Hệ thống tổng đài điện tử số SPC và một số kỹ thuật chuyển mạch cơ bản

LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về thông tin theo đó ngày càng phát triển lên, thông tin thì ngày càng một đa dạng hơn. Do đó con người không những đòi hỏi về chất lượng thông tin cao mà cần phải nhanh và kịp thời. Những mạng viễn thông sử dụng những thiết bị tương tự và truyền dẫn tín hiệu tương tự nên chất lượng thông tin kém, dung lượng nhỏ. Nên một yêu cầu mới được đặt ra cho ngành viễn thông nói chung và ngành thông tin nói riêng cần phải đổi mới mạng lưới thông tin cả về phương thức truyền dẫn lẫn thiết bị để sao cho phù hợp và đáp ứng mọi nhu cầu thông tin cho người dùng hiện nay. Nhờ các thành tựu về khoa học điện tử- viễn thông - tin học mà người ta có thể thay đổi mạng cũ thành mạng mới. Đó là các mạng thông tin số. Ở đây các thiết bị điện tử có khả năng biến đổi tín hiệu từ tương tự sang tín hiệu số. Nên thời gian truyền ở đây chỉ là các chữ số 0 và 1 nên thời gian truyền nhanh, dung lượng thông tin lớn, chất lượng thông tin cao mà giá thành của mạng lại giảm đi rất nhiều so với mạng tương tự. Đối với nước ta để trang bị hoàn toàn với một mạng lưới viễn thông là quá tốn kém với ngân sách Nhà nước. Do vậy, trên quan điểm phát triển tuỳ theo khả năng tối đa về ngân sách tài chính có thể đáp ứng được, nên bên cạnh việc phải trang bị các thiết bị mới hiện đại cũng cần phải tận dụng kế thừa có cơ sở những thiết bị hiện có, không ngừng cải tiến sao cho có thể bắt kịp với yêu cầu của mạng viễn thông hiện đại và yêu cầu của khách hàng. Trong hệ thống viễn thông thì hệ thống tổng đài đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong bản báo cáo này, em xin trình bày về hệ thống tổng đài điện tử số SPC và một số kỹ thuật chuyển mạch cơ bản. Được sự giúp đỡ tận tình của cô giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Vũ Sơn cùng các thầy cô và bạn bè, với sự nỗ lực của bản thân nên em đã hoàn thành các nhiệm vụ, yêu cầu của bản đồ án. Do khả năng còn hạn chế và thời gian tìm hiểu không nhiều, nên bản báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót, mong các thầy cô và bạn bè góp ý. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 9 năm 2006 Sinh viên Tạ Khắc Cảnh - CĐLT 2B CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI 1. Nhiệm vụ chung của tổng đài Tổng đài điện thoại đầu tiên được thiết lập vào năm 1876 sau khi Alexander Graham Bell phát minh ra điện thoại. Khi đó ý tưởng xây dựng một mạng điện thoại bắt đầu hình thành. Nhưng do số lượng máy điện thợi lớn mà để tất cả mọi người có thể đàm thoại được với nhau từng đôi một thì số lượng dây là quá lớn, chi phí tốn kém và khó có thể quản lý được các thuê bao. Vì vậy để xây dựng một mạng điện thoại là không thể thực hiện được. Do đó để xây dựng được một mạng điện thoại là không thể thực hiện được. Do đó để xây dựng được một mạng điện thoại người ta đã đưa vào sử dụng hệ thống tổng đài. Từ đó các thuê bao sẽ được ghép nối với nhau thông qua hệ thống tổng đài, và qua đó người ta có thể quản lý các thuê bao. Đặc biệt từ đó người ta đã tạo nên một mạng viễn thông với quy mô lớn như mạng viễn thông quốc gia và mạng viễn thông quốc tế, mà vẫn có thể quản lí được thông qua các hệ thống tổng đài người ta cho phép phân vùng quản lý. Thế hệ tổng đài được sử dụng đầu tiên trong mạng điện thoại là tổng đài sử dụng nhân công. Loại tổng đài này khi thuê bao có nhu cầu đàm thoại với thuê bao khác thì thuê bao chủ gọi gửi một tín hiệu đến tổng đài. Lúc đó nhân viên trực tổng đài sẽ chuyển cho hai thuê bao đàm thoại. Khi cuộc gọi đã hoàn thành, người vận hành rút dây nối ra và đưa nó về trạng thái ban đầu. Hệ tổng đài nhân công được chia làm hai loại: loại điện từ và hệ dùng ắc quy chung. Đối với loại dùng điện từ, thì thuê bao lắp thêm cho mỗi ắc quy một nguồn cung cấp điện. Các tín hiệu gọi và tín hiệu hoàn thành cuộc gọi được gửi đến người thao tác viên bằng cách sử dụng từ trường. Đối với hệ dùng ắc quy chung, nguồn điện được cung cấp chung và các tín hiệu gọi, các tín hiệu hoàn thành cuộc gọi được đơn giản chuyển đến người thao tác viễn thông qua các đèn. Đối với hệ tổng đài tự động, quá trình thực hiện hoàn thành một cuộc gọi gồm các nhiệm vụ chính sau: 1.1. Nhiệm vụ báo hiệu: Đây là nhiệm vụ trao đổi báo hiệu với mạng ngoài bao gồm các đường dây thuê bao và trung kế, xử lý đấu nối với các mạng thuê bao hay các tổng đài khác. 1.2. Nhiệm vụ xử lý thông