Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu - Chương V: Kỹ thuật chuyển mạch

ơn giản. Từ hình vẽ ta có:
Nx = 2Nk + k(N/n)2 mà k = 2n - 1
Vậy: Nx = 2N(2n - 1) + (2n - 1) * (N/n)2.
Đối với bộ chuyển mạch đơn giản ta có:
Nx = n2
Từ đó ta có bảng:
b) Bộ chuyển mạch theo thời gian 
Trong bộ chuyển mạch trong không gian người ta dùng một con đường nối cụ thể. Trong bộ chuyển mạch theo thời gian người ta gom những đường có dòng dữ liệu tốc độ thấp thành dòng có tốc độ cao. Thông thường người ta chia bộ chuyển mạch theo thời gian thành 3 loại:
Bộ chuyển mạch TDM bus (Time Division Multiplex).
Bộ chuyển mạch TSI (Time Slot Interchange).
Bộ chuyển mạch TMS (Time Multiplex Switching).
Bộ chuyển mạch TDM bus (Time Division Multiplex): 
Như trong phầân multiplex đã trình bày, TMD là kỹ thuật phân đường theo thời gian, là cách chia trên một đường truyền thành những đoạn thời gian nhất định. Mỗi đường được sử dụng trong khoảng thời gian cho phép của mình. Chúng ta chỉ khảo sát với các TDM đồng bộ.
Chúng ta có thể tóm tắt một TDM đồng bộ như sau, như hình vẽ 5.10a đã cho:
Nhiều đường (n) tín hiệu có tốc độ thấp được tập hợp lại thành một đường có tốc độ cao. Mỗi đầu vào được sử dụng khi đến lượt của nó. Sự sắp xếp các kênh liên tục tạo thành một khung cho n kênh. Mỗi kênh sử dụng có thể dành cho nó 1 bit, 1 byte hoặc 1 khối dài. Điều quan trọng cần phải nhớ là với TDM đồng bộ, thời gian xử dụng cho nguồn và người nhận trong khung thời gian đã được xác định vì vậy không cần có địa chỉ cho từng kênh.
Việc đồng bộ có thể rất đơn giản, ví dụ mỗi một kênh truyền trước dữ liệu của mình vào buffer, multiplex sắp xếp các buffer đó theo thứ tự, cố định nó và gửi dữ liệu của nó lên đường truyền, trong khung thời gian dữ liệu chung . Bên bộ phận thu sẽ tách biệt từng kênh riêng. Trên đầu ra dẫn đến đường truyền, multiplex sẽ sắp xếp các buffer lần lượt.
Đầu nối I/O của đường dây đến multiplex có thể là đồng bộ hoặc không đồng bộ. Đường nối giữa 2 multiplex là đồng bộ và tốc độ truyền của nó bằng tổng tốc độ các đường dữ liệu nối đến nó như trong phần multiplex đã nói, điều đương nhiên tốc độ của đường truyền bao giờ cũng phải lớn hơn tổng tốc độ các đường vì nó còn phải truyền một số bit cho đồng bộ.
Hình 5.10 Bộ chuyển mạch TDM bus.
Các khe thời gian trong một frame đều được phân phối cố định trên đường I/O, định trước gốc của nó. Nếu một thiết bị náo đó không có dữ liệu truyền thì khe thời gian đó bỏ trống, như vậy tốc độ thực của đường truyền có thể còn nhỏ hơn khả năng của hệ thống.
Hình 5.10b cho ta hình tượng đơn giản biểu thị bộ chuyển mạch. Mỗi một buffer vào và đường ra đều được nối qua cổng kiểm tra nối đến bus digital tốc độ cao. Mỗi một đầu dây vào được phân phối một khe thời gian. Trong thời gian mà cổng của đường nối cho phép thì dữ liệu đưa vào bus và đồng thời cũng với khe thời gian tương ứng ở đầu ra cũng cho phép.
Do sự cho phép và không cho phép của các cổng được kiểm soát, thứ tự của dây nối vào và ra không cần ở cùng một bộ phận, kỹ thuật này cũng không có tên đặc trưng nào nên ta gọi là TDM bus.
