Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch ATM_HVKT

ATM có hai đặc điểm quan trọng: Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích th-ớc nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM ATM Cell, các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền

Ch-ơng 1: Tổng quan về ATM

1.1 Tính tất yếu phải đ-a mạng ATM vào sử dụng

1.1.1 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới - B_ISDN Intergrated Service Digital Network)

(Broadband-Hiện nay, các mạng viễn thông hiện tại có đăc điểm chung là tồn tại một cách riêng rẽ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại

mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó Thí dụ:

 Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện d-ới dạng các kí tự mã hoá bằng 5 bit Tốc độ truyền thấp (từ 75 tới 300 bit/s)

 Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POST (Plain Old Telephone Service): ở đây thông tin tiếng nói đ-ợc số hoá và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Switch Telephone Network)

 Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi

số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên giao thức X.21

 Các tín hiệu truyền hình có thể đ-ợc truyền theo ba cách: Truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống truyền hình CATV (Community Antenna TV) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống

vệ tinh còn gọi là hệ thống truyền hình trực tiếp DBS (Derect Broadcast System)

 Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính đ-ợc trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN (Local Area Network) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, Token Ring

Mỗi mạng trên đ-ợc thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho mục đích khác Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại

mạng khác nhau cùng song song tồn tại Mỗi mạng lại yêu cầu ph-ơng pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo d-ỡng khác nhau

Nh- vậy mạng viễn thông hiện nay có rất nhiều nh-ợc điểm mà quan trọng nhất là:

 Chỉ truyền đ-ợc các dịch vụ t-ơng ứng với từng mạng

 Thiếu mềm dẻo: Có nhiều dịch vụ truyền thông trong t-ơng lai mà hiện nay ch-a dự đoán tr-ớc, mỗi loại có các tốc độ truyền khác nhau

Ta dễ dàng nhận thấy rằng hệ thống hiện nay rất khó thích nghi với yêu cầu của các dịch vụ khác nhau trong t-ơng lai

 Kém hiệu quả trong việc bảo d-ỡng, vận hành cũng nh- việc sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ

cho các mạng khác cùng sử dụng

Nh- đã nêu ở trên, yêu cầu đòi hỏi một mạng viễn thông duy nhất ngày càng trở nên bức thiết, chủ yếu là do các nguyên nhân sau:

 Các yêu cầu băng rộng đang tăng lên

 Các kỹ thuật xử lí tín hiệu, chuyên mạch, truyền dẫn (cỡ khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực

dẫn, chất l-ợng dịch vụ,…)

1.1.2 Giới thiệu về ATM

B-ISDN theo ITU-T ( International Telecommunication Union) dựa

trên cơ sở kiểu truyền thông không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer

Mode) Nh- vậy ATM sẽ là nền tảng của B-ISDN

Trong kiểu truyền thông không đồng bộ, thuật ngữ “ truyền” bao gồm

cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch, do đó “ dạng truyền ” ám chỉ cả chế

độ truyền dẫn và chuyển mạch thông tin trong mạng

Thuật ngữ không đồng bộ giải thích cho một kiểu truyền trong đó các

gói trong cùng một cuộc nối có thể lập lại một cách bất th-ờng nh- lúc

chúng đ-ợc tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kì

Trong dạng truyền đồng bộ STM (Synchronous Transfer Mode), các

phần tử số liệu t-ơng ứng với kênh đã cho đ-ợc nhân biết bởi vị trí của nó

trong khung truyền Trong khi ở ATM, các gói thuộc về một cuộc nối lại

t-ơng ứng với các kênh ảo cụ thể và có thể xuất hiện tại bất kì vị trí nào

Khe thời gian

Khung thời gian s

Nguyên lý STM

Kênh2

Kênhn

Kênh1

Kênh2

Kênhn

Kênh1

Hình 1.1: Cấu trúc khung thời gian trong STM.[1]

Tế bào

Tiêu đề tế bào ATM

Thông tin tế bào ATM

Kênh không sử dụng

Kênh

1

Kênh 5

Kênh 1

Kênh 7

Kênh 5

Kênh 1

Hình 1.2: Cấu trúc luồng thông tin trong ATM.[1]

ATM có hai đặc điểm quan trọng:

Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích th-ớc nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM (ATM Cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ (Delay Jitter) giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, ngoài ra kích th-ớc nhỏ cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao đ-ợc dễ dàng hơn

Thứ hai, ATM còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo (Virtual Channel) thành một đ-ờng ảo (Virtual Parth), nhằm giúp cho việc định tuyến đ-ợc dễ dàng

Luồng dữ liệu có tốc độ cố định

Góidữ liệuđịnh h-ớng Luồng dữ liệu có tốc độ thay đổi

Có hai yếu tố ảnh h-ởng tới ATM, đó là:

 Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn cũng nh- công nghệ

 Sự phát triển các ý t-ởng mới về khái niệm hệ thống

Các tiến bộ về mặt công nghệ:

Công nghệ bán dẫn:

Công nghệ CMOS (Complementary Metal – Oxide Semiconductor)

là công nghệ rất có triển vọng bởi độ tích hợp lớn, tốc độ cao (cỡ vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s), độ tiêu tốn năng l-ợng thấp

Công nghệ quang:

Các đ-ờng truyền dẫn quang có các -u điểm nh-: Độ suy giảm thấp,

độ rộng băng truyền lớn, kích th-ớc nhỏ, độ mềm dẻo cơ học cao, tránh nhiễu tr-ờng điện từ, xác suất truyền lỗi thấp và không có nhiễu xuyên âm

Các ý t-ởng mới về hệ thống:

Các quan điểm mới về hệ thống đ-ợc phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đó là hệ thồng phải có độ mềm dẻo thích hợp, độ rộng băng của hệ thống phải tuỳ thuộc vào yêu cầu của từng dịch vụ cụ thể, các dịch vụ thời gian thực đ-ợc truyền theo ph-ơng pháp chuyển mạch gói

Các ý t-ởng này phải thoả mãn hai chức năng chính của mạng là:

Tính trong suốt về mặt nội dung (Semantic Transparency):

Tính trong suốt về mặt nội dung là đảm bảo việc truyền đúng các bít

từ đầu phát tới đầu thu (tức là chính xác về mặt nội dung)

Khi mới ra đời, trong các mạch chuyển mạch gói, chất l-ợng truyền số liệu còn kém, do đó để đảm bảo chất l-ợng truyền chấp nhận đ-ợc, ng-ời ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên một liên kết (Link)

Việc điều khiển lỗi này đ-ợc thực hiện bởi các giao thức HDLC (High-Level Data Link Control) bao gồm các chức năng: giới hạn khung (Frame Delimmiting), đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi (kiểm tra mã d- vòng CRC – Cyclic Redundancy Check), sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại Hình 1.3 trình bày thủ tục điều khiển lỗi đầy đủ của mạng chuyển mạch gói thông qua mô hình liên kết các hệ thống mở OSI (Open

System Interconnection) Ta thấy quá trình điều khiển lỗi đ-ợc thực hiện trên lớp 2 ở đây quá trình điều khiển lỗi đ-ợc thực hiện trên mọi liên kết (Link-by -Link) thông qua chuyển mạch Do phải xử lí một loạt các thủ tục

phức tạp khác nhau làm ảnh h-ởng đến tốc độ chung của cả hệ thông

3

2

1

3 2 1

3 2 1

3 2 1

mạch

Điều khiển lỗi đầy đủ

Điều khiển lỗi

sung Các hệ thống ứng dụng nguyên lý này gọi là chuyển tiếp khung

(frame relay) Các nguyên lý này đ-ợc trình bày trên sơ đồ hình 1.4

Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối tới đầu cuối )

Điều khiển lỗi

có giới hạn

Điều khiển lỗi

có giới hạn

Hình 1.4: Điều khiển lỗi có giới hạn ở mạng chuyển tiếp khung.[1]

Đối với B-ISDN ý t-ởng này còn đ-ợc mở rộng hơn nữa, các chức năng điều khiển lỗi không còn đ-ợc cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạng nữa mà trong tr-ờng hợp cần thiết sẽ đ-ợc cung cấp bởi các thiêt bị