tin báo hiệu và điều khiển thao tác chuyển mạch Thiết bị điều khiển chuyển mạch nhận các thông tin báo hiệu từ các đường dây thuê bao và trung kế, xử lý các thông tin này và đưa ra thông tin điều khiển để cấp báo hiệu tới các đường thuê bao hay trung kế hoặc để điều khiển thiết bị chuyển mạch và các thiết bị phụ trợ để tạo tuyến nối. 1.3. Tính cước Nhiệm vụ này là tạo ra các số liệu phù hợp với từng loại cuộc gọi sau khi mỗi cuộc gọi kết thúc. 1.4. Chu trình thiết lập một cuộc gọi của tổng đài a. Nhận dạng thuê bao chủ gọi: Xác định khi thuê bao nhấc ống nghe và sau đó cuộc gọi được nói mạch điều khiển. b. Tiếp nhận được số quay: Khi đã được nối với mạch điều khiển thuê bao, thuê bao chủ gọi bắt đầu nghe thấy tín hiệu mời quay số và sau đó chuyển số liệu của thuê bao điện thoại. Hệ tổng đài thực hiện các chức năng này. c. Kết nối cuộc gọi: Khi quay số được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định thì hệ thống tổng đài sẽ chọn một bộ các đường trung kế tổng đài của thuê bao bị gọi và sau đó chọn một đường rỗi trong số đó. Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội hạt thì một đường gọi nội hạt được sử dụng. d. Chuyển thông tin điều khiển: Khi được nối đến tổng đài của thuê bao bị gọi hay tổng đài trung chuyển, cả hai tổng đài trao đổi với nhau các thông tin cần thiết như số thuê bao bị gọi. e. Kết nối trung chuyển: Trong trong hợp tổng đài được nối đến tổng đài trung chuyển thì mục thứ ba và thứ tư trên đây được nhắc đến nối với trạm cuối và sau đó thông tin như thuê bao bị gọi được truyền đi. f. Kết nối trạm cuối: Khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số của thuê bao bị gọi được truyền đi thì bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi được nối với các đường trung kế chọn để kết nối cuộc gọi. g. Truyền tín hiệu chuông: Để kết nối cuộc gọi tín hiệu chuông được truyền và chờ cho đến khi có trả lời từ thuê bao bị gọi. Khi trả lời tín hiệu chuông, tín hiệu chuông bị ngắt và trạng thái được chuyển thành trạng thái máy bận. h. Tính cước: Tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời của thuê bao bị gọi và nếu cần thiết bắt đầu tính toán trị giá cước phải trả theo khoảng cách gọi và theo thời gian. i. Truyền tín hiệu báo bận: Khi tất cả các đường trung kế đều bị chiến theo các bước trên đây hoặc thuê bao bị gọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến cho thuê bao chủ gọi. k. Hồi phục hệ thống: Trạng thái này được xác định khi cuộc gọi kết thúc sau đó tất cả các đường nối đều được giải phóng. Như vậy, các bước cơ bản do hệ thống tổng đài tiến hành để xử lý các cuộc gọi đã được trình bày ngắn gọn. Trong hệ thống tổng đài điện tử thì nhiều đặc tính dịch vụ mới được thêm vào cùng với các chức năng trên. Giao tiếp thuê bao Trường chuyển mạch Giao tiếp thuê bao Trung tâm điều khiển Bộ nhớ Vào/ ra Bộ tạo tone 1 1 1 K 2 2 2 K n ( Hình 1 - Sơ đồ khối của tổng đài 1.5. Khối giao tiếp thuê bao a. Giao tiếp thuê bao tương tự Các chức năng cơ bản của mạch thuê bao tương tự có thể tóm tắt bằng từ "BORSCHT" gồm các chữ đầu của từng chức năng đó là: - Chức năng cấp nguồn (ắc quy) (B) - Chức năng chống quá áp (O) - Chức năng rung chuông (R) - Chức năng báo hiệu giảm sát (S) - Chức năng giám sát (C) - Chức năng chuyển đổi (H). - Chức năng kiểm tra (T) Tương tự như đối với thuê bao Analog nhưng chức năng C nằm ở máy thuê bao. Như vậy là tạo ra đường dây dẫn số từ thuê bao tới tổng đài. Để ngoài việc chuyển tín hiệu điện thoại số còn có thể chuyển các số liệu điều khiển từ máy thuê bao đến trung tâm của tổng đài. Nhờ đó mà người sử dụng có thể dữ liệu từ máy của mình tới trung tâm điều khiển của tổng đài để thực hiện các chức năng giống như điện thoại viên tại tổng đài thông qua bàn PO. 1.6. Bộ điều khiển trung tâm Bộ điều khiển trung tâm gồm một bộ xử lý có công suất lớn cùng các bộ nhớ trực thuộc. Bộ xử lý này được thiết kế tối ưu để xử lý gọi và các công việc liên quan trong một tổng đài. Nó phải hoàn thành các nhiệm vụ kịp thời hay còn gọi là xử lý thời gian thực các công việc sau: - Nhận xung hay mã chọn số (các chữ số địa chỉ) - Chuyển các tín hiệu địa chỉ đi ở các trường hợp chuyển tiếp gọi. - Trao đổi các loại báo hiệu cho thuê bao hay tổng đài khác. - Phiên dịch và tạo tiếng qua đường chuyển mạch Bộ xử lý chuyển mạch bao gồm một đơn vị xử lý trung tâm và các bộ nhớ chương trình, số liệu và phiên dịch cùng với các thiết bị vào ra làm nhiệm vụ phối hợp để