực hiện một cách tuần tự thì có thể sử dụng một bộ đếm nhị phân Module (n) cùng bộ chọn rất đơn giản để điều khiển. b. Chức năng của bộ nhớ C_Mem là dùng để điều khiển quá trình đọc thông tin đã lưu trữ đệm tại S_Mem. C_Mem điều khiển quá trình đọc một ô nhớ tương ứng thích hợp trong S_Mem. Như vậy, hiệu quả trễ của tín hiệu PCM của C_Mem được xác định một cách rõ ràng bởi hiệu số giữa các khe thời gian đọc và thời gian ghi tin PCM ở bộ nhớ S_Mem. c. Cơ chế hoạt động của tầng T là quá trình ghi tín hiệu PCM vào S_Mem được thực hiện một cách tuần tự, còn quá trình đọc tín hiệu PCM từ S_Mem ra được thực hiện theo yêu cầu một cách ngẫu nhiên. Chế độ làm việc như vậy của chuyển mạch tầng T gọi là "ghi tuần tự, đọc ngẫu nhiên" (SWRR Sequencial Write Random Read). Do thông tin phải truyền theo một tần số cố định nên chuyển mạch kênh rất thiếu tính mềm dẻo dẫn tới giới hạn về mặt tốc độ và không thích hợp cho việc truyền tin ở dịch vụ băng rộng. 3. Chuyển mạch kênh đa tốc độ. Để thoả mãn hơn về tính mềm dẻo mà trong chuyển mạch kênh không đáp ứng được thì ở đây người ta đưa ra chuyển mạch kênh đa tốc độ (MRCS Multi Rate Circuit Switching). Các đường nối trong MRCS chia ra n kênh cơ bản gồm các khung thời gian và các khe thời gian có độ Hoàng Minh Hải Trang3 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 dài khác nhau, mọi cuộc liên lạc đều có thể xây dựng trên n kênh cơ bản này. Kênh cơ bản cho một cuộc nối là: một kênh 1024kbit/s, tám kênh H1 có tốc độ 2048kbit/s, một kênh H4 có tốc độ 139,164kbit/s. MRCS rất phức tạp do mỗi kênh khác nhau sao cho độ trễ truyền ở các kênh khác nhau là như nhau, như vậy mới đảm bảo tính trong suốt về mặt thời gian. Nhưng MRCS sử dụng tài nguyên không hiệu quả: Giả sử như mọi H1 đều bận thì không thể thiết lập thêm một kênh H1 nào khác mặc dù lúc đó kênh H4 vẫn rỗi. Do đó ITU-T không coi MRCS là giải pháp cho B- ISDN. 4. Chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS (Fast Circuit Switching) Chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS được cung cấp thông tin, sau khi thông tin đó được gửi đi thì tài nguyên được giải phóng trở lại. Cũng như ở chuyển mạch gói (sẽ nói đến sau), sự cung cấp tài nguyên này được thiết lập mỗi lần gửi nhưng dưới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên kết nhanh (Fast Associated Signalling) chứ không nằm ở phần tiêu đề như ở chuyển mạch gói. Khi thiết lập cuộc gọi, người sử dụng yêu cầu một độ rộng băng bằng số nguyên lần độ rộng băng của kênh cơ bản. Hệ thống lúc này chưa cung cấp tài nguyên mà nó ghi lại các thông tin chuyển mạch, thông tin về độ rộng băng theo yêu cầu, thông tin về địa chỉ đích được chọn khi bên bắt đầu gửi thông tin, hệ thống báo hiệu rằng bên phát có thông tin được gửi đi theo yêu cầu chuyển mạch để phân phối tài nguyên ngay lập tức. Do yêu cầu về khả năng thiết lập và huỷ bỏ cuộc nối trong một thời gian Hoàng Minh Hải Trang4 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 ngẫu nhiên nên FCS không thích hợp cho B - ISDN vì độ phức tạp khi thiết kế và điều khiển một hệ thống như vậy. Hoàng Minh Hải Trang5 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 B. Kỹ thuật chuyển mạch gói. 1. Đặc điểm chung và phạm vi ứng dụng của chuyển mạch gói. Kỹ thuật chuyển mạch gói ngày nay đã trở thành một kỹ thuật rất có tiềm năng và quan trọng trong lĩnh vực viễn thông vì nó cho phép các nguồn tài nguyên viễn thông sử dụng một cách hiệu quả nhất. Với các ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với chuyển mạch kênh (tín hiệu truyền tuần tự nên thời gian thiết lập và giải phóng kênh có thể sẽ lâu hơn rất nhiều so với thời gian truyền tin) là dữ liệu được chia