Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 1: Khái quát về hệ thống viễn thông

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông PSTN 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 1.3 Các công nghệ chuyển mạch trong mạng viễn thông 1.4 Các hạn chế trong mạng viễn thông hiện nay 1 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN  Định nghĩa 1 : Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng.  Thành phần cấu thành mạng viễn thông: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối 2 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN 3 Hình 1.1 Các thành phần chính của mạng viễn thông Gồm: Tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế. Dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền đưa các tín hiệu điện Gồm 2 loại: -Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao -Thiết bị truyền dẫn cáp quang Gồm 2 loại: -Truyền hữu tuyến -Truyền vô tuyến 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN  PSTN (Public Switching Telephone Network)  Xây dựng trên cơ sở chuyển mạch kênh.  Cung cấp tốc độ 64kbps cho kết nối giữa các thuê bao.  Họat động trên phương thức kết nối có hướng, bao gồm 3 giai đoạn:  Thiết lập kết nối  Duy trì kết nối  Giải phóng và phục hồi kết nối Page 4 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN  Các thành phần cơ bản của PSTN Page 5 Tổng đài nội hạt (End Office) Tổng đài quá giang (Tandem) Telephone Tổng đài nội hạt (End Office) Tổng đài quá giang (Tandem)Trung kế (Trunk) Thuê bao (Subscriber) Mạch vòng thuê bao (Local Loop) Page 6 Các thành phần cơ bản của PSTN  Thuê bao  Chuyển đổi tín hiệu thân thuộc với con người thành tín hiệu thích hợp có thể truyền qua mạng.  Telephone, Facsimile, PC  Mạch vòng thuê bao  Liên kết giữa thuê bao và mạng  Cung cấp phương tiện truyền tải tín hiệu thoại, báo hiệu, nguồn giữa mạng và thuê bao. Page 7 Các thành phần cơ bản của PSTN  Node chuyển mạch (tổng đài)  Thiết lập nối kết cho các cuộc gọi theo yêu cầu, bao gồm  Các cuộc gọi nội đài  Các cuộc gọi liên đài.  Tổng đài chuyển tiếp (transit, tandem, toll office) nối các tổng đài với nhau.  Tổng đài nội hạt (Local Exchange, End Office, Center Office): tổng đài nối trực tiếp với thuê bao  Trung kế  Phương tiện truyền dẫn giữa hai tổng đài 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN 8 Định nghĩa 2: Mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau. 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN 9 Hình 1.2 Cấu hình mạng cơ bản 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN 10 Hình 1.3: Phân cấp số các node chuyển mạch hiện nay 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN 11 Các kiểu kiến trúc mạng - Mạng hình sao: Nút mạng trung tâm được đấu nối kiểu nan hoa với các nút mạng khu vực cấp thấp hơn. Thích hợp để đấu nối các nút mạng cấp 4 và 5 - Mạng mắt lưới: ở cấu trúc này, tất cả các nút mạng được đấu nối trực tiếp với nhau. Kiến trúc này phù hợp với mạng cấp cao (nút cửa quốc tế hay chuyển tiếp quốc gia) 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN 12 Các kiểu kiến trúc mạng - Mạng hỗn hợp: trong các mạng kết nối kiểu hỗn hợp, sử dụng cả phương thức kết nối mắt lưới và hình sao CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông PSTN 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 1.3 Các công nghệ chuyển mạch trong mạng viễn thông 1.4 Các hạn chế trong mạng viễn thông hiện nay 13 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 14 Xét về khía cạnh các chức năng của các hệ thống thiết bị trên mạng thì mạng viễn thông bao gồm: Mạng chuyển mạch Mạng truy nhập Mạng truyền