đưa các thông tin vào và lấy các lệnh ra. Đơn vị xử lý trung tâm là một bộ vi xử lý hay vi xử lý tốc độ cao và có công suất xử lý tuỳ thuộc vào vị trí xử lý chuyển mạch của nó. Nó làm nhiệm vụ điều khiển thao tác của thiết bị chuyển mạch. 1.7. Trường chuyển mạch Ở các tổng đài điện tử, thiết bị chuyển mạch là một trong các bộ phận chủ yếu và có kích thước lớn. Nó thực hiện chức năng chuyển mạch để thực hiện các tuyến nối giữa 2 hay nhiều thuê bao của tổng đài hoặc giữa tổng đài này với tổng đài khác. Đồng thời nó cũng thực hiện chức năng truyền dẫn tín hiệu tiếng nói và tín hiệu báo hiệu giữa các thuê bao với độ tin cậy chính xác. Có 2 loại chuyển mạch là chuyển mạch không gian S (Space) và chuyển mạch thời gian T (Time). - Chuyển mạch không gian (S): ở phương thức chuyển mạch này đối với một cuộc gọi, một tuyến vật lý được thiết lập giữa đầu vào và đầu ra của trường chuyển mạch. Tuyến này là riêng biệt cho mỗi cuộc gọi. Các tuyến nối cho các cuộc gọi là độc lập nhau. - Chuyển mạch thời gian (T): Trong phương thức chuyển mạch này thì một tuyến được sử dụng chung cho một số cuộc trên cơ sở phân chia thời gian sử dụng nó. Mỗi cuộc được sử dụng tuyến này trong một khoảng thời gian xác định và theo chu kỳ với tốc độ lặp thích hợp. Đối với tín hiệu thoại tốc độ là 8KHz tức là cứ qua khoảng thời gian là 125ms lại truyền đi một mẫu tiếng nói của một kênh thoại, mẫu này được mã hoá thành từ mã 8 bít rồi ghép vào một khe thời gian của kênh thoại đó. Trong khoảng mỗi khe thời gian tín hiệu của mỗi kênh lại được truyền đi. Các mẫu tín hiệu của kênh thoại ghép lại cùng với tín hiệu của các kênh nghiệp vụ báo hiệu và đồng bộ tạo thành một khung thời gian 125 ms. Tuỳ theo yêu cầu của từng tổng đài mà trường chuyển mạch này có các dạng cấu trúc: T-S, S-T-S, T-S-T,… đó là sự kết hợp giữa chuyển mạch không gian và chuyển mạch thời gian để tạo ra một trường chuyển mạch hết sức linh hoạt. 1.8. Bộ giao tiếp trung kế Chức năng của khối giao tiếp trung kế tương tự giống như giao tiếp thuê bao tương tự: Truy nhập đo thử, bảo vệ quá áp, cấp nguồn chuyển đổi A/D, D/A, báo hiệu, ghép kênh. Tuy nhiên nó cũng có những điểm quan trọng khác so với giao tiếp thuê bao tương tự tuỳ thuộc vào phạm vi ứng dụng. Nhiệm vụ chính của khối giao tiếp trung kế là biến đổi thành dạng thích hợp để truyền ra trung kế. Tách và chèn các bít báo hiệu đường dây phục vụ cho từng kênh thoại trong phương thức báo hiệu kênh liên kết. Đồng bộ giữa hoạt động của tổng đài và hoạt động của mạng viễn thông, để thực hiện nhiệm vụ này khối giao tiếp phải có các mạch phục vụ cho các công việc sau: Tách xung đồng bộ từ tín hiệu nhận về trung kế để đưa tới khối tạo xung đồng bộ của tổng đài bưu điện, rồi đồng bộ hoá các sai lệch nhỏ về pha giữa tín hiệu nhận và tín hiệu truyền đi. 1.9. Quá trình phát triển công nghệ Quá trình phát triển về công nghệ tổng đài trong lĩnh vực về công nghệ tổng đài điện tử gắn liền với quá trình phát triển công nghệ vi mạch (IC). Tuy nhiên ngoài các loại phần tử vi mạch ứng dụng trong các loại bộ nhớ, bộ điều khiển thì công nghệ chế tạo tổng đài còn phụ thuộc vào các loại phần tử chuyển mạch. Sự phát triển của công nghệ sản xuất tổng đài điện tử còn có mối quan hệ mật thiết với các công nghệ khác như: Trường chuyển mạch sử dụng bộnối dây ngang dọc kiểu mini (dùng cho các tổng dài: D10, Metaconta,…), trường chuyển mạch sử dụng Rơ-le ống kính (Gerkon) (dùng cho các tổng đài: N1, 2, 3, ESS, các thế hệ sau của D10…) Còn ở giai đoạn phát triển tổng đài điện thoại số thì công nghệ tổng đài lại lệ thuộc rất lớn vào trình độ phát triển công nghệ mạch tổ hợp. Ngay từ khi phát minh ra Transistorr các nhà kỹ thuật làm việc trên lĩnh vực chuyển mạch đã bắt đầu công việc thực nghiệm để đưa điện tử học vào ccs hệ thống chuyển mạch. Nhanh chóng ứng dụng thành tựu kỹ nghệ vi xử lý và tin học vào hệ thống điều khiển tổng đài theo nguyên lý hiện đại SPC (Store Program Control). Cho đến nay, công nghệ chế tạo tổng đài điện thoại chủ yếu được định hướng vào phương thức chuyển mạch số và hướng tới các hệ thống chuyển mạch có thể ứng dụng cho mạng và các dịch vụ ISDN (Intergrated Serviges Digital Network). Công nghệ nghiên cứu thử nghiệm cho các hệ thống chuyển mạch số đa dịch vụ băng rộng cũng được xúc tiến để đáp ứng cho mạng viễn thông số hiện đại cho tương lai. PHẦN II HOẠT ĐỘNG CỦA TỔNG ĐÀI SPC 1. Nhiệm vụ quan trọng của một tổng đài Là cung cấp một đường truyền dẫn