Đánh giá hiệu suất của chuyển mạch ATM, sử dụng bộ đệm đầu vào

Tuỳ theo vị trí củ a vùng đệm này m à chu yển m ạch A T M có thể được phân loại chi tiết hơn: chu yển m ạch kiểu vùng đệm đầu vào, kiểu vùng đệm đẩu ra, kiểu vùng đệm đầu vào / đầu ra, k

v ũ THỊ THUÝ HÀ

C h u y ê n n g à n h : C ô n g n g h ệ t h ô n g t in

M ã số:

LUẬN VĂN THẠC SỶ KHOA HỌC

Người hướng dẫn :Ts Vũ Duy Lợi

! W i h ọ c q L o c hã NOf ị

I Î R t W G Î À M T H Ò M T ỊN ïiilÎViL.N'j

H à nội, n ăm 2 0 0 1

1 4 Cấu hình tổng quan hệ chuyển m ạch A T M 15

2.1 G iớ i thiệu chung

53

54 54 58

ChươnglII: Phân tích đánh giá hiệu suất của chuyển mạch

A 3 M ột số cấu trúc chu yển m ạch thương m ại tiêu hiểu cú a 1 £ 4

s ố hãng

M Ở Đ Ẩ U

C ô n g nghệ viễn th ôn g đang c ó những bước phát triển tuyệt vời Cùng với sự phát triển củ a c á c n g àn h cô n g nghệ k h á c như điện tử, tin h ọ c, quang h ọc, công nghệ viễn ihông đã và đ an g m an g đến ch o co n người những ứng dụng trong tất cả lĩnh

vự c: kinh tế, g iá o d ụ c, văn h o á, y h ọ c, thông tin quảng bá v v C á c quốc gia đều

co i V iễn th ô n g -T in h ọ c là m ộ t trong những nghành mũi nhọn và đầu tư thích

đ áng để có đư ợc nhữ ng thành tựu, những vị trí xứng đáng trong nghiên cứu và ứng dụng thông lin , làm đòn bảy để k ích thích sự phát triển củ a các ngành kinh

t ế q u ố c dân k liá c T ro n g để tài n ày , tôi cũng xin giới thiệu m ột côn g nghệ viễn thông mới đó là c ô n g n g h ệ truyền tải k h ô n g đồng bộ A T M , đây là cơ sở của hệ thống xa lộ thông tin trên toàn cầu , m ạn g số đa tích hợp băng rộng B -ISD N

P hần để tài n g h iên cứu đưực ch ia ra làm 3 chương

C hương I giới th iệu tổng qu an về cô n g n ghệ truyền tải không đồng bộ A T M Đ ây

là I cô n g nghệ đư ợc ITƯ ch ọ n làm cô n g nghệ c ơ sở ch o m ạng số đa tích hợp băng rộng B -IS D N C ôn g n ghệ A T M k h ô n g quan tâm thông tin là loại gì và nó từ đâu đến Đơn g iả n là A T M cắ t bản tin thành c á c tế bào A T M có độ dài c ố định

5 3 o cte t (4 8 o c te t c h o phần tải tin và 5 o c te t ch o phần tiêu đ ề) C ác tế bào được ghép kênh kh ô n g đ ồ n g bộ và được truyền theo phương thức hướng kết nối qua

c á c kênh ảo Phần tải tin được truyền th ôn g suốt, còn phần tiêu đề được dùng để

x á c định và th iết lập k ên h ảo

Chưưng II trình b ày m ộ t số m ô hìn h hàng đợi dùng để m ô hình hoá ch o kiểuchu yển m ạch A T M sử dụng bộ đệm đầu vào h o ặc đầu ra trong c á c thành phần chu yển m ạch M ô hình G eo m /G /1 được dùng để m ô hình hoá ch o m ạng chuyển

m ạch sử dụng bộ đệm đầu vào M ô hình G eo m ' /D /l được dùng để m ô hình hoá

ch o m ạng chuyến m ạch đệm đầu ra

Chương III đánh giá hiệu suất của chuyển m ạch A T M , sử dụng bộ đệm đầu vào trong chuyển m ạch, m a trận chuyển m ạch M xN ( n o n -b lo ck in g ) Đ ể đánh giá

hiệu suấl của chuyển m ạch này, dùng m ô hình hàng đợi G eom /G /1 để m ồ hình

hoá T ron g phần nghiên cứu dựa vào lý thuyết x á c suất và lý thuyết hàng đợi để tính toán c á c tham s ố ảnh hưởng tới hiệu suất củ a chuyổn m ạch như : Thông lượng của hệ thống, thời gian trễ trung bình, thời gian đợi trung hình trong hàng đợi, x á c suất m ất tế b à o v w Từ đó đưa ra c á c đổ thị biểu diễn m ối quan hệ của

c á c giá trị đó với tố c độ đầu vào Ả Trong phần này cũng đưa ra khái niệm hàm côn g suất, dựa vào hàm này ta có thể tìm điểm đạt hiệu suất tối ưu nhất của hệ thống, với c á c yêu cầu đặt ra

M ạng thồng tin băng rộng B -IS D N được phát triển bằng cá ch m ở rộng khả năng củ a m ạng ISD N đang tồn tại với m ục đích trang bị them c á c loại Ưn hiệu băng rộng và nhờ ảnh hưởng của tiêu chuẩn truyền dẫn quang đồng bộ (S O N E T ) Phương pháp truyền thông ISD N được đưa vào ứng dụng trong

m ạng B -IS D N M ụ c đích chính của m ạng B -ÏSD N là kết hợp c á c tín hiệu liên tục thời gian thực và nhóm c á c tín hiệu dữ liệu nhờ cách phân bố hăng rộng từ nhóm c á c dịch vụ băng hẹp như giám sát từ xa c á c thiết bị truyền số liệu điện thoại , F A X , đến c á c dịch vụ băng rộng bao gồm điện thoại thấy hình , hội nghị truyền hình , truyền ảnh với độ chính x á c cao , truyền số liệu tốc độ cao

và truyền hình ảnh Như vậy cần có hệ thống xử lý hiệu suất để điều khiển

c á c dịch vụ kh ác nhau Đ ể đáp ứng tốt m ọi yêu cầu của m ạng B -ISD N , ITU đã chọn cô n g nghệ truyền tải không đồng b ộ -A T M là công nghệ cơ sở cua m ạng B-1SD N

N guyên lý CƯ hản của cô n g nghệ A T M là kết hợp c á c ưu điểm của 2 m ạng chuyển m ạch truyền thống đã tồn tại từ rất lâu đó là : Chuyển m ạch kênh và chuyển m ạch gói Chuyổn m ạch A T M sử dụng phương thức ghép kênh ihống

kê (ghép kênh theo thời gian không đồng bộ A T D M ) C ông nghệ truyền tải không đồng bộ A T M ch ia dữ liệu thành c á c gói nhỏ có k ích thước như nhau gọi là tế b ào (c e lls) và truyền tải theo phương thức hướnu kết nối sao ch o sự truyền tải thông tin dịch vụ được thực hiện bởi v iệc thiết lập kênh ảo M ội khi kênh ả o được thiết lập cu ộ c nối được gán tên và khi giải phóng cu ộ c nối

thì tên bị xoá bỏ Công nghệ A T M không phân biệt thông tin là cái gì và nó từ đâu đến, đưn giản là nó cắt thành c á c tế hào có kích thước c ố định , dán tiêu