đầu cuối

Nh- vậy các chức năng thực hiện trong mạng đ-ợc giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ (Full Error Control) ở mạng chuyển mạch gói X.25 xuống còn cực kỳ tối thiểu ở ATM, do đó các nút của ATM có độ phức tạp tối thiểu và vì thế có tốc độ truyền rất cao, có thể lên tới 600Mbit/s [1]

Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối tới đầu cuối )

Hình 1.5: Chuyển mạch tế bào trong mạng ATM với các chức năng tối

thiểu.[1]

Bảng 1.1 trình bày các chức năng đ-ợc thực hiện ở nút mạng ATM so

với mạng chuyển mạch gói và chuyển tiếp khung.[1]

Chức năng Chuyển mạch gói Chuyển tiếp khung ATM

Tính trong suốt về mặt thời gian (Time Transparency):

Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ ngắn khi đ-ợc truyền từ đầu phát tới đầu thu, tức là chúng yêu cầu chính xác về mặt thời gian Có thể phân biệt hai loại trễ : trễ do chuyển mạch và trễ từ điểm đầu tới điểm cuối

Hệ thống chuyển mạch gói và chuyển tiếp khung rất khó khăn khi thực hiện các dịch vụ thời gian thực vì có độ trễ cao Do độ phức tạp của các nút chuyển mạch, chúng chỉ có thể hoạt động ở tộc độ vừa và thấp Mặt khác, ở trong mạng ATM chỉ cần những chức năng tối thiểu ở nút chuyển mạch, do đó nó cho phép truyền số liệu với tốc độ cao, trễ trên mạng và các biến động trễ giảm xuống còn vài trăm s, do đó quan hệ thời gian đ-ợc

đảm bảo nh- ở chuyển mạch kênh

1.1.3 Những lợi ích của ATM

Công nghệ ATM đã kết hợp các -u điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Công nghệ này đã loại bỏ đ-ợc những hạn chế của kỹ thuật STM Những -u điểm chính của ATM là:

 Khả năng truyền dẫn các dịch vụ với các tốc độ khác nhau: công

nghệ ATM sử dụng các tế bào kích th-ớc nhỏ, cố định và khả năng phân

bố dải thông linh hoạt nên trong mạng ATM tốc độ truyền của các kênh không bị hạn chế vào các tốc độ chuẩn nh- trong STM Tốc độ các dịch

vụ trong mạng ATM có thể thay đổi rất lớn (từ nhỏ nh- truyền số liệu đến lớn nh- HDTV (High Definition Television)) Thêm vào đó tốc độ dịch vụ cho phép thay đổi rất nhanh, mang tính đột biến

 Khả năng truyền dẫn các dịch vụ với tốc độ cao: Trong mạng ATM

việc xử lý chuyển mạch thực hiện hoàn toàn bằng thiết bị phần cứng và trong các nút chuyển mạch không có yêu cầu điều khiển luồng, điều khiển lỗi nh- trong mạng STM nên giảm tối thiểu thời gian xử lý ở nút chuyển mạch Điều này cho phép tốc độ xử lý nhanh do đó tốc độ mạmg ATM là rất lớn

 Khả năng ghép/ phân kênh dễ dàng: Việc ghép/ phân kênh trong

mạng ATM chỉ dựa trên các chỉ số nhận dạng kênh nên các kênh với tốc

độ truyền khác nhau hoàn toàn có thể đ-ợc ghép/ phân dễ dàng

 Việc quản lý, điều hành mạng dễ dàng: Việc thiết lập hay huỷ bỏ các

cuộc nối dựa vào các nhóm kênh ảo, đ-ờng ảo nên dễ dàng thiết lập hay huỷ bỏ các cuộc nối

 Khả năng sử dụng hiệu suất đ-ờng truyền, các tế bào ATM có thể

đ-ợc gán cho các kênh một cách linh động, khi đ-ờng truyền rỗi sẽ đ-ợc truyền đi nhờ đó tăng hiệu suất đ-ờng truyền

 Trễ nhỏ: Việc sử dụng các tế bào có kích th-ớc nhỏ, sử dụng đ-ờng truyền tốc độ cao cho phép đạt đ-ợc độ trễ nhỏ

Các loại dịch vụ ATM:

 Dịch vụ CBR (Constant Bit Rate) trong dịch vụ này, tốc độ truyền của các tế bào là không thay đổi nh- dịch vụ thoại, video Th-ờng dịch vụ này yêu cầu tỷ lệ mất tế bào thấp, trễ nhỏ

 Dịch vụ VBR (Variable Bit Rate) trong dịch vụ này tốc độ truyền tế bào thay đổi, các dịch vụ VBR đ-ợc chia làm hai loại : VBR yêu cầu thời gian thực và VBR không yêu cầu thời gian thực

 Dịch vụ ABR (Available Bit Rate) dịch vụ bit có sẵn: dịch vụ này chỉ

có trong mạng ATM Tỷ lệ mất tế bào và sự thay đổi trễ truyền không

đ-ợc chuẩn hoá Căn cứ vào các trạng thái l-u l-ợng mạng ATM sẽ cho phép ng-ời sử dụng truyền với tốc độ không thấp hơn tốc độ tối thiểu đã

đăng ký với mạng

 Dịch vụ UBR (Unspecifed Bit Rate) dịch vụ này đ-ợc đ-a ra nhằm khai thác tối đa khả năng của mạng ATM Dịch vụ này vào trong mạng không phụ thuộc vào trạng thái của mạng do dịch vụ này không quan tâm

đến mất tế bào hay các thông số QoS (Quality of Services) khác

1.2 Một số khái niệm cơ bản về ATM

1.2.1 Xác định độ dài cơ bản cho tế bào ATM

1.2.1.1 Lựa chọn giữa hai giải pháp độ dài cố định hoặc thay đổi:

Việc lựa chọn giữa hai ph-ơng án độ dài tế bào cố định hay thay đổi

đ-ợc quyết định sau khi cân nhắc -u nh-ợc điểm của các ph-ơng pháp này thông qua một loạt các yếu tố nh- hiệu suất băng truyền, trễ, tốc độ và độ phức tạp tại nút chuyển mạch

Về mặt hiệu suất băng truyền:

Có nhiều tác nhân khác nhau ảnh h-ởng tới -u nh-ợc điểm của cả hai ph-ơng án đã nêu ở trên nh-ng các yếu tố quan trọng nhất cần phải xem xét khi chọn lựa là: hiệu quả của băng truyền dẫn, mức độ phức tạp của chuyển mạch và trễ Ta có công thức chung để tính hiệu suất băng truyền .[1]:

 = Số byte thông tin

Số byte thông tin + Số byte tiêu đề (1.1)

Chú ý rằng số byte thông tin ở đây là số byte thông tin hữu ích tổng

cộng cần đ-ợc truyền đi

Sau đây sẽ lần l-ợt xem xét hiệu suất băng truyền trong tr-ờng hợp

độ dài gói cố định và độ dài gói thay đổi

F: Hiệu suất băng truyền của tế bào có độ dài cố định

L: Kích th-ớc của tr-ờng số liệu của gói tính bằng byte H: Kích th-ớc phần tiêu đề

X: Tổng số byte thông tin hữu ích đ-ợc truyền

int(z): Phần nguyên của z

Nh- vậy hiệu suất sẽ là tối -u khi toàn bộ thông tin đ-ợc truyền đi chia hết cho kích th-ớc tr-ờng thông tin:

L

 Ng-ời ta nhận thấy rằng hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào các byte thông tin hữu ích đ-ợc truyền đi Số byte thông tin hữu ích càng nhiều thì hiệu suất tối -u càng dễ đạt đ-ợc Ta xét từng dịch vụ ATM cụ thể:

 Tiếng nói: Âm thanh tiếng nói là dịch vụ có dòng bit liên tục CBR(Continuous Bit Rate), ta chỉ có thể gửi số liệu đi khi số liệu đ-ợc điền

