ĐIỆN tử VIỄN THÔNG c2 1 mạng chuyển mạch kênh w stallings khotailieu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (860.69 KB, 33 trang )
CHƯƠNG 2
MẠNG CHUYỂN MẠCH
KÊNH
(Circuit Switching
Network)
Nội dung
Khái niệm và ứng dụng
Các kỹ thuật chuyển mạch kênh
Tìm đường
Điều khiển tín hiệu
Hệ thống SS7
CSE 501035 – Data Communication
2
Mạng chuyển mạch
Mạng chuyển mạch
Truyền dẫn khoảng cách xa thông thường được thực hiện
trên một mạng các node chuyển mạch
Các nodes không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền
Thiết bị đầu cuối là các trạm
Computer, terminal, phone, etc.
Tập hợp các node và các kết nối tạo thành một mạng truyền
thông
Dữ liệu được truyền đi bằng cách chuyển từ node này sang
node khác
Node mạng
Các node có thể chỉ kết nối với các node khác hoặc kết nối
với các trạm và các node khác
Kết nối từ node này đến node khác thông thường được
phân/hợp (FDM hoặc TDM)
Mạng thông thường được kết nối cục bộ
Kết nối dư thừa là cần thiết cho tính tin cậy của mạng
CSE 501035 – Data Communication
3
Mạng chuyển kênh
CSE 501035 – Data Communication
4
Chuyển mạch kênh
Đường truyền thông dành riêng giữa 2 trạm
3 giai đoạn
Tạo kết nối
Truyền dữ liệu
Ngắt kết nối
Phải có khả năng chuyển mạch và khả năng kênh
truyền để tạo kết nối
Phải có sự thông minh trong việc tìm đường
2 kỹ thuật chuyển mạch
Chuyển mạch theo không gian (Space Division Switching)
Chuyển mạch theo thời gian (Time Division Switching)
CSE 501035 – Data Communication
5
Chuyển mạch kênh - Ứng dụng
Giai đoạn tạo kết nối tốn thời gian
Một khi kết nối đã được tạo, quá trình truyền dữ liệu
là “trong suốt”
Được phát triển để dùng trong các ứng dụng truyền
dẫn thoại (phone)
Không hiệu quả
Khả năng của kênh được dành riêng trong suốt thời gian kết
nối
Nếu không có dữ liệu để truyền, khả năng truyền bị lãng phí
CSE 501035 – Data Communication
6
Chuyển mạch kênh - Ứng dụng
Ứng dụng về tiếng nói
Mạng điện thoại công cộng (Public Telephone Network)
PBX (Private Branch Exchange)
Cung cấp khả năng trao đổi điện thoại giữa các máy trong cùng công ty hay tổ
chức (buildings, clusters,...)
Cung cấp khả năng kết nối đến mạng điện thoại công cộng.
Mạng kết nối riêng (Private Wire Area Network)
Cung cấp kết nối hai chiều cho việc trao đổi tín hiệu tiếng nói giữa các máy trong
mạng điện thoại.
Cuộc gọi có thể được thiết lập giữa bất kỳ hai thuê bao trong phạm vi quốc gia
hay quốc tế.
Cung cấp khả kết nối giữa các sites khác nhau.
Thông thường dùng để kết nối các PBX thuộc cùng một công ty hay tổ chức lại với
nhau.
Ứng dụng về dữ liệu
Chuyển mạch dữ liệu: cung cấp khả năng kết nối các máy tính và trạm đầu
cuối ở một site cục bộ vào mạng điện thoại.
