Tài liệu Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu kiến trúc mạng viến thông ATM pdf

#"Với mạng điện thoại công cộng PSTN: Đường dây thuê bao nối giữa người sử dụng và tổng đài nội hạt tạo thành một kênh tương tự Analog Channel truyền tải các tín hiệu: • Dòng điện trên đ

Luận văn tốt nghiệp

Nghiên cứu kiến trúc mạng viến thông ATM

CHƯƠNG 1: ISDN VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA MẠNG ATM 1.1 SỰ XUẤT HIỆN CỦA N.ISDN:

ISDN (Integrated Services Digital NetWork): Là mạng số liên kết dịch vụ ISDN cung cấp khả năng kết nối hoàn toàn số hoá giữa các đấu cuối

N.ISDN (Narrow Integrated Services Digital NetWork): Là mạng tổ hợp dịch vụ số băng hẹp

1.1.1 Các Đặc Điểm Của Mạng Viễn Thông Ngày Nay:

Hiện nay, các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng rẽ, ứng với mỗi loại hình dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó như:

Mạng Telex: Có thể thu phát tín tức trong phạm vi toàn cầu Dùng để gửi các bức điện dưới dạng các ký tự đã được mã hóa bằng mã 5 bit Tốc độ truyền rất thấp (từ 75bit/s đến 300 bit/s) Mặt dù tốc độ truyền thấp, chậm chỉ có các chữ cái, ký hiệu được truyền đi nhưng mạng vẫn được sử dụng để truyền các tin tức thuê bao doanh nghiệp

nhằm mục đích truyền các bản tin ngắn

Mạng điện thoại công cộng: Còn gọi là mạng POTS ( Plain Old Telephone Service), là mạng được xây dựng sớm nhất Nó phát triển từ các tổng đài tương tự và phương thức truyền dẫn tương tự và đặc biệt là chuyển mạch kênh theo thời gian thực Ơû mạng này tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng

PSTN (Public Switched Telephone Network) Yêu cầu độ trễ rất nhỏ

Mạng truyền số liệu: Phần lớn các mạng truyền số liệu trên thế giới là mạng số liệu

chuyển mạch gói, tức là thông tin được cắt thành các gói có kích thước phù hợp và được phát lên những đường thông đang rỗi ở thời điểm đó Khe hở giữa các gói có thể được các loại thông tin khác sử dụng Các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21

Các tín hiệu truyền hình: Có thể được truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antena TV) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh còn gọi là hệ thống truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System)

Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN thường là mạng: Ethernet, Token Bus, và Token Ring

Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau Như vậy hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng là:

!"Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh,…và tiếng bộ trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mạng mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu

!"Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài nguyên Tài nguyên có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng

1.1.2 Điều Kiện Thuận Lợi Về Công Nghệ Cho Sự Xuất Hiện Mạng N.ISDN:

Có 2 công nghệ là máy tính và truyền thông đã và đang phát triển rất nhanh và là mũi nhọn của công nghệ ở cuối thế kỷ 20 Tuy nhiên hai lĩnh vực này đang dần dần phát triển hợp nhất với nhau do:

− Sự phát triển của kỹ thuật tính toán, chuyển mạch và các thiết bị truyền dẫn số

− Kỹ thuật số đã được sử dụng rộng rãi cho truyền dẫn thoại, dữ liệu và hình ảnh Từ 2 vấn đề trên, đồi hỏi cần có một mạng có thể liên kết toàn bộ các loại mạng đang tồn tại và có khả năng tích hợp có khả năng truyền dẫn và xử lý tất cả các loại dữ liệu

Từ đó N.ISDN ra đời N.ISDN sẽ là mạng viễn thông công cộng trên phạm vi toàn thế giới Nó được định nghĩa bởi các chuẩn hoá của giao tiếp người sử dụng và sẽ được thực hiện bởi một tập của các chuyển mạch số và kết nối giữa chúng, cung cấp phạm vi rộng các loại lưu lượng ITU – T (CCITT) định nghĩa N.ISDN là mạng được phát triển từ mạng điện thoại số cung cấp khả năng kết nối hoàn toàn số hoá giữa các đầu cuối, phục vụ cho nhiều loại dịch vụ (thoại và phi thoại) từ đó người sử dụng có thể truy xuất bởi một tập hữu hạn các giao diện đa mục đích đã được chuẩn hoá N.ISDN thể hiện:

− Cung cấp các ứng dụng thoại và phi thoại sử dụng một tập có giới hạn các tiện ích

− Cung cấp các ứng dụng cho chuyển mạch và không chuyển mạch N.ISDN cung cấp cả kỹ thuật chuyển mạch mạch và chuyển mạch gói

