Bài giảng Kỹ thuật chuyển mạch

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ 
 KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 
(Dùng cho hệ đại học chuyên ngành ĐTVT) 
Hưng Yên 2015 
(Tài liệu lưu hành nội bộ) 
 1 
MỤC LỤC 
MỤC LỤC .......................................................................................................................... 1 
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG .................................................. 4 
1.1. Các mạng viễn thông truyền thống .............................................................................. 4 
1.1.1. Khái niệm về mạng viễn thông ............................................................................. 4 
1.1.2. Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay ....................................................... 6 
1.1.3. Sơ lƣợc mạng viễn thông Việt Nam ..................................................................... 8 
1.1.4. Các c ng cụ hoạch đ nh mạng ............................................................................ 12 
1.1.5. Hoạch đ nh mạng ................................................................................................ 20 
1.2. Mạng viễn thông thế hệ mới NGN(Next Generation Network) ................................ 21 
1.2.1. Khái niệm............................................................................................................ 21 
1.2.2. Đặc điểm của mạng NGN ................................................................................... 22 
1.2.3.Các công nghệ trong mạng NGN......................................................................... 24 
CHƢƠNG II: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG CHUYỂN MẠCH SỐ ................................... 26 
2.1. Ph n t ch m t cu c g i. ............................................................................................. 26 
2.1.1. Tín hiệu nhấc máy ( off-hook) ............................................................................ 26 
2.1.2. Sự nhận dạng thuê bao g i.................................................................................. 27 
2.1.3. Sự phân phối b nhớ và kết nối các thiết b dùng chung .................................... 28 
2.1.4. Các chữ số đ a chỉ ............................................................................................... 28 
2.1.5. Phân tích chữ số .................................................................................................. 29 
2.1.6. Thiết lập đƣờng dẫn chuyển mạch...................................................................... 30 
2.1.7. Dòng chuông và âm hiệu chuông ....................................................................... 30 
2.1.8. Tín hiệu trả lời .................................................................................................... 30 
2.1.9. Giám sát .............................................................................................................. 30 
2.1.10. Tín hiệu xóa kết nối .......................................................................................... 31 
2.2. Kỹ thuật báo hiệu trong hệ thống chuyển mạch số.................................................... 31 
2.2.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................... 31 
2.2.1.1. Khái niệm......................................................................................................... 31 
2.2.1.2. Các chức năng báo hiệu ................................................................................... 31 
2.2.1.3. Đặc điểm các hệ thống báo hiệu ...................................................................... 32 
2.2.1.4. Hệ thống thông tin báo hiệu............................................................................. 32 
2.2.1.5. Kỹ thuật báo hiệu ............................................................................................. 33 
2.2.2. N i dung của báo hiệu ............................................................................................ 33 
2.2.2.1. Phân tích cu c g i............................................................................................ 33 
2.2.2.2. Phân loại báo hiệu............................................................................................ 33 
2.2.3. Phƣơng pháp truyền dẫn báo hiệu .......................................................................... 38 
2.2.3.1. Báo hiệu kênh kết hợp ..................................................................................... 39 
2.2.3.2. Báo hiệu kênh chung ....................................................................................... 41 
2.2.4. Báo hiệu số 7 .......................................................................................................... 43 
2.2.4.1. Khái niệm chung .............................................................................................. 43 
2.2.4.2. Phân mức trong báo hiệu số 7.......................................................................... 46 
2.2.5. Xử lý báo hiệu trong tổng đài ................................................................................. 47 
2.2.5.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 47 
2.2.5.2. Sự đ nh tuyến trong tổng đài............................................................................ 48 
2.2.5.3. Các b thu phát báo hiệu ................................................................................. 52 
2.2.5.4. Các b tạo tone và bản tin thông báo............................................................... 54 
2.3. Chuyển mạch ............................................................................................................. 57 
2.3.1. Chuyển mạch phân chia theo tầng ...................................................................... 58 
 2 
2.3.2. Kỹ thuật chuyển mạch ......................................................................................... 61 
2.4. Điều khiển tổng đài .................................................................................................... 62 
2.4.1. Hiện thực trong các tổng đài nh n c ng.............................................................. 63 
2.4.2. Điều khiển chung ................................................................................................ 64 
2.5. Giới thiệu tổng qu n m t tổng đài kỹ thuật số SPC ................................................... 64 
CHƢƠNG III: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH SỐ ......................................................... 68 
3.1. Giới thiệu chung ......................................................................................................... 68 
3.2. Chuyển mạch kh ng gi n kỹ thuật số ........................................................................ 70 
