Tập bài giảng Truyền số liệu (Phần 2)

p muốn thiết lập một quan hệ sơ cấp -thứ cấp tạm thời với một trạm khác, thì nó gửi đi một U-frame chứa mã 00 001(nhằm thiết lập đáp ứng thông thường). Trạm có địa chỉ nhận hiểu được là mình được chọn để nhận tin (từ sơ cấp) nên tự chỉnh định cho thích hợp. 158 Bảng 5.3. Một số tổ hợp trong U - Frame - Unnumbered-Exchange Các mã về trao đổi không đánh số được dùng để truyền hay cũng cố phần đặc thù về thông tin kết nối dữ liệu giữa hai thiết bị. Mã poll không đánh số (UP: unnumbered poll) 00 100 được trạm sơ cấp (hay trạm hỗn hợp đóng vai trò sơ cấp) truyền đi trên mạng nhằm thiết lập trạng thái của trạm có địa chỉ trong quá trình trao đổi không đánh số này. Mã thông tin không đánh số (UI:unnumbered information) 00 000 được dùng để truyền đi phần đặc thù của thông tin như time/date dùng cho đồng bộ. Frame UI có thể được truyền đi như các lệnh (list các tham số cho quá trình truyền) hay đáp ứng (mô tả về khả năng của trạm có địa chỉ để nhận tin). Mã của xác nhận không đánh số (UA: unnumbered acknowledgment) 00 110 được máy thu gửi trả về nhằm trả lời cho một unnumbered poll, xác nhận cho một unnumbered request frame (ví dụ RD: request disconnect) hay là để chấp nhận lệnh thiết lập chế độ (xem lại bảng). - Disconnection Có ba mã ngừng kết nối, một là lệnh từ trạm đóng vai trò sơ cấp hay trạm hỗn hợp, còn lại là hai đáp ứng từ trạm thu. Lệnh đầu tiên, disconnect (DISC, 00 010) được trạm thứ nhất gửi đến trạm thứ hai để thông báo ngừng kết nối. Lệnh thứ hai: do máy thứ hai gửi yêu cầu ngừng kết nối request disconnect (RD, 00 010) về máy thứ nhất sau khi nhận được DISC. Lệnh thứ ba chế độ ngừng kết nối (DM: disconnect mode 11 000) được máy có địa chỉ nhận gửi đến máy phát như một negative response cho lệnh thiết lập chế độ (xem bảng). - Initialization Mode Mã 10 000, được dùng làm lệnh (do trạm thứ nhất gửi đến trạm thứ hai) nhằm thiết lập chế độ khởi tạo (SIM: set initialization mode) nhằm chuẩn bị cho trạm thu 159 chuẩn bị khởi tạo các chức năng điều khiển kết nối dữ liệu. Lệnh SIM và tiếp theo là trường UI chứa các chương trình hay các tham số được thiết lập. Cùng mã này 10 000, được dùng làm đáp ứng (do máy thứ hai gửi về máy thứ nhất), cho biết chế độ yêu cầu khởi tạo (RIM: request initialization mode) và cũng cố lệnh SIMdo trạm thứ nhất gửi đến. Lệnh này được dùng để đáp ứng lệnh thiết lập chế độ khi trạm thứ hai không thể hoạt động được theo lệnh without first receiving a SIM (xem bảng). - Miscellaneous Trong ba lệnh trên thì hai lệnh đầu: reset (RSET, 11 001) và trao đổi ID (XID, 11 101) là lệnh được gửi từ máy phát đến máy thu theo địa chỉ. Lệnh thứ ba, frame reject (FRMR, 10 001) là đáp ứng từ trạm nhận gửi về trạm phát: RSET: cho trạm thứ hai biết là trạm thứ nhất đã reset send sequence numbering và thông báo cho trạm thứ hai để làm các bước tương tự. Lệnh này thường được gửi đi khi nhận được FRMR. XID: yêu cầu trao đổi dữ liệu nhận dạng từ máy thứ hai (Địa chỉ của bạn là gì?) FRMR: báo cho hệ thống thứ nhất là U-frame do trạm thứ hai nhận được có syntax bị sai (điều này không giống như frame HDLC). Ví dụ, tín hiệu này được gửi về khi một frame được nhận dạng là S-frame nhưng lại có chứa trường thông tin. Sau đây là một số thí dụ về phương pháp thông tin dùng HDLC. Ví dụ 5.12: Poll/Response Trong hình bên dưới thì thiết bị sơ cấp (mainframe) trong hệ nhiều điểm gửi poll đến thiết bị thứ cấp (A) bằng S-frame chứa mã của poll. Đầu tiên là trường flag, tiếp đến là địa chỉ của thứ cấp cần được poll, trường hợp này là A. Trường thứ ba, điều khiển chứa mã nhận dạng frame là S-frame, theo sau là các mã RR (receive ready), trạng thái máy phát, bit P/F được thiết lập ở poll, và trường N(R) = 0. Sau khi trường điều khiển là FCS error detection code và trường ending flag. Trạm A có dữ liệu cần gửi, nên trả lời bằng một I-frame đánh số 0 và 1. Frame thứ hai có bit P/F thiết lập về final cho biết chấm dứt dữ liệu. Trạm sơ cấp xác nhận về cả hai khung cùng một lúc dùng S-frame chứa số 2 trong trường N(R) cho trạm A biết là frame 0 và 1 đã được nhận và nếu A còn gửi thêm khung nào, thì trạm sơ cấp mong nhận được khung số 2 kế tiếp. 160 Hình 5.35. Poll/ Responese Ví dụ này cũng dùng cấu hình nhiều điểm cho thấy cách sơ cấp chọn lựa trạm thứ cấp, trạm B để nhận tín hiệu truyền. Đầu tiên, sơ cấp gửi S-frame đến trạm địa chỉ B có chứa mã select. Khung select này tương tự như khung poll, nhưng trạng thái RR trong trường điều khiển đã được thay bằng RNR, cho thứ cấp biết để sẵn sàng nhưng chưa gửi. Trạm B trả lời dùng một S-frame khác, định địa chỉ từ B, chứa mã RR cùng với bit final, cho biết là máy đã sẵn sàng nhận và đây là khung cuối. Sơ cấp gửi I-frame có chứa dữ liệu. Khung này được gửi cho địa chỉ B, trường N(S) nhận dạng là khung số 0, bit P chưa được thiết lập cho thấy frame không phải là poll, và trường N(R) cho thấy là nếu I-frame bị trả về, thì cũng mong được đánh số là 0. Trạm B trả lời dùng frame RR với hai mục tiêu: bit final được thiết lập cho sơ cấp biết là B không có gì để gửi và N(R)=1 cho thấy là B mong nhận được frame 1. Ví dụ 5.13: Select/Response 161 Hình 5.36. Select/Response Ví dụ 5.14: Peer Devices Ví dụ nhằm minh họa quá trình truyền dẫn trao đổi trong chế độ cân bằng không đồng bộ (ABM) dùng phương pháp xác nhận piggybacking. Hai trạm là đồng quyền và kết nối điểm-điểm. Trạm A gửi U-frame chứa mã của SABM để thiết lập kết nối ở chế độ cân bằng không đồng bộ. Bit P được thiết lập cho biết trạm A muốn điều khiển kết nối và được phát đầu tiên. Trạm B đồng ý yêu cầu bằng cách gửi về U-frame chứa mã UA, thiết lập bit F. Chấp nhận truyền ở chế độ cân bằng không đối xứng, cả hai trạm đều đang ở chế độ trạm hỗn hợp, thay vì sơ cấp-thứ cấp, nên bit P/F không còn giá trị và được bỏ qua trong frame kế tiếp. Trạm A bắt đầu trao đổi thông tin với I-frame đánh số 0 tiếp theo là I-frame đánh số 1. Trạm B gửi xác nhận piggybacking của cả hai khung này vào trong I-frame của mình. I-frame đầu tiên của B cũng được đánh số 0 (trường