thành các gói tin nên thời gian truyền là rất ngắn, việc thiết lập và giải phóng kênh được diễn ra nhanh chóng. Trên thế giới ngày nay, mạng chuyển mạch gói đang được sử dụng chủ yếu cho các dịch vụ truyền thông số liệu giữa các máy tính. Tuy vậy, chuyển mạch gói cũng đang thể hiện tính hiệu quả và tính hấp dẫn của nó cho các dịch vụ viễn thông khác như điện thoại, video và các dịch vụ băng rộng khác. 2. Những nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói. Như đã biết, lưu lượng truyền số liệu mặc dù bao gồm một dải rộng, các đặc tính của nó phụ thuộc vào nguồn số liệu khác nhau nhưng nói chung, chúng đều được đặc trưng bởi độ dài bản tin tương đối ngắn (<2000 bit) và thường có yêu cầu tốc độ trao đổi, truyền tin rất nhanh và do đó thời gian truyền tin rất ngắn (<1s). Với thời gian truền tin ngắn như vậy thì chuyển mạch kênh là không thích hợp bởi vì thời gian thiết lập và giải phóng kênh có thể sẽ lâu hơn nhiều so với thời gian truyền tin. Quan điểm của chuyển mạch gói dựa trên khả năng của các máy tính số hiện đại, tốc độ cao tác động vào bản tin cần truyền sao cho có thể Hoàng Minh Hải Trang6 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 chia cắt các cuộc gọi hoặc các các bản tin thành các phần nhỏ gọi là “gói tin”. Tuỳ thuộc vào việc thực hiện và hình thức của thông tin mà có thể có nhiều mức phân chia gói tin. Ví dụ một cách thực hiện phổ biến được áp dụng của chuyển mạch gói hiện nay là bản tin của người sử dụng (User) được chia thành các Segments và sau đó các Segments lại được chia thành các gói (Packet) có kích thước chuẩn hoá. Hình 1 minh hoạ giao thức cắt gói theo nguyên tắc nêu trên. Segment 1 Segment 2 Segment n Bản tin Transaction Message Độ dài L Hình 1: Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói. Các segment sau khi được chia cắt từ bản tin của người sử dụng (khách hàng), sẽ được xử lý chuẩn hoá tiếp bằng cách dán "Đầu" (Leader) và đuôi (Trailer). Như vậy, chúng chứa ba trường số liệu là: • Đầu: chứa địa chỉ đích cùng các thông tin điều khiển mà mạng yêu cầu, ví dụ: số thứ tự của Segment, mã kênh logic để tách các thông tin khách hàng đã ghép kênh, đánh dấu Segment đầu tiên và Segment cuối cùng của bản tin và nhiều thông tin khác liên quan tới chức năng quản lý, điều khiển từ "Đầu cuối - tới - đầu cuối" . • Đối với các gói tin truyền qua mạng chuyển mạch gói còn phải chứa các mẫu tạo khung để đánh dấu điểm đầu và điểm cuối của mỗi gói tin. Tiêu đề (Header) của gói tương tự như "Đầu" của Segment. Ngoài ra, nó còn có thêm các thông tin mà mạng chuyển mạch yêu cầu để điều khiển sự truyền tải của các gói tin qua mạng, ví dụ như thông tin cần bổ xung vào tiêu đề của gói là địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự của gói và các khối số liệu Hoàng Minh Hải Trang7 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 điều khiển để chống vòng lặp, quản lý QOS, suy hao, lặp gói v v Trường số liệu điều khiển lỗi CRC cho phép hệ thống chuyển mạch gói phát hiện lỗi xảy ra trong gói nếu có, nhờ đó đảm bảo yêu cầu rất cao về độ chính xác truyền tin. Các gói tin sẽ được chuyển qua mạng chuyển mạch gói từ Node chuyển mạch này đến Node chuyển mạch khác trên cơ sở "Lưu đệm và phát chuyển tiếp", nghĩa là mỗi Node chuyển mạch sau khi thu một gói sẽ tạm thời lưu giữ một bản sao của gói vào bộ nhớ đệm cho tới khi cơ hội phát chuyển tiếp gói tới Node tiếp theo hay thiết bị đầu cuối của người sử dụng được đảm bảo chắc chắn. Bởi vì mọi quá trình thông tin được cắt nhỏ thành các gói giống nhau nên các bản tin dù dài hay ngắn đều có thể chuyển qua mạng với sự ảnh hưởng lẫn nhau ít nhất và nhờ sự chuyển tải các gói qua mạng gần như nhau được thực hiện trong thời gian thực nên chuyển mạch có thể đáp ứng được yêu cầu hoạt động một cách nhanh chóng kể cả khi có sự thay đổi mẫu lưu lượng hoặc sự hỏng hóc một phần hay nhiều tính năng khác của mạng. Hoàng Minh Hải Trang8 Gói tin cuối cùng Segment 1 Segment 2 Segment 9 Segment 8 Segment 7 Segment 6 Segment 5 Segment 4 Segment 3 Bản tin của người sử dụng 1 72 8 1 82 Tiêu đề Tải tin nội dung 1024 bit Đuôi CRC Tiêu đề Tải tin nội dung 368 bit Đuôi CRC Gói tin đầu Mẫu tạo khung Hình 2: Cấu trúc gói tin trong chuyển mạch Gói. Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 Hình 3 minh hoạ nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch gói. Các bản tin của khách hàng từ máy chủ gọi A sẽ không được gửi đi một cách tức thì và trọn vẹn qua mạng tới máy bị gọi như trong mạng chuyển mạch bản tin, mà sẽ được cắt và tạo thành các gói chuẩn ở Node chuyển mạch gói nguồn PSW S . Mỗi gói sẽ được phát vào mạng một cách riêng rẽ và độc lập, và chúng sẽ dịch chuyển về Node chuyển mạch gói đích PSW D theo một đường khả dụng tốt nhất tại bất kỳ thời điểm nào, đồng thời mỗi gói sẽ được kiểm tra giám sát lỗi trên dọc hành trình. Tại PSW D các gói sẽ được tái hợp lại để thành bản tin nguyên vẹn ban đầu rồi gửi tới thuê bao B. Hình 3: Mạng chuyển mạch gói Ưu điểm nổi bật của chuyển mạch gói là kênh truyền dẫn chỉ bị chiếm dụng trong thời gian thực sự truyền gói tin, sau đó kênh sẽ trở thành rỗi và khả dụng cho các gói tin của các thiết bị đâud cuối số liệu khác. Ngoài ra, nhiều gói tin có thể được truyền một cách đồng thời và có thể theo các tuyến hoàn toàn khác nhau, nhờ đó mà chuyển mạch gói có thể sử dụng một cách triệt để, hoàn toàn các tính năng truyền dẫn của hệ thống. Hoàng Minh Hải Trang9 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 Nguyên tắc cơ bản của trường chuyển mạch gói được minh hoạ trên hình 4: Bus điều khiển Buffer Hình 4: Nguyên tắc trường chuyển mạch gói. Số liệu đến và các gói điều khiển được phân phối vào các bộ đệm mà tại đó chúng được kiểm tra (check) và giám sát lỗi. Sau đó, chúng được tạm thời lưu trữ lại để sẵn sàng chuyển vào Bus điều khiển hoặc được diễn giải bởi bộ điều khiển (Controller) để tạo ra các tác động điều khiển. Gói số liệu vào có thể được truyền vào Bus số liệu dạng nối tiếp hoặc song song và sau đó được chuyển tới bộ đệm đầu ra bởi bộ điều khiển mà nó xác nhận được địa chỉ của gói chứa trong trường tin định hướng. Hoàng Minh Hải Trang10 Buffer Bộ nhớ Controller Bộ nhớ Controller Số liệu vào và các gói điều khiển Số liệu vào và các gói điều khiển Buffer BUS số liệu [...]... thuật chuyển mạch thì cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, bao gồm cả chuyển mạch kênh/ gói nhanh đều không đáp ứng được yêu cầu B-ISDN nhưng nếu kết hợp được cả hai kỹ thuật này thì hoàn toàn có thể đáp ứng tốt cho các yêu cầu nêu ra - Đối với kỹ thuật truyền dẫn thì chế độ truyền tải đồng bộ STM (Synchronous Transfer Mode) rất lãng phí tài nguyên thời gian Vậy phải đổi mới chuyển sang ATM và ghép kênh. .. nhau sẽ khác nhau Và được minh hoạ tại hình 12: Điểm chuyển mạch VP Điểm chuyển mạch VC Điểm kết cuối kết nối kênh ảo Kết nối kênh ảo Liên kết kênh ảo Điểm kết cuối kết nối đường ảo Kết nối đường ảo Liên kết kênh ảo Tại điểm chuyển mạchVC giá trị Liên kết VP Liên kết VP VCI và VP bị thay đổi Hình 12: Miêu tả kết nối liên kết VC và VP * Các kết nối kênh ảo có thể dùng trong các ứng dụng: - Các ứng dụng... của chuyển mạch kênh với chuyển mạch gói và ATDM Trong công nghệ kỹ thuật chuyển mạch gói, ví dụ như trong giao thức X25, các gói tin có phần tiêu đề khá phức tạp, kích thước gói khá lớn và không chuẩn hoá độ dài gói tin Như vậy có nghĩa là xử lý ở chuyển