3.3. Chuyển mạch thời gi n số .......................................................................................... 74 
3.4. Các cấu tr c củ các khối chuyển mạch số dung lƣợng lớn ...................................... 78 
3.4.1. Giới thiệu chung .................................................................................................. 78 
3.4.2. Khối chuyển mạch T-S-T .................................................................................... 80 
3.4.3. Khối chuyển mạch kênh 2 hƣớng........................................................................ 82 
3.5. Điều khiển các khối chuyển mạch số ......................................................................... 84 
3.5.1. Sơ đ khối và các chức năng ............................................................................... 84 
3.5.2. Thuật toán ch n đƣờng r i .................................................................................. 93 
3.5.3. Đ tin cậy và n toàn khối chuyển mạch ............................................................ 95 
CHƢƠNG IV: Ỹ THUẬT CHUYỂN ẠCH G I ....................................................... 98 
4.1. Những khái niệm chuyển mạch gói............................................................................ 98 
4.1.1. Khái niệm về chuyển mạch gói (packet switching) ............................................ 98 
4.1.2. Mạng chuyển mạch gói PSN (Packet Switching Network) ................................ 99 
4.2. Phƣơng thức hoạt đ ng cơ bản của mạng chuyển mạch gói PSN............................ 102 
4.2.1. Khái quát ........................................................................................................... 102 
4.2.2. Các chế đ làm việc của mạng chuyển mạch gói.............................................. 103 
4.2.3. Những sự cố và chiến lƣợc khắc phục .............................................................. 106 
4.3. Đóng gói th ng tin.................................................................................................... 110 
4.3.1. Cấu trúc gói ....................................................................................................... 110 
4.3.2. Phƣơng pháp kiểm tra sai CRC (Cyclic Redundancy Check)........................... 112 
4.3.3. ch thƣớc gói ................................................................................................... 113 
4.4. Kỹ thuật ghép kênh trong mạng chuyển mạch gói................................................... 116 
4.4.1. Sơ lƣợc về kỹ thuật STDM (Statistical Time – Division Multiplexing) ........... 116 
4.4.2. Hoạt đ ng ghép kênh trên mạch ảo ở mạng TYMNET .................................... 119 
4.5. Đ nh tuyến trong mạng PSN .................................................................................... 121 
4.5.1. Giới thiệu........................................................................................................... 121 
4.5.2. Các phƣơng pháp đ nh tuyến cơ bản ................................................................. 121 
4.5.3. M t vài giải thuật tìm đƣờng ngắn nhất thông dụng ......................................... 129 
4.6. Điều khiển lu ng dữ liệu .......................................................................................... 130 
4.6.1. Giới thiệu........................................................................................................... 130 
4.6.2. Phƣơng pháp cửa sổ d ch .................................................................................. 130 
4.7. M t số giao thức chuyển mạch gói .......................................................................... 133 
4.7.1. Giao thức X.25 .................................................................................................. 133 
4.7.2. Giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) ............ 134 
CHƢƠNG V: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH ATM.................................................. 140 
5.1. Tổng quan về ATM .................................................................................................. 140 
5.1.1. Giới thiệu về ATM ............................................................................................ 140 
5.1.2. Cấu trúc và giao diện ngƣời sử dụng mạng....................................................... 141 
5.1.3. Tế bào ATM ...................................................................................................... 144 
5.1.4. Sự mô tả và xáo tr n tế bào ............................................................................... 149 
5.1.5. Phân lớp ATM và BISDN ................................................................................. 149 
5.1.6. Các d ch vụ: hƣớng kết nối và không kết nối.................................................... 156 
 3 
5.1.7. Chuyển mạch và đ nh tuyến trong B – ISDN/ ATM ........................................ 158 
5.1.8. Các yêu cầu báo hiệu ........................................................................................ 161 
5.1.9. Chất lƣợng d ch vụ............................................................................................ 162 
5.1.10. Sự truyền tải các tế bào ATM ......................................................................... 166 
5.2. Các hệ thống chuyển mạch ATM ............................................................................ 171 
5.2.1. Tổng quan về mạng ATM................................................................................. 171 
5.2.2. Cấu trúc tầng chuyển mạch ATM..................................................................... 174 
5.3. Các khái niệm trong chuyển mạch ATM................................................................. 177 
5.3.1. Hiện tƣợng Blocking liên kết n i (bên trong)................................................... 177 
5.3.2. Sự tranh chấp cổng ra (Output Port Contention) .............................................. 178 
5.3.3. Head-of-Line Blocking ..................................................................................... 178 
5.3.4. Kỹ thuật truyền Multicasting ............................................................................ 179 
5.3.5. Sự ph n đ i cu c g i (Call Splitting) ............................................................... 179 
5.4. Phân loại kiến trúc chuyển mạch ATM ................................................................... 181 
5.4.1. Chuyển mạch phân chia theo thời gian............................................................. 182 
5.4.2. Chuyển mạch phân chia theo không gian ......................................................... 185 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 196 
 4 
CHƢƠNG I 
TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG 
1.1. Các mạng viễn thông truyền thống 
1.1.1. Khái niệm về mạng viễn thông 
 ạng viễn th ng là phƣơng tiện truyền đƣ th ng tin từ đầu phát tới đầu thu. 