N(S)) và chứa 2 trong trường N(R), xác nhận đã nhận khung số 1 và số 0 của A và cho biết mong muốn nhận được khung 2. Trạm B gửi tiếp khung thứ hai và ba (đánh số 1 và 2) trước khi chấp nhận thêm các khung đến từ A. Các thông tin N(R), như thế thì chưa thay đổi. Các khung 1 và 2 của B cho biết là trạm B còn mong nhận được khung 2 từ A. 162 Hình 5.37. Peer Devices Trạm A đã gửi hết dữ liệu. Như thế, không có thể piggybacking xác nhận vào trong I-frame nên phải gửi S-frame thay vào. Mã RR cho thấy là A vẫn còn sẵn sàng nhận. Số 3 trong trường N(R) cho B biết là các frame 0, 1, và 2 đã được chấp nhận và hiện đang chờ số 3. Ví dụ 5.15: Lỗi khi truyền ngang hàng (Peer Communication with error) Trong ví dụ trước, giả sử là khung 1 gửi từ B đến A là có lỗi. Trạm A, cần báo cho B để gửi lại khung 1 và 2 (hệ thống dùng giao thức Go-Back-N). Trạm A gửi một khung reject supervisory nhằm thông báo lỗi ở khung 1. 163 Hình 5.38. Lỗi khi truyền ngang hàng (Peer Communication with error) 164 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 5 Câu 1: Để tính toán bit bit chẵn lẻ (parity) cho một ký tự, phát biểu nào sau đây là sai: a. Phụ thuộc vào kiểm tra chẵn b. Phụ thuộc vào kiểm tra lẻ c. Số các bit trong mã ký tự được cộng module 2 với nhau và bit parity được chọn sao cho tổng số các bit 1 bao gồm cả bit parity là chẵn (even parity) hoặc là lẻ (odd parity). d. Tất cả các ý trên đều là sai. Câu 2: Phát biểu nào sau đây về phương pháp kiểm tra bit chẵn lẻ là phát biểu sai: a. Phương pháp kiểm tra chẵn lẻ chỉ phát hiện các lỗi 2 bit (số lượng bit lỗi là lẻ) b. Phương pháp kiểm tra chẵn lẻ không thể phát hiện được các lỗi 1 bit (hay số bit lỗi là một số lẻ) c. Phát biểu A, B đúng, còn phát biểu C là sai. Câu 3: Kiểm tra lỗi theo phương pháp khối, phát biểu nào sau đây là sai: a. Khi truyền đi một khối thông tin, mỗi ký tự được truyền đi sẽ được kiểm tra tính chẵn lẻ theo chiều ngang, đồng thời cả khối thông tin này cũng được kiểm tra tính chẵn lẻ theo chiều dọc. b. Cứ sau một số byte nhất định thì một byte kiểm tra chẵn lẻ cũng được gửi đi. c. Byte chẵn lẻ này được tạo ra nằng cách kiểm tra tính chẵn lẻ của khối ký tự theo cột. d. Cả ba ý trên đều đúng. Câu 4: Kiểm tra lỗi theo phương pháp khối, phát biểu nào sau đây là đúng: a. Dựa vào các bit kiểm tra ngang và dọc ta xác định được tọa độ của bit sai và sửa được bit sai này. b. Ta không sắp xếp các bit của ký tự đúng vị trí tương ứng từ trên xuống thì ta cũng có một khối các ký tự. c. Không cần sắp xếp các bit của ký tự đúng vị trí tương ứng từ trên xuống. d. Cả 3 ý trên đều đúng. Câu 5: Trong phương pháp kiểm tra CRC để phát hiện lỗi, phát biểu nào sau đây là sai: 165 a. Đa thức sinh đã biết trước (bên phát và bên thu đều cùng chọn đa thức này). b. Đa thức sinh chỉ bên phát hoặc bên thu chọn trước. c. Bậc của đa thức sinh mã chính là độ dài được thêm vào từ mã gốc trước khi truyền đi. d. Lấy từ mã thu được chia cho đa thức sinh nếu số dữ bằng 0 thì từ mã thu được là đúng. Câu 6: Trong Go - back - N ARQ, nếu các khung 4, 5 và 6 được nhận thành công, thì máy thu sẽ gửi khung ACK nào cho máy phát: a. 4 b. 5 c. 6 d. 7 Câu 7: Trong phương pháp Stop – and- wait ARQ, nếu dữ liệu 1 có lỗi, thì máy thu gửi về khung nào: a. NAK 0 b. NAK 1 c. NAK 2 d. NAK Câu 8: Phương pháp ARQ nào được dùng nếu khi nhận được NAK, thì tất cả các khung kể từ lúc khung xác nhận cuối cùng được truyền lại. a. Stop and wait b. Go-back-n c. Select-reject d. a và b Câu 8: Phương pháp ARQ nào được dùng nếu khi nhận được NAK, chỉ có khung bị hỏng hay thất lạc là được gửi lại a. Stop and wait b. Go-back-n c. Select-reject d. a và b Câu 9: ARQ có nghĩa là a. Automatic request quatalization 166 b. Automatic repeat request c. Automatic retransmission request d. Acknowledge repeat request Câu 10: Trong phương pháp điều khiển lưu lượng Stop and wait ARQ, để truyền đi n gói thì bao nhiêu khung xác nhận cần có a. n b. 2n c. n-1 d. n+1 Câu 11: Chuỗi bit dữ liệu 11101010111 cần truyền qua hệ thống truyền dẫn có đa thức sinh G(x) = x 4x3x1. Để phát hiện lỗi, hệ thống sử dụng các bit kiểm tra CRC. Hãy mô tả: a) Quá trình tạo mã CRC ? b) Quá trình kiểm tra CRC khi luồng dữ liệu không bị lỗi và khi luồng dữ liệu bị lỗi ở bit thứ 4 tính từ bit có trọng số lớn nhất MSB? Câu 12: Cho chuỗi bit dữ liệu 11011001 được mã hóa theo mã sửa lỗi Hamming với các bit kiểm tra được tính toán như sau: C1 =M1  M2  M4  M5  M7 C2 =M1  M3  M4  M6  M7 C4 =M2  M3  M4  M8 C8 =M5  M6  M7  M8 Giả sử chuỗi bit dữ liệu trên khi truyền đi bị lỗi ở vị trí thứ 5 tính từ bit có trọng số lớn nhất MSB. Hãy sử dụng phương pháp phát hiện và sửa sai Hamming để sửa lỗi này? Câu 13: Trình bày đặc điểm và phương pháp mã hóa nén tín hiệu Huffman? Hãy mã hóa Huffman cho các ký tự của nguồn có tần suất xuất hiện như sau: A = E = 0.3; B = F = 0.1; C = D = 0.04; G=H=0.06? Câu 14: Trình bày cơ chế tự động yêu cầu phát lại Go - back - N ARQ: a) Trường hợp khung dữ liệu bị lỗi. b) Trường hợp khung ACK bị lỗi. Câu 15: 167 Trình bày cơ chế ARQ truyền lại có lựa chọn ngầm định: a. Trường hợp khung dữ liệu bị lỗi. b. Trường hợp khung ACK bị lỗi. Câu 16: Trình bày cơ chế ARQ truyền lại có lựa chọn yêu cầu rõ: a. Trường hợp khung dữ liệu bị lỗi. b. Trường hợp khung NAK bị lỗi. Câu 17: Trình bày cơ chế Idle RQ yêu cầu rõ: a. Trường hợp khung dữ liệu bị lỗi. b. Trường hợp khung ACK bị lỗi. Câu 18: Truyền 1000 byte thông tin theo giao thức HDLC, sử dụng giao thức ARQ dừng và chờ. Giả sử bỏ qua thời gian xử lý gói tin tại nút và chiều dài gói tin ACK là rất nhỏ. Xác định hiệu suất sử dụng đường truyền trong bốn trường hợp: Tốc độ truyền tín hiệu: - 1Kbaud - 1Mbaud Sử dụng kỹ thuật điều chế 2-ASK, tốc độ lan truyền tín hiệu là 2.108 m/s. Dữ liệu được truyền trên hai loại môi trường: - Cáp xoắn đôi chiều dài 1km. - Đường kênh thuê riêng chiều dài 500 km. Giả thiết các đường truyền là không nhiễu. Đánh giá các kết quả thu được? Câu 19: Truyền 1000 bit thông tin theo giao thức HDLC, sử dụng giao thức ARQ phát lại có chọn lọc. Xác định hiệu suất sử dụng đường truyền trong các trường hợp sau nếu tốc độ lan truyền là 2.108 m/s và độ lỗi bit của các liên kết thấp không đáng kể: a. Một liên kết dài 1km có tốc độ 4Mbps và cửa sổ truyền K= 3. b. Một liên kết dài 50km có tốc độ 300Mbps và cửa sổ truyền K= 8. c. Một liên kết vệ tinh dài 10 000km có tốc độ 2Mbps và cửa sổ truyền K= 128. 