đề ch o c á c t ế bào, sao ch o có thổ định hướng tới được đích m ong m uốn, đảm

hảo cá c yêu cầu trong suốt về thời gian và trong suốt về nội dung , đồng thời

quán lý được nó trong quá trình truyền tin

Tiêu đề của tế bào chứa rất ít chức năng N hờ vậy có thể xử lý m ột cách nhanh nhất H ình 1.1 m inh hoạ c á c nguồn tin đến với c á c tốc độ kh ác nhau được cắt thành c á c tế bào c ó kích thước hoàn toàn bằng nhau C ác tế bào này sẽ được

đổ vào m ột đường ống truyền dẫn khổng lồ và trộn tất cả c á c tế bào lừ mọi nguồn theo m ột cách tối ưu cho v iệc truyền tải chúng trong ống V iệ c tối ưu hoá được thực hiện nhờ kỹ thuật ghép kênh thống kê A T D M ( C ác tế bào được đệm vào hàng đợi sau đó Ĩ1Ó được đọc theo m ột thuật toán thích hợp F IF O )

C ổng nghệ truyền tải k h ô n ç đổng bộ A T M cho phép truyền c á c kiểu lưu lượng khác nhau: V o ic e , A u d io,V id e o ,T e x t,Data v v T ất cả c á c kiểu lưu lượng đó được ghép kênh và chuyển m ạch đồng thời trong m ột m ạng thống nhất

C á c tính n ăn g ưu việt c ủ a A T M

• C á c tố b ào có kích thước c ố định và cấu trúc phần tiêu đề đơn giản

• Sử dụng kỹ thuât ghép kênh không đồng bộ ( A T D M ),

• T hông tin người dùng được truyền qua kênh nối ảo và theo phương Ihức hướng đấu nối (con n ection oriented)

• T hống k ê cho m ọi kiểu lưu lượng

• G án độ rộng băng rất linh động , m ềm dẻo

• T iế t kiệm giá thành quản lý vận hành và báo dưỡng nhờ cô n g nghệ cao và đồng nhất.

ồn« dẫn

số

khổng lồ

155Mbps622Mbps1.2Gbps2.4Gbôs

H ìn h 1.1 T ạ o tế bào và ghép kênh A T M1.2 C ấ u tr ú c tê b à o A T M

T ế bào A T M là khối truyền tin cư bản trong phương pháp truyền tin A T M T ế bào A T M có kích c ỡ c ố định là 5 3 o ctets (b y te s) bao gồm 5 octet (b y te s) dành

ch o phần tiêu đề và 4 8 o ctets (b y tes) dành ch o phần tái tin C ác bít trong tế hào được truvền qua đường truyền dẫn ( như m ô tả ở hình l 2)

Đ irờ n g tru yề n dần

Hình 1.2 Khuôn dạnu tế bào ATM

Phấn tiêu đề A T M được chia thành c á c phần điều khiển chung ch o luồng tín hiệu G F C (G eneral Flow Control ), phần tín hiệu xác định luồng ảo (V P ), xác định kênh ảo (V C I ), loại tải (P T ), tín hiệu x á c định tế bào ưu tiên C L P và tín hiệu kiểm tra lỗi phần tiêu đề H E C A T M qui định 2 định dạng của tiêu đổ đó

là :

U N I- K huôn dạng liêu đề trên giao diện Người dùng- m ạng

NNI - K huôn dạng tiêu đề trên giao diện M ạn g-M an g

SỐ hít đành ch o U N I và NNI k h ác nhau, số lượng và vị trí củ a c á c bít tương ứng được ch ỉ ra trong hình 1.3

• Phần G F C : Dùng để ch ỉ giao điện củ a m ôi trường dịch vụ , ngoài ra nó còn dùng để làm giảm độ rung pha của c á c dịch vụ có tố c độ bít không đổi

C B R ,chỉ định dung lượng đồng nhất đối với dịch vụ có tố c độ hít thay đổi

V B R và điều khiển m ức độ quá tải của dòng V B R C ác chứ c năng như vậy đòi hỏi khả năng kiểm soát đối với cấu trúc UN I của cấu hình m ạn g: hình sao , đường vòng , loại đơn tuyến h o ặc sự k ếl hợp của c á c loại cấu hình này

• V C I: K hái niệm kênh ảo trong A T M là rất quan trọng: G ọ i là kênh ảo vì

nỏ ch ỉ tồn tại vật lý khi cẩn t h i ế t , lức là ch ỉ trong thời gian thực sự truyền tái c á c tế bào A T M Còn kênh vật lý đóng vai trò như m ột “đường ố n g ” khổng ]ồ chung ch o mọi nguồn tin V C I gọi là nhận dạng kên h ảo được sử dụnc, để thiết lập c á c cu ộ c nối sử dụng c á c bảng biên dịch ở c á c hệ chu yển

m ạch A T M C ác kênh được thiết lập giữa c á c V C I đầu vào và V C I đẩu ra được gọi là m ột kết nối ảo

• V P I: N hận dạng đường ảo được sứ dụng tưưng tự như V C I dùng để thiết lập đường nối ảo từ đổu cuối đến đầu cuối ch o m ột nhóm nhiều kênh ảo

M ột đưòíníì ảo có thể có nhiều kênh ảo như m inh hoạ trong hình 1.4

• P T : K iểu trường tin người dùng Dùng để phân biệt c á c thông tin như thông tin người sử dụng, số liệu báo hiệu h o ặc thông tin về bảo dưỡng

• C L P : Đ ộ ưu tiên tổn thất tế bào Dùng để chi khả năng ch o phép hoặc

k h ô n g cho phép m ất cu ộ c gọi trong trường hợp m ạng quá tải C ác tế bào

c ó m ức độ ưu tiên thấp C L P = ỉ có thể sẽ bị loại bỏ tuỳ thuộc vào điều kiện

cụ thế của m ạng tại thời điểm đang xét

• H E C :Đ iểu khiên lỗi tiêu đề( byte kiểm tra chu kỳ thặng d ư -C R C ) Nó được dùng để phát hiện và sửa lỗi ch o phần tiêu đề của tế bào A T M

c /M ặ t b ằ n g q u ả n lý: M ặt bằng quản lý cung cấp chứ c năng giám sát m ạng viễn thông liên quan đến thông tin khách hàng và truyền thông tin điều khiển

Nó được phân loại thành chứ c năng quản lý m ặt bằng và ch ứ c năng quản lý

lớp Chức năng quản lý m ặt bằng điều khiổn tổng thể hệ thống hằng cách can thiệp vào giữa c á c m ặt bằn g, và ch ứ c năng điều khiển Quản lý lớp cung cấp

v iệc điều hành liên quan đến nguồn và tham số của giao thức tương ứng Ngoài ra nó cò n điều k h iển dòng thông tin đối với c á c lớp cấu thành