 ạng có nhiệm vụ cung cấp các d ch vụ cho khách hàng. 
 ạng viễn th ng b o g m các thành phần ch nh: thiết b chuyển mạch, thiết 
b truyền dẫn, m i trƣờng truyền và thiết b đầu cuối. 
 Thiết b chuyển mạch g m có tổng đài n i hạt và tổng đài quá gi ng. 
Các thuê b o đƣợc nối vào tổng đài n i hạt và tổng đài n i hạt đƣợc nối 
vào tổng đài quá gi ng. Nhờ các thiết b chuyển mạch mà đƣờng truyền 
dẫn đƣợc dùng chung và mạng có thể đƣợc sử dụng m t cách kinh tế. 
 Thiết b truyền dẫn dùng để nối thiết b đầu cuối với tổng đài, h y giữ 
các tổng đài để thực hiện việc truyền đƣ các t n hiệu điện. Thiết b 
truyền dẫn chi làm h i loại: thiết b truyền dẫn ph thuê b o và thiết b 
truyền dẫn cáp qu ng. Thiết b truyền dẫn ph thuê b o dùng m i 
trƣờng thƣờng là cáp kim loại, tuy nhiên có m t số trƣờng hợp m i 
trƣờng truyền là cáp qu ng hoặc v tuyến. 
 i trƣờng truyền b o g m truyền hữu tuyến và v tuyến. Truyền hữu 
tuyến b o g m cáp kim loại, cáp qu ng. Truyền v tuyến b o g m vi b , 
vệ tinh. 
 5 
 Thiết b đầu cuối cho mạng thoại truyền thống g m máy điện thoại, máy 
F x, máy t nh, tổng đài PABX(Private Automatic Branch Exchange). 
 ạng viễn th ng cũng có thể đƣợc đ nh nghĩ nhƣ s u: ạng viễn th ng là 
m t hệ thống g m các n t chuyển mạch đƣợc nối với nh u bằng các đƣờng truyền 
dẫn. N t đƣợc ph n thành nhiều cấp và kết ... à các đ ch củ nó đƣợc yêu cầu. Đặc tính này 
đƣợc g i là đặc tính tự đ nh tuyến(self-routing), vì vậy tính phức tạp trong việc 
điều khiển đƣợc giảm đi trong cơ cấu chuyển mạch khi chức năng điều khiển đƣợc 
phân bố giữa tất cả các crosspoint. 
 186 
Các b chuyển mạch crossbar có ba tính chất thú v là: nonblocking, cấu trúc 
đơn giản, và m đun hó . Tuy nhiên nó sẽ trở nên phức tạp khi mà số lƣợng các 
crosspoint lên đến N2. Sự quyết đ nh để lựa ch n thành công cho tất cả các lối ra 
trong m i khe thời gian có thể còn trở thành m t sự nghẽn cổ chai hệ thống khi 
mà kích cỡ của b chuyển mạch gi tăng. 