168 CHƯƠNG 6: CHUYỂN MẠCH 6.1. Mạng chuyển mạch Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và truyền dữ liệu từ nguồn tới đích thông qua mạng lưới các nút chuyển mạch trung gian. Các nút chuyển mạch không liên quan đến nội dung của dữ liệu mà mục đích của chúng là để cung cấp phương tiện thực hiện việc chuyển dữ liệu giữa các nút mạng cho tới khi dữ liệu đến đích. Hình 6.1 minh họa cho một mạng chuyển mạch đơn giản. Các thiết bị kết nối tới mạng được gọi là các trạm. Các trạm có thể là máy tính, thiết bị đầu cuối, điện thoại hay các thiết bị truyền thông khác. Các nút chuyển mạch có chức năng cung cấp môi trường truyền thông liên lạc. Các nút chuyển mạch kết nối với nhau thông qua các liên kết truyền dẫn. Nói cách khác, chuyển mạch trong mạng bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin. Như vậy, theo khía cạnh thông thường, khái niệm chuyển mạch gắn liền với lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI của tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO. Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạng chuyển mạch kênh thường gọi là hệ thống chuyển mạch (tổng đài), trong mạng chuyển mạch gói thường được gọi là thiết bị định tuyến (bộ định tuyến). Hình 6.1. Mô hình mạng chuyển mạch đơn giản 169 Trong một mạng chuyển mạch, dữ liệu được đưa vào từ một trạm sau đó được định tuyến và chuyển mạch giữa các nút mạng để truyền đến đích. Ví dụ, trên hình 6.1, dữ liệu cần truyền từ trạm nguồn A đến trạm đích F được gửi tới nút 4. Sau đó, chúng có thể được định tuyến để qua nút 5 và 6 hoặc 7 và 6 để tới đích. Có một số điều cần lưu ý như sau: - Một số nút chỉ có kết nối tới nút khác (ví dụ như nút 5, 7). Nhiệm vụ duy nhất của chúng là chuyển mạch dữ liệu nội bộ. Các nút khác có một hoặc nhiều các nút kết nối trực tiếp tới nên nó có thêm các chức năng chuyển mạch, như là các nút này có thể chấp nhận và chuyển tiếp dữ liệu tới các trạm gắn tới nó. - Các liên kết nút - trạm thường được dành riêng cho các liên kết điểm – điểm. Các liên kết nút - nút thường được ghép kênh, sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) hoặc kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (TDM). - Thông thường, mạng không có kết nối đầy đủ, nghĩa là không có một kết nối trực tiếp tới tất cả các cặp nút. Tuy nhiên, ta luôn mong muốn có nhiều hơn một liên kết giữa các trạm. Điều này sẽ tăng độ tin cậy của mạng. Trong các mạng chuyển mạch diện rộng, có hai công nghệ thường được sử dụng: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. 6.2. Mạng chuyển mạch kênh Chuyển mạch kênh (circuit switching) được định nghĩa là kỹ thuật chuyển mạch đảm bảo việc thiết lập một đường dành riêng cho việc truyền tin giữa hai trạm. Đường truyền này gồm một chuỗi các kết nối giữa các nút mạng. Chuyển mạch kênh được ứng dụng cho việc liên lạc một cách tức thời mà ở đó quá trình chuyển trình chuyển mạch được đưa 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 kỳ phần nào của hệ thống truyền tin. Mạng điện thoại công cộng là một ví dụ ứng dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh. Truyền thông qua chuyển mạch kênh bao gồm ba giai đoạn. Sau đây sẽ giải thích các giai đoạn này dựa theo mạng chuyển mạch hình 6.1. 1. Giai đoạn thiết lập kết nối. Trước khi truyền dữ liệu, một đường truyền từ đầu cuối đến đầu cuối (từ trạm đến trạm) được thiết lập. Ví dụ, trạm A gửi tới nút 4 yêu cầu kết nối tới trạm E. Dựa trên thông tin định tuyến, các biện pháp có sẵn và chi phí, nút 4 lựa chọn liên kết tới nút 5. Liên kết vật lý này dành ra một kênh logic (sử dụng FDM hoặc TDM) và gửi một bản tin yêu cầu kết nối tới E. Khi đó, một đường truyền dành riêng được thiết lập tới A thông qua nút 4, 5. Vì có một số các trạm được gắn tới nút 4 nên có thể thiết lập các đường nội bộ từ nhiều trạm tới nhiều nút. Nút 5 cấp phát một kênh tới nút 6. Nút 6 hoàn thành kết nối tới nút E. Trước khi kết thúc giai 170 đoạn thiết lập, hệ thống cần kiểm tra để xác định trạng thái trạm E bận hay đã sẵn sàng chấp nhận kết nối. 2. Giai đoạn truyền dữ liệu. Bây giờ có thể truyền dữ liệu từ trạm A đến trạm E. Việc truyền dẫn có thể là số hoặc tương tự, phụ thuộc vào bản chất của mạng. Khi các hãng phát triển các mạng số tích hợp thì việc sử dụng truyền số (nhị phân) đối với cả dữ liệu và thoại sẽ là phương pháp chủ đạo. Đường truyền từ trạm A qua 4 liên kết tới đích: chuyển mạch nội bộ thông qua nút 4, liên kết 4 – 5, chuyển mạch nội bộ thông qua nút 5, liên kết 5 – 6, chuyển mạch nội bộ thông qua nút 6, cuối cùng là liên kết 6 – trạm E. Các liên kết này thông thường là song công hoàn toàn. 3. Giai đoạn ngắt kết nối. Sau một thời gian truyền dữ liệu, nếu một trong hai trạm gửi yêu cầu ngắt kết nối thì tín hiệu này sẽ được gửi tới nút 4, 5 và 6 để, giải phóng các tài nguyên đã bị chiếm dụng để sẵn sàng phục vụ cho các yêu cầu kết nối khác. Chuyển mạch kênh có thể không hiệu quả. Dung lượng kênh phải được dành riêng trong suốt quá trình kết nối, ngay cả khi không có dữ liệu trên đường truyền. Đối với truyền thoại thì hiệu suất cao hơn, nhưng cũng không đạt tới 100%. Đối với kết nối client/server hay từ thiết bị đầu cuối tới máy tính thì kênh truyền có thể rỗi trong hầu hết thời gian kết nối. Hơn nữa, khi xét về hiệu suất thì chuyển mạch kênh có thời gian trễ truyền tín hiệu do phải thiết lập đường truyền dành riêng. Tuy nhiên, sau khi đã thiết lập xong thì hệ thống mạng chuyển mạch sẽ trở nên trong suốt với người dùng, có nghĩa là người dùng sẽ không cảm nhận được về sự trễ trong việc truyền dữ liệu. Thông tin được truyền với tốc độ dữ liệu cố định, không có trễ chuyển mạch hay định tuyến tại các nút mạng mà chỉ còn tồn tại trễ lan truyền