Bài Tiểu luận: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA CHUYỂN MẠCH ATM

ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA CHUYỂN MẠCH ATM Chương 1 Tổng quan về chuyển mạch ATM 1.1) Giới thiệu chung Khi môi trường của xã hội thông tin hoàn thiện, thì mạng giao tiếp thông tin băng rộng B ISDN cần thiết phải tỏ ra thích nghi với tính năng tốc độ cao, băng rộng, đa phương tiện. Và vì vậy phải tính đến việc thiết lập mạng thông tin tốc độ siêu cao ở tầm quốc gia. Mạng thông tin băng rộng BISDN được phát triển bằng cách mở rộng khả năng của mạng ISDN đang tồn tại với mục đích trang bị them các loại tín hiệu băng rộng và nhờ ảnh hưởng của tiêu chuẩn truyền dẫn quang đồng bộ. Như vậy cần có hệ thống xử lý hiệu suất để điều khiển các dịch vụ khác nhau. Để đáp ứng tốt mọi yêu cầu của mạng BISDN, ITU đã chọn công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM là công nghệ cơ sở của mạng ISDN. Nguyên lý cơ bản của công nghệ ATM là kết hợp các ưu điểm của 2 mạng chuyển mạch truyền thống đó là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Chuyển mạch ATM sử dụng phương thức ghép kênh thống kê ( ghép kênh theo thời gian không đồng bộ ATDM). Công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM chia dữ liệu thành các gói nhỏ có kích thước như nhau gọi là tế bào và truyền tải theo phương thức kết nối sao cho sự truyền tải thông tin dịch vụ được thực hiện bởi việc thiết lập kênh ảo. Công nghệ ATM không phân biệt thông tin là cái gì và nó từ đâu đến, đơn giản là nó cắt thành các tế bào có kích thước cố định, gán tiêu đề cho các tế bào, sao cho định hướng được đích mong muốn Tiêu đề của tế bào chứa rất ít chức năng do đó mà có thể xử lý một cách nhanh chóng. Sau khi dữ liệu được cắt thành các tế bào có kích thước bằng nhau thì nó sẽ được đổ vào đường ống truyền dẫn khổng lồ và trộn tất cả các tế bào từ mọi nguồn theo một cách tối ưu cho việc truyền tải chúng trong ống. Việc tối ựu hoá được thực hiện nhờ kỹ thuật ghép kênh thống kê ATDM. Công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM cho phép truyền các kiểu lưu lượng khác nhau: voice, audio, video, text, data …. Tất cả các kiểu lưu lượng đó được ghép kênh và chuyển mạch đồng thời trong một mạng thống nhất. Các tính năng ưu việt của ATM  Các tế bào có kích thước cố định và cấu trúc phần tiêu đề đơn giản.  Sử dụng kỹ thuật ghép kênh không đồng bộ thống kê cho mọi kiểu dung lượng.  Thong tin người dùng được truyền qua kết nối ảo và theo truyền theo phương thức hướng đấu nối  Gán độ rộng băng rất linh hoạt, mềm dẻo.  Giảm các mạng riêng.  Giao diện tốc độ cao (50Mbps – 2.4 Gbps) với tốc độ chuyển mạch có thể đạt tới tốc độ 80Gbps ở mạng đường trục  Bảo vệ đầu tư của mạng hiện có nhờ kết nối với mạng ATM mới.  Tiết kiệm giá thành quản lý vận hành và bảo dưỡng nhờ công nghệ cao và đồng nhất 1.2) Cấu trúc tế bào ATM Tế bào ATM là khối truyền tin cơ bản trong phương pháp truyền tin ATM. Tế bào ATM có kích cỡ cố định là 53 octets (bytes) bao gồm 5 octet dành cho phần tiêu đề và 48 octes dành cho phần tải tin. Phần tiêu đề ATM được chia thành các phần điều khiển chung cho luồng tín hiệu GFC, phần tín hiệu xác định luồng ảo VP, xác định kênh ảo VCI, loại tải PT, tín hiệu xác định tế bào ưu tiên CLP và tín hiệu kiểm tra lỗi phần tiêu đề HEC, ATM qui định 2 định dạng của tiêu đề đó là : UNI Khuôn dạng tiêu đề trên giao diện người dùng – mạng NNI Khuôn dạng tiêu đề trên giao diện mạng – mạng  GFC : Dùng để chỉ giao diện của môi trường dịch vụ, ngoài ra nó còn dùng để làm giảm độ rung pha của các dịch vụ có tốc độ bít không đổi CBR, chỉ định dung lượng đồng nhất đối với dịch vụ có tốc độ thay đổi VBR và điều khiển mức độ quá tải của dòng VBR. Các chức năng như vậy đòi hỏi khả năng kiểm soát đối với cấu trúc UNI của cấu hình mạng  VCI : Khái niệm kênh ảo trong ATM là rất quan trọng : gọi là kênh ảo vì nó chỉ tồn tại vật lý khi cần thiết, tức là chỉ trong thời gian thực sự truyền tải các tế bào ATM. Còn kênh vật lý đóng vai trò như một “đường ống” khổng lồ chung cho mọi nguồn tin. VCI gọi là nhận dạng kênh ảo được sử dụng để thiết lập các cuộc nối sử dụng các bảng biên dịch ở các hệ chuyển mạch ATM.  VPI : Nhận dạng đường ảo được sử dụng tương tự như VCI dùng để thiết lập đường nối ảo từ đầu cuối cho một nhóm nhiều kênh ảo, một đường ảo có thể có nhiều kênh ảo.  