Có 3 v trí có thể cho các b đệm trong m t b chuyển mạch crossbar: (a) ở 
tại crosspoint trong cơ cấu chuyển mạch, (b) ở tại các lối vào của b chuyển mạch, 
và (c) ở các lối vào và các lối ra của b chuyển mạch. Ở m i cái lại có những ƣu 
và nhƣợc điểm riêng. 
Hình 5.32. M t b chuyển mạch crossbar cỡ 4x4 
Hình 5.33a minh h a chiến lƣợc đệm các tế bào ở các crosspoint. B chuyển 
mạch ma trận bus (B X) đƣợc đề xuất bởi Fujitsu là m t ví dụ của loại này. AF 
thì chấp nhận các tế bào đã dành trƣớc cho cổng r tƣơng ứng và lƣu ch ng trong 
b đệm. Các tế bào mà đợi trong các b đệm ở cùng m t c t thì đƣợc ch n cho 
cổng ra với m t tế bào m i khe. B chuyển mạch làm việc và không trải qua giới 
hạn th ng lƣợng đƣợc gánh bằng việc đệm lối ra. Trong m t hoàn cảnh cụ thể nó 
tƣơng tự để đạt đƣợc việc xếp hàng đợi lối ra, với sự khác nh u là hàng đợi cho 
 187 
m i l i r đƣợc phân bố qua N b đệm. Khi không có sự chia sẻ giữa N b đệm thì 
tổng b nhớ đƣợc yêu cầu cho m t tốc đ mất cho trƣớc là lớn hơn yêu cầu cho 
xếp hàng đợi lối r (nhƣ trong trƣờng hợp dùng chung m i trƣờng). Khi b nhớ 
đệm yêu cầu nhiều dung lƣợng cố đ nh trong m t chip hơn là logic crosspoint thì 
việc bao g m các b đệm crosspoint trong m t chip sẽ giới hạn khắt khe số lƣợng 
các crosspoint trong m t chip. 
Hình 5.33b minh h a b chuyển mạch xếp hàng đợi lối vào. Việc tách biệt các 
b đệm từ các crosspoint là đáng mong m i từ tầm nhìn mang tính súc tích của 
mạch mà nền. M t tế bào đến m t lối vào trƣớc tiên sẽ vào b đệm, chờ đợi đến 
phiên nó đƣợc chuyển mạch qua b chuyển mạch. Với giải pháp tranh chấp đƣợc 
ph n tán thì xung đ t đƣợc giải quyết m t cách riêng lẻ ở các crosspoint. Khi m t 
tế bào đến m t crosspoint mà đã sẵn đƣợc đặt bởi m t tế bào trƣớc đó, h y nó mất 
sự tranh chấp với tế bào khác đ ng tr nh chấp thì m t tính hiệu blocking đƣợc tạo 
ra và gửi tới cổng lối vào. Điều này là để block sự truyền dẫn của tế bào và để giữ 
tế bào trong b đệm lối vào cho những cố gắng sau này. Với giải pháp tranh chấp 
tập trung thì chức năng ph n xử đƣợc sử dụng cho m i cổng r để giải quyết tranh 
chấp, và chỉ m t tế bào đƣợc dành cho m t cổng r là đƣợc cho phép đƣợc chuyển 
tiếp đến cơ cấu chuyển mạch. 
 Các b chuyển mạch liên nối đầy đủ 
Trong m t b chuyển liên nối đầy đủ, tính kết nối đầy đủ giữa các lối vào và 
lối r thƣờng đƣợc hình thành bởi những bus quảng bá riêng rẽ từ tất cả các cổng 
lối vào tới tất cả các cổng lối r , nhƣ chỉ ra ở hình 5.34. N b đệm riêng lẻ đƣợc 
yêu cầu trong m t b chuyển mạch này, m i cái ở m i cổng lối ra. Tuy nhiên nếu 
từng cái trong N b đệm lối ra này trong b chuyển mạch liên nối đầy đủ đƣợc 
chia và chỉ đ nh tới từng đƣờng vào thì nó trở nên giống hệt với b chuyển mạch 
đệm tại crosspoint và do đó cung cấp cùng tính phức tạp của sự thực thi và hiệu 
năng. 