Đương nhiên, một mạch như vậy không cần thiết ở về 2 phía như hình 6.10b chỉ ra, bộ chuyển mạch có thể n cặp I/O đến bus. Mỗi một thiết bị xử dụng đường truyền full duplex để truyền tổng khe thời gian đã cho và nhận ở khe khác.
Chuyển mạch TDM bus ưu điểm hơn chuyển mạch ma trận giao điểm ở chỗ hiệu suất xử dụng các cổng. Để dùng cho N đường, chuyển mạch TDM bus cần 2N cổng hoặc tiếp điểm chuyển mạch, trong khi đó chuyển mạch crossbar yêu cầu NƯ N tiếp điểm chuyển mạch.
Chuyển mạch TDM bus có thể chấp nhận đường dây có tốc độ thay đổi, ví như một đường dây có tốc độ 9600bps chiếm một khe thời gian trong frame, một đường có tốc độ 19,2 khps sẽ chiếm 2 khe thời gian của frame. Đương nhiên, chỉ có những đường cùng tốc độ mới được nối vào.
Hình vẽ 5.11 là mạch điều khiển cho chuyển mạch TDM bus. Ta giả thiết là thời gian truyền trên bus bằng 0. Những frame đến bus có chu kỳ 30m s và nó có 6 khe thời gian mỗi khe 5m s. Một bộ nhớ kiểm tra có thể ghi nhận được những cổng trạng thái nối cần thiết giữa các khe thời gian (các đường). Ở ví dụ ta có 6 trạng thái nối được nhớ. Chu kỳ điểu khiển bộ nhớ là 30m s. Trong chu kỳ điều khiển thứ nhất của mỗi chu kỳ đầu ra kênh 1 và đầu vào kênh 3 được mở, theo đó dữ liệu từ 1 đưa vào 3 thông qua bus, tương tự như vậy có sự trao đổi giữa 1-3, 2-5 và 4-6.
Hình 5.11 Điều khiển của chuyển mạch TDM bus.
Điều khiển logic cho hệ thống được mô tả cho ta thấy với mỗi sự kết nối cần có 2 cổng. Tất cả các thiết bị được nối đến bus và lấy dữ liệu của mình mà trong dữ liệu cũng không cần có địa chỉ người nhận. Đó là sự khác biệt giữa chuyển mạch TDM bus với chuyển mạch gói.
Bộ chuyển mạch TSI (Time Slot Interchange)
Hình 5.12 Chuyển mạch TSI.
Cơ sở để tạo khối có nhiều bộ chuyển mạch phân đường thời gian là cơ chế TSI. Một TSI hoạt động trên dòng TDM đồng bộ của khe thời gian, hoặc kênh, với cặp thay đổi bên trong của khe tác dụng full duplex. Hình 5.12a cho ta sự liên kết giữa TSI với 2 bộ TDM thứ I và J.
Đường nối đầu vào của N thiết bị thông qua TDM đồng bộ để tạo ra dòng TDM với N khe. Để lưu trữ sự nối bên trong, các khe tương ứng cho 2 thiết bị được hoán đổi theo sự trao đổi bên trong của từng cặp 2 khe, dữ liệu vào trên một khe được lưu lại cho đến khi nó có thể gửi cho kênh cần thiết trong frame tiếp theo. Do vậy TSI tạo ra sự làm chậm và sinh ra sự phá hủy thứ tự ở khe ra. Do mỗi một kênh đã định trước khe thời gian trong frame, dù nó có hay không có số liệu truyền, do đó độ lớn của TSI cần phải chọn sao cho phù hợp với dung lượng các đường TDM chứ không theo tốc độ truyền.
Hình 5.12b mô tả sơ đồ khối TSI. Những đường I/O là multiplex và demultiplex. Những chức năng hoạt động của nó có thể tổng hợp theo từng phần của nó. Một bộ nhớ lưu trữ dữ liệu có độ rộng bằng số bit cho khe thời gian và dộ dài bằng số lượng các khe thời gian cho 1 frame. Dữ liệu vào từ TDM vào sẽ được ghi lần lượt từ trên xuống. Ở TDM đầu ra frame được thiết lập bằng cách đọc từ bộ nhớ ghi đúng theo địa chỉ cần thiết đã được nhớ cho sự liên lạc.