tín hiệu qua các liên kết; trễ này là không đáng kể. Hình 6.2. Ví dụ về việc kết nối thông qua mạng điện thoại công cộng. Chuyển mạch kênh được phát triển để xử lý lưu lượng thoại, nhưng hiện nay nó cũng được sử dụng cho truyền dữ liệu. Mạng điện thoại công cộng (PSTN) là một ví dụ của mạng chuyển mạch kênh, gồm có bốn thành phần kiến trúc cơ bản như sau: 171 - Các thuê bao (subscribers): là các thiết bị kết nối vào mạng. Trong các mạng viễn thông công cộng thì các thuê bao phần lớn là điện thoại, nhưng những năm gần đây thì lưu lượng dữ liệu đã tăng lên rất nhanh. - Đường thuê bao (subscriber line): là liên kết giữa thuê bao với mạng, còn được gọi là mạch vòng thuê bao (subscriber loop) hay mạch vòng nội bộ (local loop). Hầu như tất cả các kết nối mạch vòng đều sử dụng dây xoắn đôi. Chiều dài của một mạch vòng nội bộ thường chỉ vài kilômét cho đến vài chục kilômét. - Các tổng đài (exchanges): là các trung tâm chuyển mạch trong mạng. Một trung tâm chuyển mạch hỗ trợ trực tiếp cho các thuê bao được gọi là tổng đài đầu cuối (end office). Một tổng đài đầu cuối sẽ hỗ trợ cho nhiều nghìn thuê bao. - Các đường trung kế (trunks) là các đường nối giữa các tổng đài, trên đó tổ chức thành nhiều kênh logic sử dụng kỹ thuật FDM hoặc TDM đồng bộ. Các thuê bao kết nối trực tiếp tới một tổng đài đầu cuối để có thể kết nối tới các thuê bao hoặc tới các tổng đài khác. Các tổng đài còn lại sẽ thực hiện việc định tuyến và chuyển mạch dữ liệu giữa các tổng đài đầu cuối. Ta sẽ phân tích sự khác biệt này trên hình 6.3. Để kết nối hai thuê bao gắn trực tiếp vào cùng một tổng đài đầu cuối thì tổng đài đầu cuối này sẽ thực hiện chuyển mạch vào tạo kết nối cho phép hai thuê bao đó trao đổi với nhau (thuê bao a và b). Trong trường hợp hai thuê bao đó gắn với hai tổng đài đầu cuối khác nhau thì cần phải (thuê bao a và d) thiết lập một chuỗi các liên kết thông qua một hoặc nhiều tổng đài trung gian. Công nghệ chuyển mạch được thúc đẩy bởi các ứng dụng xử lý với lưu lượng thoại. Một trong những yêu cầu then chốt đối với thoại là không có cảm giác về trễ truyền và sự biến thiên trễ nên kênh truyền phải được thiết lập trước với tốc độ truyền không bị thay đổi. Hình 6.3. Sơ đồ thiết lập đường truyền 172 Các thành phần của một nút chuyển mạch Trái tim của một nút chuyển mạch hiện đại là bộ phận chuyển mạch số. Chức năng của bộ chuyển mạch số là cung cấp đường truyền trong suốt giữa bất kỳ một cặp thiết bị được kết nối vào. Về cơ bản thì các kết nối này cho phép truyền song công hoàn toàn. Hình 6.4. Mạng chuyển mạch công cộng Thành phần giao diện mạng (network interface) cung cấp chức năng và phần cứng cần thiết để kết nối các thiết bị vật lý, như các thiết bị xử lý dữ liệu, điện thoại số, tới mạng. Các điện thoại tương tự cũng có thể được gắn vào nếu giao diện mạng có phần chuyển đổi sang tín hiệu số. Khối điều khiển thực hiện ba nhiệm vụ chính: thiết lập kết nối, duy trì kết nối và ngắt kết nối. Chuyển mạch kênh tín hiệu số là quá trình thực hiện trao đổi nội dung thông tin số trong các khe thời gian của các tuyến PCM đầu vào tới đầu ra. Để thực hiện hiệu quả quá trình chuyển mạch, các tuyến PCM thường được ghép kênh với tốc độ cao trước khi đưa tới trường chuyển mạch. Phần dưới đây, ta sẽ 173 TRƢỜNG CHUYỂN MẠCH Giao tiếp đường dây Giao tiếp đường dây Đường dây từ tổng đài Đường dây từ tổng đài Đường dây đến thuê bao Đường dây đến thuê bao Hình 6.5. Trường chuyển mạch Trong hệ thống tổng đài, chúng ta gặp phải một số thuật ngữ về chuyển mạch như: chuyển mạch, mạng chuyển mạch, trung tâm chuyển mạch, trường chuyển mạch. Để tránh sự lẫn lộn, chúng ta xét các khái niệm sau: - Chuyển mạch: mô tả một nguyên tố chuyển mạch đơn giản. - Trường chuyển mạch: mô tả sự hợp thành của một nhóm các chuyển mạch. Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) chứa trường chuyển mạch. Một mạng chuyển mạch gồm các trung tâm chuyển mạch, các thiết bị đầu cuối và hệ thống truyền dẫn. Việc bố trí sử dụng các trường chuyển mạch trong hệ thống chuyển mạch phụ thuộc chủ yếu vào kiến trúc điều khiển của hệ thống. Tuy nhiên, kiến trúc trường chuyển mạch kênh được chia thành hai dạng phân chia theo nguyên tắc hoạt động: Trường chuyển mạch không gian (S) và trường chuyển mạch thời gian (T). Dưới đây sẽ trình bày nguyên lý cấu trúc của trường chuyển mạch không gian S, thời gian T. 6.2.1. Chuyển mạch phân chia không gian Chuyển mạch không gian số S thực hiện quá trình chuyển nội dung thông tin từ các tuyến PCM đầu vào tới các tuyến PCM đầu ra mà không làm thay đổi vị trí khe thời gian trên trục thời gian. Để tạo ra kênh truyền thông cho các cuộc gọi, các thông tin được chuyển qua trường chuyển mạch không gian số được chuyển mạch định kỳ với khoảng thời gian 125µs. 174 Hình 6.6. Nguyên lý chuyển mạch không gian S Các trường chuyển mạch không gian S được thiết kế để hỗ trợ chuyển mạch đồng thời một số lượng lớn các cuộc nối dưới sự điều khiển của các chương trình ghi sẵn. Hình 6.6. chỉ ra sơ đồ nguyên lý cấu trúc của trường chuyển mạch không gian S điển hình theo kiểu điều khiển đầu vào, kiểu điều khiển đầu ra được thực hiện bằng sự hoán đổi vị trí gắn cổng đầu ra của các phần tử kết nối. Trường chuyển mạch không gian S được cấu tạo từ hai khối chính: Khối ma trận chuyển mạch và khối điều khiển cục bộ. - Khối ma trận chuyển mạch Khối ma trận chuyển mạch được cấu trúc dưới dạng ma trận hai chiều, gồm các cổng đầu vào và các cổng đầu ra, trên các cồng là các tuyến PCM có chu kỳ khung 125µs. Các điểm nối trong ma trận là các phẩn tử logic không nhớ (thông thường là các mạch AND). Một ma trận có N cổng đầu vào và M cổng đầu ra trở thành ma trận vuông khi N = M. 175 Khối điều khiển khu vực Bộ nhớ điều khiển kết nối CM lưu trữ các thông tin điều khiển theo chương trình ghi sẵn cho ma trận chuyển mạch, nội dung thông tin trong CM sẽ thể hiện vị trí tương ứng của điểm kết nối cần chuyển mạch. Bộ giải mã địa chỉ DEC chuyển các tín hiệu điều khiển mã nhị phân thành các tín hiệu điều khiển cổng cho các phần tử kết nối AND. Bộ đếm