PT: Kiểu trường tin người dùng. Dùng để phân biệt các thông tin như thông tin người sử dụng, số liệu báo hiệu hoặc thông tin về bảo dưỡng  CLP: Độ ưu tiên tổn thất tế bào. Dùng để chỉ khả năng cho phép hoặc không cho phép mất cuộc gọi trong trường hợp mạng quá tải. Các tế bào có mức độ ưu tiên thấp CLP=1 có thể sẽ bị loại bỏ tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của mạng tại thời điểm đang xét.  HEC: Điều khiển lỗi tiêu đề ( byte kiểm tra chu kỳ thặng dư CRC). Nó được dùng để phát hiện và sửa lỗi cho phần tiêu đề của tế bào ATM. GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC 1.3) Mô hình tham chiếu giao thức BISDN ITU đã đưa ra mô hình tham chiếu giao thức của mạng BISDN bao gồm mặt bằng quản lý, mặt bằng điều khiển và mặt bằng khách hàng. Mặt bằng quản lý được chia thành quản lý mặt bằng và quản lý lớp. Giao thức của mặt bằng điều khiển và mặt bằng khách hàng được phân loại tiếp thành lớp mức cao. Lớp thích ứng ATM(AAL), lớp ATM và lớp vật lý 1.3.2 Chức năng của các lớp trong mô hình tham chiếu BISDN  Lớp vật lý: Được tạo nên bởi lớp con môi trường vật lý PM và lớp con kết hợp truyền dẫn TC. Nó thực hiện các chức năng sau: Chức năng môi trường vật lý: Chức năng PM có liên quan tới môi trường vật lý để truyền dẫn như sợi quang, phần tử quang, phần tử nhận quang, bộ nối … Chức năng thông tin thời gian bít: Chức năng này chuyển đổi luồng bít dữ liệu thành dạng song phù hợp với môi trường truyền dẫn và ngược lại, đưa vào hoặc lấy ra các thông tin về thời gian của bít, và thực hiện mã hoá, giải mã đường truyền. Chức năng tạo và nhận dạng khung: Chức năng này tạo ra hoặc xác định khung truyền dẫn. Trong trường hợp truyền dẫn trên cơ sở các tế bào ATM, chức năng này không cần vì không có các khung truyền dẫn riêng biệt Chức năng thích ứng khung truyền dẫn: Ghép các dòng tế bào ATM vào những khoảng với tải phù hợp của khung truyền dẫn hoặc lấy lại dòng các tế bào ATM từ khung truyền dẫn. Chức năng nhận dạng biên tế bào: Xác định các khung của tế bào ATM trong dòng các tế bào. Nó thực hiện việc ngẫu nhiên hoá đối với hướng phát, xác định, và khẳng định đường biên tế bào ATM và thực hiện việc giải ngẫu nhiên theo hướng ngược lại. Chức năng tạo và xác nhận tín hiệu HEC: Theo hướng phát nó tạo tín hiệu HEC nhờ 4 octet trong phần tiêu đề của ATM và đưa nó vào octet thứ 5. Theo hướng ngược lại, nó kiểm tra tính thích hợp của tín hiệu HEC đối với tín hiệu nhận được trong cùng 1 quá trình và bỏ qua tế bào nếu phát hiện ra lỗi không sửa được. Chức năng phân định tế bào: Ghép them các tế bào rỗi vào các tế bào ATM vơi các thông tin phù hợp để tạo ra tốc độ tế bào bằng với dung lượng của hệ thống truyền dẫn hoặc loại bỏ các tế bào rỗi để tách các tế bào dữ liệu.  Lớp ATM: Độc lập với lớp vật lý và cung cấp các chức năng sau: Chức năng ghép tách tế bào: Ghép các tế bào ATM với các luồng ảo và kênh ảo khác nhau để tạo nên dòng tế bào tổng hợp, ngược lại tách các tế bào, Trong khi đó, các tế bào ghép không nhất thiết phải là dòng tín hiệu liên tục. Chức năng chuyển đổi tế bào VPIVCI: chức năng này được yêu cầu đối với các hệ chuyển mạch ATM nó ghép các giá trị mới vào các giá trị trong trường VPIVCI. Chức năng tạo và nhận dạng phần tiêu đề của tế bào: Chức năng này được dùng cho điểm xác định lớp ATM để tạo và nhận dạng 4 octet đầu của tín hiệu ghép đầu tế bào ATM. Nó ghép các thông tin nhận được từ lớp bậc cao đến các trường tương ứng để tạo ra tín hiệu ghép đầu tế bào và thực hiện quá trình ngược lại để nhận dạng tín hiệu ghép đầu. Chức năng điều khiển dòng chung: điều khiển việc truy nhập và dòng thông tin trong UNI.  Lớp thích ứng AAL: theo tiêu chuẩn ITUT có 4 loại AAL 14 tương ứng với 4 loại dịch vụ của mạng BISDN AAL 1: chuyển SDU của cùng 1 tốc độ bít theo cùng một tốc độ, chuyển thông tin thời gian thực giữa phát và thu, chỉ thị việc xác nhận lỗi hoặc không phát hiện lỗi. AAL 2: chuyển SDU theo tốc độ bít thay đổi, chuyển thông tin thời gian thực giữa phát và thu, chỉ thị việc xác nhận lỗi hoặc không phát hiện lỗi. AAL ¾ : cung cấp dịch vụ loại C và D từ AAL – SAP đến AAL – SAPs, chuyển nhờ phương thức kết nối hoặc không kết nối. AAL 5: đơn giản hoá chức năng ¾ , truyền tốc độ cao. 1.4) Cấu hình tổng quan hệ chuyển mạch ATM  Các khối chức năng trong chuyển mạch ATM Chuyển mạch ATM rất giống chuyển mạch gói. Điểm khác nhau căn bản giữa chuyển mạch gói và ATM là tốc độ chuyển mạch. Tốc độ chuyển mạch ATM có thể đạt được rất cao. Hệ thống chuyển mạch ATM có cấu trúc bao gồm các khối chức năng: Giao diện chuyển mạch, cơ cấu chuyển mạch tế bào điều khiển tiếp nhận đầu nối và quản lý

ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA CHUYỂN MẠCH ATM

Chương 1

Tổng quan về chuyển mạch ATM

1.1) Giới thiệu chung

Khi môi trường của xã hội thông tin hoàn thiện, thì mạng giao tiếp thông tin băng rộng B- ISDN cần thiết phải tỏ ra thích nghi với tính năng tốc độ cao, băng rộng, đa phương tiện Và vì vậy phải tính đến việc thiết lập mạng thông tin tốc độ siêu cao ở tầm quốc gia Mạng thông tin băng rộng B-ISDN được phát triển bằng cách mở rộng khả năng của mạng ISDN đang tồn tại với mục đích trang bị them các loại tín hiệu băng rộng và nhờ ảnh hưởng của tiêu chuẩn truyền dẫn quang đồng bộ Như vậy cần có hệ thống xử lý hiệu suất để điều khiển các dịch vụ khác nhau Để đáp ứng tốt mọi yêu cầu của mạng B-ISDN, ITU đã chọn công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM là công nghệ cơ sở của mạng ISDN

Nguyên lý cơ bản của công nghệ ATM là kết hợp các ưu điểm của 2 mạng chuyển mạch truyền thống đó là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Chuyển mạch ATM sử dụng phương thức ghép kênh thống kê ( ghép kênh theo thời gian không đồng bộ

ATDM) Công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM chia dữ liệu thành các gói nhỏ có kích thước như nhau gọi là tế bào và truyền tải theo phương thức kết nối sao cho sự truyền tải thông tin dịch vụ được thực hiện bởi việc thiết lập kênh ảo Công nghệ ATM không phân biệt thông tin là cái gì và nó từ đâu đến, đơn giản là nó cắt thành các tế bào

có kích thước cố định, gán tiêu đề cho các tế bào, sao cho định hướng được đích mong muốn Tiêu đề của tế bào chứa rất ít chức năng do đó mà có thể xử lý một cách nhanh chóng Sau khi dữ liệu được cắt thành các tế bào có kích thước bằng nhau thì nó sẽ được

đổ vào đường ống truyền dẫn khổng lồ và trộn tất cả các tế bào từ mọi nguồn theo một cách tối ưu cho việc truyền tải chúng trong ống Việc tối ựu hoá được thực hiện nhờ kỹ thuật ghép kênh thống kê ATDM Công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM cho phép truyền các kiểu lưu lượng khác nhau: voice, audio, video, text, data … Tất cả các kiểu lưu lượng đó được ghép kênh và chuyển mạch đồng thời trong một mạng thống nhất

Các tính năng ưu việt của ATM

 Các tế bào có kích thước cố định và cấu trúc phần tiêu đề đơn giản

 Sử dụng kỹ thuật ghép kênh không đồng bộ thống kê cho mọi kiểu dung lượng

 Thong tin người dùng được truyền qua kết nối ảo và theo truyền theo phương thức hướng đấu nối

 Gán độ rộng băng rất linh hoạt, mềm dẻo

 Giảm các mạng riêng

 Giao diện tốc độ cao (50Mbps – 2.4 Gbps) với tốc độ chuyển mạch có thể đạt tới tốc