CSE 501035 – Data Communication
7
Mạng chuyển mạch kênh công cộng
Thuê bao
Kết nối cục bộ (Local Loop)
Kết nối thuê bao (Subscriber loop)
Kết nối với mạng
Bộ trao đổi chuyển mạch
Thiết bị kết nối vào mạng
Trung tâm chuyển mạch
End office – hỗ trợ các thuê bao
Trung kế
Nhánh kết nối giữa các bộ trao đổi chuyển mạch
Phân/hợp kênh
CSE 501035 – Data Communication
8
Kết nối mạch
CSE 501035 – Data Communication
9
Bộ chuyển mạch kênh
Chuyển mạch số
Cung cấp đường truyền “trong suốt” giữa các thiết bị
Giao tiếp mạng
Đơn vị điều khiển
Tạo kết nối
Theo
nhu cầu của thiết bị kết
nối
Xử lý và yêu cầu ack
Xác định thiết bị đích rảnh
Xây dựng đường truyền
Duy trì kết nối
Ngắt kết nối
CSE 501035 – Data Communication
10
Blocking or Non-Blocking
Blocking
Mạng không thể kết nối các trạm vì tất cả các đường đều đang được sử dụng
Mạng bị nghẽn
Được dùng trong các hệ thống thoại
Thời gian cuộc gọi ngắn
Non-blocking
Cho phép tất cả các trạm đều được kết nối cùng lúc
Được dùng cho các kết nối dữ liệu
CSE 501035 – Data Communication
11
Chuyển mạch không gian
Được phát triển cho môi trường tương tự
Đường kết nối riêng biệt một cách vật lý
Chuyển mạch ma trận điểm kết nối (crossbar matrix)
Số điểm kết nối tỉ lệ với bình phương số trạm
Việc mất các điểm kết nối dẫn tới việc không có khả năng
kết nối qua điểm đó
Hiệu suất sử dụng của các điểm kết nối kém
Khi tất cả các trạm được kết nối, chỉ có vài điểm kết nối được
dùng
Non-blocking
CSE 501035 – Data Communication
12
Chuyển mạch không gian 1 tầng
N inputs
N>M: concentration
N=M: distribution
N
M outputs
Crossbar matrix
N inputs/outputs
Triangular switch
CSE 501035 – Data Communication
13
Chuyển mạch không gian đa tầng
Giảm số điểm kết nối
Nhiều đường kết nối qua mạng giữa 2 trạm
Độ tin cậy gia tăng
Điều khiển phức tạp
Gia tăng hiệu suất sử dụng
Trì hoãn khi tín hiệu truyền qua chuyển mạch gia tăng tỷ lệ
với số tầng của chuyển mạch
Có khả năng blocking
Dùng vùng đệm ở đầu vào (input buffer), đầu ra (output
buffer) hay ở bên trong chuyển mạch (internal buffer)
CSE 501035 – Data Communication
14
Bộ chuyển mạch 3 tầng
CSE 501035 – Data Communication
15
Chuyển mạch thời gian
Chia nhỏ các dòng dữ liệu tốc độ thấp để dùng
chung một đường truyền số liệu tốc độ cao
Các gói nhỏ được điều khiển bởi một bộ điều khiển
logic để truyền từ input đến output
Các loại chuyển mạch theo thời gian
Time-division Multiplexing BUS (TDM BUS)
Time Slot Interchange (TSI)
Time-multiplexed Switching
CSE 501035 – Data Communication
16
Time–Division Multiplexing Bus
Một trong những dạng chuyển mạch theo thời gian
đơn giản nhất
Dựa trên nguyên lý của TDM đồng bộ
Tất cả các đường truyền (I/O) được nối vào một Bus chung
Thời gian trên Bus được chia thành các time slots
Một kết nối được thiết lập giữa hai đường truyền (I/O) bằng
cách gán cố định một time slot
Kích thước của chuyển mạch bị giới hạn bởi tốc độ
dữ liệu trên Bus
Phương pháp này thường được sử dụng trong các
chuyển mạch kích thước vừa và nhỏ
CSE 501035 – Data Communication
17
Time Slot Interchange
Tất cả các đường (I/O) được nối đến một bộ phân hợp kênh
(MUX/DEMUX) dùng kỹ thuật bất đồng bộ theo thời gian
Một kết nối được thiết lập bằng cách hoán chuyển các time slot trong
frame
Kích thước của chuyển mạch bị giới hạn bởi tốc độ của bộ nhớ điều
khiển
Thường được dùng làm phần tử chuyển mạch cơ bản (building block)
trong các cơ chế chuyển mạch theo thời gian đa tầng (multi-stage)
CSE 501035 – Data Communication
18
Time–Multiplexed Switching
Một biến đổi của phương pháp chuyển mạch theo thời
gian trong đó mỗi ngõ nhập là một dòng TDM
Cấu hình chuyển mạch có thể thay đổi trên mỗi time
slot
Thường được sử dụng kết hợp với phương pháp TSI để
tạo ra các chuyển mạch đa tầng
Để trách blocking, cấu hình tối thiểu là 3 tầng
Cấu hình thông thường
TST
TSSST
STS
SSTSS
TSTST
CSE 501035 – Data Communication
19
Time–Multiplexed Switching
CSE 501035 – Data Communication
20
Tìm đường
Chức năng
Các yêu cầu đặt ra trong vấn đề tìm đường
Xác định kết nối từ thuê bao gọi đến thuê bao được gọi qua một
loạt các chuyển mạch và trung kế
Độ tin cậy
Hiệu quả
Khả năng chịu đựng lỗi (khả năng co giãn)
Các phương pháp tìm đường
Trực tiếp (Direct Routing)
Đường đi giữa bất kỳ hai thuê bao nào là cố định và đã được thiết
lập từ trước
Mạng điện thoại công cộng
Phân cấp (Alternate Hierachical Routing)
Các chuyển mạch được kết nối theo cấu trúc phân cấp.