mạch gói tương đối khó, kích thước lớn nên độ trễ khá lớn, xử lý và truyền dẫn chậm đồng thời khó quản lý quá trình Khắc phục nhược điểm này của chuyển. .. nhiều kênh ảo) giữa các đường chuyển mạch thông qua các điểm nối chéo trung gian Đường truyền ảo là hình thức đấu nối bán cố định hoặc qua chuyển mạch tạo ra liên kết có tính chất lượng tương đương về mặt logic giữa hai nút chuyển mạch mà không cần thiết phải đấu nối trực tiếp bằng một liên kết vật lý Hoàng Minh Hải Trang31 Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4 Chuyển mạch VC và VP Hình 13: Chuyển. .. 4 Yêu cầu có tính nhạy cảm cao về chất lượng đối với độ trễ( thời gian thực) và tổn thất bits 5 Các nhu cầu hiện chưa thấy rõ trong tương lai Về kỹ thuật chuyển mạch hiện thời, đang sử dụng phổ biến hai loại chuyển mạch: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với chế độ truyền tải đồng bộ STM ( Synchronous Transfer Mode) Nói chung các kỹ thuật này không thể đáp ứng được đồng thời cả 5 yêu cầu trên của... lý trong quá trình vận chuyển (như không có điều khiển lỗi như trong chuyển mạch gói) Trong mạng ATM, các tế bào được giữ nguyên thứ tự trong quá trình truyền, khi thu các tế bào ở phần thu có thứ tự giống như ở phần phát Tóm lại : ATM là chế độ truyền tải các gói tin không đồng bộ, nó khác chế độ chuyển mạch gói nhưng nói chung ATM có các đặc tính đặc trưng cơ bản của chuyển mạch gói, đồng thời ATM... B-ISDN tương lai, cho các dịch vụ hiện chưa biết rõ và nó kết hợp cả chuyển mạchkênh và chuyển mạch gói Do vậy, điều khiển các kiểu lưu lượng với các đặc tính rất khác nhau trong một mạng thống nhất Các tính năng ưu việt chủ yếu của ATM và môi trường ATM là: • Ghép kênh không đồng bộ ( ATDM) và thống kê cho mọi kiểu lưu lượng • Gán độ rộng kênh rất linh hoạt, mềm dẻo Hoàng Minh Hải Trang14 Đồ án tốt nghiệp... pháp mới kết hợp các ưu điểm, khắc phục các chược điểm của cả hai kỹ thuật chuyển mạch kênh và chuyển mạch và sử dụng ATDM sẽ có khả năng đáp ứng tốt mọi yêu cầu của B-ISDN là vấn đề then chốt của công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) Thuật ngữ “truyền” bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch trong mạng Mạng ATM có khả năng chỉ gửi số liệu liên qua tới một cuộc nối... và một kênh ảo có một giá trị nhận dạng khác nhau dùng để phân biệt với các đường ảo và kênh ảo khác Các nút chuyển mạch sử dụng những giá trị này để xác định các kết nối, đồng thời sử dụng các thông tin định tuyến tại thời điểm thiết lập kết nối để định hướng các tế bào đến các cổng ra thích hợp Các nút chuyển mạch thay đổi các giá trị VPI và VCI bằng các giá trị mới phù hợp với kết nối đầu ra (Hình... 24 bit ( 8 bit cho VPI và 16 bit cho VCI) + Với NNI, gồm 28 bit ( 12 bit cho VPI và 16 bit cho VCI) Đặc tính cơ bản của ATM là chuyển mạch xảy ra trên cơ sở giá trị trường định tuyến của các tế bào Nếu chuyển mạch chỉ dựa trên cả hai giá trị VPI/VCI thì được gọi là kết nối kênh ảo * Trường tải thông tin (PI- Payload Type): Gồm 3 bit dùng để chỉ thị thông tin mạng mà mạng xảy ra tắc nghẽn thì mạng sẽ . Có 2 cơ chế thực hiện chuyển mạch kênh tín hiệu số: + Cơ chế chuyển mạch không gian số. + Cơ chế chuyển mạch thời gian số. 1. Tầng chuyển mạch không gian số. Tầng chuyển mạch không gian số S. – ĐT97-4 Phần I KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN MẠCH A. Chuyển mạch kênh. I. Giới thiệu chung. Công nghệ chuyển mạch kênh là kĩ thuật chuyển mạch đảm bảo việc thiết lập các đường truyền. trên thế giới. I. Sự ra đời của ATM. - Đối với kĩ thuật chuyển mạch thì cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, bao gồm cả chuyển mạch kênh/ gói nhanh đều không đáp ứng được yêu cầu B-ISDN nhưng