1.3.2 Chức năng của các lớp trong mô hình tham chiếu B-ISDN

■ Chức năng phân ch ia và kết hợp lại

Lớp A T M

(hình 1.6)

■ Đ iều khiển lưu lượng chung

■ T ạo và tách thông tin tiêu đề

- D ịch c á c tế bào V P I/V C I

■ G hép c á c tế bào A T M với luồng ảo và kênh ảo khác nhau để tạo ncn dòng tế bào tổng hợp N gược lại nó thực hiện lách tế bào

Lớp vật lý K ế t hợp chuyển

đổi

■ Phân ch ia tố c độ tế bào

■ T ạ o và x á c định tín hiệu H EC trong phần tiêu đề củ a tế bào

A T M

■ N hận dạng biên tế bào

■ T ạ o và x á c định khung truyền dẫn

B ả n g 1 6 Chức năng củ a c á c lớp trong m ô hình tham chiếu

1 3 2 1 L ớ p v ậ t lý : Đ ược tạo nên bởi lớp co n m ôi trường vật lý P M và lớp con k ết hợp truyền dẫn T C N ó thực hiện c á c chứ c năng sau:

• C hứ c năng m ôi trường vật lý: Chức năng P M có liên quan tới m ôi trườngvật lý để truyền dẫn như sợi quang, phần tử phát quang, phần tử nhậnquang, bộ n ố iv v

• C hứ c năng thông tin thời gian bít: Chức năng này chu yển đổi luồng bít dữliệu thành dạng sóng phù hợp với m ôi trường truyền dẫn và ngược lại, đưa vào h o ặ c lấy ta c á c thông tin về thời gian củ a bít, và thực hiện m ã hoá và giải m ã đường truyền Như vậy thông tin được chu yển từ phân lớp m ôi trường vật lý sang phân lớp kết hợp truyền dẫn bao gồm dòng bít /m ã dữ liệu và thông tin thời gian tương ứng

• C hức năng tạo và nhận dạng khung : Chức năng này tạo ra hoặc x á c địnhkhung truyền dẫn T ron g trường hựp Iruyền dẫn trên c ơ sở c á c tế bào

A T M , chứ c năng này không cần vì không có c á c khung truyền dẫn riêng

biệt T u y nhiên, trong trường hợp truyền dẫn SD H (Synchronou s Digital

H ierarch y -h ệ thống truyền dẫn phân cấp số đồng bộ) cần phải có khung

S T M -n và trong trường hợp truyền dẫn dựa trên khuyến nghị G 7 0 2 cần phải c ó khung tín hiệu D S-3

• C hứ c năng ih ích ứng khung truyền dẫn: Ghép c á c dòng tế bào A T M vào

những khoáng với tải phù hợp của khung truyền dẫn h o ặc lấy lại dòng cá c

tế b ào A T M từ khung truyền dẫn Đ iều này đòi hỏi đối với trường hợp truyền dẫn trên c ơ sở SD H hay trên c ơ sử khuycn nghị G 7 0 2

• C hứ c năng nhận dạng biên tế bào : X á c định khung củ a c á c tế bào A TM irong dòng c á c tế bào A T M Nó thực hiện việc ngẫu nhiên hoá đối với hướng phát, x á c định, và khẳng định đường biên củ a tế bào A T M và thực hiện v iệc giải ngẫu nhiên theo hướng ngược lại

• C hứ c năng lạo và x á c nhận tín hiệu H E C : T h eo hướng phát nó tạo tín hiệu

H E C nhờ 4 o c te t trong phần tiêu đề củ a A T M và đưa nó vào octet thứ 5

T h e o hướng ngược lại, nó k iểm tra tính thích hợp của tín hiệu H E C đối với lín hiệu nhận được trong cùng 1 quá trình và hỏ qua tế b ào nếu phát hiện ra lỗi không sửa được

• C hứ c năng phân định tố c độ tế bào : G hép them c á c tế bào rỗi vào c á c tế

b ào A T M với c á c thông tin phù hợp đổ tạo ra tố c độ tế bào bằng với dung lượng của hệ thống truyền dẫn h o ặc loại bỏ c á c tế bào rỗi để tách c á c tế hào dữ liệu

1 3 2 2 L ớ p A T M : Đ ộ c lập với lớp vật lý và cung cấp c á c chứ c năng sau:

• C hứ c năng ghép tách tế bào : G hép cá c tế bào A T M với c á c luồng ảo và kênh ảo khác nhau để tạo nên dòng tế bào lổng hợp, ngư ợc lại tách c á c tế bào T ron g khi đó , c á c tế bào ghép khổng nhất thiết phải là dòng tín hiệu liên tục

• Chức năng chuyển đổi lố bào V P I/V C I: Chức năng này được yêu cầu đối với c á c hệ chuyển m ạch A T M nó ghép c á c giá trị mới vào c á c giá trị trong trường V P I/V C I.

• Chức năng tạo và nhận dạng phần tiêu đề của tế bào: C hức năng này được dùng ch o điểm x á c định lớp A T M để tạo và nhận dạng 4 o cte t đầu của tín hiệu ghép đầu tế bào A T M N ó ghép c á c thông tin nhận được từ lớp bậc cao đến cá c trường lương ứng để tạo ra tín hiệu ghép đầu tế bào và thực hiện quá trình ngược lại để nhận dạng tín hiệu ghép đầu N eoài ra nó dịch tín hiệu nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ SA P I thành V PI và V C I

• Chức năng điều khiển dòng chung : điều khiển v iệc truy nhập và dòng thông tin trong U N I( g iao diện người (iù ng-m ạng).T rong trường hợp này thông tin điều khiển dòng được chuyển vào cá c tế bào ch ỉ định và khổng chỉ định

1.3.2.3LỚ P thích ứng A A L

Đ ược phân ch ia thành phân lớp kết hợp c s và phân lớp ch ia và k ếl hợp S A R

c s tạo ra c á c thông tin d ịch vụ khách hàng b ậc ca o trong khối dữ liệu giao lliức PD Ư và ngược lại Phân lớp S A R ch ia PDƯ đổ tạo ra vùng thông tin khách hàng của tế bào A T M và ngược lai Chức năng lớp thích ứng A T M phụ thuộc vào lo ại dịch vụ m ức cao T h eo tiêu chuẩn IT Ư -T c á c loại A A L được gọi là A A L 1-4 tương ứng với 4 loại dịch vụcúa m ạng B -ISD N (c la s s A ,c la s B ,c la s s C ,c la s s D )( Bảng 1.7) T u y nhiên A A L -3 và A A L -4 đưực kết hợp lại A A L 3 /4 và A A L -5 được thêm vào cho c á c thông tin tốc độ cao

A A L 1 -5 thực hiên c á c chức năng sau:

• AAL1

s Chuyển SDƯ (Serv ice D ata U nit) của cùng 1 tố c độ hít theo cùng m ột tốc

độ.