 188 
Hình 5.33. Các chiến lƣợc đệm khác nhau cho m t b chuyển mạch crossbar 
 189 
Hình.5.34. M t b chuyển mạch liên nối đầy đủ 
B chuyển mạch liên nối đầy đủ hoạt đ ng trong m t loại giống nhƣ b 
chuyển mạch dùng chung m i trƣờng. M t tế bào từ m t vài cổng lối vào đƣợc 
quảng bá tới tất cả cổng lối r . Do đó các tế bào từ các cổng lối vào riêng rẽ có thể 
đƣợc truyền cùng m t lúc tới cùng cổng lối ra. Vì vậy các b l c tế bào và các b 
đệm đƣợc chỉ đ nh (m i loại cho m t cổng lối r ) đƣợc yêu cầu để l c những tế 
bào đƣợc phân phát nhầm và để lƣu trữ tạm thời những tế bào đã đƣợc trù đ nh từ 
trƣớc đ ng cách. 
Tuy nhiên b chuyển mạch liên nối đầy đủ khác với b chuyển mạch dùng 
chung m i trƣờng ở ch yêu cầu overhead của sự tăng tốc b gây bởi sự truyền 
tuần tự qu m i trƣờng dùng chung thì đƣợc thay thế bởi yêu cầu overhead không 
gian của N2 bus quảng bá riêng rẽ. Đ y là m t nhƣợc điểm đã t nh toán của loại 
chuyển mạch này. Ƣu điểm của b chuyển mạch liên nối đầy đủ nằm ở cấu trúc 
nonblocking và đơn giản, nó giống nhƣ ở b chuyển mạch crossbar. B chuyển 
mạch knockout là m t ví dụ của loại này. 
 Các b chuyển mạch kiểu Banyan( Banyan-Based Switches) 
Những b chuyển mạch Banyan là m t h của loại chuyển mạch tự đ nh tuyến 
đƣợc xây dựng từ 2x2 thành phần chuyển mạch với m t đƣờng dẫn đơn giữa m t 
vài cặp vào/r . Nhƣ chỉ ra ở hình 5.35 có 3 tôpô thu c h Banyan là các mạng 
Delta, Omega và banyan. Tất cả chúng yêu cầu sự thực thi tƣơng ứng. 
B chuyển mạch Banyan cung cấp những ƣu điểm khác nhau: thứ nhất nó có 
m t tính phức tạp củ các đƣờng dẫn và các yếu tố chuyển mạch của N logN (các 
yếu tố này làm nó phù hợp hơn b chuyển mạch crossbar và liên nối đầy đủ), tính 
phức tạp của nó là N2 cho cấu trúc của các b chuyển mạch lớn. Sự tự đ nh tuyến 
 190 
còn là m t đặc tính thu hút ở ch không cần cơ cấu điều khiển cho việc đ nh tuyến 
các tế bào. Th ng tin đ nh tuyến đƣợc chứa trong từng tế bào, và nó đƣợc dùng 
khi tế bào đƣợc đ nh tuyến d c đƣờng dẫn(tuyến nối). Cấu trúc song song của b 
chuyển mạch cung cấp m t điểm lợi ở ch những tế bào riêng rẽ trên các tuyến 
khác nhau có thể đƣợc xử lý đ ng thời. Tùy thu c vào cấu tr c đệ qui và module 
của nó mà các b chuyển mạch cỡ lớn có thể đƣợc xây dựng bằng cách sử dụng 
các thành phần chuyển mạch sơ cấp mà không chỉnh sửa những cấut trúc của nó. 
Điều này có thể đƣợc thực hiện m t cách thích hợp bởi VLSI. 
Hình 5.35. Ba tôpô khác nhau của chuyển mạch Banyan 
Mặt hạn chế chính của b chuyển mạch kiểu banyan là nó là b chuyển mạch 
blocking bên trong. Sự thực thi của nó làm giảm s t nh nh chóng khi k ch thƣớc 
của b chuyển mạch gi tăng. Sự thực thi có thể đƣợc cải tiến nếu MxM thành 
phần chuyển mạch đƣợc triển khai thay cho 2x2 thành phần chuyển mạch. Điều 
này đƣ đến lớp của các b chuyển mạch delta. 
B chuyển mạch delta là m t h của các b chuyển mạch tự đ nh tuyến đƣợc 
xây dựng từ MxM thành phần chuyển mạch với m t đƣờng dẫn đơn giữa m t vài 
cổng lối vào và ra. Trong khi sự thực thi của b chuyển mạch delta có thể tốt hơn 
b chuyển mạch loại b ny n khác, nhƣng nó vẫn là m t b chuyển mạch blocking. 