dẫn  Các mạng chức năng 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 15 Mạng chuyển mạch - Mạng chuyển mạch: có chức năng chuyển dữ liệu từ một giao diện này và phân phối nó sang một giao diện khác, lựa chọn đường đi tốt nhất mà vẫn lưu giữ được các thông tin. - Ở Việt Nam, mạng chuyển mạch có 4 cấp (dựa trên các cấp tổng đài chuyển mạch): quá giang quốc tế, quá giang đường dài, nội tỉnh và nội hạt Nút cấp 1 Nút cấp 2 Nút cấp 3 Nút cấp 4 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 16 Mạng chuyển mạch - Nút cấp 1 (tổng đài quốc tế): có 3 cửa đi quốc tế Hà Nội – Đà Nẵng – TP. Hồ Chí Minh. Thiết bị chuyển mạch là tổng đài AXE-105 của hãng Ericsson. - Nút cấp 2 (Tổng đài chuyển tiếp quốc gia): gồm các tổng đài Toll đặt ở Hà Nội, TP. HCM, Đà Nẵng, đảm nhiệm việc chuyển tiếp lưu lượng đường dài và giữa các vùng lưu lượng. - Nút cấp 3 (Trạm host và vệ tinh): các trạm host được nối với nhau và với các tổng đài toll theo 1 vòng ring cấp 1. sau đó mỗi host lại được nối với các trạm vệ tinh của nó bởi 1 hoặc vài vòng ring cấp 2 - Nút cấp 4 (Các tổng đài độc lập): tổng đài độc lập dung lượng nhỏ được nối với các host và tổng đài vệ tinh theo phương thức hình sao 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 17 Mạng chuyển mạch Hình: Cấu trúc mạng chuyển mạch PSTN Ring mạng quốc gia Ring các host (cấp 1) Ring vệ tinh (cấp 2) 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 18 Mạng chuyển mạch - Các đơn vị điều hành mạng chuyển mạch: VTI, VTN và các bưu điện tỉnh - VTI: quản lý các tổng đài chuyển mạch quá giang quốc tế - VTN: quản lý các tổng đài chuyển mạch quá giang đường dài tại 3 trung tâm Hà Nội, Đà Nẵng và TpHCM - Bưu điện tỉnh: quản lý các tổng đài chuyển mạch nội hạt và nội tỉnh 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 19 Mạng chuyển mạch - Các loại tổng đài có trên mạng viễn thông Việt Nam: A1000E của Alcatel, EAX61Σ của NEC, AXE10 của Ericsson, EWSD của Siemens. - Các công nghệ chuyển mạch được sử dụng: chuyển mạch kênh (PSTN), X.25 relay, ATM (số liệu) - Nhìn chung mạng chuyển mạch tại Việt Nam còn nhiều cấp và việc điều khiển bị phân tán trong mạng (điều khiển nằm tại các tổng đài). 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 20 Mạng truy nhập - Là chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa SNI và UNI - Mạng truy nhập chịu trách nhiệm truyền tải tín hiệu đến các thuê bao - Các mạng cung cấp dịch vụ khác nhau có mạng truy nhập tương ứng PSTN ISDN PDN Mạng Truy nhập POTS ISDN V.24 V.25 SNI UNI 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 21 Mạng truyền dẫn - Hệ thống thiết bị truyền dẫn trên mạng viễn thông VNPT hiện nay chủ yếu sử dụng hai loại công nghệ là: cáp quang SDH và vi ba PDH. - Cáp quang SDH: Thiết bị này do nhiều hãng khác nhau cung cấp là: Northern Telecom, Siemens, Fujitsu, Alcatel, Lucent, NEC, Nortel. Các thiết bị có dung lượng 155Mb/s, 622 Mb/s, 2.5 Gb/s. - Vi ba PDH: Thiết bị này cũng có nguồn gốc từ nhiều hãng cung cấp khác nhau như Siemens, Alcatel, Fujitsu, SIS, SAT, NOKIA, AWA. Dung lượng 140 Mb/s, 34 Mb/s và n*2 Mb/s. Công nghệ vi ba SDH được sử dụng hạn chế với số lượng ít. - Mạng truyền dẫn có 3 cấp: mạng truyền dẫn quốc tế, mạng truyền dẫn liên tỉnh và mạng truyền dẫn nội tỉnh. 