s C huyển thông tin thời gian thực giữa phát và thu

s Chỉ thị việc x á c nhận lỗi hoặc không phát hiện lỗi

• A A L 2

S Chuyên SD U theo tố c độ bít thay đổi

'S Chuyển thông tin thời gian thực giữa phát và thu

s Chí thị việc xác nhận lỗi h oặc không phát hiện lỗi

Fram e relay

X 2 5

I R S M D S

Bản g 1.7 Các loại dịch vụ ATM/B-ISDN

Điểm truy nhập dịch vụ AAL(AAL-SẢP)

SAR-PDU

Ý _ Ỷ J _

Điểm truy nhập dịch vụ (ATM-SAP)

H ìn h 1 8 M ô hình phân lớp g iao

th ứ cA A L

1.4 Cấu hình tổng quan hệ chuyển mạch ATM

1.4.1 Yèu cầu đôi với hệ chuyển mạch ATM

C á c hệ thống chuyển m ạch gói và chuyển m ạch kênh đã được phát triển ch o

m ạng truyền số liệu, m ạng thoại/viđeo truyền thống , không thể đáp ứng được

c á c dịch vụ của m ạng băng rộng B -ISD N Công nghệ chu yển m ạch A T M được ITƯ chọn làm công nghệ cơ sở cho m ạng B -ISD N M ạng B -IS D N lại yêu cầu rất ca o về tính m ém dẻo , đa năng, chất lượng và hiệu quả kinh tế trong v iệc truyền tải thông tin và cu ng cấp c á c dịch vụ ch o khách hàng V ì vậy hệ chu yển m ạch không đồng bộ A T M phải đáp ứng m ột số c á c yêu cầu sau:

• H ệ chu yển m ạch A T M phải có khả năng là xử lý tố c đ ộ cao, dung lưựng lớn, ch ất lượng truy nhập ca o và v iệc điều khiển quá trình chuyổn m ạch

dễ dàng và đơn giản

• Phải có khả năng ghép thống kê cá c luồng tế bào A T M qua hệ chuyển

m ạch A T M Đ ồng thời phải có khả năng thực hiện nhanh v iệc xử lý tốc

độ lồi b í t , trễ., theo yêu cầu dịch vụ trong c á c hệ chu yển m ạch A T M V ới

c á c khái niệm về V P I/V C I và đường dẫn băng rộng khổng lồ, việc thực hiện c á c chứ c năng chuyển m ạch nói chung có thể k ết hợp tốt nhất cả 2

c ơ c h ế xử lý phần cứng (H W ) và phần m ềm (S W ), trong đó chú trọng tăng cường xử lý phần cứng và giảm nhẹ c ơ c h ế xử lý phần m ềm để tăng

tố c độ và hiệu quả xử lý toàn bộ

• H ệ thống chuyổn m ạch A T M phải đáp ứng được yêu cầu ,là quá trình xử

lý tế bào phải thực hiện xong trong phạm vi 1 m sec trôn m ỗi nút , trong trường hựp xử ]ý thông tin C B R (tố c độ bít c ố định ) là 1()'9 trên m ỗi n ú t ,

và trong trường hợp xử lý thông tin V B R ( tố c độ bít thay đổi) tỷ lệ tổn thất tế hào cỡ 1 0 7 trên m ỗi nút phải được đảm bao ch á c chắn

• Phải đảm bảo sự hỗ trợ có hiệu quả của truy nhập điểm - đa điểm Irong

hệ thống chuyển m ạch, sự hỗ trợ của chứ c năng phân nhóm kênh được sử dụng nhằm m ục đích liên kết c á c cổng chuyển m ạch và nhóm chúng lại,

sự sử dụng dung lượng lớn của hệ thống chuyển m ạch A T M ( V í dụ : vượt quá 1 024 X 1 0 2 4 ) và sự hỗ trợ của c á c dịch vụ vận chu yển A T M mới như

A B R ( T ố c độ bít khả dụng ) và Ư B R ( T ố c độ bit không xác định ) Do

m ạng chu yển m ạch A T M nhất thiết phải hỗ trợ ch o dịch vụ phân tán như

V D T m à người ta ch ờ đợi rằng nhu cầu của dịch vụ này sẽ tăng lên một cách m ạnh m ẽ nôn nó nhất định phải có chứ c năng truy nhập điểm - đa điểm Đ ể đạl được m ụ c tiêu này, hệ thống chuyển m ạch A TM cẩn phải

có ch ứ c năng sao ch ép tế bào ngay trong hệ thống chu yển m ạch A TM

1 4 2 C á c k h ố i ch ứ c n ã n g tro n g ch u y ển m ạ c h A T M

C huyển m ạch A T M rất giống chuyển m ạch g ói Đ iểm kh ác nhau căn bản giữa chuyển m ạch gói và A T M là tốc độ chu yển m ạch T ố c độ chuyển m ạch

A T M c ó Ihể đạt được rất cao Hệ thống chuyển m ạch A T M có cấu trúc bao

gồ m c á c khối chức năng: G iao diện chuyển m ạch (m odule đầu vào và m odule đầu ra), cơ cấu chuyển m ạch tế bào, điều khiển tiếp nhận đấu nối (C A C ) và quản lý chuyển m ạch (S M )( hình 1.7 )

H ìn h 1 9 Cấu trúc lổng quan của chuyển m ạch A T M

IM : M odule đẩu vào (Input M od ule) O M : M odule đổu ra (Output M odule)

C A C : Đ iều khiển tiếp nhận đấu nối (C on nection A d m ission C ontrol)

SM : Q uản lý chuyển m ạch (Sw itch M anagem ent)

SO N E T rM ạn g quang đồng bộ( Synchronous O ptical N etw ork)

1 4 2 1 G ia o d iện ch u y ển m ạ c h : C ó chức năng thích ứng c á c thiết bị truy nhập giữa c á c đường truyền dẫn ngoại vi với c ơ cấu chu yển m ạch nếu cần

N goài ra nó còn có chứ c năng đồng bộ tế bào, biên d ịch tiêu đề và ghép tách

c á c thông tin định hướng tế hào A T M

• M odule đầu vào thực hiện c á c chức năng: K iểm tra lỗi phần tiêu đề (H E C ), gán và biên dịch giá trị V P I/V C I, x á c định cổn g đẩu ra đích,

V - U f 1 5 &

-/

chuyển c á c tế bào háo hiệu đến khối điều khiển tiếp nhận đấu nối (C A C )

và c á c tế hào O A M đến khối quản ly chuyổn m ạch ,h ổ sung cá c thông tin định hướng và giám sá l cu ộc gọi

• M odule đầu ra: T á ch và xử ỉý c á c thông tin định hướng và giám sát, tạo trường H E C , biên dịch giá trị V P I/V C I, trộn c á c tế b à o từ C A C và SM với luồng tế hào ra, biến đổi luồng tín hiệu số thành tín hiệu quang

1 4 2 2 Đ iều k h iể n tiế p n h ậ n đấu nối (C A C ): C A C là 1 chứ c năng phần

m ềm irong chuyển m ạch A T M , nó có trách nhiệm x á c định yêu cẩu đấu nối được chấp nhận hay không được chấp nhận Chức năng củ a C A C

• T h ự c hiện chứ c năng thiết lập, thay đổi, giải phóng kết nối kênh ảo, đường ả o v v ,

