BÀI GIẢNG MẠNG VIỄN THÔNG

Mạng chuyển mạch Kênhz Kênh dành riêng giữa 2 đầu khách hàng z Khách hàng có thể là người hoặc thiết bị router or switch z Kênh có thể là nhiều dạng khác nhau z Đường dành riêng để tr

Bài 2

Circuit-Switching

Networks

Circuit Switches The Telephone Network

Signaling Traffic and Overload Control in

Telephone Networks Cellular Telephone Networks

Mạng chuyển mạch Kênh

z Kênh dành riêng giữa 2 đầu khách hàng

z Khách hàng có thể là người hoặc thiết bị (router or switch)

z Kênh có thể là nhiều dạng khác nhau

z Đường dành riêng để truyền dẫn dòng điện

z Các khe thời gian dành riêng để truyền các mẫu thoại

z Các khung dành riêng để truyền các khung tín hiệu

z Các bước sóng dành riêng để truyền các tín hiệu quang

z Ghép kênh & chuyển mạch các kênh

z Báo hiệu & điều khiển để thiết lập các kênh

• Sử dụng chuyển mạch: Một chuyển mạch cung cấp mạng cho

một nhóm người dùng;

• Ví dụ: một chuyển mạch điện thoại kết nối một vùng nội hạt

• Sử dụng chuyển mạch kết hợp ghép kênh: Một bộ ghép kênh kết

nối 2 mạng

• Ví dụ: một đường truyền tốc độ cao kết nối 2 chuyển mạch

Access network Network

Phương pháp phát triển mạng

d c

b a

Chapter 4

Circuit-Switching

Networks

Circuit Switches

User 1

Switch Link

User n User n – 1

Control

1 2 3

1 2 3

Connection

of inputs

to outputs

Network: Links & Switches

z Kênh (circuit) bao gồm các tài nguyên dành riêng cho mộtchuỗi các tuyến (links) & chuyển mạch (switches) qua

z Chuyển mạch Phân chia Thời gian (Time-Division switches)

z Time-Slot Interchange (TSI) Switching

z Ghép lai kết hợp chuyển mạch Time & Space

z Chuyển mạch TST (Time-space-time switches)

N

inputs

1 2

Multistage Space Switch

z n inputs tới tầng thứ nhất chia sẻ k đường tới các chuyển mạch

crossbar trung gian

đầu ra, chuyển mạch ít bị nghẽn

Multistage Space Switch

z Tổng số điểm nối:

z Câu hỏi đặt ra [Clos, 1953]: Sử dụng k (số chuyển mạch trung gian) bằng bao nhiêu thì chuyển mạch không bị nghẽn?

N/n

N

inputs

1 2

Điều kiện không nghẽn mạch Clos

z Giả thiết cần thực hiện kết nối từ đầu vào cuối của

switch j ở tầng thứ nhât tới đầu ra cuối của switch m

ở tầng thứ 3

z Điều kiện không nghẽn mạch tương đương với tồn tại

ít nhất một đường nối giữa đầu vào và đầu ra

z Xét trường hợp xấu nhất:

z 1) đầu vào của chuyển mạch tầng 1 bị chiếm bởi

(n-1) chuyển mạch trung gian phía trên

z VÀ (n-1) đầu ra của chuyển mạch ở tầng 3 bị chiếm bởi (n-1) chuyển mạch trung gian tiếp theo

z Điều kiện không nghẽn mạch xảy ra khi

z Khi k<2n-1 switch bị nghẽn với xác suất khác không

k − ⎡⎣ n − + n − ⎤⎦ ≥ k ≥ n −

Điều kiện không nghẽn mạch Clos

N/n x N/n 2n-2

Free path Free path

Độ phức tạp của Multistage Switch

z C(n) = số điểm nối cần trong chuyển mạch Clos

z Trong trường hợp không nghẽn mạch, k=2n-1, tính số

điểm nối cần thiết nhỏ nhất

z Lấy đạo hàm theo n, đặt bằng 0

z Số điểm nối nhỏ nhất là:

z Multistage switch yêu cầu số điểm nối ít hơn Crossbar

z Crossbar chip, Circa 2002, của Mindspeed

Tech Inc., có các chỉ tiêu sau:

144

1 2

16x8

z Chú ý: crossbar switch 144x144 có thể chia nhỏ thành nhiều switch con

Thiết kế Multistage thực tế

z Thực tế các telephone switch sử dụng k<2n-1 và chấp nhận

một tỷ lệ nghẽn mạch nhất định

z Essentially or Rearrangeably nonblocking switch

z [Hui 1990] chỉ ra rằng khi n=k có thể thiết kế được switch

không nghẽn,

z Tồn tại kết nối giữa tất cả các cặp đầu vào và đầu ra

z Các switch trung gian cần sắp xếp lại giành kết nối cho

connection mới

z Các switch kiểu Rearrangeably nonblocking switch không

được sử dụng trong thực tế, do độ phức tạp để sắp xếp lại các kết nối lớn

• Nếu A’=B’ thì có không bị nghẽn

• Do không thể kết nối B’ với A’ nên phải sắp xếp lại các kết nối hiện thời

Banyan Multistage Switch

z Kết nối nhiều tầng chứa 2x2 switch

z Có log2N tầng, mỗi tầng N/2 chuyển mạch 2x2, tức

Trần Xuân Nam/HVKTQṢ

Time-slot interchange

Time-Slot Interchange (TSI) Switch

z Thay thế các đường dây vật lý đầu vào bằng một đường

dây tốc độ cao

z Một slot trong TDM frame tương ứng một kết nối

z TSI thay các điểm nối ở space switch bằng thao tác đọc và ghi một slot vào bộ nhớ

Đầu vào

Đầu ra

Đọc các slot theo

trình tự hoán vị

Ghi các slot vào memory

theo thứ tự̣

Bộ nhớ

Đầu vào 23 nối đầu ra 1 23

Time-Slot Interchange (TSI) Switch

z Ghi bytes từ dòng TDM đến vào memory theo thứ tự đến

z Đọc bytes theo trình tự hoán vị vào dòng TDM đầu ra

z Trình tự hoán vị xác định khi thiết lập kết nối

z Dòng TDM có chu kỳ 125 µsec

z Thời gian đọc và ghi vào bộ nhớ 2 chu kỳ bộ nhớ

z Max # slots = 125 µsec / (2 x chu kỳ bộ nhớ)

1 2 3 22

23 24

Write slots in order of arrival

Read slots according to connection permutation

a b

c d

Time-Slot Interchange (TSI) Switch

z Ví dụ: giả thiết chu kỳ bộ nhớ là 125nsec

z Số slot tối đa có thể xử lý là 125 µsec / (2 x 125x10-3)=500

z Số kết nối có thể xử lý: 500/2=250 kết nối

Time-slot interchange

1 2 3 22

23 24

Write slots in order of arrival

Read slots according to connection permutation

a b

c d

nxk nxk nxk

n

Input TDM frame with

Time-Space-Time Hybrid Switch

z Chuyển mạch ghép lai giữa space and time

z Sử dụng TSI ở tầng 1 và 3; crossbar ở tầng giữa

z Thay n x k space switch bằng TSI switch với số slot trong TDM frame đầu vào là n, số slot ở frame đầu ra là k

z Nhiệm vụ của TSI switch là nối n-slot đầu vào tới k-slot đầu ra

nxk nxk nxk

n

Time-slot interchange

Input TDM frame with

Time-Space-Time Hybrid Switch

z Để hệ thống làm việc đồng bộ, yêu cầu thời gian frame đầu vào và thời gian frame đầu ra bằng nhau

z Nếu k=2n-1, thì tốc độ xử lý bên trong TSI switch gần gấp đôi tốc

độ dữ liệu đầu vào

Lưu chuyển time slots giữa các

switches

z Giả thiết các frame ra khỏi TSI switch đồng bộ về thời

gian, và có time slot 1 trong một frame đi ra từ TSI

switch tầng 1

z Time slot 1 tương ứng với đầu ra 1 của TSI switch và

được nối tới crossbar switch trung gian số 1,

z Tức là tất cả các slot 1 của các frame trung gian đều

được nối tới N/n đầu vào của crossbar switch trung gian số 1 và được chuyển tới N/n đầu ra

z Trong khoảng thời gian time-slot 1 tất cả các switch

trung gian khác không hoạt động

z Tương tự cho các trường hợp khác, tại khoảng thời gian

1 time slot chỉ có 1 switch trung gian hoạt động trong khicác switch khác không hoạt động

z Chia sẻ chung một switch trung gian Æ Time-division

switching

Flow of time slots between switches

z Chỉ cần một space switch với N/n đầu vào và N/n đầu ra

nxk nxk nxk

nxk

N/n x N/n

Time-shared space switch

Chia sẻ Crossbar Switch

z Thiết kế gọn nhẹ: cần ít đường dây hơn do sử dụng TDM & và ít không gian hơn do chia sẻ crossbar theo thời gian

C D

(a)

C A

D B

Ví dụ: Thiết kế T-S-T Switch