− Độ tin cậy cao trên các kết nối 64Kbps

− Cung cấp các dịch vụ đặc trưng, bảo hành mạng và các chức năng quản lý mạng

− Có cấu trúc phân lớp của các nghi thức: Các nghi thức được phát triển cho người sử dụng truy xuất vào mạng N.ISDN theo cấu trúc phân lớp và có thể ánh xạ vào mô hình cho kết nối với hệ thống mở OSI

− Cấu hình đa dạng: cho phép phát triển mạng N.ISDN không phụ thuộc vào chính sách của quốc gia, vào kỹ thuật đang sử dụng cũng như các thiết bị đang sử dụng của khách hàng

1.1.3 Giới Thiệu Tổng Quát Về N.ISDN:

Mạng N.ISDN hoạt động như thế nào? Làm thế nào để người sử dụng có thể liên lạc được với mạng và truy cập được các dụch vụ của mạng?

Các tổ chức xây dựng tiêu chuẩn (CCITT, ANSI, ISO, …) đã xây dựng một số các tiêu chuẩn cho mạng N.ISDN trong chiến lược thông tin toàn cầu Các tiêu chuẩn

N.ISDN sẽ định rõ giao diện của người sử dụng và mạng Các giao diện này được biểu thị dưới dạng một tập các giao thức gồm các thông báo dùng để yêu cầu các dịch vụ

− Khái niệm về kênh (Channel) thông tin:

Kênh là đường dẫn mà tín hiệu chạy qua Tín hiệu trên một kênh có thể là: tín hiệu số, tín hiệu tương tự hoặc là tín hiệu báo hiệu của mạng

#"Với mạng điện thoại công cộng (PSTN): Đường dây thuê bao nối giữa người sử dụng và tổng đài nội hạt tạo thành một kênh tương tự (Analog Channel) truyền tải các tín hiệu:

• Dòng điện trên đường dây để nhận dạng nhấc máy

• Xung quay số hoặc âm hiệu quay số (DTMF)

• Tín hiệu mời quay số (Dial Tone), báo bận (Busy Tone) và tín hiệu chuông (Ring Tone)

• Tín hiệu thông tin của người sử dụng: Audio, Video, hoặc số liệu nhị phân

#"Với mạng N.ISDN: Đường dây thuê bao chỉ truyền tín hiệu số Đường thuê bao sẽ gồm một số kênh logic cho tín hiệu báo hiệu và số liệu của người sử dụng Có ba loại kênh cơ bản để xác định cho các thông tin N.ISDN được phân biệt theo chức năng và tốc độ bit:

• Kênh B (64Kb/s): Truyền các thông tin về dịch vụ của người sử dụng như: tiếng nói số hoá, Audio, Video và dữ liệu số Tốc độ 64Kbsp

• Kênh D (16Kb/s hoặc 64Kb/s): Truyền các tín hiệu báo hiệu giữa người sử dụng và mạng hoặc các gói số liệu của người sử dụng

• Kênh H (HD: 384Kb/s; H11: 1536Kb/s; H12: 1920Kb/s): Chức năng giống kênh B nhưng hoạt động ở các tốc độ bit cao hơn

− Khái niệm về giao diện N.ISDN:

Với một số mạng viễn thông hiện tại (PSTN, PSDN) mỗi đường dây được sử dụng cho một loại dịch vụ (Telephone, Fax, Telex, mạng gói truyền dữ liệu) Khi nhu cầu sử dụng dịch vụ tăng, bắt buộc phải tăng số lượng dây đến nhà nhưng điều này là điều không ai muốn

N.ISDN sẽ cung cấp một loại giao diện mới cho phép tất cả các dịch vụ chỉ trên một đường dây truy nhập đồng thời vào mạng Các giao diện truy xuất vào mạng N.ISDN gồm một kênh D để chuyển các thông báo báo hiệu và một số các kênh B cho số liệu của người sử dụng Thiết kế này cho phép nhiều loại thông tin (hay nhiều loại hình dịch vụ) khác nhau cùng đi qua trên cùng một giao diện vật lý duy nhất

Các tiêu chuẩn hiện nay về N.ISDN xác định hai giao diện khác nhau đối với mạng:

− Giao diện tốc độ cơ bản (BRI: Basic Rate Interface)

− Giao diện tốc độ chính (PRI: Primary Rate Interface)

Các giao diện này xác định rõ số lượng các kênh dùng B, D, H và định rõ tốc độ tại

1.2 KỸ THUẬT MẠNG B.ISDN:

B.ISDN (Broadband Integrated Services Digital NetWork) là mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng

1.2.1 Xu Hướng Các Dịch Vụ Băng Rộng:

Xu hướng các dịch vụ ngày nay và trong tương lai gần là các yêu cầu dịch vụ băng rộng đang tăng lên

