Tài liệu Kỹ thuật chuyển mạch 1 doc

H    





K THUT CHUYN MCH 1
 đ   
L  














H    

K THUT CHUYN MCH 1

 


1
L


K thut chuyn mch là mt trong nhng k thut nn tng trong các mng truyn thông.
S phát trin ca k thut chuyn mch luôn gn lin vi s phát trin ca h tng mng. 
đáp ng yêu cu nhn thc v các khía cnh k thut chuyn mch ca các lp i hc t xa,
nhóm tác gi thc hin biên so
n bài ging “C s k thut chuyn mch 1” da trên khung đ
cng ca Hc vin Công ngh Bu chính vin thông ban hành. Vi cách thc tip cn t các
vn đ mang tính c s tin ti các gii pháp k thut và gii pháp công ngh, nhóm biên son
thc hin b cc ni dung bài ging thành 4 chng. Các chng này cung cp cho ngi hc
nhng kin thc c b
n trong lnh vc chuyn mch gm các c ch hot đng và k thut
điu khin h thng chuyn mch, các gii pháp k thut chuyn mch, gii pháp công ngh c
bn trong mng vin thông và mng máy tính. Tiêu đ ca các chng nh sau:
Chng 1. Gii thiu chung v k thut chuyn mch;
Chng 2. K thut chuyn mch kênh;
Chng 3. K thut chuyn mch gói;
Chng 4. K thut chuyn mch tiên tin;
Các vn đ c s toán liên quan ti lnh vc chuyn mch, s phát trin ca k thut mng
và v trí chc nng cng nh tm quan trng ca k thut chuyn mch đc trình bày trong

chng 1. Chng 2 là các khía cnh mu cht nht trong k thut chuyn mch kênh bao gm
các dng tín hiu chuyn mch, cu trúc ma trn chuyn mch và các nguyên lý c b
n ca k
thut chuyn mch kênh. Các nhìn nhn v h thng chuyn mch gói trên phng din phân
lp theo mô hình OSI, kin trúc phn cng và các c s k thut chuyn mch gói, đnh tuyn
và báo hiu ca h thng chuyn mch gói đc trình bày trong chng 3. Chng 4 đ cp ti
các gii pháp k thut và gii pháp công ngh chuyn mch tiên tin ch yu hin nay trên c

s ca mng IP và ATM, mng th h k tip, công ngh chuyn mch mm và các ng dng
trong mng vin thông trong giai đon hi t hin nay.
Trong quá trình thc hin bài ging nhóm tác gi đã nhn đc rt nhiu s giúp đ và góp
ý chân thành t các ging viên ca b môn Chuyn mch, khoa Vin thông 1, Hc vin công
ngh bu chính vin thông. Nhóm biên son chân thành cm n và mong mu
n tip tc nhn
đc s góp ý ca các thy cô giáo và đc gi.
Trong quá trình biên son tài liu chc khó tránh khi mt s sai sót, nhóm tác gi rt mong
nhn đc s quan tâm và góp ý ca đc gi. Các ý kin góp ý qua mail xin đc gi v:

;








2

      

Chng m đu ca tài liu k thut chuyn mch I nhm gii thiu cho hc viên tng quan v
kin trúc mng vin thông, xu hng phát trin công ngh mng vin thông. Các khái nim c s
và các mô hình toán đa ra là c s ca các vn đ s đc đa ra trong các phn sau ca bài
ging. Xu hng phát trin và các công ngh mng hin đi đc gii thiu trong chng này
nh
m giúp hc viên nhìn nhn khái quát nhng hng tip cn mi trong lnh vc k thut
chuyn mch.
    
Vin thông là mt phn ca khái nim thông tin - mt dng thc chuyn giao thông tin.
Mng vin thông (telecommunications network) đc coi là h tng c s ca xã hi s dng k
thut đin, đin t và các công ngh khác đ chuyn giao thông tin. Mng vin thông gm tp hp
các nút mng, các đng truyn dn kt ni gia hai hay nhiu đim xác đnh và các thit b đ
u
cui đ thc hin trao đi thông tin gia ngi s dng. Mt cách khái quát chúng ta có th coi tt
c các trang thit b, phng tin đc s dng đ cung cp dch v vin thông to thành mng
vin thông. Thit b đu cui là các trang thit b ca ngi s dng đ giao tip vi mng cung
cp dch v. Thit b chuyn m
ch là các nút ca mng vin thông có chc nng thit lp và gii
phóng đng truyn thông gia các các thit b đu cui. Thit b truyn dn đc s dng đ ni
các thit b đu cui hay gia các nút vi nhau đ thc hin truyn các tín hiu mt cách nhanh
chóng và chính xác. Cùng tham gia xây dng mng vin thông có các nhà cung cp thit b, khai
thác thit b và các nhà cung cp dch v, v..v.
Cùng v
i s phát trin ca công ngh tiên tin là xu hng hi t mng truyn thông gia
mng c đnh, mng di đng và mng internet sang mng th h k tip NGN (Next Generation
Network). H tng mng vin thông thay đi không ngng nhm đáp ng các yêu cu ngày càng
cao ca ngi s dng, s tác đng này liên quan và nh hng ti rt nhiu lnh vc trên các yu
t khoa h
c công ngh và khoa hc k thut, trong đó bao gm k thut chuyn mch. Cun tài
liu “k thut chuyn mch” này tip cn t các vn đ c bn và mu cht nht trong lnh vc

chuyn mch ti các xu hng và gii pháp chuyn mch tiên tin nhm giúp ngi đc nhn
thc các khía cnh k thut liên quan ti lnh vc này.
Trong các phn
đu tiên ca tài liu s gii thiu các khái nim c s liên quan ti lnh vc
chuyn mch, sau đó là các k thut và nguyên tc hot đng ca các mng chuyn mch kênh và
chuyn mch gói cùng vi các vn đ liên quan nh đnh tuyn, đánh s và cht lng dch v.
Các k thut chuyn mch mi trong mng tc đ cao đc trình bày trong các chng cui là s

kt hp gia các gii pháp công ngh và gii pháp k thut, nhm th hin mô hình tng th ca
các công ngh tiên tin đang ng dng và trin khai trên mng vin thông hin nay.
   
M    
(i) nh ngha chuyn mch
Chuyn mch là mt quá trình thc hin đu ni và chuyn thông tin cho ngi s dng thông
qua h tng mng vin thông. Nói cách khác, chuyn mch trong mng vin thông bao gm chc
nng đnh tuyn cho thông tin và chc nng chuyn tip thông tin. Nh vy, theo khía cnh thông



3
thng khái nim chuyn mch gn lin vi lp mng và lp liên kt d liu trong mô hình OSI
ca T chc tiêu chun quc t ISO.
(ii) H thng chuyn mch
Quá trình chuyn mch đc thc hin ti các nút chuyn mch, trong mng chuyn mch
kênh thng gi là h thng chuyn mch (tng đài) trong mng chuyn mch gói thng đc
gi là thit b đnh tuyn (b đnh tuyn).
(iii) Phân loi chuyn mch
Xét v mt công ngh, chuyn mch chia thành hai loi c bn: chuyn mch kênh và chuyn
mch gói. Mt khác, chuyn mch còn đc chia thành bn kiu: chuyn mch kênh, chuyn
mch bn tin, chuyn mch gói và chuyn mch t bào. Các khái nim c s v công ngh chuyn

mch đc th hin trong hình 1.1 (a,b,c) di đây.
Mng chuyn mch kênh thit lp các mch (kênh) ch đnh riêng cho k
t ni trc khi quá
trình truyn thông thc hin. Nh vy, quá trình chuyn mch đc chia thành 3 giai đon phân
bit: thit lp, truyn và gii phóng.  thit lp, gii phóng và điu khin kt ni (cuc gi) mng
chuyn mch kênh s dng các k thut báo hiu đ thc hin. i ngc vi mng chuyn mch
kênh là mng chuyn m
ch gói, chia các lu lng d liu thành các gói và truyn đi trên mng
chia s. Các giai đon thit lp, truyn và gii phóng s đc thc hin đng thi trong mt
khong thi gian và thng đc quyt đnh bi tiêu đ gói tin.