độ 80Gbps ở mạng đường trục

 Bảo vệ đầu tư của mạng hiện có nhờ kết nối với mạng ATM mới

 Tiết kiệm giá thành quản lý vận hành và bảo dưỡng nhờ công nghệ cao và đồng nhất

1.2) Cấu trúc tế bào ATM

Tế bào ATM là khối truyền tin cơ bản trong phương pháp truyền tin ATM Tế bào ATM

có kích cỡ cố định là 53 octets (bytes) bao gồm 5 octet dành cho phần tiêu đề và 48 octes dành cho phần tải tin Phần tiêu đề ATM được chia thành các phần điều khiển chung cho luồng tín hiệu GFC, phần tín hiệu xác định luồng ảo VP, xác định kênh ảo VCI, loại tải

PT, tín hiệu xác định tế bào ưu tiên CLP và tín hiệu kiểm tra lỗi phần tiêu đề HEC, ATM qui định 2 định dạng của tiêu đề đó là :

UNI- Khuôn dạng tiêu đề trên giao diện người dùng – mạng

NNI- Khuôn dạng tiêu đề trên giao diện mạng – mạng

 GFC : Dùng để chỉ giao diện của môi trường dịch vụ, ngoài ra nó còn dùng để làm

giảm độ rung pha của các dịch vụ có tốc độ bít không đổi CBR, chỉ định dung lượng đồng nhất đối với dịch vụ có tốc độ thay đổi VBR và điều khiển mức độ quá tải của dòng VBR Các chức năng như vậy đòi hỏi khả năng kiểm soát đối với cấu trúc UNI của cấu hình mạng

 VCI : Khái niệm kênh ảo trong ATM là rất quan trọng : gọi là kênh ảo vì nó chỉ tồn tại

vật lý khi cần thiết, tức là chỉ trong thời gian thực sự truyền tải các tế bào ATM Còn kênh vật lý đóng vai trò như một “đường ống” khổng lồ chung cho mọi nguồn tin

VCI gọi là nhận dạng kênh ảo được sử dụng để thiết lập các cuộc nối sử dụng các bảng biên dịch ở các hệ chuyển mạch ATM

 VPI : Nhận dạng đường ảo được sử dụng tương tự như VCI dùng để thiết lập đường

nối ảo từ đầu cuối cho một nhóm nhiều kênh ảo, một đường ảo có thể có nhiều kênh ảo

 PT: Kiểu trường tin người dùng Dùng để phân biệt các thông tin như thông tin người

sử dụng, số liệu báo hiệu hoặc thông tin về bảo dưỡng

 CLP: Độ ưu tiên tổn thất tế bào Dùng để chỉ khả năng cho phép hoặc không cho phép

mất cuộc gọi trong trường hợp mạng quá tải Các tế bào có mức độ ưu tiên thấp

CLP=1 có thể sẽ bị loại bỏ tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của mạng tại thời điểm đang xét

 HEC: Điều khiển lỗi tiêu đề ( byte kiểm tra chu kỳ thặng dư CRC) Nó được dùng để

phát hiện và sửa lỗi cho phần tiêu đề của tế bào ATM

VCI

HEC

1.3) Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN

ITU đã đưa ra mô hình tham chiếu giao thức của mạng B-ISDN bao gồm mặt bằng quản lý, mặt bằng điều khiển và mặt bằng khách hàng Mặt bằng quản lý được chia thành quản lý mặt bằng và quản lý lớp Giao thức của mặt bằng điều khiển và mặt bằng khách

hàng được phân loại tiếp thành lớp mức cao Lớp thích ứng ATM(AAL), lớp ATM và lớp vật lý

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

VPI VPI VCI VCI

HEC

 Lớp vật lý: Được tạo nên bởi lớp con môi trường vật lý PM và lớp con kết hợp

truyền dẫn TC Nó thực hiện các chức năng sau:

- Chức năng môi trường vật lý: Chức năng PM có liên quan tới môi trường vật lý

để truyền dẫn như sợi quang, phần tử quang, phần tử nhận quang, bộ nối …

- Chức năng thông tin thời gian bít: Chức năng này chuyển đổi luồng bít dữ liệu thành dạng song phù hợp với môi trường truyền dẫn và ngược lại, đưa vào hoặc lấy ra các thông tin về thời gian của bít, và thực hiện mã hoá, giải mã đường truyền

- Chức năng tạo và nhận dạng khung: Chức năng này tạo ra hoặc xác định khung truyền dẫn Trong trường hợp truyền dẫn trên cơ sở các tế bào ATM, chức năng này không cần vì không có các khung truyền dẫn riêng biệt

- Chức năng thích ứng khung truyền dẫn: Ghép các dòng tế bào ATM vào những khoảng với tải phù hợp của khung truyền dẫn hoặc lấy lại dòng các tế bào ATM

từ khung truyền dẫn

- Chức năng nhận dạng biên tế bào: Xác định các khung của tế bào ATM trong dòng các tế bào Nó thực hiện việc ngẫu nhiên hoá đối với hướng phát, xác định, và khẳng định đường biên tế bào ATM và thực hiện việc giải ngẫu nhiên theo hướng ngược lại