Các trung kế (trunk) được kết nối thêm vào để cung cấp các đường
đi thay thế, khả năng cân bằng tải và chịu đựng lỗi của hệ thống
Tìm đường động (Dynamic Routing)
Cho phép thay đổi trong việc tìm đường tùy theo lưu thông trong
mạng
Dùng cấu trúc ngang cấp cho các node trong mạng
CSE 501035 – Data Communication
21
Tìm đường động
Đường đi thiết lập giữa hai thuê bao thay đổi tùy theo
khả năng tải và băng thông của đường truyền tại thời
điểm thiết lập kết nối
Một số phương pháp tìm đường động
Dựa vào thống kê biến động trong mạng (tải, băng thông, ...)
theo thời gian, cũng gọi là Time-dependent Routing
Dựa vào biến động trong mạng (tải, băng thông, ...) để trao
đổi cập nhật thông tin tìm đường đi giữa các node trong
mạng, từ đó tìm ra được đường đi tối ưu và cập nhật vào
bảng routing ở các node chuyển mạch trong mạng, cũng gọi
là State-dependent Routing
Alternate routing
Adaptive routing
Kết hợp cả hai phương pháp này
CSE 501035 – Data Communication
23
Alternate routing
Các đường có thể giữa 2
trạm (end office) được
liệt kê trước
Bộ chuyển mạch nguồn
chọn lựa các đường
thích hợp
Các đường được liệt kê
theo thứ tự ưu tiên
Ưu tiên kết nối trực tiếp
Các đường khác nhau có
thể được sử dụng tại các
thời điểm khác nhau
CSE 501035 – Data Communication
24
Adaptive routing
Cho phép các bộ chuyển mạch phản ứng lại với tình
hình lưu thông trên mạng
Chi phí lớn hơn cho việc quản trị
Các bộ chuyển mạch phải trao đổi thông tin để biết tình
trạng mạng
DTM (dynamic traffic management)
Northern Telecom
Dùng bộ điều khiển trung tâm để tìm đường dự phòng khi có
sự nghẽn mạng
Mỗi bộ chuyển mạch A cập nhật các thông tin sau cho bộ
điều khiển trung tâm
Số trung kế rảnh để đi đến các điểm lân cận A
Hiệu suất sử dụng CPU của A
Đo lưu lượng từ A đến B (không thể nối trực tiếp)
Bộ chuyển mạch trung tâm sẽ cho biết đường đi “tốt” khi
các đường nối trực tiếp không còn khả năng
CSE 501035 – Data Communication
25
Điều khiển tín hiệu
Chức năng
Giám sát (Supervisory)
Điều khiển quá trình sử dụng tài nguyên (khởi động và thiết lập cuộc
gọi, kết thúc cuộc gọi, ...).
Giám sát thông tin liên quan đến trạng thái của các cuộc gọi (cuộc
gọi không thành công, cuộc gọi kết thúc, tín hiệu rung chuông)
Địa chỉ (Address)
Cung cấp cơ chế để phân biệt giữa các thuê bao tham gia vào một
cuộc gọi hay giám sát các thông tin liên quan đến địa chỉ thuê bao
(gọi và được gọi) như số điện thoại, mã vùng, mã quốc gia,…
Cấu trúc địa chỉ cũng hỗ trợ trong vấn đề tìm đường, nhất là trong
các phương pháp tìm đường phân cấp.
Thông tin cuộc gọi
Được truyền đến người gọi để cung cấp thông tin về sự thiết lập kết
nối (tone)
Quản trị mạng
Các tín hiệu điều khiển dùng để quản trị mạng lấy thông tin về trạng
thái thuê bao (các cuộc gọi thành công, thời gian kết nối, thông tin
tính cước, …) và trạng thái thiết bị (thiết bị chuyển mạch, trung kế,
thông tin chuẩn đoán, …)
CSE 501035 – Data Communication
26