Sự thực thi của b chuyển mạch b giảm đi tùy thu c vào sự tranh chấp bên trong. 
Điều này có thể đƣợc cải tiến bằng cách gi tăng tốc đ của các liên kết n i bên 
trong b chuyển mạch đối với những cổng r và vào đó h y đƣ vào các b đệm 
vào trong các thành phần chuyển mạch. 
 191 
b) Các b chuyển mạc đa đƣờng 
Các b chuyển mạch đ đƣờng đƣợc chia thành các b chuyển mạch 
augmented banyan, các b chuyển mạch Clos, các b chuyển mạch multiplane, và 
các b chuyển mạch quay vòng(recirculation) nhƣ chỉ ra ở hình 5.36 
Hình. 5.36. Những b chuyển mạch đ đƣờng phân chia theo không gian 
 Augmented Banyan Switches 
Ở trong m t b chuyển mạch b ny n NxN bình thƣờng các tế bào đi qu logN 
tầng của các thành phần chuyển mạch trƣớc khi đến các đ ch của chúng. B 
chuyển mạch augmented banyan có nhiều tầng hơn b chuyển mạch banyan bình 
thƣờng. Ở b chuyển mạch b ny n bình thƣờng, khi m t tế bào b chệch hƣớng 
tới m t kết nối kh ng đ ng và do đó lạc đƣờng từ m t tuyến nối đ c nhất đ nh 
trƣớc thì tế bào kh ng đƣợc đảm bảo để đến lối r đƣợc yêu cầu của nó. Còn trong 
b chuyển mạch augmented banyan những tế bào b chệch hƣớng đƣợc cung cấp 
nhiều cơ h i để đƣợc đ nh tuyến tới những đ ch của nó lần nữa bằng việc sử dụng 
các tầng đƣợc tăng lên( ugmented) ở sau. Khi những tế bào b chệch hƣớng không 
đến đ ch của nó sau tầng cuối cùng nó sẽ b loại b . 
Ƣu điểm của b chuyển mạch b ny n đƣợc tăng thêm là tỉ lệ mất tế bào 
đƣợc giảm đi. Sự thực thi của b chuyển mạch này đƣợc cải tiến. Còn nhƣợc điểm 
của loại chuyển mạch này là lƣợc đ đ nh tuyến phức tạp của nó. Các tế bào đƣợc 
kiểm tra ở tất cả các tầng đƣợc tăng thêm để xác đ nh xem nó đã đến những cổng 
 192 
r đã yêu cầu củ ch ng h y chƣ . Nếu đ ng thì ch ng đƣợc gửi tới module giao 
diện lối ra. Còn nếu kh ng, nó đƣợc đ nh tuyến đến tầng tiếp theo và sẽ b kiểm 
tra lần nữa. M t nhƣợc điểm nữa là số lƣợng các tầng đƣợc tăng lên cần có đ lớn 
thích hợp. Việc thêm từng tầng đó vào b chuyển mạch thì làm gi tăng t nh phức 
tạp của phần cứng. B chuyển mạch banyan tandem và b chuyển mạch tr o đổi 
bố trí lại đ i (du l shuffle exch nge switch) là m t ví dụ của loại này. 
 Three-Stage Clos Switches 
Cấu trúc của các chuyển mạch Clos ba tầng đƣợc chỉ ra ở hình 5.36b, nó bao 
g m 3 tầng của các module chuyển mạch. Ở tầng đầu tiên, N đƣờng lối vào đƣợc 
chia thành r nhóm củ n đƣờng. M i nhóm củ các đƣờng này đến m i module 
chuyển mạch của tầng đầu tiên. Có m lối ra trong module chuyển mạch tầng đầu 
tiên; m i cái kết nối tới tất cả m module chuyển mạch tầng thứ h i. Tƣơng tự nhƣ 
thế m i module chuyển mạch tầng thứ hai có t lối r để r i nó lại kết nối tới tất cả 
t module chuyển mạch tầng thứ 3. Còn ở tầng thứ 3, N lối r đƣợc cung cấp nhƣ t 
nhóm củ s đƣờng. 
M t điều cần quan tâm với loại chuyển mạch Clos ba tầng là nó có thể có 
blocking. Hình 5.37 chỉ ra m t b chuyển mạch Clos 3 tầng với N = 9, n = 3 và m 
= 3. Những đƣờng đậm biểu th các tuyến mà sẵn sàng đƣợc dùng. Nó cũng chỉ ra 
rằng lối vào cổng số 9 không thể đƣợc kết nối tới cả cổng lối ra 4 lẫn lối ra số 6, 
ngay cả khi những lối r này đã sẵn sàng. 
Bằng cách gi tăng giá tr của m (số lƣợng của các cổng ra từ m i module 
chuyển mạch tầng đầu tiên hay số lƣợng các module chuyển mạch tầng thứ 2) thì 
có thể giảm đƣợc hiện tƣợng blocking. Để tìm đƣợc giá tr của m cho m t b 
chuyển mạch ba tầng nonblocking chúng ta hãy xem hình 5.38. 
 193 
Hình 5.37. Ví dụ về hiện tƣợng blocking n i trong m t b chuyển mạch Clos 3 
tầng 
Chúng ta cần thiết lập m t tuyến nối từ cổng a tới cổng ra b. M t tình trạng 
xấu cho blocking xuất hiện nếu tất cả n – 1 đƣờng vào và n – 1 đƣờng ra còn lại 
lại đ ng bận và đ ng đƣợc kết nối tới các module chuyển mạch tầng giữa khác. Do 
đó có (n – 1) + (n – 1) = 2n – 2 module chuyển mạch tầng giữa là không sẵn 
sàng để tạo ra m t tuyến nối từ a tới b. Tuy nhiên, nếu có hơn 1 module chuyển 
mạch tầng giữa t n tại thì m t liên kết thích hợp sẽ sẵn sàng cho kết nối. Do đó, 
m t b chuyển mạch Clos ba tầng sẽ là nonblocking nếu: m > 2n – 2 + 1 = 2n – 1. 
Tổng số Nx crosspoint trong m t b chuyển mạch Clos ba trạng thái khi nó đối 
xứng ( nhƣ là khi t = r và s = n) là: 
.2
2
n
N
mNmN x 
Thay m = 2n – 1 vào phƣơng trình trên cho Nx t đƣợc biểu thức cho b chuyển 
mạch Clos ba tầng nonblocking nhƣ s u: 
.)12()12(2
2
n
N
nnNN x 
Với những b chuyển mạch cỡ lớn, n lớn thì chúng ta có thể lẫy xấp xỉ: 
.24)2()2(2
22
 
n
N
Nn
n
N
nnNN x 
 194 
Hình 5.38. Điều kiện nonblocking cho m t b chuyển mạch Clos ba tầng 
Để tối ƣu hó số lƣợng crosspoint thì ta lấy vi phân biểu thức của Nx theo n 
và đặt kết quả bằng 0. T đƣợc 2
1
2
Nn  . Thay giá tr của n vào biểu thức Nx ta 
đƣợc: )(24 2
3
2
3
NONN x . B chuyển mạch Clos ba tầng có m t ƣu điểm 
là nó giảm đƣợc sự phức tạp của phần cứng từ O(N2) của b chuyển mạch 
crossbar xuông O(N
3/2
) và nó có thể đƣợc thiết kế để nonblocking. Hơn nữa nó 
còn cung cấp đ tin cậy hơn bởi vì nó có nhiều hơn m t tuyến nối qua b chuyển 
mạch để kết nối từ bất cứ cổng vào tới bất cứ cổng r nào. Nhƣợc điểm chính của 
b chuyển mạch loại này là m t vài cơ cấu thông minh và nhanh cần đƣợc để sắp 
xếp lại những kết nối trong tất cả các khe thời gian tế bào theo các tế bào đến để 
cho blocking bên trong có thể đƣợc ngăn ngừ . Điều này sẽ có hiện tƣợng nghẽn 
cổ ch i khi k ch thƣớc b chuyển mạch trở nên lớn lên. Thực tế thật là khó để 
ngăn chặn hiện tƣợng blocking bên trong mặc dù b bản thân b chuyển mạch là 
nonblocking. Khi kết nối trên những liên kết bên trong xuất hiện thì th ng lƣợng 
b giảm. Điều này có thể đƣợc cải tiến bằng việc gi tăng số lƣợng các liên kết bên 
trong giữa các module chuyển mạch để làm sao có nhiều tuyến nối hơn cho các tế 
bào đ nh tuyến. Việc gi tăng dải thông của các liên kết bên trong còn có ích ở ch 
thay cho việc có m t tế bào cho m i kết nối bên trong ở m i khe thời gian bằng 
nhiều hơn m t tế bào từ module lối vào( module mà đƣợc dành trƣớc cho cùng 
module thứ 3) có thể đƣợc đ nh tuyến. M t cách khác để giảm blocking bên trong 
là đ nh tuyến các tế bào trong m t kiểu ngẫu nhiên. Nếu các module chuyển mạch 
 195 
trung tâm có những b đệm thì phải đƣợc làm ở các cổng lối r để duy trì sự sắp 
xếp thứ tự tế bào. 