• G ia o thức báo hiệu m ứ c cao, giao diện với m ạng báo hiệu

• Đ àm phán với khách hàng về vấn đề về lưu lượng, yêu cầu kết nối cu ộc

g ọi mới cùng với thông số kết nối m ớ i(V P C s/V C C s)

• Thương lượng lại với khách hàng để thay đổi kết nối V P C s/V C C s

• Nếu yêu cầu được chấp nhận C A C x á c định tham số U PC /N PC , tạo tuyến , và định vị tài nguyên Đ ịnh vị tài nguyên bao gồm độ rộng băng tần , không gian bộ đệm và cá c tài nguyên chyển m ạch bên trong

• Q u yết định chấp nhận h oặc không chấp nhận yếu cầu kết nối

V P C s/V C C s

1 4 2 3 Q u ả n lý ch u y ển m ạ c h (S M ):

• Đ iều khiển luồng O A M của lớp vật lý , O A M của lớp A T M

• Quản lý cấu hình củ a cá c thành phần chuyển m ạch

• Quản lý an loàn cho c ơ sở dữ liệu chuyển m ạch

• Quản lý lỗi

• Quản lý hoạt động, quản lý tính toán

• Q uản lý hiệu suất m ạng, quản lý lưu lượng, quản lý m ạn g-k h ách

h à n g v v

1 4 2 4 C ơ cấu ch u y ển m ạ c h t ế b à o : Thực hiện chức năng truyền tế bào giữa

c á c khối chức năng(tạo tuyến ch o c á c tế bào số liệu, tế bào háo hiệu, tế bào quản lý) Cấu trúc bao gồm : hộ tập trung/dãn , bộ ghép/tách k ên h , m a trận chu yển m ạch ( đệm và tạo tuyến)

chuyển m ạch K hi đó cá c tế bào A TM từ nhiều giao diện chuyển mạch được

ghép thành m ột luồng tế bào A T M phía đầu ra của bộ ghép kênh m à nó c ó tốc

độ bít phù hợp c á c yêu cầu của m a trận chuyển m ạch

b/Ma trận chuyển mạch:

L u ồng tế bào A T M đầu vào sẽ được chuyổn qua m a trận để đạt tới c á c địa chí đầu ra, theo yêu cầu định hướng của tế bào Nếu cùng thời điểm củ a 1 kh c thời gian c ó nhiều tế bào đến và có cùng địa chí cổng ra, ihì nó sẽ phải được lưu ở bộ đệm trước khi lạo tuyến D o đó m a trận chuyển m ạch sẽ bao gồm 2 thành phần : bộ đệm và chuyển m ạch tạo tuyến để đưa tế b ào đến từ 1 đầu vào

và đi ra 1 cổng thích hợp Có m ột số cơ c h ế chuyển m ạch : C hu yển m ạch dùng ch u n e hộ nhớ, chu yển m ạch dùng chung m ôi trường m ôi g iớ i, chu yển

m ạch trôn c ơ sơ trang bị hộ đệm , chuyển m ạch m a trận không gian

1.4.3 Ma trận chuyển mạch

1.4.3.1 Chuyển mạch trên cơ sở trang bị bộ đệm

Bộ đệm là rất cần thiết ch o c á c kiến trúc của chuyển m ạch A T M V í dụ nếu 2

tế b ào có cùng địa chỉ cổng đầu ra đi đến tầng chuyển m ạch cu ối cù ng tại cùng lk h e thời gian, thì hiện tượng tranh giành cổng đầu ra sẽ xảy ra, để giải

quyếl hiện lượng này thì phái dùng bộ đệm Vị trí và k ích Ihước của bộ đệm ảnh hưởng rất nhiều tới hiệu suất của hệ thống chuyển m ạch Tuỳ theo vị trí

củ a vùng đệm này m à chu yển m ạch A T M có thể được phân loại chi tiết hơn: chu yển m ạch kiểu vùng đệm đầu vào, kiểu vùng đệm đẩu ra, kiểu vùng đệm đầu vào / đầu ra, kiểu vùng đệm dùng ch u n g v v

a/ Chuyên mạch kiểu vùng đệm đầu vào.

C huyển m ạch kiểu vùng đệm đầu vào là chuyển m ạch với vùng đệm được đặt

ở cu ối đầu vào của nó M ỗi đầu vào có bộ đệm riêng để nhớ đệm c á c tế bào

A T M đến cho tới khi m ạch điều khiển quyết định tế bào nào được phục vụ (V í dụ: nguyên tắc phục vụ tuần tự F IF O ) ( H ìn h l.lO a )

Đ ối với kiểu chuyển m ạch này nếu lại thời điểm củ a 1 khe thời gian m à có nhiều tế bào cùng m uốn tạo tuyến tới cùng ] địa chỉ đầu ra thì sẽ gây ra hiện lượng chặn H O L , tấl cả c á c tế bào ở phía sau sẽ bị trễ V ì vậy hiệu suất của

m ạng chu yển m ạch này không cao , thông lượng chỉ đạt khoảng 5 0 đến 6 0 %

so với tố c độ của cổng

Hình 1.10 (a) B ộ đệm đầu vào

b/ Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu ra

Chuyển m ạch kiểu vùng đôm đầu ra, được trang bị phần đệm trên phần cuối của đầu ra, c ó thổ thiết lập cá c đường riêng biệt m à không gây cản trở cá c cổng kh ác nằm giữa phần cuối đẩu vào và phần cuối đầu ra và làm cho hiện tưựng chặn H O L không x ảy ra D o vậy, nó có lợi th ế hơn chuyển m ạch kiểu

vùng đệm đầu vào trong quá trình íhực hiện, nhưng việc thực hiện hàng phần cứng phức tạp hơn.( Hình l.lO b )

Hình 1.10 (b) Bộ đệm đầu ra c/Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu vào / đầu ra

Đ ố i với chuyển m ạch có kiểu đẩu vào / đầu ra này thì phần cuối của cả đầu vào và đầu ra đều c ó vùng đệm Chuyển m ạch S P A N E T do G T E phát triển là chu yển m ạch thuộc lại này Q úa trình thực hiện ở đây không có gì khác so với chu yển m ạch kiểu vùng đệm đầu ra ( Hình 1 l()c )

Hình 1.10 (c) Bộ đệm dầu vào/ra

<J/ Chuyển mạch kiểu vùng đệm dùng chung

Hình 1.10 (d) Bộ đệm đầu ra dùng

chung trong

Chuyển m ạch có vùng đệm dùng chung hao gồm những kiểu cấu hình sau : kiểu chuyổn Iĩiạch có vùng đệm dùng chung chỉ nằm trong phần chu yển

m ạch ví dụ như chuyổn m ạch banyan có vùng đệm , clo s ha tầng; kiểu chuyển

m ạch có phần đệm dùng chung nằm ở phần cuối của đầu ra bên ngoài ( hình1.1 Od) ví dụ chuyển m ạch Prelude h o ặc H itach i; và kiểu chu yển m ạch có phần đệm dùng chung nằm trên phần cu ối của cả đầu vào và đầu ra như chu yển m ạch Sunshine