Các dịch vụ phục vụ cho các thuê bao gia đình: Các dịch vụ quan trọng cho các thuê bao gia đình là những dịch vụ truyền hình cáp CATV, truyền hình số chuẩn SDTV (Standard Digital TV) hay trong tương lai là dịch vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV (High Definition TV) Một ứng dụng quan trọng nữa là dịch vụ điện thoại truyền hình trong đó các hình ảnh chất lượng cao được truyền đi ở tốc độ từ 2 tới 5 Mbit/s

Các dịch vụ phục vụ trong lĩnh vực kinh doanh và giao dịch: Các thuê bao trong phạm vi công sở, văn phòng có những đặc điểm hoàn toàn khác so với các thuê bao gia đình Điểm chung duy nhất giữa hai lĩnh vực này là điện thoại truyền hình Tuy vậy, dịch vụ này cũng phải được mở rộng để tiến tới điện thoại hội nghị truyền hình, sao cho người sử dụng có thể dùng dịch vụ điện thoại truyền hình để liên lạc vài điểm cùng một lúc Các hệ thống ATM-LAN được nối với nhau sẽ tạo khả năng truy nhập hệ cơ sở dữ liệu phân tán với tốc độ rất cao Ngoài ra, các dịch vụ truyền ảnh, y tế, sẽ có chất lượng phục vụ cao hơn

Điện thoại truyền hình/Hội nghị truyền hình 1,5 – 130

Đặc Điểm Các Dịch Vụ Băng Rộng Cơ Bản

Từ sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất Cần thiết phải thỏa mãn tính mềm dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng cũng như người quản lý mạng (về mặt tốc độ truyền, chất lượng dịch vụ, …) Vì vậy cũng như người quản trị mạng Mạng B-ISDN ra đời nhằm đáp ứng các điều kiện trên (băng rộng, bảo dưỡng, mềm dẻo, kinh tế, …) mà mạng băng hẹp N.ISDN không đáp ứng được So với các mạng khác, dịch vụ tổ hợp và mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm về kinh tế, phát triển, thực hiện, vận hành và bảo dưỡng hơn

1.2.2 Điều Kiện Thuận Lợi Về Công Nghệ Cho Sự Xuất Hiện Mạng B.ISDN:

− Tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu

− Sự phát triển của các ứng dụng phần mềm trong lĩnh vực tin học và viễn thông

− Các hệ thống truyền dẫn bằng cáp quang và các kênh truyền dẫn tốc độ cao có chí phí thấp cho các đường trung kế và cả các đường thuê bao

− Các mạch vi điện tử có thể cung cấp các khối chuyển mạch, truyền dẫn và thiết

bị thuê bao có tốc độ cao và chi phí thấp

− Các màn hình và máy quay phim chất lượng cao và chi phí thấp

Những tiến triển vượt bậc của công nghệ dẫn đến việc tích hợp diện rộng nhiều tiện nghi truyền thông và thực sự có hiệu quả, đã cung cấp phương tiện truyền thông vạn năng với các đặc tính chính:

− Việc trao đổi toàn cầu qua bất kỳ hai thuê bao nào trên bất kỳ phương tiện và môi trường truyền dẫn nào

− Phục hồi và chia sẻ một số lượng lớn thông tin từ nhiều nguồn khác nhau

− Việc phân bố, bao hàm cả phân bố chuyển mạch nhiều loại hình văn hoá, giải trí và giáo dục đến từng nhà, từng công sở

Vậy mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Network – B.ISDN ) cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định (Permanent) hoặc bán cố định (Semi-Permanent), các cuộc nối từ điểm tới điểm hoặc từ điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu, các dịch vụ dành trước hoặc các dịch vụ yêu cầu cố định Cuộc nối trong B.ISDN phục vụ cho cả các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện (Multimedia), đơn phương tiện (Monomedia), theo kiểu hướng liên kết (Connection – Oriented) hoặc không liên kết (Connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng B.ISDN là mạng thông minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các công cụ bảo dưỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạng rất hiệu quả

1.2.3 Các Tham Số Cơ Bản Của B.ISDN:

Tìm hiểu về các tham số của các dịch vụ trong mạng băng rộng, tính toán lỗi và trễ xảy ra trong mạng để có thể dựa vào đó đánh giá chất lượng mạng

1.2.3.1 Tốc độ bit tự nhiên, tốc độ bit trung bình, tốc độ bit cực đại và tốc độ truyền dịch vụ của mạng:

Mạng băng rộng tương lai cần phải truyền được một số lượng lớn các dịch vụ, từ các dịch vụ tốc độ thấp như: đo lường từ xa, điều khiển từ xa, báo động từ xa, tiếng nói, Fax tới các dịch vụ tốc độ cao hoặc các dịch vụ có tốc độ trung bình như: âm nhạc, điện thoại truyền hình, truyền số liệu tốc độ cao hoặc các dịch vụ có tốc độ rất cao như: HDTV, thư viện video, … Các dịch vụ này có tốc độ truyền từ vài Kbit/s tới vài trăm Mbps, thời gian truyền từ vài giây tới vài giờ