- Chức năng tạo và xác nhận tín hiệu HEC: Theo hướng phát nó tạo tín hiệu HEC nhờ 4 octet trong phần tiêu đề của ATM và đưa nó vào octet thứ 5 Theo hướng ngược lại, nó kiểm tra tính thích hợp của tín hiệu HEC đối với tín hiệu nhận được trong cùng 1 quá trình và bỏ qua tế bào nếu phát hiện ra lỗi không sửa được

- Chức năng phân định tế bào: Ghép them các tế bào rỗi vào các tế bào ATM vơi các thông tin phù hợp để tạo ra tốc độ tế bào bằng với dung lượng của hệ thống truyền dẫn hoặc loại bỏ các tế bào rỗi để tách các tế bào dữ liệu

 Lớp ATM: Độc lập với lớp vật lý và cung cấp các chức năng sau:

- Chức năng ghép tách tế bào: Ghép các tế bào ATM với các luồng ảo và kênh ảo khác nhau để tạo nên dòng tế bào tổng hợp, ngược lại tách các tế bào, Trong khi đó, các tế bào ghép không nhất thiết phải là dòng tín hiệu liên tục

- Chức năng chuyển đổi tế bào VPI/VCI: chức năng này được yêu cầu đối với các hệ chuyển mạch ATM nó ghép các giá trị mới vào các giá trị trong trường VPI/VCI

- Chức năng tạo và nhận dạng phần tiêu đề của tế bào: Chức năng này được dùng cho điểm xác định lớp ATM để tạo và nhận dạng 4 octet đầu của tín hiệu ghép đầu tế bào ATM Nó ghép các thông tin nhận được từ lớp bậc cao đến các trường tương ứng để tạo ra tín hiệu ghép đầu tế bào và thực hiện quá trình ngược lại để nhận dạng tín hiệu ghép đầu

- Chức năng điều khiển dòng chung: điều khiển việc truy nhập và dòng thông tin trong UNI

 Lớp thích ứng AAL: theo tiêu chuẩn ITU-T có 4 loại AAL 1-4 tương ứng với 4

loại dịch vụ của mạng B-ISDN

- AAL 1: chuyển SDU của cùng 1 tốc độ bít theo cùng một tốc độ, chuyển thông tin thời gian thực giữa phát và thu, chỉ thị việc xác nhận lỗi hoặc không phát hiện lỗi

- AAL 2: chuyển SDU theo tốc độ bít thay đổi, chuyển thông tin thời gian thực giữa phát và thu, chỉ thị việc xác nhận lỗi hoặc không phát hiện lỗi

- AAL ¾ : cung cấp dịch vụ loại C và D từ AAL – SAP đến AAL – SAPs,

chuyển nhờ phương thức kết nối hoặc không kết nối

- AAL 5: đơn giản hoá chức năng ¾ , truyền tốc độ cao

1.4) Cấu hình tổng quan hệ chuyển mạch ATM

 Các khối chức năng trong chuyển mạch ATM

Chuyển mạch ATM rất giống chuyển mạch gói Điểm khác nhau căn bản giữa chuyển mạch gói và ATM là tốc độ chuyển mạch Tốc độ chuyển mạch ATM có thể đạt được rất cao Hệ thống chuyển mạch ATM có cấu trúc bao gồm các khối chức năng: Giao diện chuyển mạch, cơ cấu chuyển mạch tế bào điều khiển tiếp nhận đầu nối và quản lý chuyển mạch

- Giao diện chuyển mạch: có chức năng thích ứng với thiết bị truy nhập giữa các đường truyền dẫn ngoại vị với cơ cấu chuyển mạch nếu cần

+ Modul đầu vào: thực hiện các chức năng: kiểm tra lỗi phần tiêu đề (HEC), gán

và biên dịch giá trị VPI/VCI, xác đinh cổng ra đích, chuyển các tế bào báo hiệu đến khối điều khiển tiếp nhận đầu nối (CAC) và các tế bào OAM đến khối quản lý chuyển mạch, bổ xung các thông tin định hướng và giám sát cuộc gọi

+ Module đầu ra: Tách và xử lý các thông tin định hướng và giám sát, tạo trường

HEC, biên dịch giá trị VPI/VCI, trộn các tế bào từ CAC và SM với luồng tế bào

ra, biến đổi luồng tín hiệu số thành tín hiệu quang

- Điều khiển tiếp nhận đầu nối( CAC): CAC là 1 chức năng phần mềm trong chuyển

mạch ATM, nó có trách nhiệm xác định yêu cầu đầu nối được tiếp nhận hay không dược chấp nhận,

+ Thực hiện chức năng thiết lập, thay đổi, giải phóng kết nối kênh ảo, đường ảo vvv

+ Giao thức báo hiệu mức cao, giao diện với mạng báo hiệu

+ Thương lượng với khách hàng để thay đổi kết nối

+ Quyết định chấp nhận hoặc không chấp nhận kết nối

- Quản lý chuyển mạch:

+ Điều khiển luồng OAM của lớp vật lý, OAM của lớp ATM

+ Quản lý cấu hình thành phàn chuyển mạch

+ Quản lý an toàn cho cơ sở dữ liệu chuyển mạch

+ Quản lý lỗi

+ Quản lý hoạt động, quản lý tính toán

+ Quản lý hiệu suất mạng, quản lý lưu lượng, quản lý mạng-khách hàng…

 Ma trận chuyển mạch

- Chuyển mạch trên cơ sở trang bị bộ đệm: bộ đệm là rất cần thiết cho các kiến trúc

của chuyển mạch ATM.Ví dụ nếu 2 tế bào có cùng địa chỉ cổng đầu ra đi đến tầng chuyển mạch cuối cùng tại cùng 1 khe thời gian, thì hiện tượng giành cổng đầu ra sẽ xảy ra, để giải quyết hiện tượng này thì phải dùng bộ đệm

+ Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu vào: là chuyển mạch với vùng đệm được đặt ở cuối

đầu vào của nó Mỗi đầu vào có bộ đệm riêng để nhớ đệm các tế bào ATM đến cho tới khi mạch điều khiển quyết định tế bào nào được phục vụ

+ Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu ra: được trang bị phần đệm trên phần cuối của đầu

ra, có thể thiết lập các đường riêng biệt mà không gây ra cản trở các cổng khác nằm giữa phần cuối đầu vào và phần cuối đầu ra làm cho hiện tượng chặn HOL không xảy ra

+ Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu vào/ đầu ra: Đối với chuyển mạch có kiểu đầu vào

/ đầu ra này thì phần cuối của cả đầu vào và đầu ra đều có vùng đệm

+ Chuyển mạch kiểu vùng đệm dùng chung: Chuyển mạch có vùng đệm dùng chung

bao gồm những kiểu cấu hình sau: kiểu chuyển mạch có vùng đệm dùng chung chỉ nằm trong phần chuyển mạch ví dụ như chuyển mạch banyan có vùng đệm, clos ba tầng; kiểu chuyển mạch có phần đệm dùng chung nằm ở phần cuối của đầu ra bên ngoài

 Chuyển mạch dùng chung bộ nhớ

N cổng đầu ra lần lượt được xử lý một cách tuần tự trong một khoảng thời gian cần thiết cho việc xử lý một tế bào, và tại cùng thời điểm đó, các thành phần của bộ nhớ sẽ có dải băng rộng mà có khả năng đưa ra cùng 1 lúc N cổng đầu ra Vì các tế bào đến được ghép kênh theo trình tự và đưa vào biến đổi từ dạng nối tiếp thành song song sau đó viết tuần tự vào bộ nhớ chung

 Chuyển mạch môi trường dùng chung

Các tế bào có thể tạo tuyến qua môi trường chung giống như: mạch vòng, bus, bus kép Tất cả các tế bào đến từ các đường vào và được ghép kênh một cách đồng bộ vào môi trường chung tốc độ cao có băng tần bằng N lần tốc độ của các đường đơn lẻ Môi trường ra được kết nối với TD bus qua một giao diện cấu tạo bởi bộ lọc AF và hàng đợi FIFO đầu ra Bộ lọc địa chỉ AF xác định các tế bào trong TD bus có được sắp xếp vào hàng đợi nào hay không

 Chuyển mạch liên kết nối hoàn toàn:

Chuyển mạch liên kết hoàn toàn được cấu tạo từ N bus đầu vào kiểu quảng bá, N bus đầu ra kiểu nhân bản Các tế bào đến là được phát quảng bá trên tất cả các bus khác nhau đến tất các cổng đầu ra Bộ lọc địa chỉ sẽ chuyển các tế bào đến cổng đầu ra thích hợp

 Chuyển mach phân chia không gian

- Ma trận chuyển mạch 1 đường: chỉ tồn tại 1 đường duy nhất kết nối 1 đầu

vào với 1 đầu ra xác định Định tuyến trong kiểu ma trận kiểu này rất đơn giản bởi vì chỉ có 1 đường từ đầu vào tới đầu ra yêu cầu

- Ma trận chuyển mạch nhiều đường: Để hạn chế hiện tượng chặn trong của

chuyển mạch đơn đường, người ta đua ra kiến trúc chuyển mạch nhiều đường Cấu hình chuyển mạch này cho phép mỗi đầu vào tạo tuyến tới cổng đầu ra xác định bằng ít nhất là 2 đường đi khác nhau

Chương 2: Lý thuyết hàng đợi

2.1 Giới thiệu chung:

Trong nhiều hệ thống, nhiều gói dữ liệu(packet) phải dùng chung nguồn tài nguyên Khi này một số gói số liệu phải trễ đến khi có thể sử dụng nguồn tài nguyên và một số gói dữ liệu khác phải hủy bỏ Lý thuyết hàng đợi có nhiệm vụ xác định các đặc tính quá trình trễ này Lý thuyết hàng đợi cung cấp rất nhiều mô hình mô tả tình trạng hạng đợi, trong phần tiểu luận này chỉ xét tới một số mô hình có liên quan tới hệ thống chuyển mạch ATM và sử dụng bộ đệm Ta xét cấu trúc cơ sở và một số thông số liên quan đến một mô hình hàng đợi đơn giản được mô tả trong hình 2.1