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 22 Mạng truyền dẫn liên tỉnh - Mạng truyền dẫn liên tỉnh bằng cáp quang: Mạng truyền dẫn đường trục quốc gia nối giữa Hà Nội và TpHCM dài 4000km, sử dụng STM-16, được chia thành 4 vòng ring tại Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Qui Nhơn và TP.HCM Hà Nội Hà Tĩnh Đà Nẵng Quy Nhơn TP.HCM 884km 834km 817km 1424km - Các đường truyền dẫn khác: Hà Nội – Hải Phòng, Hà Nội– Hòa Bình, TpHCM – Vũng Tàu, Hà Nội – Phủ Lý – Nam Định, Đà Nẵng – Tam Kỳ. Các tuyến truyền dẫn liên tỉnh này dùng STM-4 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 23 Mạng truyền dẫn liên tỉnh Mạng truyền dẫn liên tỉnh bằng vô tuyến: dùng hệ thống vi ba SDH (STM-1, dung lượng 155Mbps), PDH (dung lượng 4Mbps, 6Mbps, 140Mbps). Chỉ có tuyến Bãi Cháy – Hòn Gai dùng SDH, các tuyến khác dùng PDH. 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 24 Mạng truyền dẫn nội tỉnh Khoảng 88% các tuyến truyền dẫn nội tỉnh sử dụng hệ thống vi ba. Trong tương lai khi nhu cầu tải tăng thì các tuyến này sẽ được thay thế bởi hệ thống truyền dẫn quang. 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 25 Mạng chức năng - Mạng báo hiệu - Mạng đồng bộ - Mạng quản lý 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 26 Mạng báo hiệu - Vai trò của báo hiệu trong mạng viễn thông: thiết lập, giám sát, giải phóng cuộc gọi và cung cấp dịch vụ nâng cao. - Phân loại báo hiệu:  Báo hiệu đường dây thuê bao  Báo hiệu liên đài : gồm có báo hiệu CAS và CCS CAS : gồm báo hiệu trạng thái đường và báo hiệu thanh ghi (R2) CCS: báo hiệu kênh chung 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 27 Mạng báo hiệu - Mạng viễn thông Việt Nam sử dụng hai loại báo hiệu R2 và SS7 -Báo hiệu R2 là báo hiệu CAS, và là báo hiệu tương tự nên dung lượng thấp, đang dần được loại bỏ. -Báo hiệu SS7:được đưa vào khai thác tại Việt Nam theo chiến lược triển khai từ trên xuống dưới theo tiêu chuẩn của ITU (khai thác thử nghiệm từ năm 1995 tại VTN và VTI). Cho đến nay, mạng báo hiệu số 7 đã hình thành với một cấp STP (Điểm chuyển mạch báo hiệu) tại 3 trung tâm (Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh) của 3 khu vực (Bắc, Trung, Nam) và đã phục vụ khá hiệu quả. 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 28 Mạng báo hiệu SS7 ở Việt Nam 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 29 Mạng đồng bộ - Mục đích của mạng đồng bộ là tạo ra sự đồng nhất về tín hiệu xung nhịp của các thiết bị trong mạng. - Các phương pháp đồng bộ mạng:  Phương pháp cận đồng bộ: các nút trong mạng được cung cấp bởi một tín hiệu đồng bộ chuẩn, chất lượng cao, khi đó các nút hoạt động một cách độc lập về mặt xung nhịp  Phương pháp đồng bộ tương hỗ: Mỗi nút mạng vẫn có một đồng hồ chuẩn nhưng xung nhịp cấp cho nút này được lấy trung bình.  Phương pháp đồng bộ chủ tớ : có đồng hồ chuẩn, độ chính xác cao thực hiện chức năng cung cấp tín hiệu đồng bộ cho các nút mạng khác. 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 30 Mạng đồng bộ - Mạng đồng bộ của VNPT được bố trí theo lãnh thổ với ba đồng hồ chủ PRC tại Hà Nội, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh và một số đồng hồ thứ cấp SSU (Synchronous Source Unit) - Mạng đồng bộ Việt Nam hoạt động theo nguyên tắc chủ tớ có dự phòng, bao gồm 4 cấp : 1. Cấp 0: cấp đồng hồ chủ quốc gia 2. Cấp 1: cấp mạng được đồng bộ trực tiếp từ đồng hồ chủ PRC tới tổng đài nút chuyển tiếp quốc tế, quốc gia và đồng hồ thứ cấp 3. Cấp 2: cấp nút nội hạt - được đồng bộ từ đồng hồ cấp 1 tới các tổng đài host và các tổng đài 4. Cấp 3: là cấp mạng được đồng bộ từ đồng hồ cấp 2 tới các thiết bị thuộc phần mạng cấp thấp hơn. 