1 -4 3 2 C h u y ể n m ạ c h d ù n g ch u n g bộ n h ớ

H ì n h l l ỉ Cấu trúc c ơ hản của chuyển m ạch bộ nhớ dùng chung

H ình 1.11 m ô tả cấu trúc c ơ bản của kiểu chuyển m ạch b ộ nhớ dùng chu ng Ớ đây c á c tế bào đến được ghép kênh theo trình lự và đưa vào biến đổi lừ dạng nối tiếp thành song song, sau đó viết tuần tự vào hộ nhớ ch u n g T h iết bị điều khiển dựa vào phẩn tiêu đề để quyết định tế bào nào được đ ọ c ra khỏi bộ nhớ

C ác tế hào sau khi ra khỏi bộ nhớ được phân kênh, và biến đổi từ song song Ihành nối tiếp để đưa đến cổn g đầu ra

Trong phương pháp bộ nhớ dùng chung, N cổ n g đầu ra lần lượt được xử lý

m ột cá ch tuần tự trong m ộ t khoảng thời gian cần thiết ch o v iệc xử lý m ột tế bào, và lại cùng thời điểm đỏ, c á c thành phần của bộ nhớ sẽ có dải băng rộng

mà có khá năng đưa ra cùng m ột lúc N cổng đầu ra D o đó, khi thừa nhận tốc

độ liên k ết đầu vào / đầu ra là V thì tốc độ xử !ý của bộ nhớ tối ihiổu là 2N V

h o ặ c lớn hơn Như vậy, trong thực tế , bộ nhớ được x ây dựng theo phương pháp ch ia nhỏ bit m ột cá ch đồng thời nhằm m ục đích k h ắ c phục giới hạn về

tố c độ xử lý của bộ nhớ Khi đó, nc'u xcm x c l lại c á c đ ặ c trưng của bộ nhớ dùng chung , thì hiệu suất có thổ tăng lên được tới 100 % và sự ihực hiện đầy

đủ củ a nó là có thể được với m ột lượng nhỏ bộ nhớ N goài ra, nó còn cố thể khai thác danh sách kết nối riêng biệt m ột cách phù hợp với m ức độ ưu tiên huỷ bỏ c á c tế bào Tuy nhiên, phương pháp này cũng có m ột vài nhược điểm :

K ích thước của thành phần chuyển m ạch được bổ sung, do giới hạn về tốc độ

của bộ nhớ là nhỏ(Thông thường là nhỏ hơn 8 X 8 ) và có sự khác nhau rất lớn

về m ặt thực hiện, phụ thuộc vào tỷ lệ mà với nó , m ột bộ nhớ dùng chung được sử dụng chung cho m ỗi cổng Hơn nữa, sự tổn ihất tế bào sẽ tăng lên trên

cổ n g đầu vào bao gồm m ột lượng nhỏ lưu lượng khi nhiều kiổu lưu lượng không giống nhau được ghép cho m ỗi cổng đầu vào h o ặc khi nó yêu cầu bộ điều khiển trung tâm có khả năng diều khiển đồng thời cổ n g đầu vào / đầu ra Nlìừng ví dụ điển hình ch o việc sử dụng hô thống này là tổng đài Predule được phát tridn hởi C N E T của Pháp và tổng đài H itachi củ a N h ậ t

H ìn h l.1 2 Cấu trúc c ơ bản của chuyển m ạch dùng chung

môi trường m ôi giới

T D M bu s:B u s ghép kênh theo thời gian

A F : B ộ lo c đi a chỉ

F IF O : Hàng đợi làm v iệc Ihco nguyên lý tuẩn tự ( vào trước ra trước )

S/P: Bộ biến đổi nối tiếp / song song

T h e o kiểu chuyển m ạch này, c á c tế bào c ó thể tạo tuyến qua m ôi trường chung giống như : m ạch vòng (ring), bus, bus kép T rong hình 1.12 đưa ra bus ghép kênh theo thời g ia n (T D M ) Tâ't cả c á c tế bào đến từ c á c đường vào và được ghép kênh m ột cách đồng bộ vào m ôi Irường chung tốc độ cao c ó băng lẩn bằng N lần tốc độ của c á c đường đơn lẻ M ôi trường ra được kết nối với T D bus qua m ột g iao diện cấu tạo bởi hộ lọ c A F và hàng đợi F IF O đầu ra Bộ lọc địa chỉ A F x á c định c á c tố hào trong T D bus có được sắp xếp vào hàng đợi nào hay không (dựa vào nhãn lạo tuyến ) N guyên tắc đưa c á c tế hào vào hàng đợi

có thể làm v iệc theo nguyên tắc F IF O T D -bu s phải có độ rộng băng lần bằng

N lần tố c độ của c á c đường vào đưn lẻ

1 4 3 4 C h u y ển m ạ c h liên k ế t nối h o à n to à n

ị

H ìn h l.1 3 Cấu trúc cơ bản của Chuyển m ạch liên kết n ối hoàn toàn

Chuyên m ạch liên kết nối hoàn toàn được cấu tạo từ N bus đầu vào kiểu quảng bá, N bus đẩu ra kiểu nhân bản C ác tế đến là đươc phái quảng bá trên tất cả c á c bus k h ác nhau đến tất cả c á c cổng đầu ra Bộ lọ c địa chỉ sẽ chuyển

cá c tế bào đến cổng đẩu ra thích hợp T h eo kiểu chuyển m ạch này thì bộ lọc

địa ch í và bộ đệm đầu ra là đơn giản và ch ỉ cần hoạt động với cùng tốc độ củacổng.

1.4.3.5 Chuyển mạch phân chia không gian

Chuyển m ạch không gian được phân chia như hình 1.1 4

Ngang dọc, banyan,delta Clos,banyan song song, augmented banyan

H ìn h l.1 4 Sự phân loại của chuyển m ạch không gian

la còn gọi là m ạng tự định tu y ế n (self routing)

• M ạng Banyan: Hình 1 1 5 (a ), và 1 1 6 (b ) đưa ra 2 cấu hình của chuyển m ạch banyan 4 x 4 (4 đường vào và 4 đường ra) và 8 x 8 (8 đường vào và 8 đường ra)

1 cổ n g đầu ra D ùng n bít m ã hoá địa chỉ của cổn g ra, đổ tạo tuyến ch o tế bào (nếu bít c ó giá trị là 0 thì tuyến được tạo tuyến đến cổn g địa ch ỉ trên, ngược lại

nỏ được tạo tuyến đến cổng địa ch ỉ d ư ớ i).(V í dụ: H ình 1 1 5 (b ) chuyển m ạch

4 x 4 , cần n = l o g ,4 = 2 tầng, m ỗi tầng gồm 2 thành phần chu yển m ạch nhị phân