đầy hoàn toàn, do đó hiệu suất đạt đ-ợc tối -u

 Tín hiệu video: Nếu sử dụng kỹ thuật mã hoá tín hiệu video với tốc độ bit thay đổi với độ dài gói cố định thì thỉnh thoảng sẽ xảy ra tr-ờng hợp tế

bào ch-a đ-ợc điền đầy hoàn toàn, tuy vậy các tín hiệu video có tới hàng ngàn byte nên cũng đạt đ-ợc hiệu suất tối -u

 Số liệu: Đối với số liệu tốc độ thấp (ví dụ số liệu đ-a vào từ bàn phím), hiệu suất rất thấp chỉ 10% Đối với dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, tr-ờng thông tin hữu ích rất dài và cần phải cắt thành các gói cố định, hiệu suất gần

đạt tới giá trị tối -u

Do luồng thông tin trong ATM gồm tiếng nói, tín hiệu video, số liệu tốc độ cao nên hiệu suất cần đạt đ-ợc giá trị tối -u, kể cả khi sử dụng tế bào có độ

dài cố định

Gói có độ dài thay đổi:

Đối với gói có độ dài thay đổi, các thông tin bổ sung vào phần tiêu đề bao gồm các “ cờ” để nhận biết độ dài gói, một vài bit đ-ợc chèn vào để nhận biết các cờ chính xác Ngoài ra còn phải cộng vào phần đầu khung phần báo hiệu độ dài gói, lúc đó hiệu suất là  [1]:

 =



h H X

X



 (1.3) Trong đó h là phần thông tin bắt buộc phải bổ sung thêm để báo hiệu độ dài thay đổi của gói ATM Hiệu suất truyền của gói có độ dài thay

đổi rất cao, với các gói có độ dài lớn, hiệu suất này đạt gần 100%

Xét về mặt hiệu suất truyền, nói chung gói có độ dài hay thay đổi tốt hơn gói có độ dài cố định Tuy nhiên việc xem xét trong từng tr-ờng hợp cụ thể, -u thế này lại rất hạn chế do luồng thông tin của mạng băng rộng sẽ bao gồm sự kết hợp của tiếng nói, tín hiệu video và số liệu, đều là những tín hiệu có dòng bit liên tục

Về mặt tốc độ chuyển mạch và độ phức tạp:

Độ phức tạp của việc chuyển mạch các gói có độ dài cố định hay thay đổi phụ thuộc vào những chức năng mà chúng cần thực hiện nh- các

yêu cầu kỹ thuật t-ơng ứng với các chức năng này Hai yếu tố quan trọng nhất là: Tốc độ hoạt động và yêu cầu về kích th-ớc bộ nhớ của hàng đợi

Tốc độ hoạt động:

Phụ thuộc vào số l-ợng các chức năng cần phải thực hiện và thời gian thực hiện các chức năng đó

 Xử lí phần tiêu đề: Đối với các gói có độ dài cố định khoảng thời gian

cần thiết để xử lí phần tiêu đề là cố định Trong tr-ờng hợp gói có độ dài thay đổi, thời gian xử lí này không cố định và phụ thuộc vào độ dài gói, thông th-ờng tốc độ xử lí cần lớn hơn rất nhiều mới đạt đ-ợc tốc độ truyền tin nh- trong tr-ờng hợp gói có dộ dài cố định Kích th-ớc gói càng nhỏ thì yêu cầu tốc độ xử lí càng lớn Bảng 1.4 thể hiện tốc độ xử lí cần thiết trong hai tr-ờng hợp tốc độ 150Mbit/s Ta thấy rằng tốc độ trong tr-ờng hợp gói

có độ dài thay đổi (2,8s) yêu cầu lớn hơn rất nhiều trong tr-ờng hợp độ dài

cố định (533ns)

Bảng 1.4 Tốc độ xử lý gói cần thiết đối với gói có độ dài cố định và gói

có độ dài thay đổi ở tốc độ 150Mbit/s.[1]

Tốc độ Kiểu gói Độ dài gói Tốc độ xử lý 150Mbit/s Độ dài cố định 48byte dữ liệu+5byte

tiêu đề

533 ns

150Mbit/s Độ dài thay đổi 5byte dữ liệu + 5byte

tiêu đề (gói có kích th-ớc bé nhất)

2,8s

 Quản lý bộ nhớ của hàng đợi: Trong tr-ờng hợp kích th-ớc gói cố

định, hệ thống quản lý bộ nhớ có thể đ-a ra các khối nhớ với kích th-ớc cố

định t-ơng ứng với kích th-ớc của tế bào ATM Hoạt động này hết sức đơn giản nh- trong tr-ờng hợp quản lý bộ nhớ tự do Trong tr-ờng hợp gói có

độ dài thay đổi, hệ thống quản lý phải có khả năng đ-a ra các khối bộ nhớ

có kích th-ớc khác nhau sao cho các hoạt động nh- tìm các đoạn thông tin, tìm đoạn đầu tiên, đ-ợc tiến hành ở tốc độ cao Việc quản lý bộ nhớ tự do

cũng trở phức tạp hơn

Yêu cầu về kích th-ớc hàng đợi:

Trong tr-ờng hợp độ dài gói cố định, yêu cầu về kích th-ớc hàng đợi phụ thuộc vào tải và tỷ lệ mất gói, tải và tỷ lệ mất gói càng lớn thì yêu cầu của hàng đợi cũng phải càng lớn Trong tr-ờng hợp gói có độ dài thay đổi, tính toán kích th-ớc hàng đợi phức tạp hơn nhiều và sẽ phụ thuộc vào độ dài gói Đơn giản nhất là định kích th-ớc hàng đợi sẽ lớn hơn rất nhiều so với tr-ờng hợp gói có kích th-ớc cố định Việc tính toán kích th-ớc hàng đợi một cách tối -u trong tr-ờng hợp này sẽ hết sức khó khăn

Sau khi đối chiếu với yêu cầu tốc độ hoạt động và kích th-ớc bộ nhớ hàng đợi, giải pháp gói kích th-ớc cố định là hợp lý nhất đối với các dịch vụ băng rộng của ATM

Trễ:

Nh- ta đã biết kích th-ớc gói ATM cần đ-ợc giới hạn để không phát sinh trễ trong mạng Trễ tiếng nói sẽ rất lớn nếu kích th-ớc gói lớn Hình 1.5a minh hoạ một multiplexer hợp kênh các đ-ờng truyền số liệu khác nhau vào bộ chuyển mạch, các gói số liệu trong tr-ờng hợp này có kích th-ớc thay đổi Đầu vào phía trên là một mẫu tiếng nói đ-ợc truyền theo thời gian thực, đầu vào phía d-ới là một gói số liệu rất dài Do mẫu tiếng nói tới sau gói số liệu một chút nên phải đợi gói số liệu truyền xong mới tới l-ợt nó đ-ợc truyền tới đầu ra Nếu gói số liệu quá dài thì mẫu tiếng nói sẽ

bị trễ đáng kể Ng-ợc lại nếu sử dụng các tế bào nhỏ và cố định thì trễ sẽ giảm xuống tới một giá trị chấp nhận đ-ợc

Nh- vậy trong mạng băng rộng, nơi các ứng dụng chính là tiếng nói, tín hiệu video và số liệu gói, lợi ích thu đ-ợc về mặt hiệu suất truyền đối với các gói có kích th-ớc thay đổi nhỏ hơn rất nhiều so với lợi ích thu đ-ợc khi

và độ phức tạp Mặt khác, nếu sử dụng các tế bào có kích th-ớc thay đổi thì

độ dài của các tế bào này không những không thể có dộ dài tuỳ ý mà còn rất bị hạn chế để đảm bảo trễ nhỏ Do đó vào năm 1988 ITU-T chọn giải pháp sử dụng tế bào ATM có kích th-ớc cố định

Hình 1.5a: a) Gói có kích th-ớc nhỏ bị trễ sau gói lớn

b) Gói có kích th-ớc bé và cố định trong ATM đảm bảo trễ đủ nhỏ [1]

1.2.1.2 Lựa chọn kích th-ớc của tế bào ATM

Sau khi đã quyết định sử dụng gói có độ dài cố định, vấn đề đặt ra là chọn tế bào có độ dài là bao nhiêu Kích th-ớc của tế bào sẽ ảnh h-ởng tới các chỉ tiêu sau:

 Hiệu suất băng truyền

 Trễ (trễ tạo gói, trễ hàng đợi, biến động trễ, dễ tháo gói.v.v.)