tạm thời, để truyền dẫn tiếng nói đồng thời theo hai hướng giữa các loại đường dây thuê bao sau, từ đó ta có các loại chuyển mạch. 1.1.Chuyển mạch nội hạt Là chuyển mạch để tạo tuyến nối trong các cặp thuê bao trong cùng một tổng đài. 1.2. Chuyển mạch gọi ra Là chuyển mạch để tạo tuyến nối cho các đường dây thuê bao của tổng đài tới các đường dây thuê bao của tổng đài. 1.3. Chuyển mạch gọi vào Là chuyển mạch để tạo tuyến nối cho các đường trung kế từ tổng đài khác tới các đường dây thuê bao của tổng đài. 1.4. Chuyển mạch nối tiếp Là chuyển mạch để tạo tuyến nối cho các đường trung kế và từ một tổng đài tới các đường trung kế ra tới một tổng đài khác. Các nhiệm vụ trên của một tổng đài được thiết bị chuyển mạch của tổng đài thực hiện thông qua quá trình trao đổi báo hiệu với mạng ngoài. Một tổng đài nào đó thực hiện được 3 loại chuyển mạch 1,2,3 vừa nêu trên được gọi là tổng đài nội hạt. Còn một tổng đài mà chỉ thực hiện được thao tác chuyển mạch thứ tư nêu trên gọi là tổng đài chuyển tiếp. Ngoài hai tổng đài nêu trên còn có tổng đài cơ quan (thường gọi là PABX) và tổng đài cửa quốc tế. Tổng đài cơ quan PABX cùng để tổ chức liên lạc điện thoại trong một cơ quan (liên lạc nội bộ) và đầu nối cho các thuê bao của nó ra mạng công cộng. Tổng đài cửa quốc tế (còn gọi là tổng đài gateway) dùng để tạo tuyến cho các cuộc gọi của các thuê bao trong nước ra mạng quốc tế. 2. Đặc điểm của tổng đài điện tử SPC Ở các tổng đài điện tử làm việc theo nguyên lý điều khiển theo các chương trình ghi sẵn SPC (Store Program Controlled), người ta sử dụng các bộ xử lý giống như các máy tính để điều khiển hoạt động của tổng đài. Tất cả các chức năng điều khiển được đặc trưng bởi một loạt các lệnh đã ghi sẵn ở trong các bộ nhớ. Ngoài ra các số liệu trực thuộc tổng đài như số liệu về thuê bao, các bảng phiên dịch địa chỉ, các thông tin về tạo tuyến, tính cước, thống kê… cũng được ghi sẵn trong các bộ nhớ dữ liệu. Qua mỗi bước xử lý gọi sẽ nhận được một sự quyết định tương ứng với các loại nghiệp vụ, số liệu đã ghi sắn để đưa tới thiết bị xử lý nghiệp vụ đó. Nguyên lý chuyển mạch như vậy gọi là chuyển mạch điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC. Các chương trình và số liệu ghi trong các bộ nhớ có thể thay đổi được khi cần thay đổi nguyên tắc điều khiển hay tính năng của hệ thống. Nhờ vậy người quản lý có thể linh hoạt trong quá trình điều hành tổng đài. Như ta đã biết, máy tính hay bộ vi xử lý có số năng lực xử lý hàng chục nghìn tới hàng triệu lệnh mỗi giây. Vì vậy khi ta sử dụng nó vào chức năng điều khiển tổng đài thì ngoài công việc điều khiển chức năng chuyển mạch thì cũng một bộ xử lý số có thể điều hành các chức năng khác. Vì các chương trình điều khiển và số liệu ghi trong các bộ nhớ có thể thay đổi dễ dàng, mang tính tức thời, nên công việc điều hành dễ đáp ứng nhu cầu của thuê bao trở nên dễ dàng. Cả công việc đưa vào dịch vụ mới cho thuê bao và thay đổi các dịch vụ cũ đều dễ dàng thực hiện thông qua các lệnh trao đổi người máy. Chẳng hạn như khôi phục lại các nghiệp vụ cho thuê bao quá hạn thanh toán cước hoặc thay đổi từ phương thức chọn số xung thập phân sang phương thức chọn số đa tần… ta chỉ việc đưa vào hồ sơ thuê bao các số liệu thích hợp thông qua thiết bị vào ra dùng bàn phím. 3. Cấu trúc chức năng tổng đài điện tử SPC Cũng giống như các tổng đài điện tử khác hiện đang sử dụng trên thế giới, tổng đài SPC tuy có khác so với các tổng đài điện tử khác nhưng về cơ cấu phân bố các khối chức năng của chúng thì tương đối giống nhau. Sơ đồ khối đơn giản của tổng đài SPC được mô tả ở hình 1. - Thiết bị kết cuối bao gồm các mạch điện thuê bao, mạch trung kết, thiết bị tập trung và xử lý tín hiệu… Thiết bị chuyển mạch Thiết bị đo thử trạng thái đường dây Thiết bị điều khiển đầu nối Thiết bị phân phối Báo hiệu kênh riêng Báo hiệu kênh chung BUS ĐIỀU KHIỂN Thiết bị trao đổi người máy Bộ xử lý trung tâm Các bộ nhớ Đường dây thuê bao Trung kế tương tự Trung kế số Thiết bị kết cuối Hình 1 : Sơ đồ khối tổng đài SPC - Thiết bị chuyển mạch: Bao gồm các tầng chuyển mạch thời gian và không giang hoặc ghép hợp. - Thiết bị ngoại vi và kênh riêng hợp thành thiết bị ngoại vi báo hiệu. Thông thường thiết bị báo hiệu kênh chung để xử lý thông tin báo hiệu liên tổng đài theo mạng báo hiệu kênh chung. Còn thiết bị báo hiệu kênh riêng để xử lý thông tin báo hiệu kênh riêng. - Ngoại vi chuyển mạch: các thiết bị phân phối báo hiệu, thiết bị