2 x 2 , đ ịa chỉ cổn g ra được m ã hoá 2 bít Dùng 2 bít của địa ch ỉ cổng ra để lạo tuyến ch o tế hào,b ít đầu tiên dùng để x á c định thành phần chuvển m ạch cần

lạo tuyến, dùng bít cuối cùng để chí rõ cổn g đầu ra) K iểu chuyển m ạch Banyan đa tầng, đơn đường còn được gọi là m ạng tự tạo tuyên “ s e lĩ routing” khi địa chí đầu ra là hoàn toàn chỉ rõ tuyến qua m ạng C ông nghệ m ạng Banyan là rất phổ biến bởi vì chuyển m ạch được thực hiện bởi c á c thành phần chuyển m ạch đơn giản, c á c tế bào đưực tạo tuyến song song , tất cả c á c thành phần chuyển m ạch hoạt động với cùng 1 lố c độ (vì vậy không hạn c h ế kích thước của N và tố c độ củ a cổng V ), c ó thể xây dựng cấu trúc chuyển m ạch với dung lượng lớn 1 cá ch dễ dàng Trong thực tế chuyển m ạch B e llc o re ’ s

S u n sh in e ứng dụng công nghệ này Tuy nhiên đối với kiến trúc m ạng kiểu này nêu 2 tế bào c ó địa chỉ cổng ra khác nhau vẫn có thể xảy ra xung đột ở tầng cuối cùng, và hiện tượnu này gợi là chặn trong,

b / M a tr ậ n ch u y ể n m ạ c h n h iều đư ờng

Đổ hạn c h ế hiện tượng chặn trong của chuyển m ạch đơn đường, người ta đưa

ra kiến trúc chuyển m ạch nhiều đường Cấu hình chuyển m ạch này ch o phép

m ỗi đầu vào tạo tuyến tới cổng đầu ra xác định bằng ít nhất là 2 đường đi khác nhau V í dụ chuyển m ạch M u lticast (1 đầu vào với nhiều đầu ra), và B ro acasl (1 đầu vào với tất cả c á c đầu ra)

C H Ư Ơ N G II

L Ý T H U Y Ế T H À N G Đ Ợ I

2.1 Giói thiệu chung

T ron g nhiều hệ thống, nhiều gói s ố liệu (p ack et) phải dùng chung nguồn lài nguyên Khi này m ột số gói số liệu phải trễ đốn khi có thể sử dụng tài ngu yên và m ột số gói số liệu k h ác bị huỷ bỏ L ý thuyết hàng đợi có nhiệm

vụ x á c định c á c đ ặc tính quá trình trỗ này L ỷ thuyết hàng đợi cung cấp rất nhiều m ô hình m ô tả tình trạng hàng đợi, trong phần nghiên cứu này ch ỉ xét

m ột số c á c m ô hình liên quan tới hệ thống chuyển m ạch A T M sử dụng bộ đệm T a x é l cấu trúc c ơ sở và m ột số thông số liên quan đến m ột m ô hình hàng đợi đơn giản được m ô tả trong hình 2 1

T h e o thời gian, nguồn đầu vào tạo ra c á c gói số liệu yêu cầu dịch vụ

C húng nhập vào hàng để đợi đến lượt được phục vụ T ại c á c thời điểm được

x á c định bằng c á c phương tiện phục vụ và tuân theo m ột số quy tắc được gọi

là ch iến lược phục vụ, m ột g ó i số liệu củ a hàng được chọn để phục vụ Sau khi dịch vụ đã được thực hiện, gói số liệu này được giải phóng và m ột gói số liệu yêu cầu k h ác được chọn từ hàng S ố gói số liệu trong m ột hệ thống hàng đợi phụ th u ộ c vào tốc độ tế bào yêu cầu dịch vụ, dung lượng củ a hàng đợi, số lượng m áy phục vụ (Server) của phương tiện phục vụ, tố c độ phục vụ và chiến lược phuc vụ Đ ể phân tích m ột m ô hình hàng đợi ta đưa ra m ột số giả thiết sau:

M ẫ u đ ến củ a c á c gói số liệu yêu c ầ u : N guồn vào chứa c á c gói số liệu yêu

cầu d ịch vụ theo thời gian N ếu số gói số liệu này lớn, ta co i rằng số lượng vô hạn Như vậy c á c đ ặc tính số lượng của nguồn sẽ không thay đổi khi c á c gói

số liệu y cu cầu di chu yển vào hàng đợi Nếu thống kê về sự đến của c á c gói số liệu là hàm P oisson , thì x á c suất đến n gói đến trong khoảng thời gian t giây là

p _ ( / ) = L _ L exp(-A/) và thời g ian giữa hai lần đến củ a c á c g ói sỏ' liệu liên tiếp được phân hố th eo hàm m ũ.

N gu yên tắ c p h ụ c v ụ : H àng đợi lưu giữ c á c g ó i số liệu đến ch o đốn khi chúng được phục vụ T a g iả th iết ch ỉ c ó 1 hàng đợi, tuy nhiên c ó thể c ó nhiều hàng đợi hoạt động so n g so n g Nêu dung lượng củ a hàng đợi hữu hạn, thì c á c đơn

vị đến hàng khi h àn g đổy sẽ bị lo ại C á c đơn vị được ch ọ n đ ể phục vụ (ròi hàng) theo quy tắc phục vụ được sử dụng C ác quy tắ c thường thấy là vào trước ra trước ( F IF O ), vào sau ra trước (L IF O ) h o ặc ngẫu nhiên (R O S ) T hông thường ta coi rằng c á c g ói số liệu rời hàng th eo trật tự m à n ó đến F IF O

C ơ cấu p h ụ c v ụ : M ộ t phương tiện phục vụ b ao gồm m ột hay nhiều m áy phục

vụ (server) để đảm b ả o d ịch vụ cần thiết T a giả thiết c h ỉ c ó m ột server, tuy nhiên c á c server c ó thể k ết nối thành ch u ỗ i, vì th ế m ỗi gói số liệu c ó thể được phục vụ theo nhiều cá ch h o ặ c lần lượt h o ặ c song song và m ộ t s ố g ó i số liệu

có thổ được phục vụ đổng thời T a co i rằng s ố lần phục vụ (s ố lần giữ ) phân

bố theo erlang, hàm mũ h o ặ c k h ô n g đổi

M ậ t độ lưu lượng đ ư ợ c k ý h iệ u là ( p ) , đ ây là tỷ số củ a tố c độ trung bình

(số £Ói sô' liệu đến trên m ộ t đơn vị thời gian ) m à ở đó c á c g ói số liệu đến hàng Ầ và tốc độ trung bình m à ở đó c á c g ó i số liệu được phục vụ và rời khởi

hệ thống hàng đợi / / , nghĩa là p = Ảlụ đưn vị được đo hằng erlang khi

Ầ > fj nghĩa là p > 1 , c á c đơn vị đến với tố c độ trung bình nhanh hơn tố c độ trung bình m à m ộ t server c ó th ể phục vụ K h i Ả < Ị.I n g h ĩa là p < 1, c á c gói số liệu đến hàng với tố c độ trung bình ch ậm hơn tố c độ m à hệ thống c ó khả năng

xử lý K h i tố c độ đến trung bình củ a c á c g ó i số liệu không đổi và nhỏ hưn

ho ặc bằng tố c độ xử lý trung bìn h, thì quá trình sắp hàng được gọi ở trạng thái

ổn định

Khi đó

L =Ẳ fV, trong đó:

L = độ dài hàng kỳ vọng,

N goài ra:

T ron g đó:

Lti = độ dài hàng đợi kỳ vọng,

w =th ờ i gian đợi kỳ vong ở hàng đơi

Hơn nữa nếu thời gian phục vụ trung bình là — là hằng số, thì

Q uy tắc phục vụ : F IF O ,L lF O

C ơ c ấ u p hụ c vụ :

Số lượng server Thời gian phục vụ

M âu thống k ê:E rlang, hàm 11ÌŨ hav không dổi

C á c dưn vị da p hụ c vụ

T ố c đô dich vụ

Đ ầu ra

H ìn h 2.1 M ỏ hình hệ thống hàng đợi

Đ ộ dài hàng = số lượng c á c gói số liệucầu írong hệ thống sấp hàng

Đ ộ dài hàng đ ợ i= số lượng c á c đơn vị yêu cầu đợi được phục vụ

E = trạng thái khi c ó n đơn vị yêu cầu trong hệ thống

/>„(/) = X á e suất xảy ra n đơn vị yêu cầu tại thời điểm t.