 Độ phức tạp khi thực hiện

Hiệu suất băng truyền:

Hiệu suất truyền đ-ợc quyết định bởi tỷ lệ giữa kích th-ớc phần tiêu

đề và kích th-ớc phần dữ liệu, kích th-ớc tr-ờng dữ liệu càng lớn thì hiệu suất càng cao

Trễ:

Trễ của hệ thống bao gồm một số loại trễ nh- trễ tạo gói, trễ hàng

đợi, trễ tháo gói,

Trễ tạo gói phụ thuộc vào kích th-ớc tr-ờng số liệu trong tế bào

Hình 1.6 thể hiện hiệu suất truyền đối với các tế bào có độ dài khác nhau (so sánh giữa hai tế bào có tr-ờng tiêu đề H= 4 và H= 5 (Header)) và trễ tạo gói của chúng (so sánh giữa hai tốc độ truyền tiếng nói là 64kbit/s và 34kbit/s)

Hình 1.6 Hiệu suất truyền và trễ tạo gói đối với các tr-ờng số liệu có độ

dài khác nhau.[1]

Trễ hàng đợi bị ảnh h-ởng bởi tỉ lệ giữa độ lớn tr-ờng số liệu và độ lớn tr-ờng tiêu đề H Hình 1.7 thể hiện sự phụ thuộc của trễ hàng đợi và tỷ lệ L/H Ta nhận thấy trễ bé nhất khi L/H có giá trị từ 8 đến 16, t-ơng ứng với kích th-ớc tế bào từ 32 +4 byte tới 64 + 4 byte

Trễ tháo gói đ-ợc quyết định bởi biến động trễ là nguyên nhân của

trễ tổng của một vài hàng đợi Trễ tháo gói cũng bị ảnh h-ởng bởi độ dài tế

Trễ toàn mạng, theo khuyến nghị Q.161 của ITU-T cần phải đ-ợc giới

hạn sao cho giá trị của nó nhỏ hơn 25ms Nếu tổng trễ lớn hơn giá trị này thì cần phải lắp thêm bộ khử tiếng vang Theo kết quả nghiên cứu của ITU-

T, độ dài của tế bào có ảnh h-ởng trực tiếp tới trễ:

Hình1.7: Trễ hàng đợi phụ thuộc vào tỷ lệ L/H với các hiệu suất tải khác

nhau.[1]

 Đối với các tế bào có độ dài t-ơng đối ngắn (32byte hoặc nhỏ hơn) thì trễ tổng rất nhỏ, do đó trong hầu hết các tr-ờng hợp không cần bộ khử tiếng vang

 Đối với các tế bào có độ dài lớn (hơn 64byte) thì trễ tăng lên đáng kể,

do đó lúc này có hai giải pháp:

Lắp bộ khử tiếng vang cho hầu hết các cuộc thoaị

Đối với các cuộc thoại, ta chỉ điền đầy một phần của tr-ờng số liệu để giảm trễ Tuy vậy ph-ơng pháp này làm giảm hiệu suất truyền

 Đối với các gói có độ dài trung bình ở khoảng giữa 32byte và 64 byte, phần lớn ta không sử dụng bộ khử tiếng vang nếu số nút chuyển

mạch, số lần chuyển giữa mạng ATM và mạng đồng bộ và khoảng cách truyền không quá lớn.[1]

do đó khi kích th-ớc tế bào càng lớn thì thời gian dành cho việc thực hiện càng nhiều và tốc độ yêu cầu càng thấp Thí dụ trên hình 1.8, đối với tế bào

16 byte, ta chỉ cần 8000 bit hàng đợi nh-ng thời gian xử lý phải nhỏ hơn 1s Đối với tế bào 256byte, ta cần hơn 6000 bit cho một hàng đợi nh-ng thời gian xử lý cho phép hơn 15s Tuy vậy tốc độ không phải là vấn đề

Kích th-ớc tế bào (byte)

M-Kích th-ớc

bộ nhớ (bit) P- Thờ gian xử lí

một tế bào (s)

quan trọng nhất vì công nghệ hiện nay cho phép xử lý rất nhiều thông tin

trong vòng 1s, nh- vậy vấn đề chính là giới hạn bộ nhớ

Các giá trị độ dài giữa 32byte và 64 byte đ-ợc -a chuộng hơn cả Sự lựa chọn này phụ thuộc vào thông số chính đ-ợc đề cập ở trên Cuối cùng ITU-T đã đặt ra thoả hiệp sử dụng tế bào có tr-ờng số liệu dài 48 byte và 5 byte tr-ờng tiêu đề

1.2.2 Phân loại tế bào ATM

Tế bào ATM có thể đ-ợc phân loại theo lớp cấu thành và chức năng Tr-ớc

hết tế bào ATM đ-ợc chia thành tế bào lớp ATM và tế bào lớp vật lý Tế

bào ATM đ-ợc tạo ra trong lớp ATM còn tế bào lớp vật lý đ-ợc tạo ra trong

lớp vật lý Tế bào lớp ATM đ-ợc phân chia thành tế bào đ-ợc gán và tế bào không đ-ợc gán Còn tế bào lớp vật lý đ-ợc chia thành tế bào rỗng, tế bào hợp lệ và tế bào không hợp lệ

Đặc điểm của loại tế bào nh- sau:

 Tế bào rỗng: Là tế bào đ-ợc lớp vật lý xen vào/tách ra để luồng tế bào danh giới giữa lớp ATM và lớp vật lý có tốc độ phù hợp với tốc độ của

đ-ờng truyền

 Tế bào hợp lệ: Là các tế bào có tiêu đề không có lỗi hoặc có lỗi đơn đã

đ-ợc sửa bởi chu trình sửa lỗi HEC (Header Error Control)

 Tế bào không hợp lệ: Là tế bào có nhiều lỗi không thể sửa đ-ợc (bị loại

bỏ tại lớp vật lý) Tế bào rỗng, tế bào hợp lệ và tế bào không hợp lệ chỉ tồn tại ở lớp vật lý

 Tế bào đ-ợc gán: Là các tế bào mang thông tin dịch vụ sử dụng cho các dịch vụ lớp ATM

 Tế bào không gán là tế bào không đ-ợc sử dụng, không mang thông tin dịch vụ Tế bào đ-ợc gán và tế bào không đ-ợc gán là các tế bào ở lớp ATM

Hình 1.9 chỉ ra các loại tế bào

Hình 1.9: Phân loại tế bào

1.2.3 Hoạt động của ATM

Nh- đã nghiên cứu ở trên ta thấy, ATM là ph-ơng thức chuyển tải định h-ớng, chuyển gói nhanh dựa trên ghép kênh không đồng bộ phân chia theo thời gian Nó sử dụng 48 byte số liệu và 5 byte tiêu đề Tiêu đề có nhiệm vụ cung cấp viêc định tuyến và bảo đảm số liệu đ-ợc thu một cách chính xác

Tiêu đề gồm các tr-ờng sau đây: điều khiển luồng chung, phần tử nhận dạng đ-ờng ảo, phần tử nhận dạng kênh ảo, loại tr-ờng tải độ -u tiên mất tế bào và khống chế lỗi mào đầu

Tiêu đề Tải

Phần tử nhận dạng

đ-ờng ảo (8bit)

Phần tử nhận dạng kênh ảo (16 bit)

Loại tr-ờng tải (3 bit)

Khống chế lỗi tiêu đề (8bit)

Hình 1.10: Khuôn dạng tế bào ATM [2]

Điều khiển luồng chung (GFC – Generic Flow Control):

Tr-ờng này đ-ợc sử dụng để điều khiển luồng l-u l-ợng trên các kết nối ATM từ một thiết bị đầu cuối tới một mạng GFC còn đ-ợc sử sụng để giảm các jitter tế bào trong các dịch vụ tốc độ không đổi CBR và để gán luồng số liệu hợp lệ trong mạng

Phần tử nhận dạng đ-ờng ảo (VPI – Virtual Path Identifier) và phần

tử nhận dạng kênh ảo (VCI – Virtual Channel Identifier):

ATM đ-ợc định h-ớng kết nối, có nghĩa là tr-ớc khi số liệu đ-ợc phát đi giữa hai cổng thì một kết nối logic hoặc ảo phải đ-ợc thiết lập qua một kết nối đ-ờng ảo (VPC – Virtual Path Connection) và kết nối mạch ảo (VCC – Virtual Channel Connection) Thông tin định tuyến của tế bào đ-ợc l-u trong các tr-ờng địa chỉ VPI và VCI này của tr-ờng tiêu đề Chức năng cơ bản của các tr-ờng này là nhận dạng đ-ờng truyền tới đích và bảo đảm

đ-ờng truyền chính xác Do những đ-ờng định tuyến này chỉ có ý nghĩa cục bộ giữa tuyến nối (link) và các nút ATM cho nên chúng có thể đ-ợc sử dụng lại sau khi kết nối đã đ-ợc giải toả

Các cổng truyền thông có thể có nhiều VCC nh-ng chỉ có một VPC Các VCI và VPI là các địa chỉ t-ơng ứng của các VCC và VPC này Hình 2.6 trình bày loại kết nối này

Loại tải tin (PT- Payload Type): Tr-ờng này cung cấp thông tin về loại

số liệu chứa trong tế bào, chẳng hạn số liệu ng-ời dùng, số liệu báo hiệu, số liệu bảo d-ỡng Nó cũng cho biết thông tin về tế bào ATM đã bị tác động bởi tắc nghẽn l-u l-ợng

Hình 1.11: VPI và VCI[2]

Ưu tiên mất tế bào (CLP- Cell Lost Priority): Tr-ờng CLP đ-ợc sử dụng

để chỉ rõ xem một tế bào có bị huỷ bỏ trong quá trình tắc nghẽn mạng hay không Nếu bit CLP của một tế bào ATM là 0 thì tế bào đ-ợc -u tiên cao hơn so với các tế bào có bit CLP đ-ợc xác lập về 1 Kết quả là khi tắc nghẽn xảy ra, các tế bào có bit xác lập về 1 sẽ bị huỷ bỏ tr-ớc một tế bào có bit

CLP xác lập về 0

Điều khiển lỗi mào đầu (HEC): Chức năng chính của tr-ờng HEC là sửa

sai các lỗi đơn giản xảy ra tại tr-ờng tiêu đề của tế bào và phát hiện các sai lỗi nhiều bit

1.2.4 Các kết nối trên một mạng ATM

Một tổng đài ATM nhận các loại thông tin khác nhau và phân chia nhỏ nó thành các tế bào 48 byte với một mào đầu 5 byte cho mỗi tế bào Một thí dụ trong đó bao gồm thông tin thoại và số liệu là: Ông K ở thành phố Kanss, Missouri gọi cô M ở thành phố Colorado và nói chuyên với cô cùng một lúc với việc sử dụng một micro nối với máy trạm của mình Trong

tr-ờng hợp này tổng đài ATM cần xử lý hai loại thông tin (thoại và số liệu) Hiển nhiên là hai loại thông tin này có các yêu cầu chuyển tải khác nhau Thoại là thông tin nhạy cảm với thời gian và cần đ-ợc gửi đi nhanh chóng

và tức thời Mặt khác số liệu có thể chịu đựng đ-ợc sự chậm trễ nào đó nh-ng không chấp nhận bất kì sự sai lệch nào Tổng đài ATM phải tính đến tất cả các yếu tố đó

Cả hai loại thông tin sẽ theo cùng một đ-ờng ảo (VP) nh-ng có các mạch ảo (VC) khác nhau Giả dụ dữ liệu nhận VC1 còn thoại nhận VC2, các dữ liệu đ-ợc chia nhỏ và đ-ợc truyền đi qua VP0 và VC1 Nếu xung đột xảy ra, số liệu phải bị huỷ bỏ hoặc đ-ợc l-u trữ lại Đồng thời, thoại đ-ợc phân chia thành các tế bào và đ-ợc truyền đi qua VP0 và VC2 Nếu xung

đột xảy ra, các tế bào đ-ợc l-u trữ đệm hoặc bị huỷ bỏ Tổng đài ATM sẽ quyết định bao nhiêu tế bào đ-ợc gửi đi từ mỗi loại thông tin theo đúng các yêu cầu của mỗi loại tin tức

1.2.5 Cấu trúc tế bào ATM

Đặc điểm của ATM là h-ớng liên kết Do đó khác với mạng chuyển mạch gói, địa chỉ nguồn và đích, số thứ tự gói (để sắp xếp lại thứ tự gói) là không cần thiết trong ATM Hơn nữa, do chất l-ợng của đ-ờng truyền rất tốt nên cơ chế chống lỗi từ liên kết tới liên kết cũng đ-ợc bỏ qua Ngoài ra ATM cũng không cung cấp các cơ chế điều khiển luồng giữa các nút mạng

do cơ cấu điều khiển cuộc gọi của nó Vì vậy chức năng cơ bản còn lại của phần tiêu đề trong tề bào ATM là nhận dạng cuộc nối ảo

Phần tiêu đề của tế bào ATM có hai dạng: một là các tế bào đ-ợc truyền trên giao diện giữa ng-ời sử dụng và mạng (UNI - User_Network Interface), dạng còn lại là các tế bào đ-ợc truyền giữa các nút trong mạng (NNI – Network_Network Interface) Hình 1.12 và hình 1.13 thể hiện cấu trúc tế bào ATM ở giao diện NNI và UNI

3 octet45

Hình 1.12: Cấu trúc tế bào ATM tại giao diệnn NNI.[1]

3 octet 4 5

8 7 6 5 4 3 2 1

Hình 1.13: Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI.[1]

1.2.5.1 Số hiệu nhận dạng kênh ảo VCI và đ-ờng ảo VPI

Do kênh truyền ATM có thể truyền với tốc độ từ vài Kbit/s tới Mbit/s tại một thời điểm nào đó, do đó VCI đ-ợc dùng để nhận dạng kênh

đ-ợc truyền đồng thời trên đ-ờng truyền dẫn Thông th-ờng trên một đ-ờng truyền có hàng ngàn kênh nh- vậy, vì thế VCI có độ dài 16 bit (t-ơng ứng với 65536 kênh)

Do mạng ATM có đặc điểm h-ớng liên kết nên mỗi cuộc nối đ-ợc gán một số hiệu nhận dạng VCI tại thời điểm thiết lập Mỗi giá trị VCI chỉ

có ý nghĩa tại từng liên kết từ nút tới nút của mạng Khi cuộc nối kết thúc, VCI đ-ợc giải phóng để dùng cho cuộc nối khác Ngoài ra VCI còn có -u

điểm trong việc sử dụng cho các cuộc nối đa dịch vụ Thí dụ trong dịch vụ

điện thoại truyền hình, âm thanh và hình ảnh đ-ợc truyền trên 2 kênh có VCI riêng biệt, do đó ta có thể bổ sung hoặc huỷ bỏ một dịch vụ trong khi

đang thực hiện một dịch vụ khác

VPI đ-ợc sử dụng để thiết lập cuộc nối đ-ờng ảo cho một số cuộc nối kênh ảo VCC VPI cho phép đơn giản hoá một số các thủ tục chọn tuyến cũng nh- quản lý, nó có độ dài 8 bit hoặc 12 bit tuỳ thuộc vào dạng tế bào ATM đang đ-ợc truyền qua giao diện NNI hay UNI