đo thử, thiết bị điều khiển đầu nối hợp thành thiết bị ngoại vi chuyển mạch. Đây là thiết bị ngoại vi cho hệ thống điều khiển. - Thiết bị điều khiển trung tâm: Bộ xử lý trung tâm cùng với các bộ nhớ của nó tạo thành bộ điều khiển trung tâm. - Thiết bị trao đổi người-máy: là các loại máy hiện hình có bàn phím máy in… để trao đổi thông tin vào-ra, và ghi lại các bản tin cần thiết phục vụ công tác điều hành và bảo dưỡng tổng đài. Ngoài ra ở các tổng đài khu vực của mạng công cộng, các tổng đài chuyển tiếp và các tổng đài quốc tế còn có các khối chức năng khác như tính cước, đồng bộ mạng, trung tâm xử lý tin, thiết bị giao tiếp thuê bao xa… 4. Hệ thống điều khiển trong tổng đài điện tử SPC 4.1. Nhiệm vụ điều khiển Trong tổng đài SPC các nhiệm vụ điều khiển do các bộ xử lý thực hiện để tạo tuyến nối cho các cuộc gọi cũng như trong công tác vận hành, bảo dưỡng khác. Những công việc này thực hiện nhờ quá trình trao đổi báo hiệu thông tin báo hiệu được tách ra ở khối giao tiếp thuê bao hoặc giao tiếp trung kế được đưa đến ở thiết bị xác định báo hiệu. Các mạch thu thông tin báo hiệu thuê bao và trung kế đảm nhận công việc này dưới sự điều khiển của cấp xử lý khu vực mạch giao tiếp thuê bao hoặc trung kế. Khối mạch giao tiếp trung kế Các mạch trung kế nối Máy thu phát báo hiệu trung kế Điều khiển chuyển mạch Điều khiển trung tâm Thiết bị xác định báo hiệu Khối mạch giao tiếp thuê bao Máy thu phát báo hiệu thuê bao Thiết bị phân phối báo hiệu hoặc điều khiển Hình 2: Báo hiệu và điều khiển trong tổng đài SPC Để thực hiện được các cuộc đấu nối, thì bộ điều khiển trung tâm phải nhận được các thông tin báo hiệu từ các thiết bị ngoại vi, thông qua thiết bị báo hiệu này để đưa ra các lệnh thích hợp. Các lệnh này được đưa đến các bộ điều khiển chuyển mạch, để điều khiển tạo tuyến nối hoặc đưa đến thiết bị phân phối bó hiệu, để cung cấp các dạng báo hiệu cần thiết cho thuê bao hoặc mạch trung kế, thông qua các thiết bị phân phối báo hiệu. Bộ điều khiển trung tâm gồm một bộ xử lý công suất lớn cùng các bộ nhớ trực thuộc. Bộ xử lý này thiết kế tối ưu để xử lý cuộc gọi và các công việc liên quan trong một tổng đài. Nó có chức năng khi: - Nhận xung mã hay chọn số. - Chuyển các tín hiệu địa chỉ đi trong trường hợp chuyển tiếp gọi. - Trao đổi các loại báo hiệu cho thuê hay tổng đài khác. - Phiên dịch và tạo tuyến cho các đường chuyển mạch. Thiết bị phối hợp Bộ xử lý trung tâm Bộ nhớ phiên dịch Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ số liệu Hình 3: Sơ đồ khối bộ xử lý chuyển mạch Bộ xử lý chuyển mạch bao gồm một đơn vị xử lý trung tâm, bộ nhớ chương trình, bộ nhớ số liệu, bố nhớ phiên dịch cùng thiết bị vào, ra làm nhiệm vụ phối hợp để đưa các thông tin vào và lấy các lệnh ra. Đơn vị xử lý trung tâm là bộ vi xử lý tốc độ cao có công suất xử lý tuỳ thuộc vào các vị trí chuyển mạch của nó. Nó làm nhiệm vụ điều khiển thao tác thiết bị chuyển mạch. Bộ nhớ chương trình để ghi lại các chương trình điều khiển các thao tác chuyển mạch. Các chương trình được gọi ra và xử lý cùng với số liệu cần thiết. Bộ nhớ số liệu ghi lại tạm thời các số liệu cần thiết trong các quá trình xử lý cuộc gọi như chữ số chỉ thuê bo, trạng thái bận, rỗi của đường dây thuê bao hay trung kế. 4.2. Cấu tạo tổng quát của thiết bị điều khiển Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển như mô tả ở hình 4 Bộ phận phối lệnh Ghi - phát lệnh Ghi - phát thao tác Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ số liệu và phiên dịch Thiết bị giao tiếp vào - ra Từ các thiết bị điều khiển đưa tới. (Thiết bị ngoại vi) Ra Vào Hình 4 - Cấu tạo tổng quát của hệ thống điều khiển - Bộ phân phối lệnh: Bộ phận này làm nhiệm vụ phân phối các lệnh thích hợp để thực thi trên cơ sở thiết bị ngoại vi chuyển mạch, thứ tự ưu tiên của chúng và các thông tin đưa vào. Bộ phân phối lệnh đưa tới bộ nhớ chương trình địa chỉ cần thiết phải xử lý theo nguyên tắc "ghi đệm", tức là trong thời gian thực thi lệnh trước thi địa chỉ số liệu cần thiết liên quan tới từng lệnh cũng được gửi đi từ dây tới bộ nhớ số liệu và phiên dịch. -Bộ ghi phát lệnh: Khối này làm nhiệm vụ ghi đệm các lệnh cần thực hiện. - Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ này ghi lại tất cả các chương trình cần thiết cho nhiệm vụ điều khiển mà thiết bị điều khiển này đảm nhận. Bộ nhớ này thường có cấu trúc kiểu ROM. Các chương trình này là các chương trình xử lý gọi hoặc các chương trình điều hành bảo