a, Chuyn mch kênh; hai dòng thông tin trên hai mch khác nhau.

b, Chuyn mch gói; các tuyn đng đc lp trên mng chia s tài nguyên



4

c, Chuyn mch gói kênh o; các gói tin đi trên kênh o
Hình 1.1: Các kiu mng chuyn mch c bn
(iv) K thut lu lng TE
K thut lu lng TE (Traffic Engineering) đc coi là mt trong nhng vn đ quan trng
nht trong khung làm vic ca h tng mng vin thông. Mc đích ca k thut lu lng là đ
ci thin hiu nng và đ tin cy ca các hot đng ca mng trong khi ti u các ngun tài
nguyên và lu lng. Nói cách khác, TE là công c s dng đ ti u tài nguyên s d
ng ca
mng bng phng pháp k thut đ đnh hng các lung lu lng phù hp vi các tham s
ràng buc tnh hoc đng. Mc tiêu c bn ca k thut lu lng là cân bng và ti u các điu
khin ca ti và tài nguyên mng thông qua các thut toán và gii pháp k thut.

(v) Báo hiu trong mng vin thông
Báo hiu s dng các tín hiu đ điu khin truyn thông, trong mng vin thông báo hiu là
s trao đi thông tin liên quan ti điu khin , thit lp các kt ni và thc hin qun lý mng. Các
h thng báo hiu có th phân loi theo đc tính và nguyên tc hot đng gm: Báo hiu trong
bng và báo hiu ngoài bng, báo hiu đng và báo hiu thanh ghi, báo hiu kênh liên kt và báo
hiu kênh chung, báo hiu bt bu
c, v..v. Các thông tin báo hiu đc truyn di dng tín hiu
đin hoc bn tin. Các h thng báo hiu trong mng chuyn mch đin thoi công cng PSTN
(Public Switched Telephone Network) đc đánh s t No1-No7.
(vi)Mng tích hp dch v s bng rng B-ISDN
Cung cp các cuc ni thông qua chuyn mch, các cuc ni c đnh (Permanent) hoc bán c
đnh (Semi-Permanent), các cuc ni t đim ti đim ti đim hoc t đim ti đa đim và cung
cp các dch v yêu cu, các dch v dành trc hoc các dch v yêu cu c đnh. Cuc ni trong
B-ISDN phc v cho c các d
ch v chuyn mch kênh, chuyn mch gói theo kiu đa phng
tin (Multimedia), đn phng tin (Monomedia), theo kiu hng liên kt (Connection-
Oriented) hoc phi liên kt (Connectionless) và theo cu hình đn hng hoc đa hng.
  
Lý thuyt lu lng đc đnh ngha nh là ng dng ca lý thuyt xác sut đ gii quyt các
vn đn liên quan ti k hoch, đánh giá hiu nng, điu hành và bo dng h thng vin thông.
Nói mt cách tng quát hn, lý thuyt lu lng đc nhìn nhn nh là quy tc lp k hoch
mng, ni các công c (x lý ngu nhiên, hàng đ
i và mô phng s) đc đa ra t các nghiên
cu hot đng mng. Nhim v c bn ca lý thuyt lu lng là s dng các mô hình toán và
đa ra các mi quan h gia cp đ dch v GoS (Grade of Service) và kh nng ca h thng
thông qua các công c mô hình hoá và mô phng cho các h thng thc t. [1]

5
Lu lng trong k thut chuyn mch đc mô t qua các s kin đn ca các thc th ri rc
(yêu cu chim kênh, gói, t bào, v.v..), nó có th mô hình hoá bi tin trình đim. Có hai dng
tin trình đim là tin trình đm và tin trình gia hai s kin đn. Tin trình đm
t=0
{N(t)}
∞

là mt
chui giá tr nguyên dng thi gian liên tc, vi N(t)= max{n:T
n

≤
t} là s s kin đn trong
thi gian (0:t]. Tin trình gia hai s kin đn là mt chui s thc ngu nhiên
n=1
{An}
∞
vi An=
T
n
– T
n-1
là thi gian gia hai s kin đn th n và n-1.
Lu lng đc gi là lu lng t hp khi các gói đn theo tng nhóm.  đc trng cho
nhóm lu lng, k thut lu lng s dng tin trình đn theo nhóm
n=1
{Bn}
∞

trong đó Bn là s
đn v trong nhóm. Tin trình ti làm vic đc mô t qua chui
n=1
{Wn}
∞
vi Wn là lng ti
phc v ca h thng ti s kin đn th n.
Bng 1.1 di đây ch ra mt s ng dng c bn trong mng truyn thông đc mô t qua các
mô hình lu lng vi các hàm phân b c bn.

 
Thi gian tng tác phiên Hàm m
Thi gian phiên Hàm loga
Thi gian tng tác gói Hàm Pareto

Telnet
Kích thc gói Kích thc nh
Thi gian tng tác phiên Hàm m
FPT
Kích thc Hàm loga
Thi gian tng tác phiên Hàm m
Thi gian phiên Hàm loga
Thi gian tng tác gói Hng s


Thoi CBR
Kích thc gói C đnh
Thi gian tng tác khung C đnh Video VBR
Kích thc khung Phân b Gamma
Thi gian yêu cu tng tác Hàm m WWW

Kích thc gói Phân b Pareto
Bng 1.1: Mt s mô hình và hàm phân b cho các ng dng c bn

Phân b Erlang là mt phân b xác sut liên tc có giá tr dng cho tt c các s thc ln hn
zero và đc đa ra bi hai tham s:  sc k (s t nhiên;Int) và tham s t l
λ
(s thc; real).
Khi tham s k =1 phân b Erlang tr thành phân b m. Phân b Erlang là trng hp đc bit
ca phân b Gamma khi tham s k là s t nhiên, còn trong phân b gamma k là s thc. Hàm
mt đ xác sut ca phân b Erlang đc ch ra trên hình 1.2 di đây.



6

Hình 1.2: Hàm mt đ xác sut ca phân b Erlang

1
(;, )
(1)!
kk k
xe
fxk
k
λ
λ
λ
−−
=
−

vi x>0
Nu s dng tham s nghch đo  = 1 /  ta có:
1
(;, )
(1)!
x
k
k
xe
fxk
k
θ
θ
θ
−
−
=
−
vi x>0
Erlang là đn v đo lu lng ng dng rt nhiu trong k thut chuyn mch. Lu lng đo
bng Erlang đ tính toán cp đ dch v GoS và cht lng dch v QoS (Quality of Service)
trong đó GoS đc coi là khía cnh v mt k thut ca cht lng dch v QoS. Hai công thc
tính Erlang đc s dng rng rãi trong k thut lu lng
đ tính GoS là công thc Erlang B và
công thc Erlang C, ngoài ra còn có các công thc nh Erlang B m rng và Engset.
Erlang B cho phép tính toán xác sut yêu cu mt ngun tài nguyên s b t chi vì lý do thiu
tài nguyên. Mô hình lu lng Erlang B thng đc s dng đ tính toán trong bài toán thit k
các tuyn ni trong k thut chuyn mch kênh, trên công thc Erlang B (1.1) th hin xác sut
mt ngun tài nguyên s b t chi. Công thc tng quát đc ch ra di đây:

0
!
!
N
x
N
x
A
N
P
A
x
=
=
∑
(1.1)

Trong đó:
N: s tài nguyên trong h thng
A: Lu lng đo bng Erlang
P: Xác sut b t chi
Mc đ chim dng tuyn ni hoc thit b trong k thut chuyn mch kênh thng đc
đo lng bng tc đ đn các cuc gi và thi gian chim gi th hin qua công thc:

Asλ
= (1.2)
Trong đó:
A là lu lng tính bng Erlang,

7
λ
là tc đ đn ca cuc gi,
s là thi gian chim gi trung bình.
Thông thng, các giá tr
λ
và s là các giá tr trung bình bi trong thc t các cuc gi đn và
thi gian chim gi là ngu nhiên, các khong thi gian gia các cuc gi đn và phân b thi
gian có th đc xác đnh qua phng pháp thng kê, trên c s đó nhm xây dng mu mô hình
lu lng (Bng tham chiu lu lng). Mt cách tip cn khác cng thng đc s dng là da
trên phng trình trng thái cuc g
i nhm tính kh nng tc nghn ca thit b.
Erlang C cho phép tính toán thi gian đi khi yêu cu tài nguyên trong trng hp tài nguyên
hn ch. Mô hình lu lng Erlang C s dng rt nhiu trong k thut chuyn mch gói gn vi
các c ch hàng đi khác nhau, ví d (M/M/1).
N
1
N
0
A
(0)
A!(1)
!
x
N
x
P
AA
N

N x
−
=
>=
+−
∑
(1.3)
Trong đó:
N: S tài nguyên trong h thng
A: S lu lng yêu cu
P: Xác sut đi ti thi đim khi to t>0.
Quá trình Markov là mt quá trình mang tính ngu nhiên (
stochastic process
) thng s dng
đ mô t các h thng không nh vi đc tính nh sau: trng thái
c
k
ti thi đim
k
là mt giá tr
trong tp hu hn
. Vi gi thit rng quá trình ch din ra t thi đim 0 đn thi
đim N và rng trng thái đu tiên và cui cùng là đã bit, chui trng thái s đc biu din bi
mt vect hu hn
C
= (
c
0
,...,
c

N
).
Nu
P
(
c
k
|
c
0
,
c
1
,...,
c
(
k
ứ 1)
) biu din xác sut (kh nng xy ra) ca trng thái
c
k
ti thi đim
k
khi
đã tri qua mi trng thái cho đn thi đim
k
ứ 1. Gi s trong quá trình đó thì
c
k
ch ph thuc

vào trng thái trc
c
k
ứ 1
và đc lp vi mi trng thái trc khác. Quá trình này đc gi là
quá
trình Markov bc 1
(
first-order Markov process
). Có ngha là xác sut đ trng thái
c
k
xy ra ti
thi đim
k
, khi bit trc mi trng thái cho đn thi đim
k
ứ 1 ch ph thuc vào trng thái
trc, ví d: trng thái
c
k
ứ1
ca thi đim
k
ứ 1. Khi đó ta có công thc sau:
01 1 1
( , ,..., ) ( )
kkkk
Pc c c c Pc c
−−

|=| (1.4)
Nói tóm li, mt h có thuc tính Markov đc nhìn nhn là quá trình Markov (bc 1).
Nh vy, vi quá trình Markov bc
n
, xác sut trng thái đc th hin qua công thc di đây:
01 1 1
( , ,..., ) ( ,..., )
kkkknk
Pc c c c Pc c c
−−−
|=| (1.5)
Nu xác sut chuyn trng thái xy ra có các giá tr nguyên (0, 1, 2..,n,,) thì đó là chui
Markov ri rc và đi ngc vi nó là chui Markov liên tc.
(i) Chui markov ri rc
Chui Markov thi gian ri rc bao gm mt tp hp các trng thái và xác sut chuyn đi
gia chúng ti nhng khong thi gian ri rc nhau. Vi yêu cu xác sut chuyn đi gia các
trng thái là mt hàm ch ph thuc vào trng thái. S chuyn đi này không cn xut hin ti
nhng khong thi gian xác đnh mà ch tuân theo mt quy lut thi gian nào đó.




8





Hình 1.3: Chuyn tip hai trng thái chui Markov ri rc
Nu không gian trng thái là hu hn, phân b xác sut chuyn trng thái có th đc biu din

di dng ma trn có tên gi là ma trn chuyn đi trng thái. Ma trn chuyn đi trng thái P
đc cu thành t các phn t (i,j) th hin qua công thc p
ij
= P(c
k+1
=j⏐c
k
=i), nu chui markov
là chui markov thi gian thun nht thì ma trn chuyn đi trng thái P ch ph thuc vào k.
K thut chui Markov thi gian ri rc áp dng cho các s đ trng thái tu ý, mà các s đ
này liên kt các đi tng khác nhau vi mt s điu kin. Nêú mt s trng thái không th
chuyn đn trng thái khác thì tin trình mc li, bi vì chui này đc rút g
n thành 2 hay nhiu
hn 2 chui riêng l. Vic tng s lng trng thái s mô t h thng chính xác hn nhng cng
làm tng đ phc tp tính toán.
(ii) Chui Markov thi gian liên tc
Xét mt h thng đa ngi s dng kt ni ti mt b đnh tuyn hay truy nhp thit b chuyn
mch. Mt kiu mô hình cho loi h thng này là xem các s kin xy ra ti các khong thi gian
rt nh. Khi gia s thi gian tin ti 0, giá tr gn đúng đó là mô hình cho thi gian liên tc. Tuy
nhiên, bây gi chúng ta phi s dng các phép tính vi phân toán hc thay cho nhng phép nhân
xác su
t đn gin đc s dng đ phân tích chui Markov thi gian ri rc. Xét h thng có s
trng thái có th xy ra là j=0,1,2,....n. Trc ht, ta xác đnh xác sut chuyn đi trng thái t
trng thái i sang trng thái j vi thi gian t h thng đang  trng thái i theo công thc:

()
tqtttq
ijij
Δ=Δ+ ., (1.6)
Tham s q

ij
là xác sut mà h thng chuyn t trng thái i sang trng thái j trong khong thi gian
vô cùng nh ∆t. t q
ij
nh là tc đ chuyn đi trng thái. Ta quy v trng hp chung là tc đ
chuyn đi ca chúng nhn các giá tr khác nhau ph thuc vào trng thái ca h thng nh mt
tin trình MMPP (Markov modulate Poisson Process). Do đc tính ca h thng Markov ch ph
thuc vào khong thi gian tng so vi trc đó (∆t), vì vy kt qu  trên đúng vi tt c các giá
tr c
a thi gian t. Bây gi, đnh ngha trng thái h thng bi giá tr ngu nhiên x(t)=j vi mt đ
xác sut cho di đây :

])(Pr[)(
jtxt
j
==Π
Chúng ta có th đa ra xác sut h thng  trng thái j ti thi gian t nh sau (xác sut chuyn
trng thái đc ch ra trên hình 1.4):

( ) () ()[1 ]
jjijjij
ij kj
tt tqt t qt
≠≠
Π+Δ=Π Δ+Π − Δ
∑∑
(1.7)
Trong đó, phn đu ca v phi phng trình 1.7  trên là xác sut mà h thng đang  trng
thái khác và chuyn v trng thái j trong khong thi gian ∆t. Phn sau ca v phi là xác sut mà
h thng vn  trng thái j trong sut thi gian ∆t.