Theo thời gian, nguồn đầu vào tạo ra các gói số liệu yêu cầu dịch vụ Chúng nhập vào hàng đợi để đợi đến lượt được phục vụ Tại các thời điểm được xác định bởi các phương tiện phục vụ và tuân theo một số qui tắc được gọi là chiến lược phục vụ, một gói

số liệu của hàng được chọn được phục vụ Sau khi dịch vụ đã được thực hiện, gói số liệu này được giải phóng và một gói số liệu yêu cầu khác được chọn từ hàng Số gói số liệu trong một hệ thống hàng đợi phụ thuộc vào tốc độ tế bào yêu cầu dịch vụ, dung lượng của hàng đợi, số máy phục vụ(server) của phương tiện phục vụ, tốc độ phục vụ và chiến lược phục vụ.Trong quá trình phân tích một mô hình hàng đợi người ta đưa ra một số giả thiết sau:

- Mẫu đến của các gói số liệu yêu cầu: Nguồn vào chứa các gói số liệu yêu cầu dịch vụ theo thời gian Nếu số gói số liệu này lớn, ta coi rằng số lượng là vô hạn Như vậy, các đặc tính số lượng của nguồn sẽ không thay đổi khi các gói số liệu yêu cầu di chuyển vào hàng đợi Nếu thống kê sự đến của các gói số liệu là poisson, thì xác suất đến n gói trong khoảng thời gian t giây là: p(n)=(λ.t)n/n!

*exp(-λ.t) và thời gian giữa 2 lần đến của các gói số liệu liên tiếp được phân bố theo hàm mũ

- Nguyên tắc phục vụ: Hàng đợi lưu giữ các gói số liệu cho đến khi chúng được phục vụ Ta giả thiết chỉ có một hàng đợi( tuy nhiên, trong thực tế có thể có nhiều hàng đợi hoạt động song song) Nếu dung lượng của hàng hữu hạn thì các đơn vị đến hàng đợi khi hàng đã đầy sẽ bị loại Các đơn vị được chọn để phục

vụ ( rời hàng) sẽ được chọn theo nguyên tắc phục vụ được sử dụng Các qui tắc thường thấy là vào trước ra trước (FIFO), vào sau ra trước (LIFO) hoặc ngẫu nhiên ( ROS) Thông thường ta coi rằng các gói số liệu rời hàng theo trật tự mà

nó đến ( FIFO)

- Cơ cấu phục vụ : Một phương tiện phục vụ bao gồm một hay nhiều máy phục

vụ (server) để đảm bảo dịch vụ khi cần thiết Ta giả thiết chỉ có 1 server ( tuy nhiên có thể có nhiều server liên kết thành chuỗi) , vì thế các gói số liệu có thể được thực hiện theo nhiều cách hoặc lần lượt hoặc song song và một số gói số

Độ dài hàng

Phương tiện phục vụ

Nguồn vào

liệu có thể được phục vụ đồng thời Ta coi rằng số lần phục vụ ( số lần giữ) phân bố theo hàm erlang, hàm mũ hoặc hàm không đổi

- Mật độ lưu lượng (được kí hiệu là ρ), đây là tỉ số của tốc độ trung bình ( số gói

số liệu đến trên một đơn vị thời gian) mà ở đó các gói số liệu đến hàng λ và tốc

độ trung bình mà ở đó các gói số liệu được phục vụ và rời khỏi hệ thống hàng đợi µ, nghĩa là ρ = λ /µ đơn vị được đo bằng erlang khi λ >= µ nghĩa là ρ>=1, các đơn vị đến với tốc độ trung bình nhanh hơn tốc độ trung bình mà server có thể phục vụ Khi λ <= µ nghĩa là ρ <=1, các gói số liệu đến hàng với tốc độ chậm hơn tốc độ mà hệ thống có khả năng sử lý Khi tốc độ đến trung bình của các gói số liệ không đổi và nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ xử lý trung bình, thì quá trình sắp hàng được gọi ở trạng thái ổn định

Khi đó : L = λ.W

trong đó L là độ dài hàng kì vọng, W là thời gian kì vọng của hệ thống sắp hàng

Ngoài ra Lq = λq.Wq

trong đó Lq là độ dài hàng đợi kỳ vọng, Wq là thời gian đợi kì vọng ở hàng đợi

Hơn nữa, nếu thời gian phục vụ trung bình 1/µ là hằng số thì

W = Wq + 1/µ

Hình 2.1

Dưới đây là một số ký hiệu được sử dụng cho hệ thống hàng đợi:

Độ dài hàng = số lượng các gói số liệu có thể có trong hệ thống sắp hàng

Độ dài hàng đợi = số lượng các đơn vị yêu cầu đợi được phục vụ

En = trạng thái khi có n đơn vị yêu cầu trong hệ thống

Pn(t) = xác suất xảy ra n đơn vị yêu cầu tại thời điểm t

Pn = xác suất xảy ra n đơn vị yêu cầu ở hệ thống

S = số lượng các máy server phục vụ song song trong hệ thống

Các gói yêu cầu phục vụ

Các đơn vị đã phục vụ

Độ dài hàng đợi

Sự đến của tế bào Khe thời

gian

Rời khỏi hệ thống

Thời gian

λ = tốc độ đến trung bình của các đơn vị, với tốc độ λ gói đơn vị trên một đơn vị thời gian (sec)