dưỡng. - Bộ nhớ số liệu: Bộ nhớ số liệu làm nhiệm vụ ghi lại các số liệu cần thiết phục vụ cho quá trình thực thi các lệnh. Ngoài số liệu thuê bao, trung kê… ở các hệ thống xử lý trong tổng đài điện tử như xử lý điều hành bảo dưỡng (DMP) có bộ nhớ số liệu phục vụ công việc điều hành và bảo dưỡng, bộ xử lý chuyển mạch thì có bộ nhớ phiên dịch và tạo tuyến đề nghị lại các bảng trạng thái tuyến nói, hồ sơ thuê bao… - Bộ ghi phát thao tác: Thiết bị này làm nhiệm vụ thực thi các thao tác logic và số học theo các lệnh và số liệu thích hợp để đưa ra các lệnh điều khiển tương ứng qua thiết bị giao tiếp vào-ra tới các thiết bị ngoại vi cần điều khiển, nên lệnh này chỉ thị kết quả một công việc. - Thiết bị giao tiếp vào ra: Thiết bị này làm việc đệm và truyền các thông tin từ thiết bị ngoại vi vào bộ điều khiển và truyền các lệnh từ bộ điều khiển tới các thiết bị ngoại vi. * Quá trình làm việc: Ở các tổng đài điện tử SPC thường có cấu trúc điều khiển phân bố, vì vậy có thể có 2 hoặc 3 cặp điều khiển. Ở mỗi cặp điều khiển cũng được tổ chức thành nhiều bộ xử lý theo chức năng của chúng. Vì mỗi bộ xử lý đảm nhiệm một số công việc riêng nên chúng có khác nhau về công suất xử lý, tốc độ làm việc, dung lượng nhớ… tuy nhiên về cấu trúc khối tổng quát thì giống như mô tả ở hình 1.5 * Thiết bị giao tiếp vào ra: Thiết bị giao tiếp vào-ra làm nhiệm vụ giao tiếp giữa thiết bị ngoại vi và thiết bị điều khiển. Chúng bao gồm một bộ giải mã địa chỉ A/D và hệ thống dẫn tin vào. Thông tin từ các thiết bị ngoại vi đưa tới ở dạng các tổ hợp mã 16 bits. Các tổ hợp mã này mang các thông tin cần thiết phải xử lý, chúng được truyền qua hệ thống các mạch "và" vào các thiết bị xử lý nhờ lệnh bộ xử lý đưa ra thông tin qua bộ giải mã địa chỉ A/D. Các thông tin sau khi được xử lý ở bộ xử lý trung tâm đưa ra các dạng tổ hợp mã 16 bits hay 32 bits. Sau khi giải mã tổ hợp mã nhị phân được dịch sang dạng thập phân và qua đầu ra của bộ giải mã để đưa tới thiết bị điều khiển tương ứng. 4.3. Các phương pháp dự phòng cho hệ thống điều khiển 4.3.1. Dự phòng cặp đồng bộ: Hai bộ xử lý PA, PB hoạt động đồng bộ với nhau, quá trình xử lý xảy ra ở PA, PB. Kết quả xử lý được so sánh kiểm tra. Nếu có sai khác, chương trình chuẩn đoán lỗi sẽ loại bỏ bộ xử lý hỏng. Phương pháp này không kiểm tra được lỗi phần mềm do cả hai giống nhau. Ta cần xử lý PA PB MA MB Bộ so sánh Hình 5. Hệ thống dự phòng cặp đồng bộ 4.3.2. Dự phòng phân tải Ta cần xử lý PA PB MA MB Ex Bộ so sánh Hai bộ xử lý PA và PB tiếp cận được với tất cả các nguồn tải nhưng mỗi bộ xử lý phần tải nó đảm nhiệm cơ cấu Ex không cho phép hai bộ xử lý cùng xử lý chung một tải. Ex: Cơ cấu bảo dưỡng tự động Hình 6- Dự phòng phân tải Toàn bộ quá trình hoạt động, mỗi bộ xử lý tự giám sát mình và giám sts bộ xử lý kia. Khi lỗi xảy ra, tài đang xử lý được giao cho bộ xử lý còn lại. Ưu điểm là tận dụng được công suất của bộ vi xử lý trong thời gian cao điểm. 4.3.3. Dự phòng nóng Phương pháp dự phòng nóng là phương pháp dự phòng đơn giản nhất. Hệ thống điều khiển dùng phương pháp dự phòng này cũng dùng hai bộ xử lý PA và PB cùng với các bộ nhớ riêng của nó là MA và MB. Trong đó một trong hai bộ làm việc còn bộ kia để dự phòng. Hai bộ xử lý này độc lập với nhau, mỗi bộ xử lý cần có đủ công suất để xử lý toàn bộ tải của khu vực nó đảm nhiệm. Ta cần xử lý PA PB MA MB CM CM: Bộ nhớ chung Hình 7 - Nguyên lý dự phòng nóng Tuy nhiên phương pháp dự phòng này có nhược điểm là một số công việc đang thực hiện trước khoảng chu kỳ sao chép của bộ nhớ chung sẽ bị xoá nếu sự cố xảy ra. Một tổng đài có dung lượng trung bình và nhỏ hay sử dụng phương pháp dự phòng này cho hệ thống điều khiển như TDX-1B. 4.3.4. Dự phòng N+1: Ở hệ thống dự phòng này có N+1 bộ xử lý, trong đó N bộ xử lý từ P1 tới Pn làm nhiệm vụ xử lý tải tức thời cho hệ thống; một bộ phận xử lý Pn+1 làm nhiệm vụ dự phòng. Ở trạng thái bình thường bộ xử lý này có thể đảm nhiệm một phần tải để xử lý. Như vậy tổng thể N+1 bộ xử lý có năng lực xử lý lớn hơn giá trị tải phát sinh theo thiết kế kỹ thuật. Trường hợp có sự cố xảy ra ở một bộ xử lý nào đó thì bộ xử lý dự phòng nhận toàn bộ tải của bộ xử lý có sự cố đảm nhiệm. Tải cần xử lý P1 Pn+1 M2 Mn+1 Mn P2 Pn M M1 Hình 8 - Hệ thống điều kiện dự phòng N+1 Phương thức dự phòng này có ưu điểm dễ dàng cấu trúc hệ thống theo kiểu Modular, thuận tiện để phát triển dung lượng của hệ thống. Mặt khác ở giờ cao điểm, tải lớn N+1 bộ xử lý có thể