khe thời gian TS.C (Time Slot Counter) nhận tín hiệu đồng hồ từ đồng hộ hệ thống cấp các xung đồng bộ cho bộ điều khiển theo đồng bộ của các tuyến PCM vào và ra. TS. C đưa tín hiệu đồng bộ vào bộ chọn SEL để đồng bộ quá trình ghi dịch địa chỉ và tác vụ ghi đọc của bộ nhớ CM. Nguyên tắc hoạt động của trường chuyển mạch không gian S gồm một số bước cơ bản sau: Các tuyến PCM trên các cổng đầu vào và đầu ra được đồng bộ hóa theo tín hiệu đồng bộ. Như trên hình 6.6 chỉ ra mỗi khối điều khiển khu vực LOC đảm nhiệm một cổng đầu ra, vì vậy số bộ điều khiển LOC sẽ bằng đúng số cổng đầu ra (M bộ điều khiển). Để rõ hơn nguyên tắc điều khiển và hoạt động của trường chuyển mạch S, ta xét một ví dụ cụ thể: Yêu cầu chuyển nội dung thông tin trên TS3 tại cổng đầu vào 4 ra TS3 trên cổng đầu ra 1. Với yêu cầu trên, khối điều khiển khu vực LOC 1 sẽ thực hiện nhiệm vụ điều khiển chuyển mạch, thông tin điều khiển được đưa trước vào CM thông qua đường dữ liệu điều khiển Data, thanh ghi địa chỉ của bộ chọn SEL trỏ đến ngăn nhớ số 03: tương ứng với chỉ số TS3 của khung PCM, nội dung dữ liệu điều khiển thể hiện cổng kết nối vào (cổng 4). Qua sự phối hợp đồng bộ của TS.C, một chu kỳ điều khiển tuần tự và đồng bộ giữa chỉ số khe thời gian và con trỏ địa chỉ đọc dữ liệu ra từ CM. Vì vậy, khi con trỏ chỉ đến địa chỉ 03, thời gian hệ thống sẽ trùng khớp với TS3 trên các tuyến PCM, đồng thời SEL chỉ thị quá trình đọc dữ liệu và chuyển thông tin dữ liệu qua bộ DEC để giải mã, thực hiện đóng tiếp điểm giữa cổng vào 4 và cổng ra 1. Tiếp điểm được đóng trong suốt thời gian chuyển dữ liệu và bằng thời gian của khe thời gian. Với tính chất logic của tiếp điểm AND, khi hàm điều khiển có mức 1 thì toàn bộ số liệu đầu vào sẽ được chuyển tới đầu ra. Đối với mỗi một cuộc nối thoại, chu kỳ đóng tiếp điểm được thực hiện tuần tự theo chu kỳ 125µs, việc ngắt các kết nối được thực hiện đơn giản thông qua quá trình ghi lại dữ liệu trong bộ nhớ CM, các khoảng thời gian còn lại sẽ được thực hiện cho các kết nối khác. Nếu ma trận chuyển mạch là ma trận vuông thì tổng số kênh tối đa có 176 thể kết nối đồng thời sẽ là Ch = n x N (n: số khe thời gian trong một khung PCM; N: số cổng đầu vào chuyển mạch S). Trường chuyển mạch không gian S mang tính thời gian nếu xét về tính chu kỳ của quá trình đóng ngắt tiếp điểm. Tuy nhiên, chu kỳ này là cố định cho tất cả các cuộc nối qua trường chuyển mạch. Nhược điểm này luôn tồn tại trong các trường chuyển mạch không gian S là khả năng tắc nghẽn khi có nhiều hơn một yêu cầu chuyển mạch TS đầu vào cùng muốn ra một cổng đầu ra. Một ma trận chuyển mạch không tắc nghẽn, hoàn toàn được định nghĩa là một ma trận có khả năng đáp ứng được các kết nối từ các đầu vào bất kỳ tới các đầu ra bất kỳ. Hiện tượng tranh chấp cổng đầu ra trong nội bộ trường chuyển mạch được gọi là hiện tượng tắc nghẽn nội. Để giải quyết vấn đề trên, các trường chuyển mạch S thường được kết hợp với các bộ đệm gây trễ thời gian để tránh tranh chấp, giải pháp ghép nối với trường chuyển mạch thời gian T được sử dụng phổ biến trong các hệ thống chuyển mạch hiện nay. Khả thông của bộ chuyển mạch 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 tương ứng (hình 6.6 a) 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. Như thế một số đầu vào không thể nối tới một số đầu ra nào đó (hình 6.7 b) Trong sơ đồ chuyển mạch tiếp thông hoàn toàn, ta thấy ràng bất kỳ đầu vào nào cũng có khả năng nối với đầu ra mong muốn, còn trong sơ đồ chuyển mạch tiếp thông không hoàn toàn thì chỉ có một số đầu vào nào đó thì mới có khả năng nối với một số đầu ra tương ứng nào đó mà thôi. Thông thường, các sơ đồ tiếp thông không hòa toàn được thiết kế với mục đích kinh tế ở những nơi có nhu cầu trao đổi thông tin không đồng đều. 177 Hình 6.7. Sơ đồ chuyển mạch không gian a) Tiếp thông hoàn toàn; b) tiếp thông không hoàn toàn Điểu khiển trong chuyển mạch S Việc xác định điểm chuyển mạch có thể thực hiện bàng hai cách: Điều khiển theo đầu vào: Xác định đầu ra nào sẽ nối với đầu vào tương ứng. Điều khiển theo đầu ra: Xác định đầu vào nào sẽ nối với đầu ra tương ứng. Trong chuyển mạch S điều khiển theo đầu ra thì trên các cột ngõ ra sẽ có các bộ nhớ CM và nội dung trong các ô nhớ của CM sẽ chọn các dòng ngõ vào cho cột ngõ ra của nó. Điều khiển theo đầu vào thì mỗi dòng sẽ có một bộ nhớ CM điều khiển và nội dung của nó sẽ xác định các cột ngõ ra cho dòng ngõ vào của nó. Hình 6.8. Điều khiển theo đầu ra Theo nguyên lý trên, điều khiển ngõ ra có thể sử dụng các bộ ghép kênh logic số MUX. Bộ ghép kênh logic số này cho phép nối đến ngõ ra của nó từ một trong n ngõ vào tùy thuộc vào địa chỉ nhị phân được cung cấp bởi bộ nhớ điều khiển CM của nó. Số bit nhị phân yêu cầu cho n đầu vào là log2n. Dung lượng tổng cộng của bộ nhớ M là: CCM = R.log2 n (với R là số khe thời gian trong một khung). Nếu chuyển mạch S có m đầu ra thì dung lượng bộ nhớ CM tổng cộng của nó là: S CCM = m.R.log2n. 178 Điều khiển theo đầu vào sử dụng bộ phân kênh logic số DEMUX, nó cung cấp sự nối kết giữa một ngõ vào với 1 trong m ngõ ra theo địa chỉ nhị phân xác định trước trong CM ở n ngõ vào. Số bit nhị phân yêu cầu cho tổng dung lượng của bộ nhớ CM là: ∑CCM = n.R.log2m. Hình 6.9. Điều khiển theo đầu vào 6.2.2. Chuyển mạch phân chia thời gian Chuyển mạch thời gian tín hiệu số T về cơ bản là thực hiện chuyển đổi thông tin từ một khe thời gian này sang khe thời gian khác trên cùng một tuyến PCM. Về mặt lý thuyết có thể thực hiện bằng 2 phương pháp sau: - Phƣơng pháp dùng bộ trễ Nguyên tắc: Trên đường truyền tín hiệu, ta đặt các đơn vị trễ có thời gian trễ bằng 1 khe thời gian. Hình 6.10. Phương pháp dùng bộ trễ 179 Hình 6.11. Chuyển mạch giữa hai khe thời gian A và B dùng bộ trễ Giả sử trong khung có R khe thời gian, trong đó cần trao, đổi thông tin giữa hai khe thời gian A và B. Ta cho mẫu Ma (8 bit PCM) qua n bộ trễ thì ở đầu ra mẫu Ma sẽ có mặt ở khe thời gian TSB. Và mẫu Mb qua R-n bộ trễ sẽ có mặt ở thời điểm TSA. Như vậy việc trao đổi thông tin đã được thực hiện. Nhược