Các dịch vụ được đặc trưng bởi tốc độ của chúng, tốc độ này phụ thuộc rất nhiều vào cách mã hoá và kỹ thuật nén tín hiệu Có thể biểu diễn tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ bằng hàm s(t), hàm này kéo dài trong thời gian truyền thông tin T Có hai giá trị quan trọng là tốc độ bit cực đại S và tốc độ bit trung bình E[s(t)], được tính trong khoảng thời

gian T Quãng thời gian T cùng với hai giá trị E[s(t)] và S là các tham số quan trọng của dịch vụ

Công thức liên hệ:

0

)(T

1E[s(t)]

Tỷ lệ giữa E và S được gọi là đại lượng B (Burstiness) B đặc trưng cho sự thay đổi của tốc độ dòng bit theo thời gian

)]

(

[ t s E

Truyền số liệu tốc độ cao, âm nhạc, điện thoại truyền hình HDTV

Đặc Điểm Tốc Độ / Thời Gian Truyền Của Các Dịch Vụ Băng Rộng

Rõ ràng từ đồ thị trên ta thấy tốc độ bit tự nhiên s(t) khác nhau đối với mỗi phiên liên lạc nhưng S và E[s(t)] là như nhau đối với mỗi loại dịch vụ

Bảng trình bày một số giá trị E và B của vài loại dịch vụ:

Dịch Vụ E[s(t)] (Mbit/s) B

Điện thoại truyền hình/Hội nghị truyền hình 1,5 – 130 5

Ta đi xét mối liên hệ giữa tốc độ truyền và tốc độ bit cực đại (hay tốc độ truyền tự

nhiên tự của dịch vụ ) và ảnh hưởng của nó tới chất lượng truyền Từ hình vẽ trên ta

nhận thấy rằng nếu tốc độ truyền nhỏ hơn tốc độ bit cực đại S thì chất lượng bị giảm xuống do môt số bit sẽ phải cắt bỏ để đảm bảo tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ phù hợp với tốc độ truyền

Mặt khác, nếu tốc độ truyền luôn lớn hơn hoặc bằng tốc độ bit cực đại của dịch vụ thì các thông tin vô nghĩa sẽ được sử dụng để điền đầy vào khoảng chênh lệch giữa tốc

Tốc Độ (bit/s)

Chất Lượng Giảm Do Tốc Độ Truyền Nhỏ Hơn Tốc Độ Bit Cực Đại

Tốc Độ Truyền Trên

Mạng Tốc Độ Bit Tự Nhiên Của Dịch Vụ

độ bit tự nhiên và tốc độ truyền, do đó sẽ tiêu phí độ rộng băng truyền Điều này được minh hoạ trên hình trên

Qua hai ví dụ trên, ta có thể kết luận rằng cần phải chọn tốc độ truyền thích hợp tuỳ theo yêu cầu của dịch vụ

• Với dịch vụ yêu cầu chất lượng truyền cao mà không có yêu cầu quá gắt gao đối với tốc độ truyền thì cần đảm bảo tốc độ truyền trên mạng luôn luôn lớn hoặc bằng tốc độ bit cực đại

• Đối với các dịch vụ không yêu cầu chất lượng truyền thật cao ta có thể lựa chọn tốc độ truyền trên mạng nhỏ hơn tốc độ truyền cực đại của dịch vụ

1.2.3.2 Các Tham Số Đặc Trưng Cho Chất Lượng Mạng:

Để truyền thông tin một cách tin cậy, mạng phải đảm bảo 2 chỉ tiêu sau:

− Trong suốt về mặt nội dung

− Trong suốt về mặt thời gian

a Tính Trong Suốt Về Mặt Nội Dung:

Tính trong suốt về mặt nội dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng chính xác các bit từ đầu phát đến đầu thu với số lỗi cho phép Khi mới ra đời, trong các mạng chuyển mạch gói chất lượng truyền số liệu còn kém, do đó để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên mọi liên kết Việc điều khiển lỗi này được thực hiện bởi giao thức HDLC (High Level Data Link Control) bao gồm các chức năng: giới hạn khung, đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi, Ở đây quá trình điều khiển lỗi được thực hiện trên mọi liên kết thông qua nút chuyển mạch, do đó nút chuyển mạch phải xử lý một loạt các thủ tục phức tạp khác nhau làm ảnh hưởng đến tốc xử lý chung của hệ thống