đảm nhiệm xử lý lượng tải lớn hơn bình thường. Như vậy khắc phục được hiện tượng ứ tải (quá tải) cho các bộ xử lý tờ thời gian cao điểm. Trong các tổng đài điện tử SPC hiện đại, hệ thống điều khiển là một tổ hợp của các hệ thống khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu và tính phức tạp của công việc mà nó đảm nhiệm và yêu cầu của trường chuyển mạch. Vì vậy người ta cấu trúc nó theo hệ thống nhiều cấp. 4.5. Xử lý cuộc gọi Trong tổng đài SPC xử lý gọi được phần mềm thao tác điều khiển thực hiện. Công việc xử lý gọi bao gồm: - Phát hiện khởi xướng cuộc gọi - Xử lý và trao đổi thông tin báo hiệu - Xác lập tuyến nối cho trường chuyểnmạch - Phiên dịch các chữ số và địa chỉ - Giám sát cuộc gọi - Giải toả cuộc gọi * Đặc điểm Bộ tập trung thuê bao có trường chuyển mạch trong SLC không hoạt động. Hai thuê bao trong bộ tập trung, muốn liên hệ với nhau thì bắt buộc qua bộ chuyển mạch tổng đài. Tuyến truyền dẫn bị hỏng thì chuyển mạch trong SLC hoạt động và thực hiện cho chuyển mạch cho thuê bao nội hạt. Phân phối chương trình Các chương trình đo thử Các chương trình định cuộc gọi Các chương trình điều khiển cuộc gọi Các bộ đệm trạng thái Các bộ đệm ghi phát Các hàng nhớ D\S lệnh Nhớ số liệu bán cố định Nhớ số liệu tạm thời Nhớ số liệu cố định Hình 9: Các chương trình xử lý gọi 4.6. Phân loại và chức năng báo hiệu 4.6.1. Phân loại báo hiệu Báo hiệu (Signalling) Báo hiệu thuê bao (Suber signalling) Báo hiệu tổng đài Báo hiệu kênh riêng (CAS) Báo hiệu kênh chung (CCS) Hình 10 - Cấu trúc chức năng báo hiệu 4.6.2. Chức năng báo hiệu a) Báo hiệu đường thuê bao Để bắt đầu cuộc gọi, thuê bao nhấc máy tạo ra tín hiệu xin quay số gửi đến tổng đài. Khi đó tổng đài phát tín hiệu mới quay số đến thuê bao, thuê bao có thì bắt đầu quay số đến thuê bao bị gọi. Nếu thuê bao bị gọi rỗi thì tổng đài sẽ gửi dòng chuông cho thuê bao bị gọi này, đồng thời tín hiệu hồi chương gửi trở lại thuê bao bị gọi. Nếu thuê bao bị gọi bận thì tín hiệu báo bận gửi đến thuê bao chủ gọi. b) Báo hiệu liên tổng đài Báo hiệu liên tổng đài có thể được truyền đi theo mỗi đường trung kế liên tổng đài riêng. Các tín hiệu này có tần số nằm trong băng tần tiếng nói hoặc băng tần tiếng nói gọi là tín hiệu ngoài băng. Các tín hiệu này có dạng sau: - Dạng xung: Tín hiệu được truyền đi là dạng xung. - Dạng liên tục: Tín hiệu báo hiệu liên tục về thời gian nhưng thay đổi về trạng thái đặc trưng như tần số. - Dạng áp chế: Tương tự như truyền đi bằng dãy xung nhưng khoảng cách truyền dẫn tín hiệu không ổn định trước mà kéo dài cho tới khi nào xác nhận của phía thu thông qua tín hiệu xác định nhận truyền từ đầu tư tới đầu phát. Phương thức báo hiệu này có độ tin cậy cao vì tạo điều kiện cho việc truyền dẫn các tín hiệu báo hiệu phức tạp. * Báo hiệu kênh riêng (CAS) Báo hiệu kênh riêng là hệ thống báo hiệu trong đó có các tín hiệu được truyền trên một đường báo hiệu riêng biệt. ex ex Đường thuê bao Đường trung kế Thuê bao ( ( Nhấc máy Âm mời quay số Quay số Tín hiệu chiếm Tín hiệu cho phép truyền Tín hiệu lựa chọn Tín hiệu chuông Tín hiệu hồi chuông Trả lời (nhấc máy) Tín hiệu ACK Đàm thoại Yêu cầu ngắt Tín hiệu kết thúc Đặt máy Tín hiệu xoá về Tín hiệu xoá đi Tín hiệu giữa các tổng đài Tín hiệu đường thuê bao Tín hiệu thuê bao Hình 11 - Luồng tín hiệu cơ bản Có nhiều hệ thống CAS khác nhau được sử dụng: Hệ thống báo hiệu xung thập phân gọi là xung đơn tần. Hệ thống báo hiệu hai tần số: (Ví dụ: hệ thống báo hiệu số 4 của CCITT). Hệ thống báo hiệu kênh đa tần: (Ví dụ hệ thống báo hiệu số 5 và hệ thống báo hiệu mã R1 của CCITT). Tóm lại: Kênh của hệ thống báo hiệu này hầu hết cách phát tín hiệu phổ biến là 8 dạng xung hoặc dạng tone. Đặc trưng của loại báo hiệu này là đói với mỗi kênh thoại có một đường tín hiệu báo hiệu rõ ràng. Tuy nhiên hệ thống báo hiệu này chậm, dung lượng nhỏ. * Báo hiệu kênh chung CCS: Để khắc phục những hạn chế của báo hiệu kênh riêng. Trong những năm 1960 khi tổng đài điện tử được đưa vào sử dụng thì phương thức báo hiệu kênh chung CCS cũng ra đời với những đặc tính vượt trội. Trong phương thức báo hiệu này, những đường số liệu cao giữa các bộ xử lý của tổng đài SPC được sử dụng để mang các thông tin báo hiệu. Các đường số liệu này tách rời với đường trung kế tiếng, mỗi đường số liệu này có thể mang thông tin báo hiệu cho vài trăm kênh tiếng gọi là kiểu báo hiệu kênh chung. Trong báo hiệu CCS thông tin báo hiệu cần chuyển được tạo thành các đơn