/>,= X á c suất xảy ra n đơn vị yêu cầu ở hệ Ihống

s = S ố lượng c á c m áy server phục vụ song song trong hệ thống

Ằ = T ố c độ đến trung bình củ a cá c đơn vị, với lố c độ Ả gói số liệu trên 1 đơn

vị thời g ian (see)

// = T ố c độ phục vụ trung bình của hệ Ihống // gói số liệu trên 1 đưn vị thời

Đ ể v iệc nghiên cứu thu được kết quá chính x á c từ lý thuyết hàng đợi, ta xét 2 m ô hình sau:

a /M ô hình đến sớm

b / m ô hình đến muộn

a /M ô hình đ ến s ớ m : T ron g m ô hình này quá trình đến của c á c tế bào (h oặc

c á c gói s ố liệu) xảy ra ngay lập tức sau vùng biên của khe thời gian, hay nói chính x á c hơn là tại điểm bắt đầu của m ột khe thời gian Hình 2 2 sẽ m ô tả m ô hình này

T ế bào tìm thấy hệ thống ở trạng thái rỗng và ngay lập tức nó được đưa vào phục vụ (v í dụ: nó không phải đợi điểm bắt đầu của khe thời gian tiếp theo) T a gọi m ô hình này là m ô hình đến sớm truy nhập ngay lập tức Đ ể biết

số tế bào trong hệ thống thì La quan sát tại thời điểm sau khi m ột tế bào bất kỳ lời khỏi hệ thống và trước khi có m ột tế bào bất kỳ đốn hệ thống V í dụ trong trường hợp khi tế bào đến m à hệ thống ở trạng thái rỗng, lúc này số tế bào Irong hệ thống là “k h ô n g”

M ặc dù cả hai m ô hình này được ứng dụng tương đương nhau và đều tốt cho

v iệc nghicn cứu cúa chúng ta, trong m ột số trường hợp thì hiệu suất của chúng đạt k ết quả hơi khác nhau V ì vậy chúng ta cần rất thận trọng trong việc dùng

m ột trong cá c m ô hình đó Người thiết kê' c ó nhiệm vụ chọn m ô hình phù hợp

và có liên quan tới hệ thống m à mình nghiên cứu, trong suốt phần nghiên cứu

ở trong phần đề tài này, chúng ta ch ỉ xét tới m ô hình đến sớm

H ìn h 2 3 M ô hình đến muộn

2 3 M ột sô inô hình hàng đọi

Phần này trình bày m ột số c á c hệ thống hàng đợi được sử dụng để xây dựng m ô hình đánh g iá hiệu suất hoạt động củ a chuyển m ạch A T M sử dụng

bộ đệm đầu ra h o ặc đầu vào

B ern ou lli), thời gian phục vụ s có phân b ố chung rời rạc (G ), 1 m áy phục vụ

C ác tế bào đến hàng đợi m ột cá ch độc lập với tố c độ đến Ã

T a g iả thiết rằng tế bào đến sẽ được phục vụ ngay lập tức nếu hệ ihống ở

trạng thái rỗng( ví dụ tại thời đ iểm bắt đầu củ a khe thời gian, nó sỗ được phục

vụ và rời khỏi hệ thống ngay lập tức )

C ác tế bào đến theo sơ đồ Bernoulli với xác suất X. c „ là tế bào thứ n đến hàng đợi G ọi /;(>jlà số c á c tế hào cò n lại trong hệ thống sau khi tế bào thứ n rời khỏi hệ thống Dựa vào giá trị củ a p (n) ta phân biệt 2 trường hợp sau:

V (/.) = j r p r [ỹ = k ỳ k

i=0

= ẳ î p T ' V o - ' ' ) " » 'Ảr=0 ỉ'=Ắr+1 \ J

" i w/=J ic=o\ ki p T y' W c - ^

= X * ( / X 1

1=0

f > ( 0 0 - / t + /b )'1=0

b /T rư ờ n g hợp 2 : xét p (n) * 0 ví dụ p (n) > 0 rõ ràng chúng la có thể nhận thấy ở hình 2 5 : = />(„)+'V d - 1 Khi đó I'(ntl) là tổng số c á c tế bào đến trongsuốt ihời gian phục vụ củ a tế bào C(n+I).

Nếu V (z ) là P G F của biến ngẫu nhiên Vthỉ

/J((I)(r)b iổ u thị hàm P G F của p(n), do vậy ta sẽ quan tâm tới hàm P G F củ a biến

ngẫu nhiên /> = lim p n đó chính là số tế bào còn lại trong hệ thống ử lại thời

điểm hoàn ihành phục vụ Đ ối với m ô hình đến sớm , điều này được biểu thị bởi biểu thức sau:

pc(z) = £ [ * > ] = / / » £ [ * * " ] = I i m P w (z) = / /m Pr[pM = k]z k

trạng Ihái rỗng) và ở đó không có gói số liệu đến T h e o cách đó nếu p là yếu

tố quyết định thời gian hận của hệ thống thì:

Hình 2.6 Quá trình đến và rời khỏi hàng đợi G eom /G /1

(để tính thời gian trễ )

Phân bố trễ củ a hệ thống Geom/G/1

Ta biểu diễn hàm P G F của phân bố này là T (z ) Phần trước ta đã chứng minh

Y ( / , ) =— — ( mô tả ở hình 2 4 )

Dùng hình 2 6 , để chỉ ra sự liên quan giữa trễ và số c á c tế bào đến, từ đó tương

lư như p h ần trên ta có biểu thức của P (z) = — —A + (2.7)

a/H àm P G F củ a thời gian trễ

T a xét trường hợp tổng quát hơn của hàng rời rạc Geomx / G / l ( cá c tế bào đến với dung lượng lớn ) ơ („) biểu diễn công v iệc chưa kết thúc tại điểmcuối của khc thời gian thứ n, c(n) biểu diễn tổng thời gian phục vụ tế bào n,bao gồm cả cá c tế bào đến tại điểm bắt đầu của khe thời gian thứ n

G iả sử tế bào n đến khi hàng đợi ở trạng thái rỗng và được phục vụ ngay lập tức( m ô hình đến sớm ) V ì vậy ta có: