Giáo trình Hệ thống viễn thông - Nguyễn Tâm Hiền

 BỘ CÔNG THƯƠNG 
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG 
KHOA ĐIỆN TỬ TIN HỌC 
NGUYỄN TÂM HIỀN 
HUỲNH THANH HÒA 
LẠI NGUYỄN DUY 
GIÁO TRÌNH 
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2014 
(LƯU HÀNH NỘI BỘ) 
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG ............................................................... 3 
1.1 Tổng quan về mạng viễn thông truyền thống PSTN ..................................................................... 3 
1.2. Sơ lược về cấu trúc mạng viễn thông nước ta .............................................................................. 5 
1.3 Các loại mạng trong hệ thông viễn thông ..................................................................................... 8 
1.4 Các công nghệ chuyển mạch trong mạng viễn thông ...................................................................10 
1.5 Các hạn chế của mạng viễn thông nước ta hiện nay ....................................................................17 
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .............................................................................22 
2.1. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động ......................................................................................22 
2.1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động .................................................................22 
2.1.2. Mô hình tổng quát của mạng điện thoại di động .................................................................23 
2.2. Tổng đài GSM ...........................................................................................................................23 
2.2.1. Sơ đồ khối của hệ thống tổng đài GSM .................................................................................23 
2.2.2. Trạm di động MS .................................................................................................................25 
2.2.3. Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem) ..............................................................26 
2.2.4. Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem) .............................................................27 
2.2.5. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS) ................................................................................30 
2.3. Các thông số tiêu chuẩn của hệ thống GSM ...............................................................................31 
CHƯƠNG 3: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ ISDN..................................................................33 
3.1 Khái quát về mạng tích hợp số đa dịch vụ ISDN .........................................................................33 
3.2 Kiến trúc mạng ISDN ..................................................................................................................35 
3.3 Các giao diện và các nhóm chức năng chuẩn của mạng ISDN......................................................36 
3.4 Các kênh trong ISDN ..................................................................................................................38 
CHƯƠNG 4: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ BĂNG THÔNG RỘNG B-ISDN ....................45 
4.1 Khái quát về B-ISDN .................................................................................................................45 
4.2 Kiến trúc B-ISDN .......................................................................................................................46 
4.3 Mô hình giao thức chuẩn của B-ISDN .......................................................................................47 
4.4 Cấu trúc tế bào ATM .................................................................................................................50 
4.5 Khả năng dịch vụ của B-ISDN ...................................................................................................51 
CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN .........................................................................................45 
5.1 Sự tiến hoá từ mạng hiện có lên NGN ........................................................................................45 
5.1.1 Chiến lược tiến hoá ..............................................................................................................45 
5.1.2 Sự tiến hoá từ mạng hiện có lên NGN .................................................................................50 
5.1.3 Kết luận ................................................................................................................................54 
5.2 Cấu trúc chức năng của mạng NGN ..........................................................................................55 
5.2.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập ..............................................................................................58 
5.2.2 Lớp truyền thông .................................................................................................................59 
 ii 
5.2.3 Lớp điều khiển .....................................................................................................................59 
5.2.4 Lớp ứng dụng ......................................................................................................................60 
5.2.5 Lớp quản lý ..........................................................................................................................60 
5.3 Cấu trúc vật lý ............................................................................................................................62 
5.3.1 Cấu trúc vật lý của mạng NGN ...........................................................................................62 
5.3.2 Các thành phần mạng và chức năng ...................................................................................62 
CHƯƠNG 6: MẠNG VOIP .................................................................................................................70 
6.1 Khái niệm .......................................................................................................... ... đó chữ B đầu ý chỉ các chuẩn sử dụng cho mạng 
băng rộng. 
CHƯƠNG 4: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ BĂNG THÔNG RỘNG B-ISDN 
47 
Hình 4.3. Cấu hình chuẩn B-ISDN 
NT1 kết cuối mạng loại 1 thực hiện chức năng lớp 1 của mô hình OSI. Chức năng 
của NT1 bao gồm truyền dẫn trên đường dây tín hiệu số, cấp nguồn DC, định thời 
và ngoài ra NT1 cũng thực hiện chức năng bảo dưỡng sơ bộ. 
NT2 là kết cuối mạng loại 2, NT2 là kết cuối mạng thông minh (ví dụ như PABX ) 
tương ứng với mức 1 và mức mạng cao hơn của mô hình OSI. Nó thực hiện chức 
năng thích ứng môi trường ghép kênh, tập trung lưu lượng. Trên thực tế NT1 vầ 
NT2 có thể kết hợp vào một thiết bị chung chỉ có một trong hai kiểu tuỳ thuộc vào 
thuộc tính thuê bao cụ thể. 