L = độ dài hàng kỳ vọng ( đo vằng gói số liệu yêu cầu)

W = thời gian đợi ở hệ thống sắp hàng

Lq = độ dài hàng đợi kỳ vọng

Wq = thời gian đợi trong hàng đợi

2.2 Mô hình đến sớm và mô hình đến muộn

Trong chuyển mạch ATM, các tế bào đến thường được lưu trữ trong hàng đợi ( hàng đầu ra, hàng đầu vào) , do vậy số tế bào sẽ nằm trong hệ thống sẽ là tương đương với độ dài của hàng Từ đó ta thấy tế bào đang trong lúc phục vụ vẫn là một phần của hàng đợi ( nó được giải phóng vào lúc hoàn thành việc truyền dẫn của nó) Đây chính là điều quan trọng để ta phân biệt với các hệ thống hàng đợi truyền thống

Ta xét đến 2 mô hình sau

-Mô hình đến sớm

-Mô hình đến muộn

a, Mô hình đến sớm:

Trong mô hình này, quá trình đến của các tế bào ( hoặc các gói số liệu) xảy ra ngay lập tức sau vùng biên của khe thời gian, hay nói chính xác hơn là tại điểm bắt đầu của một khe thời gian Hình 2.2 sẽ mô tả mô hình này

Hình 2.2

Tế bào tìm thấy hệ thống ở trạng thái rỗng và ngay lập tức nó được đưa vào phục vụ ( nó không phải đợi tới điểm bắt đầu của khe thời gian tiếp theo) Ta gọi mô hình này là mô hình đến sớm truy nhập ngay lập tức Để biết số tế bào trong hệ thống thì ta cần quan sát tại thời điểm sau khi một tế bào bất kì rời khỏi hệ thống và trước khi có một tế bào bất kì khác đến hệ thống Ví dụ trong trường hợp tế bào đến hệ thống ở trạng thái rỗng, lúc này

số tế bào trong hệ thống là “không”

b, Mô hình đến muộn :

Không giống như mô hình đến sớm, trong mô hình đến muộn, các tế bào đến trước biên của khe thời gian và cũng đến trước sự rời khỏi của 1 tế bào bất kỳ Mô hình này được biểu diễn ở hình 2.3 Sự phục vụ của tế bào chỉ được bắt đầu ở khe thời gian tiếp theo ( phân bố thời gian đợi của cả 2 mô hình ở đây là đồng nhất)

Hình 2.3

Mặc dù cả 2 mô hình này đều được ứng dụng gần tương đương như nhau, tuy nhiên trong 1 số trường hợp cụ thể thì chúng vẫn có sự khác biệt về hiệu suất sử dụng, vì vậy chúng ta nên có sự cân nhắc khi lựa chọn sử dụng một trong 2 mô hình này Trong phần tiểu luận này chúng ta chỉ xét tới mô hình đến sớm

2.3 Một số mô hình hàng đợi

Một vài mô hình hàng đợi phổ biến được ứng dụng trong chuyển mạch ATM sử dụng bộ đệm đầu vào hoặc đầu ra:

- Hệ thống hàng đợi Geom/G/1

- Hệ thống hàng đợi Geomx /G/1

- Hệ thống hàng đợi Geom/Geom /1

- Hệ thống hàng đợi Geomx /D/1

- Hệ thống hàng đợi M/D/1

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA CHUYỂN MẠCH ATM

1.Xây dựng mô hình

Chúng ta sẽ sử dụng mô hình toán học dựa trên lí thuyết hàng đợi để đánh giá hiệu suất của mạng ATM Chúng ta xét ma trận chuyển mạch không gian NxN không chặn (non-blocking), chuyển mạch ATM sử dụng đệm đầu vào

Khi có hơn 1 tế bào đến từ nhiều cổng vào cùng muốn thiết lập kết nối tới 1 cổng ra thì

sẽ bị tranh giành cổng đầu ra Do trong 1 thời điểm không thể truyền cùng lúc nhiều tế bào do vậy giải pháp cho vấn đề này là sử dụng bộ đệm nhằm đảm bảo tại 1 thời điểm chỉ

có 1 tế bào ATM được chuyển đi, các tế bào khác sẽ phải đợi đến lượt truyền sau

Xét chuyển mạch kiểu bộ đệm đầu vào, mỗi đầu có trang bị bộ đệm Các tế bào đến sẽ được đưa vào bộ đệm để chuẩn bị đưa vào cơ cấu chuyển mạch Bộ đệm có thể hoạt động theo nguyên lí FIFO hoặc LIFO

Khe thời gian

Sự đến của tế bào Rời khỏi hệ thống

Thời gian