Tổ hợp của VCI và VPI tạo thành giá trị duy nhất cho mỗi cuộc nối Tuỳ thuộc vào vị trí đối với hai điểm cuối của cuộc nối mà nút chuyển mạch ATM sẽ định đ-ờng dựa trên các giá trị VCI và VPI hay chỉ dựa vào VPI Tuy vậy cần l-u ý rằng VPI và VCI chỉ có ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối Chúng đ-ợc sử dụng để việc chọn đ-ờng trên các chặng này dễ dàng hơn Do số VCI và VPI quá nhỏ nên chúng không thể dùng nh- một số hiệu nhận dạng toàn cục vì khả năng xảy ra hai cuộc nối sử dụng ngẫu nhiên cùng một số VCI và VPI là rất cao Để khắc phục, ng-ời

ta cho VCI và VPI là duy nhất trên mỗi đoạn liên kết (link) Trên từng đoạn liên kết này, hai nút chuyển mạch sử dụng VPI và VCI nh- số hiệu nhận dạng cho mỗi cuộc nối trên đoạn đó Khi đã qua nút chuyển mạch, VPI và

VCI nhận các giá trị mới phù hợp với đoạn tiếp theo

1.2.5.2 Kiểu tế bào (Payload Type - PT)

PT là một tr-ờng gồm 3 bit có nhiệm vụ phân biệt các kiểu tế bào khác nhau nh-: tế bào mang thông tin của ng-ời sử dụng, tế bào mang các thông tin về giám sát, vận hành, bảo d-ỡng (Operation – Admintration – Maintenance, OAM) Nếu bit đầu của PT có giá trị bằng 0 thì đây là tế bào

của ng-ời sử dụng Trong tế bào của ng-ời sử dụng, bit số hai báo hiệu tắc nghẽn trong mạng và bit 3 có chức năng báo hiệu cho lớp t-ơng thích ATM (AAL – ATM Adaption Layer) Nếu bit đầu của PT có giá trị bằng 1 thì

đây là tế bào mang các thông tin quản lý mạng Hình 1.14 và bảng 1.3 trình bày cấu trúc tr-ờng PT

101 Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới đầu cuối

110 Tế bào quản lý tài nguyên

111 Dành cho việc sử dụng trong t-ơng lai

Ngoài ra còn có hai kiểu tế bào đặc biệt là tế bào không xác định (unassigned cell) và tế bào trống (idle cell) Tế bào không xác định và tế bào trống đều có đặc điểm chung là chúng không mang thông tin của ng-ời

sử dụng Tuy vậy tế bào trống chỉ tồn tại ở mức vật lý còn tế bào không xác

định tồn tại cả ở mức ATM lẫn mức vật lý Tế bào không xác định đ-ợc gửi

khi không có thông tin hữu ích dành sẵn trên đầu phát

Tế bào của ng-ời sử dụng

Bit báo hiệu tắc nghẽn “ 1” nếu tắc nghẽn Bit báo hiệu lớp AAL

1.2.5.3 CLP (Cell Lost Priority)

CLP là tr-ờng dùng để phân loại các cuộc nối khác nhau theo mức độ -u tiên khi các tài nguyên trong mạng không còn là tối -u nữa Thí dụ trong tr-ờng hợp quá tải, chỉ có các cuộc nối có mức -u tiên thấp là bị mất thông tin Có hai loại -u tiên khác nhau là -u tiên về mặt nội dung và -u tiên về mặt thời gian Trong chế độ -u tiên về mặt thời gian, vài tế bào có thể có độ trễ trong mạng có thể dài hơn các tế bào khác Trong chế độ -u tiên về mặt nội dung, các tế bào có độ -u tiên cao hơn sẽ có xác suất mất gói ít hơn Các mức -u tiên có thể đ-ợc ấn định trên cơ sở cuộc nối (qua mỗi VCI hoặc VPI hoặc trên cơ sở mỗi tế bào Trong tr-ờng hợp thứ nhất, tất cả các tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đ-ờng ảo sẽ có một mức -u tiên xác định Trong tr-ờng hợp thứ hai, mỗi tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đ-ờng ảo

sẽ có các mức -u tiên khác nhau

1.2.5.4 HEC

Trong tr-ờng điều khiển lỗi tiêu đề HEC chứa mã d- vòng CRC (Cyclic Redundancy Check) Mã này tính toán cho 5 byte tiêu đề Do phần tiêu đề bị thay đổi sau từng chặng nên CRC cần đ-ợc kiểm tra lại và tính toán lại với mỗi chặng Đa thức sinh đ-ợc dùng ở đây là : x8 + x2 +x + 1

Đa thức này có thể sửa sai toàn bộ các lỗi đơn và phát hiện ra phần lớn các

lỗi nhóm

1.2.5.5 GFC (Generic Flow Control)

ở giao diện giữa ng-ời sử dụng và mạng UNI, phần tiêu đề có vài

điểm khác biệt so với giao diện NNI Sự khác nhau căn bản nhất là tr-ờng VPI bị rút ngắn lại còn 8 bit (so với 12 bit ở giao diện NNI), thay vào chỗ 4 bit của VPI là tr-ờng điều khiển luồng chung GFC

Chức năng của tr-ờng GFC đ-ợc nêu ra trong khuyến nghị I.150 của ITU-T Cơ chế của GFC cho phép điều khiển luồng các cuộc nối ATM ở giao diện UNI Nó đ-ợc sử dụng để giảm tình trạng quá tải trong thời gian ngắn có thể xảy ra trong mạng của ng-ời sử dụng Cơ chế GFC dùng cho cả các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới đa điểm

Khi kết hợp mạng ATM với các mạng khác nh- DQSB (Distributed Queue Dual Bus), SMDS (Switch Multi- megabit Data Service), GFC đ-a ra

4 bit nhằm báo hiệu cho mang này làm thế nào để hợp kênh các tế bào của các cuộc nối khác nhau Mỗi mạng đều có một giao thức truy nhập riêng,

do đó hầu nh- mỗi mạng đều có một logic điều khiển t-ơng ứng dùng GFC cho các giao thức truy nhập của riêng mạng này Do đó trong tr-ờng hợp này, GFC thực chất là một bộ các giá trị chuẩn để định nghĩa mức độ -u

tiên của ATM đối với các qui luật truy nhập vào các mạng khác nhau

1.2.5.6 Các giá trị mặc định của tiêu đề tế bào ATM

Bảng 1.4: Giá trị mặc định của tiêu đề tế bào tại giao diệm UNI[1]

Kiểu

Giá trị Octet 1 Octet 2 Octet 3 Octet 4 Octet 5

ggggyyyy yyyy0000 00000000 00100aa0 mã HEC

Báo hiệu từ điểm tới

điểm

ggggyyyy yyyy0000 00000000 01010aa0 mã HEC

Quản lý tài nguyên ggggzzzz zzzzvvvv vvvvvvvv vvvv110a mã HEC Dành cho các chức

năng sau này

ggggzzzz zzzzvvvv vvvvvvvv vvvv111a mã HEC

a bit sử dụng cho các ch-c năng của lớp ATM;

g bit sử dụng trong giao thức của GFC;

p bit sử dung cho lớp vật lý;

v bit biểu thị một giá trị VCI bất kì khác 0;

x bit mang giá trị bất kì;

y bit biểu thị một giá trị VPI bất kì Nếu VPI =0, giá trị VCI đ-ợc sử dụng cho kênh ảo báo hiệu từ ng-ời sử dụng tới nút chuyển mạch địa ph-ơng

z bit biểu thị giá trị VPI bất kì

Để phân biệt các tế bào đ-ợc sử dung ở lớp ATM với những tế bào sử dụng ở lớp vật lý và các tế bào không xác định, ng-ời ta sử dụng các giá trị tiêu đề mặc định Quá trình xử lý tế bào đ-ợc tiến hành trên các giá trị này Bảng 1.4 thể hiện các giá trị tiêu đề của tế bào ATM ở giao diện UNI

1.2.6 Nguyên lý chuyển mạch trong ATM

Trong môi tr-ờng ATM, việc chuyển mạch các tế bào đ-ợc thực hiện trên cơ sở các giá trị VPI và VCI Nh- đã nói, các giá trị VPI và VCI chỉ

có hiệu lực trên một chặng Khi tế bào tới nút chuyển mạch, giá trị VPI hoặc cả VPI và VCI đ-ợc thay đổi cho phù hợp với chặng tiếp theo Thiết bị chuyển mạch thực hiện chỉ dựa trên giá trị VPI đ-ợc gọi là chuyển mạch

VP (VP Switch), nút nối xuyên (ATM Cross Connect) hoặc bộ tập trung (Concentrator) Nếu thiết bị chuyển mạch thay đổi cả hai giá trị VPI và VCI (các giá trị VPI và VCI thay đổi ở đầu ra) thì nó đ-ợc gọi là chuyển mạch

VC (VC Switch) hoặc chuyển mạch ATM (ATM Switch)

T

D2

VPI=y1 VPI=x2

H×nh 1.16: Nguyªn t¾c chuyÓn m¹ch VP

H×nh 1.17: Nguyªn t¾c chuyÓn m¹ch VC

VCI1 VCI2

Khác với chuyển mạch VP, chuyển mạch VC là điểm cuối của các liên kết kênh ảo và liên kết đ-ờng ảo Vì vậy trong chuyển mạch VC cả VPI

và VCI đều thay đổi

1.2.7 Mô hình giao thức ATM

1.2.7.1 Tổng quan

Theo mô hình tham chiếu liên kết các hệ thống mở OSI (Open System Interconnection) của tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO (International Standard Organization), mỗi hệ thống mở đều bao gồm một tập hợp các hệ thống con đ-ợc sắp xếp theo thứ tự từ trên xuống d-ới (hình1.18)

Lớp thấp nhất

hiện qua giao thức đẳng cấp (Peer- to- Peer Protocol) Các đơn vị số liệu

đ-ợc trao đổi giữa hai thực thể cùng cấp đ-ợc gọi là đơn vị số liệu giao thức PDU (Protocol Data Unit) Thực thể cùng cấp của hai hệ thống trao đổi thông tin với nhau bằng cách sử dụng các dịch vụ đ-ợc cung cấp bởi lớp d-ới Điểm mà tại đó thực thể thuộc lớp N+1 truy nhập vào dịch vụ lớp N

đ-ợc gọi là điểm truy nhập dịch vụ lớp N (SAP – Service Access Point) Hình 1.19 [1], thể hiện mối quan hệ giữa những thực thể thông qua các giao thức

Các đơn vị số liệu dịch vụ lớp N (N-SDU –N-Service Data Unit) đ-ợc trao đổi giữa lớp N và N+1 thông qua giao diện lớp N, lúc này hệ thống sử dụng giao thức dịch vụ cấp N (N-Service Protocol)

Hình 1.19: Mối quan hệ giữa các thực thể và các lớp trong mô hình OSI

N-SDU

Thực thể lớp

N+1

Thực thể lớp N+1

Hình 1.20: Các kiểu đơn vị số liệu và mối quan hệ giữa chúng.[1]

Hình 1.20 chỉ ra các loại đơn vị số liệu khác nhau Một PDU lớp N bao gồm thông tin điều khiển giao thức PCI (Protocol Control Information) lớp N và số liệu từ lớp N+1 Thông tin điều khiển giao thức chính là thông tin trao đổi giữa các thực thể lớp N

1.2.7.2 Mô hình giao thức ATM

Trong mục này sẽ trình bày mô hình giao thức của các lớp ATM Hệ thống phân lớp ATM so với các tiêu chuẩn liên kết hệ thống mở (OSI) nh- sau:

 Lớp vật lý ít nhiều t-ơng tự lớp 1 của mô hình OSI và chủ yếu thực hiện các chức năng trên mức bit

 Lớp kết nối số liệu ATM có thể đ-ợc bố trí chủ yếu tại biên d-ới của lớp kết nối số liệu thuộc mô hình OSI

 Lớp thích ứng ATM thực hiện việc thích ứng các giao thức lớp trên cho tế bào ATM cố định

PDU lớp N+1

SDU lớp N+1

PDU lớp N

PCI lớp N Lớp N+1

Lớp N

Lớp t-ơng thích ATM

(AAL) Các lớp cao hơn

Mặt phẳng điều khiển

Mặt phẳng quản

lý

Mặt phẳng ng-ời sử dụng

Quản lý mặt phẳng Quản lý lớp

CS SAR

TC PMD

Các lớp giao thức thích hợp vớicác dịch vụ chuyển tiếp tếbào

Lớp ATM Lớp vật lý

Hình 1.21: Mô hình giao thức ATM

Lớp vật lý:

Lớp vật lý (PL – Physical Layer) chịu trách nhiệm chuyển tải các gói ATM từ một điểm tới một điểm khác Nó bao gồm việc biến đổi các tín hiệu sang khuôn dạng điện hoặc quang thích hợp và nạp các tế bào này thành các khung truyền dẫn thích hợp Trong PL, có hai giao diện cơ bản để thực hiện các kết nối :

Giao diện ng-ời dùng – Mạng (UNI) để kết nối một ng-ời dùng với mạng và giao diện Mạng – Mạng (NNI) để kết nối hai nút mạng trong một mạng Giao diện UNI đ-ợc phân chia thành hai loại: công cộng và riêng Trong năm 1993 diễn đàn ATM đã qui định bốn giao diện của lớp vật lý, hai giao diện có các tốc độ số liệu là 44,736 Mbit/s, hai giao diện có các tốc

độ số liệu là 155,52 Mbit/s Trong số các giao diện đó thì SONET

(Synchronous Optic Network) hoặc SDH (Synchronous Digital Hierachy)

đem lại nhiều hiệu quả cho ATM

Lớp vật lý đ-ợc phân chia làm hai lớp con:

Lớp con 1: Môi tr-ờng vật lý (PM – Physical Medium)

Lớp con 2: Hội tụ truyền dẫn (TC – Transmission Convergence)

Lớp con môi tr-ờng vật lý (PM):

Lớp con môi tr-ờng vật lý là lớp thấp nhất, các chức năng của nó hoàn toàn phụ thuộc vào môi tr-ờng truyền dẫn cụ thể Lớp này cung cấp các khả năng truyền dẫn bit, nó cũng làm nhiệm vụ mã hoá dòng bit theo mã đ-ờng truyền và nếu cần thiết, thực hiện việc biến đổi quang điện Lớp con PM có nhiệm vụ đồng bộ bit Trong chế độ hoạt động bình th-ờng, việc

đồng bộ th-ờng dựa vào các bít đồng bộ thu đ-ợc qua giao diện tuy vậy cũng có thể sử dụng hệ thống đồng bộ riêng trong tr-ờng hợp truyền dẫn cơ

sở tế bào (Cell Based Interface)

Tuỳ loại giao diện là quang hay điện mà ng-ời sử dụng các loại mã

đ-ờng truyền khác nhau Mã đ-ờng truyền đ-ợc sử dụng cho giao diện truyền dẫn tốc độ 155,520Mbit/s là mã đảo cực CMI (Coded Mark Inversion) Mặt khác mã đ-ờng truyền đ-ợc sử dụng cho giao diện truyền dẫn quang tốc độ 155,520Mbit/s và 622,080Mbit/s là mã NRZ (Non Return Zero)

Các tế bào của ng-ời sử dụng, các tế bào báo hiệu và OAM (trừ tế bào OAM lớp vật lý) có tốc độ thực tế là 149,760 Mbit/s trong tr-ờng hợp giao diện 155,520 Mbit/s Đối với giao diện 622,080 Mbit/s, tốc độ thực tế dòng thông tin hữu ích là 599,040 Mbit/s (bằng bốn lần 149,760 Mbit/s)

Lớp con hội tụ truyền (TC):

Lớp con hội tụ truyền là lớp con thứ hai thuộc về lớp vật lý, nó có năm chức năng:

 Thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống (Cell Rate Decoupling): Khi

bào OAM ở mức vật lý thì các tế bào trống sẽ đ-ợc truyền trên đ-ờng truyền để cho tốc độ dòng tế bào phù hợp với tốc độ truyền dẫn cho

tr-ớc của đ-ờng truyền

Cấu tạo của mỗi octet tế bào trống trong tr-ờng thông tin là

01101010, cấu trúc của phần tiêu đề của tế bào trống đ-ợc thể hiện

trong bảng sau:

Bảng 1.5: Cấu trúc phần tiêu đề của tế bào trống[1]

Octet1 Octet2 Octet3 Octet4 Octet5

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 Mã HEC

 Tạo và kiểm tra mã HEC: ở đầu phát, mã HEC đ-ợc xác định bởi 4

octet đầu trong phần tiêu đề của tế bào ATM, kết quả tính toán đ-ợc đ-a vào octet thứ 5 Giá trị HEC là phần d- của phép chia modul 2 của tích 4 octet đầu tiên nhân với x8 cho đa thức sinh x8+x2+x+1 Đa thức sinh này

có khả năng sửa các lỗi đơn và phát hiện lỗi chùm ở tiêu đề tế bào Cả hai khả năng này đều đ-ợc sử dụng ở đầu thu theo giản đồ trạng thái đ-ợc mô tả ở hình 1.22 Bình th-ờng đầu thu đ-ợc đặt ở chế độ sửa sai Khi phát hiện ra một lỗi đơn trong tiêu đề của tế bào ATM thì lỗi này sẽ đ-ợc sửa Nếu xuất hiện lỗi nhóm thì cả tế bào bị huỷ Trong cả hai tr-ờng hợp, sau khi tìm ra lỗi đơn hoặc lỗi chùm, hệ thống tự động chuyển sang chế độ phát hiện lỗi ở trạng thái này khi có lỗi đơn hoặc lỗi chùm xuất hiện thì

tế bào sẽ bị huỷ Hệ thống duy trì ở chế độ phát hiện lỗi cho đến khi không phát hiện ra tế bào lỗi nữa, lúc đó sẽ tự động quay về chế độ sửa sai

Hình 1.22: Cơ chế HEC tại đầu thu.[1]

Nhận biết giới hạn của tế bào (Cell Delineation): Chức năng này cho

phép bên thu nhận biết giới hạn của một tế bào Sự nhận biết này dựa trên

sự t-ơng quan của các bit tiêu đề và mã HEC t-ơng ứng Trong cơ chế nhận biết giới hạn của tế bào, đầu tiên trạng thái bắt đồng bộ HUNT thực hiên việc kiểm tra từng bit của tiêu đề tế bào vừa nhận đ-ợc nếu luật mã hoá HEC đ-ợc tuân thủ, có nghĩa là tế bào không bị lỗi thì hệ thống hiểu rằng phần tiêu đề đã đ-ợc nhận dạng đúng và chuyển sang tiền đồng bộ PRESYNCH ở RESYNCH, hệ thống kiểm tra liên tục mã HEC của các tế bào liên tiếp Nếu  lần liên tiếp mã HEC đ-ợc nhận biết là đúng thì trạng thái chuyển sang trạng thái đồng bộ SYNCH, nếu không nó lại chuyển sang trạng thái HUNT Từ trạng thái SYNCH, hệ thống lại quay về HUNT nếu

tìm ra  lần liên tiếp mã HEC sai

 Biến đổi dòng tế bào thành các khung truyền dẫn (Transmission Frame Adaptation): Tại đầu phát các chức năng này có nhiệm vụ làm cho

dòng tế bào tới từ lớp trên thích ứng với khung số liệu đ-ợc sử dung trong

hệ thống truyền dẫn Tại đầu thu các dòng tế bào đ-ợc khôi phục lại từ các khung truyền dẫn Các hệ thống truyền dẫn th-ờng đ-ợc dùng là hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH và hệ thống truyền dẫn dựa trên cơ sở các tế bào

Chế độsửa sai

Chế độphát hiệnlỗi

Không phát hiện thấy lỗi

Không có lỗi

Phát hiện ra lỗi nhóm (gói lỗi bị huỷ)

Phát hiện ra lỗi đơn (sửa sai)

Phát hiện ra lỗi (gói lỗi bị huỷ)

Hình 1.23: Cơ chế nhận biết giới hạn khung.[1]

 Phát và khôi phục các khung truyền dẫn: là chức năng d-ới cùng

trong lớp con TC Nó có nhiệm vụ tạo ra các khung truyền dẫn và ghép các

tế bào ATM vào các khung này Kích th-ớc khung truyền dẫn phụ thuộc vào tốc độ truyền Tại đầu thu các khung truyền dẫn đ-ợc nhận biết và khôi phục lại Từ các khung này ta có thể khôi phục lại dòng tế bào ATM Cấu trúc các khung truyền có thể khác nhau tuỳ thuộc vào các hệ thống truyền dẫn cụ thể Trong chế độ SDH, các tế bào ATM đ-ợc đóng vào các khung truyền gọi là Container, phần đầu của các Container này chứa các thông tin

điều khiển Trong ph-ơng pháp truyền trên cơ sở tế bào, các tế bào ATM

đ-ợc truyền liên tục mà không tuân theo các khung thời gian nh- kiểu truyền đồng bộ Trên đ-ờng truyền cứ nhiều nhất sau 26 tế bào hữu ích lại

có một tế bào ở lớp vật lý đ-ợc chèn vào, mục đích là để làm dòng tế bào truyền phù hợp với tốc độ bit đã cho của giao diện Tỷ lệ 26:27 t-ơng ứng với tỷ lệ 149,760Mbit/s :155,520 Mbit/s và 599,040 :622,080 Mbit/s do đó

nó đáp ứng đ-ợc yêu cầu về tính t-ơng thích với đ-ờng truyền

Trạng tháitìm đồng bộ(HUNT)

Trạng tháitiền đồng bộ(PreSYN)HEC sai

HEC đúng

Trạng thái

đồng bộ(SYN)Kiểm tra từng tế bào

Kiểm tra từng tế bào

Kiểm tra từng bit

HEC sailiên tiếp

lần

HEC đúngliên tiếp

lần

Chức năng lớp ATM:

 Điều khiển luồng chính (GFC): Chức năng điều khiển chính chỉ có ở

giao diện giữa mạng và ng-ời sử dụng UNI, nó cung cấp các giao thức điều khiển luồng thông tin tới từ mạng của ng-ời sử dụng CN (Customer Network) hoặc từ các thuê bao GFC còn có thể đ-ợc sử dụng để giảm bớt

tình trạng quá tải tức thời của mạng

 Tạo và tách tr-ờng tiêu đề của tế bào: Chức năng này đ-ợc thực

hiện ở điểm kết thúc hoặc bắt đầu của dòng thông tin lớp ATM Tại đầu phát, sau khi nhận đ-ợc phần dữ liệu 48byte từ lớp AAL, phần tiêu đề sẽ

đ-ợc ghép vào với tr-ờng dữ liệu này, trừ byte HEC (việc tạo và kiểm tra mã HEC đã đ-ợc thực hiện ở lớp con TC ) Các giá trị VCI và VPI sẽ đ-ợc tạo ra dựa trên các số hiệu nhận dạng của điểm truy nhập dịch vụ SAP (Service Access Point) Tại đầu thu, tr-ờng tiêu đề đ-ợc tách ra khỏi tế bào ATM, chỉ có tr-ờng thông tin 48 byte đ-ợc gửi tới lớp AAL Tại đây, giá trị

VPI và VCI đ-ợc dùng để nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ

 Đọc và thay đổi giá trị VPI, VCI: Thay đổi giá trị VPI và VCI là chức

năng cơ bản của chuyển mạch ATM Nó đ-ợc thực hiện ở các nút chuyển mạch hoặc các nút nối xuyên trong mạng Trong nút nối xuyên, mỗi giá trị VPI của tế bào đến đầu vào sẽ nhận một giá trị mới ở đầu ra, giá trị VCI vẫn giữ nguyên Mặt khác tại nút chuyển mạch ATM, cả VPI và VCI đều

đ-ợc thay đổi

 Phân kênh và hợp kênh các tế bào: Tại đầu phát, các tế bào thuộc về

kênh ảo VC và đ-ờng ảo VP khác nhau sẽ đ-ợc hợp kênh thành một dòng

tế bào hợp nhất Tại đầu thu, dòng tế bào ATM đ-ợc phân thành các đ-ờng

ảo và kênh ảo độc lập để đi tới thiết bị thu