 Multiplane Switches 
Nhƣ chỉ ra ở hình 5.36c, b chuyển mạch multiplane quy cho những b 
chuyển mạch mà có nhiều (thƣờng là xác đ nh)plane chuyển mạch. Những b 
chuyển mạch multipl ne đƣợc đề ngh chủ yếu nhƣ là cách để gi tăng th ng 
lƣợng hệ thống. Bằng việc sử dụng m t vài cơ cấu để phân bố tải lƣu lƣợng đi vào 
thì những sự xung đ t tế bào bên trong các b chuyển mạch có thể đƣợc giảm. 
Hơn nữa nhiều hơn m t tế bào đƣợc truyền tới cùng m t cổng ra bằng cách sử 
dụng từng plane chuyển mạch, để mà các đƣờng lối ra không phải hoạt đ ng ở tốc 
đ c o hơn các đƣờng lối vào. M t ƣu điểm khác của các b chuyển mạch 
multiplane là nó có thể đƣợc sử dụng để đạt đƣợc đ tin cậy cao bởi vì sự mất mát 
của toàn b plane chuyển mạch sẽ giảm dung lƣợng nhƣng kh ng giảm khả năng 
liên kết của các b chuyển mạch. Tuy nhiên sự sắp xếp tế bào có thể đƣợc phân bố 
trừ khi các tế bào thu c cùng m t kết nối đƣợc đẩy để dùng cùng m t mặt. b 
chuyển mạch banyan song song và b chuyển mạch Sunshine là những ví dụ của 
b chuyển mạch multiplane. 
 Recirculation Switches 
Những b chuyển mạch quay tròn ở hình 5.36d đƣợc thiết kế để điều khiển 
những vấn đề kết nối cổng ra. Bằng việc quay tròn các tế bào (các tế bào mà 
kh ng đến đƣợc cổng ra của nó trong suốt khe thời gian hiện tại) trở lại những 
cổng lối vào qua m t hệ các tuyến nối quay tròn thì tỉ lệ mất tế bào có thể đƣợc 
giảm. Điều này làm cho th ng lƣợng của hệ thống gi tăng. Nhƣợc điểm của các 
b chuyển mạch quay tròn là nó yêu cầu m t b chuyển mạch lớn để đặt những 
cổng quay tròn. Và việc quay tròn còn làm xuất hiện những l i sắp xếp. M t vài 
cơ cấu cần duy trì sự sắp xếp tế bào giữa các tế bào ở cùng m t kết nối. 
 196 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Đào Văn Đã - Nguyễn Thành Long, Giáo trình kỹ thuật chuyển mạch, 
ĐHSP T Hƣng Yên, 2015 
[2] Nguyễn Văn Điềm, Giáo trình kỹ thuật chuyển mạch số, NXB GD, 2005 
[3] Nguyễn Th nh Hà, Giáo trình kỹ thuật chuyển mạch và tổng đài số, NXBKH 
KT Hà N i, 2009 
[4] i Văn Quý, Nguyễn Hữu iên, Nguyễn Văn Giáo, Giáo trình ỹ thuật 
chuyển mạch, HVKTQS, 2001 
[5] Hoàng Tr ng inh - Nguyễn Th nh Trà, ỹ thuật chuyển mạch 1, HVCNBC 
Viễn th ng, 2007 
[6] Roger L. Freeman, Fundamental of telecommuniction