TE1: Thiết bị đầu cuối loại 1 thực hiện chức năng tương tác với lớp 1 và lớp cao 
hơn, chức năng của TE1 bao gồm các giao diện user to user, user to machine và các 
giao thức quản lý báo hiệu, quản lý OA& M và điều khiển trao đổi thông tin cho 
user. TE1 xử lý và thực hiện các chức năng được chuẩn hoá bởi giao diện chuẩn 
cho mạng B-ISDN theo khuyến nghị của CCITT. 
TE2: Thiết bị đầu cuối loại 2. Chức năng tương ứng như TE1 chỉ có điều khác là 
không tuân theo giao diện chuẩn của CCITT. 
TA: Bộ thích ứng đầu cuối (Terminal Adapter) có vai trò thích ứng cho TE2 với 
mạng B - ISDN. 
Các điểm chuẩn Sb và Tb cung cấp phương tiện tiện ích xác định các thuộc tính vật 
lý điện khí dọc theo tuyến truyền tin. Cụ thể là giao diện lớp vật lý tại các điểm 
chuẩn này có thể chọn hay là cho các phương thức truyền tin theo SDH-Based hoặc 
Cell-based. Tại các điểm chuẩn Tb - giao diện đơn dùng cho B - NT1 và môi trường 
vật lý phục vụ cho kiểu kết nối điểm - điểm. 
4.3 Mô hình giao thức chuẩn của B-ISDN 
Mô hình chuẩn giao thức (PRM) của B-ISDN được hình thành từ mặt phẳng quản 
lý, mặt phẳng điều khiển, và mặt phẳng khách hàng như được trình bày trong hình 
4.4. 
CHƯƠNG 4: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ BĂNG THÔNG RỘNG B-ISDN 
48 
Hình 4.4. Mô hình giao thức chuẩn B-ISDN 
Mặt phẳng người sử dụng (User plane): với cấu trúc phân lớp cung cấp cho việc 
chuyển thông tin người sử dụng cùng các thông tin điều khiển liên quan như điều 
khiển lưu lượng, kiểm soát sai, 
Mặt phẳng điều khiển (Control plane): có cấu trúc phân lớp thực hiện các chức năng 
điều khiển kết nối và điểu khiển cuộc gọi liên quan tới báo hiệu cần thiết cho việc 
thiết lập, giám sát, giải toả các cuộc gọi và các kết nối. 
Mặt phẳng quản lý (Management plane): cung cấp hai loại chức năng là quản lý lớp 
(Layer Management) và chức năng quản lý mặt phẳng (Plane Management). 
Chức năng quản lý mặt phẳng: mặt phẳng quản lý thực hiện các chức năng quản lý 
liên quan tới hệ thống và cung cấp sự phối hợp giữa các mặt phẳng. Mặt phẳng 
quản lý không có cấu trúc phân lớp. 
Chức năng quản lý lớp: mặt phẳng quản lý thực hiện các chức năng quản lý liên 
quan tài nguyên và tham số nằm ở các thực thể nghi thức của nó. Quản lý lớp xử lý 
các dòng thông tin điều hành bảo dưỡng của các lớp đang xử lý. 
 Các giao thức của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng khách hàng được phân loại 
thành lớp mức cao (Higher layer), lớp thích ứng ATM (ATM Adaptation Layer), 
lớp ATM và lớp vật lý (Physical layer) 
Lớp vật lý gồm hai phân lớp là phân lớp môi trường vật lý (Physical medium 
sublayer) và phân lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission convergence sublayer). 
Phân lớp môi trường vật lý: gồm các chức năng phụ thuộc vào môi trường vật lý. 
Phân lớp này cung cấp khả năng truyền dẫn bit bao gồm chuyển bit và đồng bộ bit. 
Nó bao gồm việc mã hoá đường dây và chuyển đổi điện-quang. 
Phân lớp hội tụ truyền dẫn: thực hiện tất cả các chức năng cần thiết để chuyển đổi 
dòng cell thành các đơn vị dữ liệu (ví dụ: bit) có thể gửi và nhận được qua môi 
trường vật lý. 
Khối số liệu SDU (Service Data Unit): chuyển qua ranh giới giữa lớp ATM và lớp 
vật lý là các dòng cell hợp lệ. 
CHƯƠNG 4: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ BĂNG THÔNG RỘNG B-ISDN 
49 
Phân lớp hội tụ truyền dẫn thực thiện các chức năng sau: 
+ Cách ly tốc độ tế bào (Cell rate decoupling): cung cấp luồng bit tốc độ không đổi 
cho lớp vật lý bằng cách chèn và thu hồi các cell trống để biến đổi tốc độ các cell 
ATM hợp lệ sang dung lượng payload của hệ thống truyền dẫn. 
+ Phát và phục hồi các khung truyền dẫn (Transmission frame generation/recovery) 
+ Biến đổi khung truyền dẫn (Transmission frame adaptation): chức năng này để 
cấu trúc dòng cell theo cấu trúc payload của khung truyền dẫn (theo hướng phát) và 
tách dòng cell này ra khỏi khung truyền dẫn (theo hướng thu). 
+ Phân tách cell (Cell delineation): ở chiều phát dòng cell ATM được ngẫu nhiên 
hoá, ở chiều thu các giới hạn cell được nhận biết bằng cơ chế HEC (Header Error 
Control) và dòng cell được giải ngẫu nhiên hoá. 
 + Tạo và kiểm tra HEC (HEC header sequence generation/ verification): ở chiều 
phát HEC được tính và chèn vào header của cell. Ở chiều thu các header của cell 
được kiểm tra lỗi và sửa lỗi nếu có. Các cell có header lỗi không sửa được sẽ bị loại 
bỏ. 
Lớp ATM không phụ thuộc vào lớp vật lý dưới nó. Các chức năng của lớp ATM 
bao gồm: 
+ Ghép và tách các cell (Cell multiplexing and demultiplexing): Ở chiều phát chức 
năng ghép cell kết hợp các cell từ các kênh ảo (VC: Virtual Channel) và các đường 
ảo (VP: Virtual Path) thành một dòng cell không liên tục đến các VP và VC đúng 
của chúng. 
+ Dịch tên đường ảo (VPI: Virtual Path Identifier) và tên kênh ảo (VCI: Virtual 
Channel Identifier): chức năng này xảy ra tại các vùng chuyển mạch ATM (ATM 
switching fields) và/ hoặc các nút nối xuyên (Cross-connect nodes) gồm cả B-NT2. 
Giá trị của VPI và/ hoặc VCI của mỗi cell ATM nhận được xếp tương ứng với một 
giá trị VPI và / hoặc VCI mới. 
+ Tạo / tách header cell (Cell header generation/extraction): Những chức năng này 
áp dụng tại các điểm bắt đầu và kết thúc lớp ATM. Ở chiều phát chức năng tạo cell 
header nhận trường thông tin từ lớp cao hơn và tạo ra cell header ATM đúng chỉ 
trừ HEC. Chức năng này cũng bao gồm cả việc dịch tên điểm truy xuất dịch vụ sang 
tên của VC và VP. Ở chiều thu chức năng tách cell header gỡ các cell header và 
chuyển trường thông tin sang cho lớp cao hơn. Chức năng này cũng bao gồm cả 
việc dịch tên của VC và VP sang tên của SAP. 
+ Điều khiển lưu lượng chung (Generic flow control: GFC): Khi sử dụng GFC ở 
lớp ATM thông tin điều khiển lưu lượng được truyền trong các cell chỉ định 
(assigned cells) và không chỉ định (unassigned cells). Các cell mang thông tin này 
được phát đi ở lớp ATM. 
Lớp thích ứng ATM bao gồm các phân lớp phân đoạn và tái hợp (Segmentation 
and reassembly sublayer: SAR) và phân lớp hội tụ (Convergence Sublayer: CS). 
+ Phân lớp phân đoạn và tái hợp thực hiện phân đoạn thông tin lớp cao thành kích 
thước phù hợp với trường thông tin của cell ATM gửi đi và khi nhận sẽ tái hợp nội 
dung của chuỗi trường thông tin cell ATM thành thông tin lớp cao. 
+ Phân lớp hội tụ là một đặc tính giao tiếp. Nó xác định các dịch vụ AAL cung cấp 
cho các lớp cao. 
CHƯƠNG 4: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ BĂNG THÔNG RỘNG B-ISDN 
50 
4.4 Cấu trúc tế bào ATM 
Tế bào ATM có kích thước nhỏ, chiều dài cố định là 53 byte trong đó có 48 byte 
mang thông tin của khách hàng gọi là trường thông tin, 5 byte mang thông tin về 
mạng gọi là trường tiêu đề. Đây chính là kích thước chuẩn theo khuyến nghị của 
ITU-TU, kích thước nhỏ sẽ có tác dụng làm giảm độ trễ tại các bộ đệm và chiều dài 
cố định làm tăng hiệu quả của chuyển mạch. Trường thông tin sẽ được giữ nguyên 
trong suốt quá trình truyền qua mạng. Ở đây có 2 dạng cấu trúc tế bào được định 
nghĩa và thực chất chúng chỉ khác nhau ở phần tiêu đề để dùng cho giao diện UNI 
và NNI. 
Hình 4.5. Cấu trúc tế bào ATM 
Các loại tiêu đề tế bào 
Hình 4.6. Cấu trúc tiêu đề tế bào dùng cho UNI 
CHƯƠNG 4: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ BĂNG THÔNG RỘNG B-ISDN 
51 
Hình 4.7. Cấu trúc tiêu đề tế bào dùng cho NNI 
Như vậy tiêu đề tế bào gồm các trường: 
+ Generic flow control (GFC) là một trường 4 bit (chỉ có ở UNI) dùng với cơ chế 
GFC để kiểm soát lưu lượng các kết nối ATM có chất lượng dịch vụ khác nhau. 
Cơ chế này được dùng để điều khiển dòng cell để làm dịu bớt tắc nghẽn nhỏ. Mặc 
dù cơ chế GFC vẫn chưa được định nghĩa đầy đủ nhưng nó vẫn được thiết kế để 
cung cấp thông tin kiểm soát lưu lượng giữa các thiết bị đầu cuối B-ISDN và mạng 
tuy thông tin này không được chuyển xuyên qua mạng. 
+ Các trường VPI và VCI hình thành nhãn định tuyến (routing label). Giao diện 
UNI sử dụng trường VPI dài 8 bit còn giao diện NNI sử dụng trường VPI dài 12 
bit.Trường VCI của cả hai giao diện luôn luôn dài 16 bit. 
+ Payload type identifier (PTI): là một trường dài 3 bit chỉ thị phần payload của cell 
là thông tin của người sử dụng hay thông tin quản lý lớp của lớp ATM. Bit thứ nhất 
bằng 0 nó chỉ thị đây là thông tin người sử dụng và khi đó bit 2 mang thông tin về 
tắc nghẽn và bit 3 là user-to-user bit có thể được sử dụng bởi bất kỳ chức năng nào 
của lớp cao hơn AAL. Chẳng hạn, AAL5 sử dụng bit này để chỉ thị đây là cell cuối 
cùng của thông điệp AAL5. 
+ Cell loss priority (CLP): bit này có thể được người sử dụng hay mạng cài ở mức 1 
để chỉ thị cell đang truyền có mức ưu tiên thấp. Các cell này có thể được mạng ưu 
tiên loại bỏ trong một số điều kiện quá tải mạng. Việc sử dụng bit CLP có thể hạn 
chế tác động xấu của các cell bị mất trong tình trạng tràn bộ đệm của mạng. Ứng 
dụng đầu tiên của cơ chế CLP là dùng cho các dịch vụ tốc độ bit khác nhau. CLP = 
0 là mức ưu tiên cao mang thông tin đồng bộ cần thiết cho việc phục hồi tín hiệu. 
Sự mất mát các cell này tác hại hơn mất mát một cell bình thường nhiều. 
+ Header error control (HEC) cung cấp việc kiểm tra dư số mã vòng 8 bit bảo vệ 4 
octet đầu của header. HEC có thể sửa được các mẫu sai, phát hiện được một số mẫu 
sai nhiều bit và phục vụ việc phân tách cell. 
4.5 Khả năng dịch vụ của B-ISDN 
B-ISDN có những mục đích cơ bản là kết hợp tất cả các dịch vụ hiện hữu vào một 
mạng truyền thông trong tương lai. Do vậy, về cơ bản nó cung cấp các dịch vụ băng 
hẹp, chẳng hạn như điện thoại, đầu cuối số liệu, fasimile, soạn thảo văn bản từ xa, 
đọc số đo từ xa, videotex, bưu chính điện tử, teletex. Ngoài ra, nó có khả năng cung 
CHƯƠNG 4: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ BĂNG THÔNG RỘNG B-ISDN 
52 
cấp các dịch vụ băng rộng, chẳng hạn như điện thoại thấy hình, hội nghị truyền hình 
và truyền số liệu tốc độ cao, facsimile màu, CATV, phân phối HDTV, âm thanh 
nhạy cảm cao, thư truyền hình, giám sát bằng video, truyền chương trình chiếu 
phim độ phân giải cao và videotex băng rộng. 
Những dịch vụ BISDN này bao gồm tất cả các dịch vụ có những đặc tính khác 
nhau. Có nghĩa là, các dịch vụ tương tác chẳng hạn như điện thoại hoặc điện thoại 
thấy hình và các dịch vụ thông báo chẳng hạn như bưu chính điện tử hoặc bưu 
chính bằng hình ảnh và các dịch vụ truy tìm để tra cứu bản vẽ và văn bản đều được 
bao gồm trong đó. Các dịch vụ này là các dịch vụ thông tin mà tín hiệu của dịch vụ 
được chuyển giao theo cả hai chiều, song bên cạnh đó, chúng còn có các dịch vụ 
phân phối một chiều, chẳng hạn như dịch vụ CATV. 
Những đặc trưng nổi bật nhất của các tín hiệu dịch vụ B-ISDN là phạm vi phân bố 
dải thông của nó rất rộng. Trong khi tín hiệu cấu hình cơ bản của ISDN băng hẹp 
được phân bố quanh tín hiệu thoại thì việc phân bố tốc độ tín hiệu của B-ISDN bao 
gồm các lớp digital khác, các tín hiệu video khác nhau và các tín hiệu truyền số liệu 
tốc độ cao. Do đó, đứng trên quan điểm tốc độ truyền dẫn, các tín hiệu của dịch vụ 
chiếm băng tần rộng từ vài bit/s của các tín hiệu giám sát từ xa tới các tín hiệu video 
với vài trăm Mbit/s. Ngoài ra, thời gian sử dụng nó trong phạm vi từ các số liệu tốc 
độ thấp, có độ dài vài giây, tới dịch vụ video có độ dài vài giờ, các dịch vụ thoại có 
độ dài vài ba phút. 
Như đã mô tả, B-ISDN có khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng tới nhiều Mbit/s, 
còn các tần số mà nó sử dụng và phân bố thời gian sử dụng thì có phạm vi rất rộng. 
Đặc tính phân bố khác của tín hiệu dịch vụ B-ISDN là các tín hiệu liên tục, chẳng 
hạn như tiếng nói và hình ảnh, có thể cùng "sống chung" với các tín hiệu nhóm, 
chẳng hạn như số liệu đầu cuối. Các tín hiệu tiếng nói và hình ảnh có thể trở thành 
các tín hiệu tốc độ bít bằng nhau nhờ phương pháp số hoá. Tuy nhiên, các tín hiệu 
số liệu khác nhau là các tín hiệu với tốc độ bít biến đổi rất rộng. Mặt khác, các tín 
hiệu hình ảnh và âm thanh đòi hỏi được xử lý theo thời gian thực, còn trong trường 
hợp số liệu thì không cần như vậy. 
Do những sự khác nhau như vậy, chuyển mạch và truyền dẫn các tín hiệu dịch vụ 
B-ISDN trở nên khó mà thực hiện được. Vì lý do đó, chuyển mạch gói là lý tưởng 
đối với tốc độ thấp hoặc số liệu nhóm, trong khi đó, đối với tín hiệu tiếng nói và 
hình ảnh thì chuyển mạch kênh là thích hợp hơn. Ngoài ra, đối với các tín hiệu 
thoại, chuyển mạch phân chia thời gian đã phát hiện từ lâu là thích hợp hơn cả, còn 
đối với các tín hiệu video tốc độ cao là chuyển mạch kênh phân chia theo không 
gian. 
CHƯƠNG 4: MẠNG TÍCH HỢP SỐ ĐA DỊCH VỤ BĂNG THÔNG RỘNG B-ISDN 
53 
CÂU HỎI 
Câu 1: Trình bày và vẽ hình các điểm chuẩn và các nhóm chức năng của B-ISDN? 
Câu 2: Mô hình giao thức chuẩn của mạng B-ISDN có bao nhiêu mặt phẳng? Chức 
năng của từng mặt phẳng đó là gì? 
Câu 3: Trình bày cấu trúc tế bào ATM 
Câu 4: Phân tích khả năng dịch vụ của mạng B-ISDN? 
Câu 5: Truyền một khối PDU (Protocol Data Unit) có kích thước 23392 bit qua 
mạng ATM. Thủ tục ở phía phát như sau: 
- Thêm 32 bit CRC vào khối PDU 
- Lấy kết quả thu được chia làm nhiều đoạn (fragment) 
- Mỗi fragment được đóng gói thành một tế bào ATM. Mỗi tế bào ATM gồm 48 
byte dữ liệu (data) và 5 byte tiêu đề (header) 
a. Tính số lượng tế bào 
b. Tính hiệu suất truyền khi không có lỗi 
c. Giả sử các tế bào ATM này thuộc giao diện UNI, tính tổng số bit VPI, tổng số bit 
VCI của các tế bào trên.