Sau này, do chất lượng của hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch tăng lên nên tỷ lệ lỗi trên mạng giảm.Với một mạng chất lượng cao như vậy người ta chỉ cần thực hiện một số chức năng của thủ tục HDLC Bằng cách này người ta giảm được khối lượng thông tin mà nút chuyển mạch cần xử lý Nhờ đó tốc độ của nút tăng lên Như vậy lớp 2 trên mô hình OSI được chia thành hai lớp con Lớp 2a chuyên cung cấp các chức năng cơ bản của lớp 2, lớp 2b cung cấp các chức năng bổ sung Các hệ thống ứng dụng nguyên lý này được gọi là chuyển tiếp khung (Frame Relay)

Trong thực tế có 3 loại lỗi:

− Lỗi đơn vị số liệu dư (Residual Error Data Unit Rate) là các lỗi không thể khôi phục được

− Lỗi số liệu bị phân phối nhầm (Misdelivered Data Unit Rate) là lỗi khi số liệu bị truyền đến đích sai

− Lỗi số liệu kông được truyền đi (Not Delivered Data Unit Rate) là lỗi khi số liệu không được truyền đi tới địa chỉ cho trước

Các lỗi trên đặc trưng cho tính trong suốt về mặt nội dung và gây ra một tỷ lệ lỗi truyền nào đó

Tỷ lệ lỗi bit:

Được đặc trưng bằng tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Ereor Rate), các bit lỗi có thể xảy ra riêng biệt hay xảy ra liên tục thành nhóm

Trong truyền dẫn, các lỗi bit thường xảy ra do sự không hoàn hảo của hệ thống, sự điều khiển sai của hệ điều hành, tức xảy ra ở mức vật lý của mô hình OSI

Tỷ lệ lỗi gói:

Trong các mạch hoạt động dựa theo nguyên lý chuyển mạch gói, một nhóm các lỗi có thể xảy ra do các gói thông tin bị mất hoặc bị định đường nhầm Tỷ lệ lổi gói được đặc trưng bằng tham số tỷ lệ lỗi gói PER (Packet Error Rate)

Lỗi gói thường xảy ra do hai nguyên nhân: các gói bị mất do định đường sai hoặc do tắc nghẽn Điều này được đặc trưng bằng tỷ lệ mất gói PLR (Packet Loss Rate):

Các gói tới đích không mong muốn nhưng lại được chấp nhận được đặc trưng bằng tỷ lệ chèn gói PIR (Packet Insertion Rate):

Trong mạng, các lỗi có thể xuất hiện ở phần truyền dẫn, tại các bộ tập trung kênh hay tại các nút chuyển mạch

Hệ thống chuyển mạch và ghép kênh thực hiện các chức năng ở lớp cao hơn (2, 3) trong mô hình OSI Nó thực hiện xử lý trên các gói, do đó các lỗi gói xảy ra ở đây

Đối với B.ISDN chức năng điều khiển lỗi không còn được cung cấp ở các nút chuyển

Tổng số các bit lỗi BER =

Tổng số các bit được gửi đi

Tổng số gói bị lỗi PER =

Tổng số các gói gửi đi

Tổng số gói bị mất PLR =

Tổng số gói được gửi

Tổng số gói chèn vào đích nhằm PIR =

Tổng số gói được gửi

đầu cuối Do đó các nút của ATM (tìm hiểu sau) có độ phức tạp tối thiểu và vì thế có tốc độ truyền rất cao có thể lên đến 600Mbit/s

b Tính Trong Suốt Về Mặt Thời Gian: Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit

có trễ rất ngắn khi được truyền từ đầu phát đến đầu thu, tức là chúng yêu cầu tính chính xác về thời gian Có thể phân biệt hai loại trễ: trễ do chuyển mạch và trễ từ điểm đầu đến điểm cuối Đặc trưng bằng hai tham số: trễ D và biến động J Mạng ATM chỉ cần những chức năng tối thiểu ở nút chuyển mạch, do đó nó cho phép truyền số liệu tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến động trễ giảm xuống, do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợp chuyển mạch kênh Trễ được chia ra hai loại: trễ truyền

Dt và trễ xử lý Dp

D = Dt + Dp Theo ITU – T, nếu trễ giữa hai đầu cuối lớn hơn 25 ms thì phải lắp thêm các bộ khử tiếng vang

1.2.4 Lựa Chọn Kiểu Truyền Cho B.ISDN:

Mạng B.ISDN là mạng duy nhất truyền được tất cả các dịch vụ với tốc độ từ rất thấp

đến rất cao Ta đi xét một số hệ thống thông tin để có thể đáp ứng điều này

1.2.4.1 Xét Phương Thức Chuyển Mạch Kênh Thuần Túy:

Là phương thức đặc trưng cho phương thức truyền thoại và có thể được sử dụng trong

mạng hẹp N.ISDN

Trong phương thức này 1 kênh sẽ được thiết lập trong suốt cuộc gọi (nối), thông tin

truyền từ nút này sang nút khác với sự ghép kênh theo thời gian TDM và truyền với tần

số nhất định Trên một tuyến có thể có nhiều kênh ghép theo thời gian với chu kỳ đều