P00=1-a
P10=b
P11=1-b
0
1
P01=a



9










Hình 1. 4: S chuyn đi trng thái trong chui Markov thi gian liên tc
Mô hình chui Markov đc ng dng trong k thut chuyn mch trong các bài toán mô hình
hoá lu lng, tính toán kh nng tc nghn, cp đ phc v GoS ca trng chuyn mch và mt
s vn đ điu khin khác. Tuy nhiên, vi mng đa dch v mt s bài toán lu lng phi đc
xét  mô hình thích hp hn, ví d nh mô hình lu lng t t
ng đng. Ví d di đây ch ra
mt ng dng ca mô hình Markov trong tính toán bài toán tc nghn.
Nh phn trên đã trình bày, trong thc t các cuc gi đn và thi gian chim gi là ngu

nhiên vì vy s có rt nhiu dng mô hình mu lu lng khác nhau. Gi thit tng s lng thit
b là N và i biu din s các cuc gi đang trong quá trình x lý, i s tng ng v
i s thit b bn
và thng đc gi là trng thái ca mng và h thng s tc nghn khi i=N.  mô t kh nng
tc nghn ta gi thit:
̇ Các cuc gi đn đc lp;
̇ Tc đ đn ca cuc gi khi mng trong trng thái i là λ
i
;
̇ Tc đ đi ca cuc gi khi trng thái i là µ
i
;
̇ Ch mt s kin (cuc gi đn hoc đi) xy ra trong mt thi đim.
Lu đ trng thái đc th hin trong hình 1.5 di đây:

Hình1.5: Lu đ chuyn trng thái cuc gi
Trng thái (N+1) đc coi là trng thái tc nghn, vì vy (0
i N
≤ ≤ ) vi i: 1, 2, 3…
λ
i
liên quan trc tip ti lu lng yêu cu, µ
i
đc xác đnh bi đc tính ca t nhiên lu lng.
 xác đnh xác sut ca h thng trong trng thái i, ta phi tìm các xác sut trng thái. Xác sut
trng thái h thng trong trng thái i ti thi gian t+dt đc xác đnh bng tng các xác sut sau:
̇ Xác sut h thng trong trng thái i và thi đim t vi điu kin không có cuc gi đn
hoc đi.
̇ Xác su
t h thng trong trng thái i -1 ti thi đim t và mt cuc gi đn trong thi gian

dt.
t t+∆t

n
n-1
.
.
j
.
.

1
qnj
qoj
1-∑qjk.∆t



10
̇ Xác sut h thng trong trng thái i+1 ti thi đim t và mt cuc gi gii phóng trong
thi gian dt.
Ta có biu thc biu din xác sut trng thái h thng [i] ti i nh sau:
[i]
t + dt
= [i]
t
(1-λ
i
dt - μ
i

dt) + [i +1]
t
(μ
i +1
dt) +[i -1]
t
(λ
i-1
dt)
hay
( [i]
t + dt
- [i]
t
)/ dt = - (λ
i
+μ
i
) [i]
t
+ μ
i +1
[i +1]
t
+ λ
i-1
[i -1]
t ;
(1.8)
i= 1, 2, 3, ..

Ta xét i = 0 là trng hp đc bit và µ
0
=0 (không có cuc gi đi t trng thái 0),
λ
-1
= 0 (không
tn ti trng thái -1). Phng trình ti công thc 1.8 trên tr thành:
0
t1t
[0] [0]
[0] [1]
tdt t
t
d
μ
λ
+
−
=− +
;
Cho dt tin ti 0
t
0
t1t
t
[0]
[0] [1]
d
d
μ

λ
=− +

m rng ti trng thái i ta có:
()
t
1
t1 t t
t
[i]
[i] [i +1] [i -1]
d
ii
ii
d
μμ
λλ
−
+
=− + + +

Nu ta gi thit s đc lp ca các xác sut trng thái là bng 0 thì d[i]/ dt = 0; ta có:
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
010
11 2
01;( )10 2
μ μμ
λ λλ
=+=+
(1.9)

dng tng quát nh sau:

()
[] [ ] [ ]
1
1
11
ii
ii
ii i
μ μ
λλ
−
+
+=−++

Ta đã có:
[] [ ] [ ] [ ]
12
23
1 2 ; 2 3 ;....
μ μ
λ λ
== (1.10)
Thay các giá tr t công thc 1.10 vào công thc 1.9 đc công thc tng quát sau:
[] []
1
1
i
i

ii
μ
λ
−
−= (1.11)
Công thc 1.11 th hin khái nim cân bng trng thái trong h thng vi s lng cuc gi
đn h thng cân bng vi s lng cuc gi đi ra khi h thng khi h thng trong trng thái i.
Công thc trên thng đc s dng trong tính toán xác sut tc nghn và thi gian tc nghn ca
các cuc gi trong h thng chuyn mch kênh.

Phân b Poisson là phân b xác sut ri rc, nó mô t xác sut ca mt s các s kin xy ra trong
mt khong thi gian nu các s kin này xy ra vi mt tc đ trung bình bit trc, và đc lp
vi thi gian xy ra s kin cui phía trc. Quá trình Poisson là mt chui Markov vi thi gian
liên tc. Hàm mt đ xác sut ca phân b Poisson đc ch ra trên hình 1.6.



11

Hình 1.6: Hàm phân b mt đ xác sut ca phân b Poisson

()
()(;)
!
tk
rt
et
PN k fk t
k
λ

λ
λ
−
== = (1.12)
Trong đó:
λ : Tc đ đn trung bình
N
t
: S lng s kin trc thi đim t
k: S lng các s kin
Nu thi gian đi T ca bin c đu tiên là mt bin ngu nhiên liên tc vi phân b hàm m
(
λ
) thì công thc 1.12 có th rút gn thành công thc 1.13 di đây:

()(0)
t
rrt
PT t PN e
λ
−
>= = =
(1.13)
Mt quá trình Poisson là mt quá trình ngu nhiên đc đnh ngha theo s xut hin ca các
bin c. Mt quá trình ngu nhiên
N
(
t
) là mt quá trình Poisson (thi gian-thun nht, mt chiu)
nu:

̇ S các bin c xy ra trong hai khong con không giao nhau là các bin ngu nhiên đc
lp.
̇ Xác sut ca s bin c trong mt khong con [
t
,
t
+ ] nào đó đc cho bi công thc
1.13. Bin ngu nhiên
N
t
mô t s ln xut hin trong khong thi gian [
t
,
t
+ ] tuân theo
mt phân b Poisson vi tham s .
Các quá trình Poisson thi gian thun nht (
time-homogeneous
) đc xut phát t các quá
trình Markov thi gian liên tc thi gian thun nht.
S cuc đin thoi ti tng đài trong mt khong thi gian xác đnh có th có mt phân b
Poisson, và s cuc đin thoi ti trong các khong thi gian không giao nhau có th đc lp
thng kê vi nhau. ây là mt quá trình Poisson mt chiu. Trong các mô hình đn gin, ta có th
gi thit mt t l
trung bình là hng s, ví d  = 12.3 cuc gi mi phút. Trong trng hp đó,
giá tr k vng ca s cuc gi trong mt khong thi gian bt k là t l trung bình nhân vi
khong thi gian, 
t
. Trong các bài toán thc t hn và phc tp hn, ngi ta s dng mt hàm t
l không phi là hng s: (

t
). Khi đó, giá tr k vng ca s cuc đin thoi trong khong gia
thi đim
a
và thi đim
b
là
()
b
a
tdtλ
∫
.



12

Lý thuyt hàng đi là mt trong các công c toán hc mnh cho vic phân tích c lng trong
các h thng vin thông và các mng máy tính. Lý thuyt hàng đi thông thng đc áp dng
cho các h thng lý tng đ đa ra kt qu gn đúng cho mt mô hình thc t. Tính cht chung
ca các gii pháp ng dng lý thuyt này là làm rõ hn các đc trng lu lng, đ cung cp d
báo nhng ranh gi
i ln hn trên nhng kt qu nghiên cu nht đnh và chúng có th rt hu ích
trong vic kim tra tính chính xác và hp lý ca các gi thit thng kê. Lý thuyt hàng đi là mt
hng phát trin ca lý thuyt xác sut đ nghiên cu các quá trình liên quan đn hàng đi và
cung cp các phng pháp phân tích hoc dng thc đóng (closed form) trong vài lnh vc nht
đnh.
Lý thuyt hàng đi khi phát mt cách t nhiên trong vic nghiên cu các mng chuy
n mch