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 31 Mạng đồng bộ - Mạng được phân thành 3 vùng độc lập, mỗi vùng có 2 đồng hồ mẫu, một đồng hồ chính và một đồng hồ dự phòng. Các đồng hồ này được đặt tại trung tâm của 3 vùng và được điều chỉnh theo phương thức cận đồng bộ 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 32 Mạng quản lý TMN - Mục đích: khai thác, bảo dưỡng và kiểm soát mạng một cách hiệu quả nhất và cung cấp số liệu thu được qua những hoạt động trên cho việc quy hoạch thiết kế và xây dựng - Dự án xây dựng trung tâm quản lý mạng viễn thông quốc gia đang trong quá trình chuẩn bị để tiến tới triển khai. 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 33 Các nhà cung cấp dịch vụ - Tại nước ta có 2 dạng nhà cung cấp dịch vụ: đó là các nhà cung cấp dịch vụ truyền thống (chủ yếu là thoại) và nhà cung cấp dịch vụ mới (các dịch vụ số liệu, Internet,). - Các nhà khai thác dịch vụ truyền thống bao gồm tổng công ty bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT), công ty viễn thông quân đội (Vietel), công ty cổ phần viễn thông Sài Gòn (SPT), công ty viễn thông điện lực (ETC). - Các nhà khai thác dịch vụ mới bao gồm FPT, SPT, Netnam, Các loại mạng trong hệ thống viễn thông nước ta  Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hoá bằng 5 bit (mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 tới 300 bit/s).  Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POTS (Plain Old Telephone Service): ở đây thông tin tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN  Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21.  Các tín hiệu truyền hình có thể được truyền theo ba cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna Television) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, hay còn gọi là truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System). 34 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông PSTN 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 1.3 Các công nghệ chuyển mạch trong mạng viễn thông 1.4 Các hạn chế trong mạng viễn thông hiện nay 35 1.3 CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG VIỄN THÔNG Chuyển mạch T (Time)  Các số liệu đưa vào được nạp vào các khe thời gian trong một khung (frame).  Mỗi đường thoại tương ứng với 1 khe thời gian cụ thể  Mạch chuyển mạch thay đổi 1 khe thời gian của 1 luồng số liệu cụ thể đến khe thời gian của 1 luồng số liệu khác. (Quá trình trao đổi khe thời gian)  Chức năng chuyển mạch khe thời gian liên quan đến việc chuyển mạch từ 1 khe thời gian được đưa vào đến khe thời gian được lựa chọn ngẫu nhiên được đưa ra.  Ví dụ: chuyển từ khe thời gian 7 của luồng đầu vào → khe thời gian 2 của luồng đầu ra, thông tin từ thuê bao được ghi ở khe thời gian đưa vào số 7 được gửi đến thuê bao được chỉ thị bằng khe thời gian số 2 ở đầu ra. 36 1.3 CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG VIỄN THÔNG Chuyển mạch T (Time) Quy trình chuyển mạch theo khe thời gian 37 1.3 CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG VIỄN THÔNG Chuyển mạch S (Space)  Đối với những hệ thống lớn thì các yêu cầu về bộ nhớ và tốc độ truy nhập có thể không đáp ứng nổi với công nghệ hiện nay.  Để tăng hiệu suất của hệ thống thì phương pháp đổi khe thời gian trong 1 luồng khe thời gian tới các khe thời gian của một luồng khác. Công nghệ này được gọi là chuyển mạch phân chia theo không gian. 38 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.1 Tổng quan về mạng viễn thông PSTN 1.2 Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam 1.3 Các công nghệ chuyển mạch trong mạng viễn thông 1.4 Các hạn chế trong mạng viễn thông hiện nay 39 1.4 Các hạn chế của mạng viễn thông nước ta hiện nay  Hạn chế trong việc phân cấp mạng theo địa lý hành chính  Các dịch vụ tồn tại trên những mạng riêng lẻ  Mạng viễn thông hiện tại đang có cấu trúc đóng  Sự bất cập trong việc cung cấp dịch vụ mới  Quản lý mạng khó khăn 40