đặn cho 1 kênh là 125µs trong một khe thời gian cố định và ở một đầu nối trên một kênh

nhất định Khi qua bộ chuyển mạch có thể sử dụng chuyển mạch thời gian, chuyển mạch

không gian, hổn hợp Việc chuyển mạch từ 1 tuyến vào đến một tuyến ra được điều

khiển nhờ bản phiên dịch tạo tuyến Ơû bản phiên dịch tạo tuyến này có quan hệ giữa

tuyến vào (kênh vào) với tuyến ra (kênh ra) và quan hệ này được giữ suốt trong thời

gian đấu nối Do chỉ có một kênh được truyền trên một tuyến nên phương thức chuyển

mạch kênh không phù hợp với các dịch vụ Hơn nữa, dịch vụ băng rộng yêu cầu có tốc

độ từ rất thấp đến rất cao, nếu chọn tốc độ bit lớn nhất để làm tốc độ bit cơ sở như tốc

độ 140Mbps vậy thì một dịch vụ đo lường 1Kbps cũng có thể chiếm một kênh đó Do đó

hiệu suất sử dụng về nguồn tài nguyên không cao

Vậy chuyển mạch kênh thuần túy không phù hợp dùng cho mạng băng rộng

1.2.4.2 Phương Thức Chuyển Mạch Kênh Nhiều Tốc Độ:

Để khắc phục sự thiếu mềm dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ như trên trong chuyển mạch kênh thuần túy, thì phương thức chuyển mạch kênh nhiều tốc độ MRCS sử

dụng hệ thống truyền dẫn giống chuyển mạch kênh thuần túy như một cuộc đấu nối có

thể phân phối cho n kênh cơ bản gồm các khung thời gian với các khe thời gian có độ

dài khác nhau, mọi cuộc liên lạc có thể được xây dựng từ n kênh này Nhưng đi theo các

tốc độ cơ bản đặc trưng cần có hệ thống chuyển mạch riêng, do đó tạo ra nhiều phức

tạp

H4 H1 N.ISDN

Mux

Mạng này hiện nay được dùng cho mạng điện thoại hình ở mạng băng hẹp N.ISDN

Thông thường các kênh cơ bản cho một cuộc nối là:

E

O

Đường Dây Thuê

Bao 156,672 Mbps

− 1 kênh 1024 Kbps

− 8 kênh H1 tốc độ 2048 Kbps

− 1 kênh H4 tốc độ 139,146 Mbps

H1

…

… H1

8 x 2048 Kbps Aâm thanh Stedio, Dữ liệu tốc độ cao

Hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ rất phức tạp do mỗi kênh cơ sở của một đường nối phải giữ đồng bộ với các kênh khác, sao cho độ trễ của số liệu truyền trên các kênh khác nhau là như nhau, như vậy mới đảm bảo được tính trong suốt về mặt thời gian Ngoài ra cấu trúc này sử dụng các tài nguyên không hiệu qủa: giả sử tất cả các kênh H1 đều bận, lúc đó ta không thể thiết lấp thêm được một kênh H1 nào khác kể cả khi H4 đang còn rỗi.Do đó ITU – T cũng không chọn chuyển mạch đa tốc độ là giải pháp cho mạng băng rộng

1.2.4.3 Chuyển Mạch Kênh Tốc Độ Cao:

Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch tốc độ cao FCS chỉ được cung cấp khi thông tin được gửi đi Sau khi gửi song thông tin, tài nguyên được giải phóng trở lại Sự cung cấp này được thiết lập mỗi lần gửi như trong trường hợp chuyển mạch gói, nhưng dưới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên kết nhanh, chứ không nằm ở phần tiêu đề như trong chuyển mạch gói Tại giai đoạn thiết lập cuộc gọi, người sử dụng yêu cầu một độ rộng băng tần bằng một số nguyên lần độ rộng của kênh cơ bản Hệ thống lúc này chưa cung cấp tài nguyên nhưng ghi lại các thông tin chuyển mạch, độ rộng băng yêu cầu, địa chỉ đích được chọn Khi bên phát bắt đầu gửi thông tin, hệ thống sẽ được báo hiệu rằng bên phát có thông tin được gửi đi, nó yêu cầu chuyển mạch để phân phối tài nguyên ngay lập tức Tuy nhiên hệ thống này cũng còn vài nhược điểm, đặc biệt là độ phức tạp khi thiết kế và điều khiển một hệ thống như vậy vì nó yêu cầu khả năng thiết lập và hủy bỏ cuộc nối trong khoảng thời gian rất ngắn Cho nên nó không được chọn làm giải pháp cho mạng băng rộng

1.2.4.4 Phương Thức Chuyển Mạch Gói:

Để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được giữa hai đầu cuối, cần phải có thủ tục phức tạp của X.25 nhằm xử lý lỗi và điều khiển luồng giữa các trận liên kết Mặt khác vì gói có độ dài khác nhau nên yêu cầu phải có các thủ tục quản lý bộ đệm rất phức tạp, do đó tốc độ hoạt động không cao Các hệ thống chuyển mạch gói sau này được cải tiến thành hai hệ thống là chuyển mạch khung và chuyển tiếp khung Do đó tốc

Trong chuyển tiếp khung, việc truyền lại các khung số liệu bị lỗi chỉ được thực hiện giữa hai đầu cuối của người sử dụng Tại nút mạng chỉ có chức năng phát hiện lỗi để hủy bỏ các khung lỗi vì không cần thiết phải truyền các khung này, ngoài ra cũng không có chức năng điều khiển luồng hoăïc phân /hợp kênh Trong chuyển mạch khung các chức năng phát hiện lỗi và điều khiển luồng vẫn còn được giữ lại ở nút mạng, do đó việc truyền lại khung và điều khiển luồng bằng cửa sổ trượt vẫn được thực hiện trên cơ sở các liên kết

Tốc độ chuyển mạch gói 64Kb/s tương đối lớn nhưng rất nhỏ so với các dịch vụ băng rộng và nó có độ trễ lớn Do vậy, không phù hợp với các dịch vụ thời gian thực

1.2.4.5 Phương Thức Chuyển Mạch Không Đồng Bộ ATM:

Là phương thức truyền tin trong đó thông tin được chia thành các gói có chiều dài nhỏ không thay đổi gọi là các tế bào tin Tế bào tin được truyền độc lập và sẽ được sắp xếp lại thứ tự ở đầu thu ATM không đồng bộ bởi lý do sự xuất hiện liên tục các tế bào ở trên các kênh không phụ thuộc chu kỳ

ATM có thể truyền được tất cả các dịch vụ viễn thông mà không cần quan tâm đến đặc tính và chất lượng của dịch vụ và thỏa mãn được các yêu cầu:

• Mềm dẻo và phù hợp với các dịch vụ tương lai

• Có hiệu qủa trong việc sử dụng tài nguyên

• Chỉ sử dụng một mạng duy nhất cho tất cả các dịch vụ

Vì vậy, cuối cùng ITU – T quyết định chọn phương thức truyền ATM làm mạng phục vụ cho các dịch vụ trong mạng băng rộng Thật vậy mạng ATM có những ưu điểm sau:

− Điều khiển được nhiều loại lưu thông khác nhau như: Dữ Liệu, Tiếng Nói, Hình Aûnh, Video, …

− Khả năng sử dụng đường truyền hiệu qủa: Cho phép truyền các ứng dụng hình ảnh, dữ liệu, có tốc độ cố định, hoặc biến đổi theo thời gian hoặc ngắt quãng

− Dùng kỹ thuật chuyển mạch bằng phần cứng: Với chiều dài tế bào cố định là

53 Bytes, ATM cho phép việc xử lý chuyển mạch bằng các phần cứng có tốc độ rất

nhanh, giảm thiểu thời gian chuyển mạch và tăng đáng kể tốc độ truyền

− Cho khả năng thiết lập các nhóm kênh ảo: Nhóm kênh ảo được định nghĩa bằng chỉ số nhận dạng ảo (VPI/VCI), Do vậy có thể tạo mới, thay đổi lưu lượng hoặc lộ trình bằng cách điều khiển việc gán các nhãn địa chỉ tại các nút chuyển mạch Khả năng này cho phép việc quản lý và điều hành mạng năng động

− Đặc tính truyền dẫn mềm dẻo: Cho phép hầu như không giới hạn về tốc độ của mỗi kênh cũng như số lượng các kênh vì mỗi kênh thông tin được thiết lập bằng chuỗi các tế bào ATM, số lượng các tế bào được truyền đi trong một đơn vị thời gian là tự do, số lượng kênh trên một đường truyền phụ thuộc vào số các nhận dạng logic nên tốc độ mỗi kênh thông tin luôn đạt đến mức tối đa có thể được