kênh và chuyn mch gói. Trong mng chuyn mch kênh cuc gi s đn mt phng tin
chuyn mch theo mt kiu ngu nhiên, mi cuc gi s gi mt kênh trong mt thi gian ngu
nhiên nào đó và quá trình ch đc phc v ca các cuc gi ng dng lý thuyt hàng đi. Trong
mng chuyn mch gói, các bn tin có đ dài bin đi đc chuy
n qua mng,  đó các phng
tin truyn dn (các chuyn mch và kt ni) đc chia s bi các gói. Thi gian s dng trong
b đm là mt trong nhng tiêu chun hot đng mng. D nhiên thi gian này ph thuc thi
gian x lý, đ dài bn tin hoc mt ngi s dng đn mt phng tin phc v (nút và tuyn liên
kt) và b buc ph
i đi khi phng tin này bn. Vì vy, hàng đi là mt gii pháp không th
thiu trong các k thut chuyn mch lu đm và chuyn tip.
Trong ng dng tng tác và thi gian thc, thng thì thi gian tr li trung bình đc xem
nh mt tiêu chun thc hin quan trng, trong khi  các ng dng khác, thông lng h thng là
tiên chun thc hin c bn. Các mô hình phân tích da trên phân tích hàng đi đ
c s dng đ
d kin s thc hin ca nhiu vn đ thc t.
Cho dù lý thuyt hàng đi phc tp v mt toán hc thì vic phân tích hot đng ca mt h
thng mng s dng mô hình hàng đi có th đn gin đi rt nhiu.  có th áp dng vào thc
tin, chúng ta cn nhng kin thc v khái ni
m thng kê c bn và hiu bit v vic áp dng lý
thuyt hàng đi.
Mô t hàng đi Kendall
D.G.Kendall đ xut ký hiu cho các h thng hàng đi: A/B/X/Y/Z. Thông thng mô hình
Kendall đc xét theo nguyên tc đn trc phc v trc FCFS, đn sau phc v trc LCFS,
phc v theo th t ngu nhiên SIRO và chia s x lý PS. Trong đó:
̇ A: phân b thi gian tin trình đn
̇ B: phân b thi gian phc v
̇ X: s lng server
̇ Y: dung lng tng cng ca h thng
̇

Z: s lng các khách hàng
Các h thng hin đi ph thuc rt ln vào phn mm và x lý đi vi các công vic điu
khin và qun lý h thng. Trong các h thng chuyn mch gói, các b đm đc s dng cho
các nhim v xp hàng đi x lý. Tt c các hàng đi đu có th phân tích bi các lý thuyt hàng
đi, đó là mt tp các mô hình toán nhm tìm ra các giá tr
đo lng ( ví d: thi gian tr). Phân
tích di đây ch ra mt c ch hàng đi thông thng nht; hàng đi M/M/1:Thi gian ca tin



13
trình đn đc phân b theo hàm m âm hay theo tin trình Poisson ( thc cht là tin trình không
nh hoc có tính Markov) A := M.
̇ Thi gian đn ca các s kin theo tin trình Markov
̇ Thi gian phc v phân b theo hàm m âm B := M.
̇ H thng ch có 1 server.
̇ Hàng đi có không gian đm là vô hn.
Ta có xác sut h thng trong trng thái i đc xác đnh trong công thc sau:

[] []
1
i
A
ii
s
μ
=−
(1.14)
Vì có 1 server nên
μ

là c đnh và đc lp vi i, thêm vào đó ta đã có
.
Asλ
=
(1.2) nên:
μ
i
=
μ

và
.
Asλ
=
thay vào công thc 1.14 ta có.

[] []
.
1
i
s
ii
s
λ
μ
=− và
[] [][]
( )
[]
2

10;2 0
λλ
μμ
==. (1.15)
T ct 1.15 ta rút ra công thc tng quát :
[]
()
[]
0
i
i
λ
μ
=
hay
[]
0
1;
i
i
∞
=
=
∑

( )
[]
0
01;
i

i
λ
μ
∞
=
=
∑

Hay:
[]
()
0
1
0
i
i
λ
μ
∞
=
=
∑
và
[]
( )
()
0
i
i
i

i
λ
μ
λ
μ
∞
=
=
∑
(1.16)
Gi thit tc đ đn
λ
nh hn tc đ phc v
μ
đ tránh cho hàng đi tng lên vô hn, gi hiu
sut s dng là ρ= λ/ μ . T công thc 1.16 ta có:

[]
0
i
i
i
i
ρ
ρ
∞
=
=
∑
(1.17)

Mu s có th trin khai di dng (1- ρ
-1
); nên ta vit li công thc 1.17 nh sau:

[]
()
1
i
i ρ
ρ
=− (1.18)
Gi N là giá tr trung bình ca s khách hàng đn trong hàng đi đc tính bng tng các xác sut
trng thái h thng, ta có:
[]
2
00
(1 )
.(1 )
(1 ) 1
i
ii
Nii i
ρ ρρ
ρ
ρ ρ
ρ
∞∞
==
−
== −= =

− −
∑∑
hoc
N
λ
μ λ
=
−
(1.19)
Thi gian đi trung bình (T) ca gói trong h thng là thi gian tng ca thi gian trong hàng đi
cng vi thi gian phc v. T có th quan h vi N theo công thc sau: T=
.
Nλ
, thay N t công
thc 1.19 ta có:
T= (μ - λ)
-1
(1.20)
T công thc 1.20 ta có quan h thi gian đi vi tc đ đn và đi ca các gói đc th hin qua
hình v 1.7 di đây.



14

Hình 1.7: Thi gian tr ph thuc vào tc đ đn và tc đ phc v ca hàng đi
Nh vy, tc đ đn ca các s kin đn tng dn t 1/μ và đt ti trng thái bão hoà khi tc đ
đn λ bng tc đ phc v μ.
     
Vào khong thp niên 60 ca th k 20, xut hin sn phm tng đài đin t s là s kt hp

gia công ngh đin t vi k thut máy tính. Tng đài đin t s công cng đu tiên ra đi đc
điu khin theo chng trình ghi sn SPC (Stored Program Control),đc gii thiu ti bang
Succasunna, Newjersey, USA vào tháng 5 nm 1965. Trong nhng nm 70 hàng lot các t
ng đài
thng mi đin t s ra đi. Mt trong nhng tng đài đó là tng đài E10 ca CIT –Alcatel đc
s dng ti Lannion (Pháp). Và tháng 1 nm 1976 Bell đã gii thiu tng đài đin t s công cng
4ESS. Hu ht cho đn giai đon này các tng đài đin t s đu s dng h thng chuyn m
ch
là s và các mch giao tip thuê bao thng là Analog, các đng trung k là s. Mt trng hp
ngoi l là tng đài DMS100 ca Northern Telecom đa vào nm 1980 dùng toàn b k thut s
đu tiên trên th gii. H thng 5ESS ca hãng AT&T đc đa vào nm 1982 đã ci tin rt
nhiu t h thng chuyn mch 4ESS và đã có các chc nng tng thích vi các dch v mng s

tích hp dch v ISDN (Integrated Service Digital Network). Sau đó hu ht các h thng chuyn
mch s đu đa ra các cu hình h tr cho các dch v mi nh ISDN, dch v cho mng thông
minh và các tính nng mi tng thích vi s phát trin ca mng li.
Khong nm 1996 khi mng Internet tr thành bùng n trong th gii công ngh thông tin, nó
đã tác đng mnh m đn công nghip vin thông và xu h
ng hi t các mng máy tính, truyn
thông, điu khin. H tng mng vin thông đã tr thành tâm đim quan tâm trong vai trò h tng
xã hi. Mt mng có th truyn bng rng vi các loi hình dch v thoi và phi thoi, tc đ cao
và đm bo đc cht lng dch v QoS (Quality Of Service) đã tr thành cp thit trên nn
tng ca mt k thu
t mi: K thut truyn ti không đng b ATM (Asynchronous Transfer
Mode). Các h thng chuyn mch đin t s cng phi dn thay đi theo hng này cùng vi các
ch tiêu k thut, giao thc mi. Mt ví d đin hình là các h thng chuyn mch kênh khi cung
cp các dch v Internet s có đ tin cy khác so vi các cuc gi thông thng vi thi gian
chim dùng cu
c gi ln hn rt nhiu, và cng nh vy đi vi các bài toán lu lng. S thay
đi ca h tng mng chuyn đi sang mng th h k tip NGN đã và đang tác đng rt ln ti

các h thng chuyn mch, di đây trình bày mt s vn đ liên quan ti mng NGN và các đc
đim ca quá trình hi t m
ng ca h tng mng công cng. Mng chuyn mch kênh công cng
PSTN và IP (Internet Protocol) đang dn hi t ti cùng mt mc tiêu nhm hng ti mt h
tng mng tc đ cao có kh nng tng thích vi các ng dng đa phng tin tng tác và đm
bo cht lng dch v. Hình 1.8 di đây ch ra xu hng hi t trong h t
ng mng công cng:



15

Hình 1.8: Xu hng hi t công ngh mng công cng
S khác bit này bt đu t nhng nm 1980, PSTN chuyn hng tip cn sang phng thc
truyn ti bt đng b ATM đ h tr đa phng tin và QoS, sau đó chuyn hng sang công
ngh kt hp vi IP đ chuyn mch nhãn đa giao thc hin nay. Trong khi đó Internet đa ra mt
tip cn hi khác vi PSTN qua gii pháp trin khai kin trúc phân lp d
ch v CoS (Class Of
Service) và hng ti đm bo cht lng dch v QoS thông qua mô hình tích hp dch v
IntServ và phân bit dch v DiffServ, các chin lc ca Internet theo hng tng thích vi IP,
mng quang và hng ti mng chuyn mch nhãn đa giao thc tng quát GMPLS (Generalized
MultiProtocol Label Switch). Công ngh chuyn mch nhãn đa giao thc MPLS ra đi vào nm
2001 là s n lc kt hp hai phng thc chuyn mch hng k
t ni (ATM, FR) vi công ngh
chuyn mch phi kt ni (IP), công ngh chuyn mch nhãn đa giao thc MPLS đnh ngha khái
nim nhãn (Label) nm trên mt lp gia lp 2 và lp 3 trong mô hình OSI, vi mc tiêu tn dng
ti đa các u đim ca chuyn mch phn cng (ATM, FR) và s mm do, linh hot ca các
phng pháp đnh tuyn trong IP. Mt s quc gia có h tng truy
n ti cáp quang đã phát trin
tt có xu hng s dng các k thut chuyn mch quang và s dng các công ngh trên nn

quang nh GMPLS, IP qua công ngh ghép bc sóng quang WDM (Wavelength Division
Multiplexing), kin trúc chuyn mch trong mng th h k tip NGN
Trong môi trng mng hin nay, s phân cp h thng thit b biên (ni ht), thit b quá
giang và thit b lõi trong mng cung cp các dch v PSTN vn đang t
n ti. Các mng bao trùm
nh FR, ATM và Internet đang đc trin khai song song và to ra nhu cu kt ni liên mng. Các
truy nhp cng thêm gm cáp đng, cáp quang và truy nhp không dây đang đc trin khai làm
đa dng và tng mt đ truy nhp t phía mng truy nhp.
S tng trng ca các dch v truy nhp đã to nên sc ép và đt ra 3 vn đ chính đi vi h
thng chuyn mch b
ng rng đa dch v: Truy nhp bng thông rng, s thông minh ca thit b
biên và truyn dn tc đ cao ti mng lõi. Các thit b truy nhp bng thông rng bao gm các
thit b h tng mng truyn thng (tng đài PSTN ni ht) và các module truy nhp đng dây s
DSLAM (Digital Subcriber Line Access Mutiplexer) phi truyn ti và đnh tuyn mt s lng
ln các lu lng tho
i và d liu ti thit b g mng. Các thit b g mng hin có rt nhiu
dng gm VoiP Các cng truy nhp cho thit b VoiP (Voice Over IP), cng trung k, chuyn
mch ATM, b đnh tuyn IP và các thit b mng quang. Các thit b biên cn phi h tr các
chc nng nhn thc, cp quyn và tài khon AAA (Authentificaton, Authorization và
Accounting) cng nh nhn dng các lu
ng lu lng t phía khách hàng, vì vy vic qun lý và
điu hành thit b biên là mt vn đ rt phc tp.




16

Hình 1.9: Các thit b chuyn mch trong mô hình mng công cng đin hình
Vi môi trng mng PSTN trc đây, các thit b lõi mng chu trách nhim chính trong điu

hành và qun lý và điu này đc thay đi chc nng cho các thit b g mng trong môi trng
NGN. Các h thng chuyn mch đa dch v cn phi h tr các chuyn mch lp 3 trong khi vn
phi duy trì các chuyn mch lp 2 nhm h tr các dch v ATM và FR truy
n thng, có đ tin
cy cao và phi tích hp tt vi các h tng có sn.
Hn na, các h thng chuyn mch phi có đ mm do ln nhm tng thích và đáp ng các
yêu cu tng trng lu lng t phía khách hàng. Vì vy, c ch điu khin các h thng chuyn
mch đã đc phát trin theo hng phân lp và module hoá nhm nâng cao hiu nng chuyn
mch và đm bo QoS t đu cui ti đu cui. Hng tip cn máy ch cuc gi CS (Call
Server) và hng trin khai phân h đa dch v IP (IMS) đc trình bày di đây ch ra nhng s
thay đi ln trong lch s phát trin h thng chuyn mch.
       
Hng tip cn máy ch cuc gi CS đc hình thành trong quá trình chuyn đi các h tng
mng chuyn mch kênh sang chuyn mch gói trong mng PSTN.  thc hin quá trình chuyn
đi và truyn thoi trên nn IP, mt gii pháp có th thc thi là to ra mt thit b lai có th
chuyn mch thoi  c dng kênh và gói vi s tích hp ca phn mm x lý cuc gi.
iu này
đc thc hin bng cách tách riêng chc nng x lý cuc gi khi chc nng chuyn mch vt
lý. Thit b B điu khin cng đa phng tin MGC (Media Gateway Controller) đc coi là
thành phn mu cht trong gii pháp k thut chuyn mch mm Softswitch.
Thc cht ca khái nim chuyn mch mm chính là phn mm thc hin chc n
ng x lý
cuc gi trong h thng chuyn mch có kh nng chuyn ti nhiu loi thông tin vi các giao
thc khác nhau (chc nng x lý cuc gi bao gm đnh tuyn cuc gi và qun lý, xác đnh và
thc thi các đc tính cuc gi). Theo thut ng chuyn mch mm thì chc nng chuyn mch vt
lý đc thc hin bi cng đa ph
ng tin MG (Media Gateway), còn x lý cuc gi là chc
nng ca b điu khin cng đa phng tin MGC.
Mt s lý do chính cho thy vic tách 2 chc nng trên là mt gii pháp tt:

17
̇ Cho phép có mt gii pháp phn mm chung đi vi vic x lý cuc gi. Phn mm này
đc cài đt trên nhiu loi mng khác nhau, bao gm c mng chuyn mch kênh và
mng gói (áp dng đc vi các dng gói và môi trng truyn dn khác nhau).
̇ Là đng lc cho các h điu hành, các môi trng máy tính chun, tit kim đáng k trong
vic phát trin và ng dng các phn m
m x lý cuc gi.
̇ Cho phép các phn mm thông minh ca các nhà cung cp dch v điu khin t xa thit
b chuyn mch đt ti tr s ca khách hàng, mt yu t quan trng trong vic khai thác
tim nng ca mng trong tng lai.
Chuyn mch mm thc hin các chc nng tng t chuyn mch kênh truyn thng nhng
v
i nng lc mm do và các tính nng u vit hn. Các u đim ca chuyn mch mm mang li
là do vic chuyn mch bng phn mm da trên cu trúc phân tán và các giao din lp trình ng
dng m.
Trong chuyn mch truyn thng, phn cng chuyn mch luôn đi kèm vi phn mm điu
khin ca cùng mt nhà cung cp. iu này làm tng tính đc quyn trong vic cung cp các h
thng chuyn mch, không cung cp mt môi trng kin to dch v mi, làm gii hn kh nng
phát trin các dch v mi ca các nhà qun tr mng. Khc phc điu này, chuyn mch mm đa
ra giao din lp trình ng dng m API (Application Programable Interface), cho phép tng
thích phn mm điu khi
n và phn cng ca các nhà cung cp khác nhau. iu này cho phép các
nhà cung cp phn mm và phn cng có đc ting nói chung và tp trung vào lnh vc ca
mình. Vi các giao din lp trình m, chuyn mch mm có th d dàng đc nâng cp, thay th
và tng thích vi ng dng ca các nhà cung cp khác nhau.
Chuyn mch mm đc xây dng trên c s mng IP, x lý thông tin mt cách trong sut,
cho phép đáp 
ng nhiu loi lu lng khác nhau. c xây dng theo cu hình phân tán, tách