Như hình vẽ cho, dữ liệu ở kênh I và J trao đổi nhau, thành lập đường nối 2 chiều toàn phần giữa trạm I và trạm J.
TSI rất đơn giản, tuy nhiên độ lớn của nó phụ thuộc vào số lượng của sự liên lạc, và nó hạn chế bởi tốc độ của bộ nhớ. Rõ ràng rằng, khi tổ chức yêu cầu thông tin đọc vào và đọc ra của bộ nhớ nhanh hơn khi nó đến. Ví dụ: Nếu ta có 24 kênh, mỗi kênh 64 kbps và mỗi kênh có 8 bit, số lượng vào sẽ là 192.000 khe vào trong 1 giây. Dùng cho một khe thời gian đều cần phải đọc và ghi, vậy thời gian thâm nhập bộ nhớ là 1/192.000*2 =2.6m s.
Hình 5.13 Thao tác lưu trữ của TSI.
Hình 5.14 TSI với đầu vào thay đổi.
Chúng ta quan sát kỹ hơn tác động lưu trữ thông tin, ta xem nó là một hàm thời gian. Giả thiết hệ thống có 8 đường vào – ra, trong đó tồn tại sự liên kết: 1-2, 3-7, 5-8. Còn lại 2 trạm không xử dụng. Hình vẽ 5.13 cho ta giá trị lưu giữ thông tin cho một frame. Trong thời gian của khe, thời gian khe thứ nhất dữ liệu được ghi vào 1 và đọc ra 2. Trong thời gian của khe thứ 2 dữ liệu được gửi vào 2 và đọc ra 1
Như đã thấy quá trình ghi dữ liệu vào bộ nhớ là chu kỳ và theo thứ tự sắp xếp, trong khi đó quá trình đọc là không chu kỳ và yêu cầu xử dụng địa chỉ đã được nhớ. Hình vẽ cũng cho 2 frames thứ tự vào và ra và chỉ thị sự truyền dữ liệu giữa kênh 1 và 2.
Cũng như trong chuyển mạch của TDM bus, TSI có thể dùng cho các đầu vào thay đổi tốc độ truyền. Hình 5.14 là một phương án cho nó. Các đường nối đầu vào đến multiplex đồng bộ qua bộ chọn (selector). Bộ chọn sẽ chọn đường cơ bản dựa và bộ đếm khe thời gian từ đó xác định sự lấy mẫu cho mỗi đường vào.
Bộ chuyển mạch TMS (Time Multiplexed Switching): 
Hình 5.15a Bộ chuyển mạch số 2 cấp.
Như đã nói ở trên TSI bị hạn chế số lượng liên kết, hơn nữa tùy theo độ lớn của nó, với tốc độ cố định thì sự làm chậm nó càng lớn. Để giải quyết 2 vấn đề trên người ta dùng nhiều TSI.
Hình 5.15b Mạng 3 cấp STS và TST.
Bây giờ ta nối 2 kênh vào của TSI đơn giản thì khe thời gian có thể chuyển đổi nhau. Tuy nhiên, khi nối một kênh ở một TSI này đến một kênh của TSI khác ta cần một số khoảng trong multiplex. Điều đương nhiên ta không muốn chuyển tất cả các khe thời gian. Kỹ thuật đó được gọi là TMS
Mạng nhiều cấp có thể xây dựng bởi TMS và TSI. Ở TMS có thể chuyển khe thời gian ở dòng dữ liệu này sang dòng dữ liệu khác, ta gọi là S và với TSI ta gọi là T.
Hình 5.15a cho ta sơ đồ khối nối giữa T và S cho mạng có 2 cấp. Đây là một mạng bị khóa. Ví dụ: nếu một kênh trong dòng vào 1 chuyển đến kênh 3 của dòng ra 1 và một kênh khác ở dòng vào 1 chuyển vào kênh 3 của dòng ra 2, một trong hai sự kết nối sẽ bị khóa.
Để tránh, người ta dùng mạng 3 cấp sau:
TST
TSSST
STS
SSTSS
TSTST