điểm: Hiệu quả kém, giá thành cao. - Phương pháp dùng bộ nhớ đệm Dựa trên cơ sở các mẫu tiếng nói được ghi vào các bộ nhớ đệm BM và đọc ra ở những thời điểm mong muốn. Địa chỉ của ô nhớ trong BM để ghi hoặc đọc được cung cấp bởi bộ nhớ điều khiển CM. Hình 6.12. Phương pháp dùng bộ nhớ đệm Thông tin phân kênh thời gian được ghi lần lượt vào các tế bào của BM. Nếu b là số bit mã hoá mẫu tiếng nói, R số khe thời gian trong một tuyến (khung) thì BM sẽ có R ô nhớ và dung lượng bộ nhớ BM là bR bits. CM lưu các địa chỉ của BM để điều khiển việc đọc ghi, vì BM có R địa chỉ, nên dung lượng của CM là R.log2R bits. Trong đó, log2R biểu thị sổ bit trong một từ địa chỉ và cũng là số đường trong một bus. Việc ghi đọc vào BM có thể là tuần tự hoặc ngẫu nhiên. Như vậy, trong chuyển mạch T có hai kiểu điều khiển là tuần tự và ngẫu nhiên. - Điều khiển tuần tự 180 Điều khiển tuần tự là kiểu điều khiển mà trong đó, việc đọc ra hay ghi vào các địa chỉ liên tiếp của bộ nhớ BM một cách tuần tự tương ứng với thứ tự ngõ vào của các khe thời gian. Trong điều khiển tuần tự, một bộ đếm khe thời gian được sử dụng để xác định địa chỉ của BM. Bộ đếm này sẽ được tuần tự tăng lên 1 sau thời gian của một khe thời gian. - Điều khiển ngẫu nhiên Điều khiển ngẫu nhiên là phương pháp điều khiển mà trong đó các địa chỉ trong BM không tương ứng với thứ tự của các khe thời gian mà chúng được phân nhiệm từ trước theo việc ghi vào và đọc ra của bộ nhớ điều khiển CM. Từ đó, chuyển mạch T có hai loại: ghi vào tuần tự, đọc ra ngẫu nhiên và ghi ngẫu vào nhiên, đọc ra tuần tự. Hình 6.13. Điều khiển tuần tự và ngẫu nhiên + Ghi tuần tự/đọc ngẫu nhiên Bộ đếm khe thời gian (Time Slot Counter) xác định tuyến PCM vào để ghi tín hiệu vào bộ nhớ BM một cách tuần tự, bộ đếm khe thời gian làm việc đồng bộ với tuyến PCM vào, nghĩa là việc ghi liên tiếp vào các ô nhớ trong bộ nhớ BM được đảm bảo bởi sự tăng lên một của giá trị của bộ đếm khe thời gian. 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. Các kênh thông tin số được ghép với nhau theo thời gian bởi bộ MUX, sau đó, đưa đến bộ chuyển đổi từ nối tiếp sang song song để đưa ra các từ mã song song 8 bits (mỗi từ mã chiếm một khe thời gian). Các từ mã này được ghi tuần tự vào bộ nhớ BM do giá trị của bộ đếm khe thời gian tăng lần lượt lên 1, tương ứng với khe thời gian đầu vào. Xen kẽ với quá trình ghi là quá trình đọc thông tin từ bộ nhớ BM với các địa chỉ do bộ nhớ điều khiển CM cung cấp. Thông tin sau khi đọc ra khỏi BM, được chuyển đổi từ song song ra nối tiếp trở lại và sau đó được tách ra thành các kênh để đưa ra ngoài. Như vậy, việc ghi đọc BM thực hiện hai chu trình sau: Ghi vào BM ô nhớ có địa chỉ do bộ đếm khung cung cấp (gọi là chu trình ghi). 181 Đọc ra từ BM từ ô nhớ có địa chỉ do CM cung cấp (chu trình đọc). Đối với tín hiệu thoại, fs = 8 kMz do đó cứ 125µs thì ô nhớ BM ghi đọc một lần. Số kênh cực đại Rmax =125/ (TW+TR): trong đó TW và TR là thời gian ghi và đọc của bộ nhớ BM do nhà sản xuất quy định. Xét ví dụ: hai khe thời gian A và B muốn trao đổi với nhau, địa chỉ ghi vào BM chính là số thứ tự của khe thời gian (ghi vào tuần tự) trong một khung. Khi ta muốn trao đổi thông tin giữa hai khe A và B, ta cần ghi vào CM giá trị “A” vào ngăn nhớ B và giá trị “B” vào ngăn nhớ A. Tại TSA, khi bộ đếm đến giá trị “A‟' (BM đến ô nhớ A); trong chu trình ghi, địa chỉ được cung cấp bởi bộ đếm khe thời gian và chu trình đọc được CM cung cấp địa chỉ. Hình 6.14. Ghi tuần tự, đọc ngẫu nhiên Quá trình được tiến hành như sau: Bộ điều khiển ghi lần lượt vào các ô nhớ của BM cùng với sự tăng lên 1 của bộ đếm khung, ở thời điểm TSA, mẫu MA được ghi vào ô nhớ A và do CMA có nội dung “B” nên mẫu Mb được đọc ra từ ô nhớ B của BM. Trong thời gian TSB, mẫu Mb được ghi vào BMB và do ô nhớ CMB có nội dung “A” nên mẫu Ma được đọc ra từ ô nhớ BMA. Như vậy, đã có sự trao đổi giữa các khe thời gian A và B, quá trình cứ tiếp diễn cho đến khi có sự thay đổi của CM. + Ghi ngẫu nhiên/đọc ra tuần tự 182 Bộ nhớ CM cung cấp địa chỉ của các ô nhớ của BM trong chu trình ghi còn bộ đếm khe thời gian cung cấp địa chỉ cho việc đọc thông tin ra khỏi bộ nhớ BM. Giả sử 2 khe thời gian A và B muốn trao đổi thông tin với nhau thì ô nhớ A trong CM lưu giá trị „B‟ và ô nhớ B trong CM sẽ lưu giá trị “A”. Hình 6.15. Ghi ngẫu nhiên, đọc ra tuần tự Quá trình thực hiện được tiến hành như sau: Bộ đếm khe thời gian quét lần lượt BM và CM và do đó, ở đầu ra nội dung trong các ô nhớ BM được đọc ra lần lượt. Trong khe thời gian TSA, Mb được đọc ra và do CMA có địa chỉ “B” nên mẫu Ma được ghi vào ô nhớ BMB. Trong khe thời gian TSB, Ma được đọc ra và do CMB có địa chỉ “A” nên mẫu Mb được ghi vào ô nhớ BMA. Như vậy, việc đọc thông tin từ BM là tuần tự và ghi vào là do CM điều khiển và sự trao đổi thông tin giữa hai khe thời gian A và B trên cùng một tuyến PCM đã được thực hiện. Đặc tính của chuyển mạch T Thời gian trễ phụ thuộc vào quan hệ khe thời gian vào, khe thời gian ra, tuyến PCM vào, tuyến PCM ra. Nhưng nó luôn được giữ ở mức thuê bao không nhận thấy được vì thời gian trễ này luôn nhỏ hơn thời gian của một khung của tuyến PCM. Ưu điểm nổi bật là tính tiếp thông hoàn toàn. Mỗi kênh được phân bố vào một khe tương ứng. Như vậy, bất kỳ đầu vào nào cung có khả năng chuyển mạch đến ngõ ra mong muốn. 183 Hoạt động của CM độc lập với tin tức, có khả năng chuyển đổi thêm các bit chẵn lẻ, báo hiệu cùng với các byte mẫu tiếng nói. Nhược điểm: số lượng kênh bị hạn chế bởi thời gian truy cập bộ nhớ. Hiện nay, công nghệ RAM phát triển một cấp T có thể chuyển mạch 1024 kênh. Nâng cao khả năng chuyển mạch T - Ghép kênh với các bit song song: Việc nâng cao khả năng chuyển mạch của tầng T thực hiện phương thức truyền song song tín hiệu số của một kênh qua tầng T. Quá trình chuyển mạch qua tầng T với việc ghi đọc lần lượt 8 bits/kênh vào bộ nhớ được thực hiện như hình 6.16. Ta nhận thấy rằng, nếu thời gian truy xuất của bộ nhớ là lớn thì dung lượng của chuyển mạch bị hạn chế rất nhiều. Để khắc phục điều này, trước khi đưa