các chc nng khác khi chc nng chuyn mch cng làm cho nhim v chuyn mch tr nên
đn gin hn và do đó nng lc x lý mnh m hn. Công ngh chuyn mch mm làm gim tính
đc quyn ca các nhà cung cp, góp phn tng tính cnh tranh và do đó gim giá thành ca h
thng chuyn mch m
m.
H    đ 
 thc hin hi t gia mng di đng vi mng c đnh theo hng IP hoá hoàn toàn, mng th
h k tip NGN ng dng ti mng 3G (Third Generation) trong nhiu cách. Vào nm 2000,
3GPP( 3
rd
Generation Partnership Project) đã thit lp các đc tính ca WCDMA R4 (Wireless
Code Division Multiple Access Release 4), đó là ln đu tiên đa khái nim chuyn mch mm
vào trong h thng mng lõi di đng. S thay đi này nh hng ti kin trúc mng, các giao
din mng, s phát trin ca các dch v trong h thng thông tin di đng hng s phát trin ca
3G ti NGN. Trong kin trúc mng, NGN và 3G đu nhm chuyn hng tách bit gia lp
điu
khin và lp kênh mang trong các giao thc giao tip. 3G và NGN đa ra rt nhiu giao thc nh:
Giao thc điu khin đc lp kênh mang BICC (Bearer Independent Call Control), Giao thc
khi to phiên SIP/SIP-T (Session Initiation Protocol), giao thc điu khin báo hiu
H.248/Megaco, giao thc truyn ti báo hiu trong nn IP (SIGTRAN),v..v. 3G và NGN không
ch cung cp các dch v nh thoi mà còn là các dch v đa phng tin thông qua các giao din
dch v m. iu này t
o kh nng kin to các dch v mi qua các nhà cung cp th 3. Các dch
v có th kin to đng thi trên c vùng mng c đnh và và vùng mng di đng. Các phiên bn
R4/R5 đu đnh hng theo kin trúc NGN nh vy, khi kin trúc chuyn mch mm đc ng
dng trong vùng NGN 3G, nó đc gi là chuyn mch mm di đng. Gii pháp tích hp và h



18

tr các dch v IP trong di đng đc thc hin qua phân h IMS (Internet Multimedia
Subsystem) nm ti biên vùng mng c đnh và di đng.

Ni dung c bn ca chng 1 gii thiu các khái nim và thut ng c bn s dng trong k
thut chuyn mch, mt s c s toán s đc s dng trong tính toán mt s tham s ca trng
chuyn mch, lch s và kin trúc mng chuyn mch hin nay và hng tip cn ca các công
ngh chuyn mch hin
đi.


19
K   
Trong chng k thut chuyn mch kênh s trình bày vi ngi đc các vn đ liên quan ti
mng chuyn mch đin thoi công cng PSTN, gm các khuôn dng tín hiu s, phng pháp
chuyn đi các tín hiu thoi tng t sang s, cu trúc khung truyn dn theo tiêu chun Châu
âu và Bc m. Tâm đim quan trng nht ca k thut chuyn mch kênh là các h thng
chuy
n mch trong đó là các trng chuyn mch, vì vy các đc đim mu cht ca k thut
chuyn mch kênh đc trình bày qua các nguyên lý, nguyên tc cu to và phng thc hot
đng ca các trng chuyn mch gm có: chuyn mch thi gian, chuyn mch không gian
và chuyn mch ghép. Phng pháp ghép ni đa tng chuyn mch và nguyên lý ghép ni c
bn ch ra cách thc tip c
n và xây dng các h thng chuyn mch thc t. Phn cui ca
chng 2 trình bày hai trng chuyn mch trong h thng chuyn mch thc t đang khai
thác ti Vit nam.
C     
K thut chuyn mch kênh da trên nguyên tc thit lp kênh ni dành riêng cho các cuc
ni đ phc v cho quá trình truyn tin qua mng. K thut chuyn mch kênh đóng vai trò
quan trng trong các h thng mng vin thông k t mng chuyn mch đin thoi công cng
truyn thng PSTN đn các mng quang hin đi. Trong chng 2 ca cun tài liu này s

trình bày các vn đ k
 thut chuyn mch kênh đc ng dng trong mng đin thoi công
cng PSTN và tp trung vào các nguyên lý c bn ca chuyn mch kênh tín hiu s.
H tng mng PSTN truyn thng phc v cho truyn thông thoi thi gian thc và liên tc.
Các h thng chuyn mch kt ni vi nhau qua các phng tin truyn dn to thành mng
chuyn mch, nhim v
ca các h thng chuyn mch là thc hin vic kt ni cho các cuc
gi t đu cui ti đu cui mng, bao gm c các đng dn báo hiu và đng dn thông tin.
Quá trình kt ni thc hin theo yêu cu ca thit b đu cui và đnh tuyn da trên đa ch
đc đánh s theo tiêu chun E.164 ca ITU-T [2]
Chuyn mch kênh tín hi
u s là quá trình kt ni, trao đi thông tin s trong các khe thi
gian đc phân chia theo phng thc chia thi gian TDM. Vi mc tiêu tìm hiu v nguyên
tc hot đng ca các h thng chuyn mch kênh, ta xem xét ln lt các vn đ: Quá trình
chuyn đi tín hiu tng t sang tín hiu s theo nguyên lý PCM (Pulse Code Modulation),
trao đi ni dung thông tin trong các khe thi gian, lu lng ca mng chuyn mch kênh và
nguyên lý cu trúc ca chuyn mch không gian và thi gian trong h
thng chuyn mch
kênh, k thut ghép ni trng chuyn mch và các trng chuyn mch trong thc t.
K  đi 
K thut điu ch xung mã PCM là mt quá trình gm nhiu bc nhm thc hin vic
chuyn đi tín hiu tng t thành tín hiu s, mc dù k thut này có th ng dng vi mt s
dng tín hiu tng t khác nhau nh: thoi, video. Nhng trên thc t k thut này thng
đc ng dng cho tín hiu thoi trong mng PSTN. K thut
điu ch xung mã PCM ra đi
nm 1969, các đc tính k thut đc mô t trong khuyn ngh G.711 ca ITU-T nm 1988
(sách xanh). Mt h thng PCM 30 đc mô t trong hình 2.1 di đây, h thng gm 30
kênh thoi có gii hn tn s trong khong (0.3kHz – 3.4kHz) và ly mu ti tn s 8 kHz. Các
tín hiu xung s ca tín hiu tng t sau quá trình ly mu đc mã hoá di dng nh phân

20
và truyn đi trong h thng truyn dn. Ti đu cui thu tín hiu, mt quá trình hoàn nguyên
tín hiu đc thc hin nhm khôi phc li dng tín hiu phía phát.

Hình 2.1: H thng PCM đin hình
Trc khi xem xét các đc tính ca các bc bin đi ta xem xét th hin đn gin qua hình
v 2.1 .

Hình 2.2: Các bc bin đi trong nguyên lý PCM
c trng ca k thut bin đi tín hiu thoi tng t sang tín hiu s có th chia thành
các bc đc mô t nh sau:
  
Di ph ca tín hiu thoi bao gm nhiu loi tn s có khong tn s t 50Hz ti 20 kHz.
Tuy nhiên, ph tn s có vùng nng lng tp trung ln vào khong 0.8kHz – 1.2 kHz. 
gim thiu bng tn truyn dn, k thut PCM s dng di ph t 0.3kHz (f
min
) – 3.4 kHz
(f
max
) và chn tn s tín hiu ly mu 8kHz tuân th theo đnh lý Niquist f
s
≥ f
max
[2]. Phng
pháp ly mu trong k thut PCM là phng pháp ly mu theo biên đ tín hiu, các xung ly
mu đc gi là xung PAM ( Pulse Amplitude Modulation). Các xung tín hiu sau khi ly mu
đc đa vào h thng ghép kênh phân chia theo thi gian TDM (Time Division Multiplexer),
nh vy khong thi gian gia các tín hiu ly mu T s bng đúng tn s ly mu và bng
125μS. T = 1Úf

s
= 1/8.000Hz = 125μS.




21

Lng t hoá là mt quá trình bin đi các mu tín hiu tng t thành các giá tr ri rc
đ truyn trong các h thng s. Các mu tín hiu PAM đc so sánh vi mt tp hu hn các
mc lng t đ xác đnh và gán các mu xung PAM vào các mc lng t tng ng. Gi
thit khong cách gia hai mc lng t là δV thì khong cách đim gia (V
j
) ca hai mc
lng t cng là δV. Bt k mu tín hiu nào trong vùng V
j
± δVÚ2 đu đc nhn cùng mt
mc lng t. Quá trình làm tròn này s gây ra các sai s trong quá trình bin đi thông tin t
tng t sang s. Các li này là các li ngu nhiên và đc gi là nhiu lng t, đ tính toán
đc nhiu lng t cn phi nm rõ hàm mt đ xác sut biên đ ca tín hiu đu vào ly
mu.
 gim nhiu lng t có th s
 dng phng pháp tng s lng mc lng t, nhng
điu này s kéo theo s lng các thông tin cn phi truyn đi, đng ngha vi vic tng bng
thông cho tín hiu. Mt tip cn khác da theo đc tính ca dng sóng tín hiu là phng pháp
lng t hoá không đu, các tín hiu thoi có đc tính xác sut xut hin biên đ nh ln hn
nhiu so v
i xác sut xut hin biên đ ln. Vì vy, hàm s loga đc chn cho hàm phân b
mc lng t.

Trong thc tin, ngi ta s dng k thut nén-giãn tín hiu (COMPANDING) tc là thc
hin vic nén mu tín hiu đ thc hin mã hoá và cui cùng là giãn tín hiu vi các tham s
ngc vi các tham s nén đ hoàn nguyên tín hiu. Quá trình nén đc thc hin theo hàm
loga, các mu tín hiu ln đc nén nhiu hn các mu tín hiu nh nhm đa t s Tín
hiu/nhiu (S/N) ca các giá tr tín hiu đu vào v
 giá tr không đi. Hai tiêu chun ca
ITU-T s dng cho k thut nén-dãn là lut A và lut μ.
Lc đ nén – giãn tín hiu theo lut A và lut μ đc khuyn ngh trong tiêu chun G.711
ca ITU-T nén các mc tín hiu 16 bit theo phng pháp lng t hoá tuyn tính thành 8 bit.
Lut A đc mô t qua công thc 2.1 di đây.
A* |x|
1 + ln (A) 0≤ |x| < 1ÚA (2.1)
F (x) =
Sgn(x) * ( 1 + ln( A|x|)
1 + ln (A) 1ÚA ≤ |x
| ≤ 1
Trong đó: Sgn (x) là hàm du
A là hng s xác đnh mc nén A = 87,6.
A|x| là hàm nén tín hiu
x giá tr mu đa vào nén (nguyên)
Công thc 2.1 gm hai thành phn cho mc tín hiu trong khong (0 – 1/A) có dng tuyn
tính, và mc tín hiu ln (1/A – 1) có dng logarithm và s đc ly xp x hoá theo các
segments (đon) tuyn tính.Vùng tuyn tính đm bo khi tín hiu vào x = 0 thì tín hiu ra F(x)
= 0; Vùng phi tuyn đm bo khi tín hiu vào x =1 thì tín hiu ra F(x)=1. K thut PCM s

dng 256 mc lng t cho tín hiu thoi và đc chia thành 2 cc tính dng (+) và âm (-)
thông qua bit du.
Nh vy, mi na ca tín hiu s gm 128 mc lng t. S lng bit s dng đ biu din
các mc lng t là 8 bit( xem ví d trên hình 2.3). c tính nén theo lut A s dng 8 đon

22
cho cc tính (+) và 8 đon cho cc tính (-), các bc lng t đc tng theo c s 2. Trong
mi đon s dng 4 bit đ biu din 16 mc lng t đu.

Hình 2.3: c tuyn nén lng t theo lut A

Lut μ đc mô t qua công thc 2.2 di đây:
Sgn(x) * ln( 1 + μ|x|)
ln (1 + μ) 0 ≤ |x| ≤ 1
Trong đó: Sgn (x) là hàm du (2.2)
μ là hng s xác đnh mc nén μ= 255.
μ⏐x⏐ là hàm nén tín hiu
x giá tr mu đa vào nén (nguyên)
Công thc 2.2 ch ra toàn b di tín hiu đu vào đc nén theo dng logarithm, nh vy s
lng đon trong lut μ là 15 đo
n và đc chia thành hai cc tính (+) và âm (-). Lut μ đc
s dng trong các h thng PCM 24 kênh.
Các đc đim tng t ca hai lut nén dãn tín hiu:
̇ C hai lut đu s dng phng pháp xp x tuyn tính theo quan h loga.
̇ u s dng t mã 8 bit đ mã hoá. Tc đ bit cho kênh là 8 bit x 8 kHz = 64 kb/s.
̇ Tip cn phân đon đ thc hin mã hoá tng t nhau.
Các đc đim khác bit gia hai lut nén dãn tín hiu :
̇ Phng pháp xp x tuyn tính khác nhau cho các đng cong khác nhau.
̇ Các bit gán cho các segment và các mc lng t trong segment khác nhau.
̇ Lut A cung cp di đng ln hn lut μ.
̇ Lut μ cung cp t s S/N ti min tín hiu mc thp tt hn lut A.
Quá trình mã hoá tín hiu trong k thut PCM thc hin vic chuyn đi các mu tín hiu
đã lng t hoá thành các mã nh phân 8 bit. Khuôn dng ca mt t mã PCM nh sau: X = P
ABC DEGH ; X th hin t mã, P là bít du, ABC là bit ch th phân đon, DEGH là bit ch

th các mc lu lng trong đon. Trong thc t, quá trình lng t và mã hóa đc thc hin
đng thi trong mt chip vi x lý theo lut A hoc lut μ.
F(x) =


23
C 
Tiêu chun G.704 ITU-T mô t các dng cu trúc khung tín hiu PCM cho các phng tin
truyn dn và chuyn mch. Trong mc này chúng ta xem xét cu trúc khung và đa khung ca
h thng PCM 24 (T1) và h thng PCM 30/32 (E1).
 đ
Cu trúc khung PCM 24 đc mã hoá theo lut μ và có mt s đc tính c bn sau:
̇ Tc đ truyn 1,544 Kb/s; Mt khung gm 24 DS0 (64 kb/s).
̇  dài khung là 125 μs có 193 bit đc đánh s t 1- 193;
̇ Bit đu tiên ca mi khung đc s dng đ xp khung, giám sát và cung cp liên kt
s liu.

Hình 2.4: Cu trúc đa khung PCM 24
̇ K thut mã hoá đng dây : AMI, B8ZS.
̇ Cu trúc đa khung gm hai khuôn dng: DS4 nhóm 12 khung, và khung m rng EPS
nhóm 24 khung (hình 2.4 th hin cu trúc đa khung 24).
̇ Bit báo hiu F s dng đ xp đa khung, liên kt d liu, kim tra và báo hiu đc
ch đnh trong tng khung th hin trong bng 2.1 di đây.
S 
S  
đ
S
đ




S 

1 1 m 1-8
2 194 e
1
1-8
3 387 m 1-8
4 580 0 1-8
5 773 m 1-8
6 966 e
2
1-7 8 A
7 1159 m 1-8
8 1352 0 1-8
9 1545 m 1-8