vị tín hiệu gọi là các gói số liệu. Ngoài ra các thông tin về báo hiệu còn có các chỉ thị về kênh tiếng và các thông tin địa chỉ, thông tin về điều khiển lỗi. * Các khái niệm về mạng báo hiệu số 7: Trong báo hiệu CCS các tinh báo hiệu được định hướng qua mạng để thực hiện các chức năng thiết lập, duy trì giải phóng cuộc gọi và quản lý mạng. Các bản tin này các gói bản tin được định tuyến qua mạng, mặc dù mang thoại là chuyển mạch kênh nhưng báo hiệu được điều khiển bằng kỹ thuật chuyển mạch gói. Mạng báo hiệu bao gồm các điểm báo hiệu và các điểm báo hiệu được kết nối với nhau qua đường báo hiệu. Điểm báo hiệu (SP) là nút chuyển mạch hoặc nút xử lý trong một mạng báo hiệu được cài đặt chức năng báo hiệu số 7 của CCITT. Một tổng đài điện thoại hoạt động như một nút báo hiệu phải là tổng đài SPC và báo hiệu số 7 là dạng thông tin số liệu giữa các bộ vi xử lý. Một điểm báo hiệu trong một mạng báo hiệu đều được xác định bằng một mã riêng biệt 14 bits còn gọi là mã điểm báo hiệu. Điểm chuyển tiếp báo hiệu (STP) là điểm báo hiệu có khả năng định tuyến cho các bản tin, chuyển bản tin báo hiệu từ đường này đến đường khác mà không có khả năng xử lý các bản tin này. Một STP có thể là một nút định tuyến, báo hiệu thuần tuý hoặc có thể gồm cả chức năng của một điểm kết cuối. Để nâng cao độ tin cậy của mạng báo hiệu số 7 các STP thường phải có cấu trúc kép. * Các kiểu báo hiệu: - Kiểu kết hợp: Các bản tin báo hiệu và các đường tiếng giữa hai điểm, được truyền trên một tập hợp đường đầu nối trực tiếp hai điểm này với nhau. - Kiểu không kết hợp: Các bản tin báo hiệu liên quan đến các đường tiếng giữa hai điểm báo hiệu được truyền trên một hoặc nhiều đường qua một hoặc nhiều điểm chuyển tiếp báo hiệu. - Kiểu bán kết hợp: Là trường hợp đặc biệt của kiểu báo hiệu không kết hợp, các đường đi của bản tin báo hiệu được xác định trước và cố định trừ trường hợp định tuyến lại có lỗi. Hệ thống báo hiệu số 7 được thiết kế cho mạng viễn thông sử dụng các trung kế số, tốc độ đường truyền đạt 64 Kb/s với hệ thống giao tiếp mở OSI và giải pháp phân lớp mô hình OSI này được ứng dụng trong hệ thống báo hiệu số 7. Ngoài những đặc trưng trên hệ thống báo hiệu số 7 có những ưu điểm sau: - Tốc độ cao (thời gian thiết lập nhỏ hơn 1 s). - Dung lượng lớn (mỗi đường báo hiệu có thể mang đến hàng trăm cuộc gọi đồng thời) - Độ tin cậy cao (có tuyến báo hiệu dự phòng) - Tính kinh tế (kết cấu đơn giản) - Tính mềm dẻo, có nhiều loại báo hiệu do đó sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, thoả mãn nhu cầu thuê bao theo nhịp độ phát triển xã hội như: Mạng điện thoại công cộng, mạng số liên kết đa dịch vụ, mạng thông tin di động… - Có thể sử dụng được trên cả đường tương tự. Tính ưu việt của CCS so với CAS là: - CCS thoả mãn được những dịch vụ cao đòi hỏi tốc độ cao, dung lượng lớn. - CCS xử lý thông minh. - CCS có thể sử dụng và điều hành mạng tốt - Chất lượng thông tin tốt - Có khả năng phát triển - Hiệu quả sử dụng kênh báo hiệu cao. KẾT LUẬN Hiện nay hệ thống tổng đài SPC đã được triển khai lắp đặt và sử dụng tại rất nhiều Bưu điện trong các tỉnh thành cả nước. Nó đã khẳng định được vai trò quan trọng với các ưu điểm, tiện ích và các tính năng vượt trội so với các tổng đài khác, khẳng định vị trí quan trọng trong mạng viễn thông toàn cầu nói chung và trong mạng viễn thông Việt Nam nói riêng. Việc áp dụng rộng rãi hệ thống tổng đài SPC vào mạng viễn thông Việt Nam là một quyết định rất đúng đắn, bởi lẽ hệ thống đã áp dụng được mọi yêu cầu cho một mạng viễn thông với mọi loại hình mật độ dân số, từ tổng đài nội hạt dung lượng nhỏ đến tổng đài chuyển tiếp hay cửa ngõ quốc tế dung lượng lớn. Hơn thế nữa khi nâng cấp từng bộ phận độc lập với nhau trong hệ thống việc nâng cấp cũng trở nên dễ dàng hơn. Do đó hệ thống SPC sẽ đáp ứng cho các nhà kinh doanh viễn thông về giá cả cũng như các tính năng kỹ thuật, đáp ứng được nhu cầu tiết kiệm đầu tư trong quá trình lắp đặt. Hệ thống tổng đài SPC đáp ứng một phần không nhỏ trong công cuộc xây dựng và hoàn thiện một mạng lưới viễn thông đồng bộ rộng khắp, quản lý tập trung theo xu hướng đa dịch vụ hợp nhất. Trong quá trình học tập và nghiên cứu về tổng đài SPC đã giúp tôi tìm hiểu và nắm bắt được rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động cũng như vai trò của nó trong mạng viễn thông, điều đó đã giúp tôi rất nhiều trong việc hoàn thành cuốn đồ án này cũng như công việc sau này của tôi. MỤC LỤC