vào trường chuyển mạch, bao giờ tín hiệu cũng được ghép kênh và chuyển đổi sang song song. Hình 6.16. Ghi/ đọc song song 8 bit Để đơn giản, xét ví dụ một khung chỉ có hai kênh. Nhìn vào sơ đồ ta thấy: Khi thực hiện biến đổi khung từ nối tiếp ra song song thì 8 bit sẽ có 7 bit trống. Khoảng thời gian này tương ứng với 7 bits được sử dụng để truyền tín hiệu các kênh khác của các tuyến PCM khác. Hình 6.17. Ghép 3 tuyến PCM S/P 184 Quá trình ghép sáu tín hiệu ở ba tuyến PCM khác nhau cũng được mô tả trong hình trên. Tại mỗi bộ s/p có một đầu vào và tám đầu ra. Như vậy, ta có 24 đầu ra khỏi ba bộ s/p tương ứng với line0, line1, line2 và được ghép ở bộ MUX. Tại đầu ra của bộ MUX, sáu tín hiệu số được ghép như trên. Khoảng thời gian trống ứng với 5 bits. Việc thay đổi khe thời gian ở trường hợp này được thực hiện tại tầng T mà tại đó ở đầu ra và đầu vào có 8 đường nổi và tầng T có 8 chuyển mạch T. Tại một nhánh chuyển mạch T có một bit của 8 bits song song trên một kênh được ghi vào. - Thâm nhập song song vào tầng chuyển mạch T: Để tăng dung lượng cho cấp chuyển mạch T, ngoài việc sử dụng phương thức truyền số liệu song song còn kết hợp phương thức thâm nhập song song vào bộ nhớ. Trong phương pháp thâm nhập lần lượt thì số lần thâm nhập gấp 2 lần số khe thời gian trong một khung tín hiệu. Phương pháp thâm nhập song song vào tầng T sẽ cho phép giảm sổ lần thâm nhập gần bằng nữa so với thâm nhập truyền thống. Để làm được điều này, bộ nhớ thông tin được chia thành các khối (block). Như vậy, việc đọc thông tin ra khỏi bộ nhớ có thể đồng thời. RAM được chia thành 16 khối, mỗi khối gồm 256 địa chỉ. Như vậy, tổng dung lượng của bộ nhớ T là 256*16 = 4096 địa chỉ. Xét ví dụ mô tả quá trình thực hiện chuyển mạch qua tầng T theo phương thức: ghi tuần tự, đọc song song với phương pháp truy cập bộ nhớ song song. Hình 6.18. Thâm nhập song song Hình 6.19. Dữ liệu đọc ra trong truy cập song song 185 Việc ghi vào RAM thực hiện trong khoảng 15 khe thời gian theo những địa chỉ xác định trước của 16 block. Khi hoàn thành quá trình ghi vào RAM ở TS15, quá trình đọc được thực hiện đồng thời cho tất cả 16 khối ở TS16. Địa chỉ lần đọc đầu tiên cho khối 1 là địa chỉ 1. Tín hiệu số đọc ra từ block 1 đến block 16 được sắp xếp lần lượt trên tuyến PCM ra của tầng T. Tiếp tục khe thứ 17 đến khe thứ 31 là ghi vào có điều khiển và TS32 là đọc ra toàn bộ 16 block đồng thời. Như vậy, có 15 khe để ghi và khe thứ 16 là dùng để đọc. Do đó, khả năng chuyển mạch của tầng này trong một khung là 4096* 15/16 = 3840 kênh. Số lần thâm nhập là 4096 lần. Đối với phương thức thâm nhập truyền thống thì với 4096 lần thâm nhập thì chỉ có khả năng chuyển mạch được 2048 kênh mà thôi, nghĩa là phương thức thâm nhập song song đã tăng khả năng phát triển dung lượng hơn 15/32 lần so với phương thức thâm nhập truyền thống. 6.3. Mạng chuyển mạch gói 6.3.1. Nguyên lý chuyển mạch 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 bởi vì nó cho phép các nguồn tài nguyên viễn thông sử dụng một cách hiệu quả nhất. Chuyển mạch gói có thể thích ứng với diện rất rộng các dịch vụ và yêu cầu của khách hàng. Trên thế giới ngày nay, mạng chuyển mạch gói cũng đang thể hiện 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. 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 chia cắt các cuộc gọi, các bản tin thành các thành các thành 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. Hình 6.20. Sử dụng các gói tin 186 Phần trên đã xem xét các đặc tính cơ bản của kỹ thuật chuyển mạch kênh, chúng ta nhận thấy rằng kỹ thuật chuyển mạch kênh thường được ứng dụng cho các dịch vụ thời gian thực, hướng kết nối và lưu lượng không bùng phát. Trong khí đó, mục tiêu chuyển mạch gói là sử dụng cho dữ liệu nên luôn luôn phải sẵn sàng chấp nhận lưu lượng bùng phát trong khi có thể không cần hướng kết nối hoặc thời gian thực. Đặc tính hướng kết nối yêu cầu các giai đoạn kết nối phân biệt gồm: thiết lập kết nối, truyền dữ liệu và ngắt kết nối. Một kiểu kết nối khác đối ngược với kiểu hướng kết nối là phi kết nối, nó cho phép các gói được truyền độc lập với đặc tính kết nối được thể hiện trong các tiêu để của gói tin. Các giai đoạn kết nối như trong chuyển mạch kênh không còn tồn tại mà thay vào đó là phương pháp truyền theo một giai đoạn duy nhất gồm cả 3 giai đoạn. Kỹ thuật chuyển mạch gói cho phép kết nối thông tin từ các trạm đầu cuối tới các trạm đầu cuối qua quá trình chia sẻ tài nguyên, sử dụng các tập thủ tục và các liên kết có tốc độ khác nhau để truyền các gói tin và có thể chuyển gói trên nhiều đường dẫn khác nhau. Có hai kiểu chuyển mạch gói cơ bản: chuyển mạch datagram DG (datagram) và chuyển mạch kênh ảo VC (Virtual Circuit). 187 Chuyển mạch Datagram: Hình 6.21. Chuyển mạch gói datagram 188 Chuyển mạch datagram cung cấp cho các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực. Việc chuyển gói tin phụ thuộc vào các giao thức lớp cao hơn hoặc đường liên kết dữ liệu. Chuyển mạch kiểu datagram không cần giai đoạn thiết lập kết nối và rất thích hợp đối với dạng dữ liệu có lưu lượng thất và thời gian tồn tại ngắn. Chuyển mạch datagram là chuyển mạch kiểu nỗ lực tối đa (best effort), các thông tin về trễ sẽ không được đản bảo cũng như các hiện tượng lặp gói, mất gói cũng dễ dàng xảy ra đối với kiểu chuyển mạch này. Các datagram phải chứa toàn bộ các thông tin về địa chỉ đích và các yêu cầu của lớp dịch vụ phía trên được thể hiện trong tiêu đề. Vì vậy tiêu đề của datagram là khá lớn. Tuy nhiên, chuyển mạch datagram cho phép lựa chọn các con đường tới đích nhanh nhất đáp ứng các thay đổi nhanh của mạng. Chuyển mạch kênh ảo VC: Chuyển mạch kênh ảo VC yêu cầu giai đoạn thiết lập tuyến giữa thiết bị gửi và thiết bị nhận thông tin, một kênh ảo được hình thành giữa các thiết bị trong đường dẫn chuyển mạch, kênh ảo là kênh chỉ được xác định khi có dữ liệu truyền qua và không phụ thuộc vào logic thời gian. Chuyển mạch kênh ảo yêu cầu một tuyến hiện ngay trong quá trình định tuyến và kênh ảo được nhận dạng thông qua trường nhận dạng kênh ảo VCI (Virtual Channel Identifier) nằm tại tiêu đề gói tin. Trong quá trình thiết lập kênh ảo, nhận dạng kênh ảo VCI được tạo ra bởi các nút chuyển mạch để chỉ định các nguồn tài nguyên của gói tin sẽ chuyển qua (ví dụ: bộ đệm, dung lượng liên kết). Khi một kênh ảo được thiết lập dọc theo tuyến đường từ nguồn tới đích qua các liên kết và các nút thì kênh được sử dụng để truyền gói tin. Các gói có VCI trong tiêu đề có thể được sử dụng như con trở để truy nhập tới các thông tin lưu trữ tại các nút chuyển mạch. Các trường nhận dạng kênh ảo cần phải duy nhất đẻ phân biệt các thông tin người sử dụng và tái sử dụng. Nếu sử dungjc ác VCI cho toàn bộ mạng thì số lượng VCI rất lớn và không ngừng tăng lên theo kích cỡ mạng. Vì vậy, người ta sử dungjcacs nhận dạng kênh ảo theo các vùng cục bộ, thậm chí là trên từng lieenkeets. Với cách này, khi một VC khởi tại mỗi một nút chuyển mạch dọc tuyến đường sẽ phải xác lập các nhận dạng kênh ảo trên các iên kết đầu vào và liên kết đầu ra của nút chuyển mạch đó. Các nút phải thỏa thuận với nhau về nhận dạng kênh ảo duy nhất trên lieent kết giữa hai nút cho một kênh ảo. 189 Hình 6.22. Chuyển mạch gói kênh ảo VC Nhận dạng kênh ảo trên các liên kết đầu vào và đầu ra không cần thiết phải giống nhau, việc chuyển thông tin dựa trên tiêu đề gói tin có chứa VCI sẽ thực hiện việc chuyển đổi thông tin trong các VCI đầu vào tới VCI đầu ra. Tất cả các gói được 190 gửi trên cùng một kênh ảo VC sẽ theo cùng một đường dẫn, vì vậy thứ tự và thời gian trễ lan truyền được khống chế. Điều này rất hữu ích đối với lưu lượng thời gian thực và có thời gian tồn tại dài. Nếu kênh ảo lỗi hoặc hỏng, các hệ thống định tuyến sẽ tìm một con đường khác thay thế. Khi muốn giải phóng kênh ảo, gói tin điều khiển ngắt đấu nối được truyền tới tất cả các thiết bị mà kênh ảo đi qua để giải phóng tài nguyên và kênh ảo sẽ được tái sử dụng cho các kết nối khác. 6.3.2. Kích thƣớc gói Kích thước gói tin có mối liên hệ mật thiết với thời gian truyền. Xét ví dụ được chỉ ra trên hình 6.24. Giả sử có một kênh ảo từ trạm X thông qua các nút a và b để tới trạm Y. Bản tin được gửi đi gồm có 40 octet, mỗi gói tin chứa 3 octet thông tin điều kiển nằm ở phần tiêu đề gói tin. Nếu toàn bộ bản tin này được đóng gói thành một gói gồm 43 octet (3 octet tiêu đề và 40 octet dữ liệu) thì ban đầu gói tin này sẽ được chuyển từ trạm X tới a, sau đó từ a tới b, từ b tới Y. Tổng thời gian truyền 3 gói tin này sẽ bằng 129 lần thời gian 1 octet (43 octet x 3). Giả sử bây giờ ta chia bản tin trên thành 2 gói tin, mỗi gói chứa 20 octet. Thông tin điều khiển vẫn chứa trong 3 octet tiêu đề. Trong trường hợp này, nút a có thể bắt đầu truyền gói tin đầu tiên ngay sau khi nó nhận được từ trạm X mà không cần phải đợi tới khi nhận gói thứ 2, nên tiết kiệm được khoảng thời gian truyền chỉ bằng 92 lần thời gian 1 octet. Trong trường hợp chia nhỏ bản tin thành 5 gói thi các nút có thể truyền các gói tin đi sớm hơn và tiết kiệm được thời gian nhiều hơn với tổng thời gian chi bằng 77 lần thời gian truyền 1 octet. Tuy nhiên, quá trình chia nhỏ gói tin như này sẽ làm tăng trễ (hình 6.23 d) do mỗi gói tin chứa một số lượng bit tiêu đề cố định. Nhiều gói tin hơn cũng đồng nghĩa là sẽ nhiều tiêu đề hơn. Hơn nữa, ví dụ trên cũng chỉ ra các trễ xử lý và xếp hàng tại mỗi nút. Do đó, nếu chia bản tin thành nhiều gói nhỏ quá thì sẽ làm giảm hiệu suất thông tin và thời gian truyền lại tăng trở lại. Vì vậy, trong thiết kế kích thước gói, chúng ta cần xem xét kỹ các yếu tố trên. 191 Hình 6.23. Ảnh hưởng của kích thước gói tin tới thời gian truyền 192 So sánh công nghệ chuyển mạch kênh và công nghệ chuyển mạch gói. Hình 6.24. So sánh hoạt động truyền dữ liệu giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Sau đây là bảng so sánh về công nghệ chuyển mạch kênh và công nghệ chuyển mạch gói: 193 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 6 Câu 1: Trình bày khái niệm chuyển mạch, nguyên lý cơ bản của chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói? Câu 2: Trình bày nguyên lý chuyển mạch không gian. Câu 3: Trình bày nguyên lý chuyển mạch thời gian. Câu 4: Trình bày nguyên lý chuyển mạch gói Datagram. Câu 5: Trình bày nguyên lý chuyển mạch gói kênh ảo VC. Câu 6: Chuyển mạch kênh được hiểu là: a. Chuyển mạch không gian tương tự b. Chuyển mạch PAM c. Chuyển mạch số d. Bao gồm cả A, B, và C Câu 7: Trong chuyển mạch số tín hiệu đầu vào bộ chuyển mạch phải là tín hiệu: a. Tín hiệu tương tự b. Tín hiệu số c. Tín hiệu rời rạc dạng PAM d. Tín hiệu số dạng PCM Câu 8: Chọn 2 câu trả lời đúng nhất: Trong tổng đài kỹ thuật số, thiết bị liên kết mạng đảm nhận vai trò: a. Chuyển đổi A/D, và D/A b. Chuyển đổi báo hiệu cần thiết c. Định tuyến cuộc gọi đến địa chỉ yêu cầu d. Liên kết các luồng PCM vào tới các luồng PCM ra. Câu 9: Hãy chọn 2 câu trả lời đúng nhất Kỹ thuật chuyển mạch được đặc trưng bởi: a. Đặc tuyến truyền (tương tự hay số) 194 b. Sự phân chia tài nguyên sẵn có c. Công nghệ điều khiển d. Kiểu chuyển mạch Câu 10: Đơn vị xử lý thông tin dùng trong chuyển mạch số là: a. Bit b. Time Slot c. Packet d. Cell Câu 11: Chuyển mạch nào thực hiện chức năng chuyển từ mã PCM của kênh trên truyền PCM đầu vào nào đó tới kênh có cùng thứ tự với nó trên một trong các tuyến PCM đầu ra của bộ chuyển mạch. a. Chuyển mạch kênh b. Chuyển mạch số c. Chuyển mạch không gian số d. Chuyển mạch thời gian số ix TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phạm Ngọc Đĩnh. Kỹ thuật truyền số liệu, Học viện Bưu chính viễn thông, 2007. [2]. Nguyễn Thanh Hà, Giáo trình Kỹ thuật chuyển mạch và tổng đài số, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2009. [3]. Nguyễn Việt Hùng. Kỹ thuật truyền số liệu, Đại học Sư phạm kỹ thuật Hồ Chí Minh, 2011. [4]. Nguyễn Hòa Hưng. Kỹ thuật truyền số liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2008. [5]. Nguyễn Hồng Sơn, Hoàng Đức Hải, Kỹ thuật truyền số liệu, NXB Lao Động - Xã Hội, 2002. [6]. William Stallings, Data and computer communications, Prentice - Hall International. 2007.