− Có khả năng cung cấp băng thông theo yêu cầu, ATM là kỹ thuật hiệu qủa cho việc xây dựng mạng: Người sử dụng có thể kết nối với mạng bằng cách dùng

những bộ thích ứng hỗ trợ băng thông tùy theo yêu cầu riêng của người sử dụng đó

1.3 SỰ RA ĐỜI CỦA ATM LÀ CẦN THIẾT:

Do các nhược điểm của mạng viễn thông ngày nay, đồi hỏi cần có một mạng liên kết các dịch vụ cho nên mạng N.ISDN ra đời và các nhu cầu dịch vụ băng rộng đang tăng lên Từ đó đặt ra vấn đề phải có một mạng tổ hợp băng rộng duy nhất (B-ISDN) thay thế tất cả các mạng viễn thông nói trên, chính trên cơ sở này ATM hình thành và phát triển Sự phát triển của kỹ thuật ATM là kết quả trực tiếp của các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống được hổ trợ bởi các thành tựu to lớn trong công nghệ bán dẫn và công nghệ quang điện tử ATM có khả năng đáp ứng được một loạt các dịch vụ băng rộng khác nhau, kể cả trong lĩnh vực gia đình cũng như trong thương mại Mà ưu điểm của nó đã được đề cập và kiến trúc mạng ATM sẽ xét ở phần sau

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG ATM 2.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ATM:

2.2.1 Đặc Điểm Chính Của ATM:

Như đã xét trên, B.ISDN theo ITU – T dựa trên cơ sở kiểu truyền không đồng bộ

ATM (Asynchronous Transfer Mode) Như vậy ATM sẽ là nền tảng của B.ISDN trong

tương lai

Kiểu truyền không đồng bộ, thì dạng truyền bao gồm cả chế độ truyền dẫn và

chuyển mạch, còn không đồng bộ là trong đó các gói trong cùng một cuộc kết nối có thể

lập lại một cách bất thường như lúc chúng được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không

theo một chu kỳ nào cả

Thật vậy, hình sau biểu diễn sự khác nhau giữa dạng truyền đồng bộ STM và dạng

truyền không đồng bộ

Khe thời gian

Cấu Trúc Khung Thời Gian STM

Khe thời gian Kênh không sử dụng Phần tiêu đề

Cấu Trúc Luồng Thông Tin Trong ATM

Trong dạng truyền đồng bộ STM, các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho

được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền Còn trong ATM, các gói thuộc về

một cuộc nối lại tương ứng với các kênh ảo cụ thể và có thể xuất hiện tại bất kỳ vị trí

nào

Chế độ truyền đồng bộ STM (Synchronons Transfer Mode):

Nó được dùng trong mạng N.ISDN không phải là mô hình tốt nhất đối với B.ISDN vì

nó có nhược điểm sau:

− Không cung cấp một giao diện linh động cho B.ISDN (gồm nhiều loại ứng dụng

với nhiều tốc độ truyền khác nhau từ vài Kbps đến vài trăm Mbps)

− Dùng STM để truyền dữ liệu tốc độ cao (một vài kênh H2 và H4) sẽ làm cho hệ

thống chuyển mạch trở nên phức tạp

Chính vì vậy mà chế độ truyền bất đồng bộ ATM được sử dụng cho ISDN băng rộng

ATM có hai đặc điểm chính:

− ATM sử dụng các gói có kích thước 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 thước nhỏ cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng

− ATM còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng

2.1.2 Điều Kiện Thuận Lợi Về Công Nghệ Cho Sự Ra Đời Và Phát Triển Của ATM:

Có hai yếu tố ảnh hưởng tới ATM, đó là: Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn cũng như công nghệ quang điện tử và sự phát triển các ý tưởng về khái niệm hệ thống

2.1.2.1 Các Tiến Bộ Về Công Nghệ:

a Công Nghệ Bán Dẫn:

Công nghệ CMOS là công nghệ rất có triển vọng bởi độ tích hợp lớn, tốc độ cao cỡ vài trăm Mbps tới vài Gbps, độ tiêu tốn năng lượng thấp

b Công Nghệ Quang:

Các đường truyền dẫn quang có các ưu điểm như độ suy giảm thấp (dẫn tới khoảng cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thước nhỏ, độ mềm dẻo cơ học cao, tránh được nhiễu của trường điện tử, xác suất truyền lỗi thấp và không có nhiễu xuyên âm

2.1.2.2 Yù Tưởng Mới Về Khái Niệm Hệ Thống:

Các quan điểm mới về hệ thống được phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đó là hệ thống có độ mểm dẻo thích hợp, độ rộng băng của hệ thống phải tùy thuộc vào yêu cầu của từng dịch vụ cụ thể, các dịch vụ thời gian thực được truyền theo phương pháp chuyển mạch gói Tuy nhiên các ý tưởng này phải thỏa mãn hai chức năng chính của mạng là tính trong suốt về mặt nội dung và trong suốt về mặt thời gian

Tính Trong Suốt Về Mặt Nội Dung:

Là chức năng đảm bảo việc truyền đúng các bit từ đầu phát đến đầu thu

Khi mới ra đời, trong các mạng chuyển mạch gói, chất lượng truyền số liệu còn kém, do đó để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được, người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên mỗi liên kết Việc điều khiển lỗi này được thực hiện bởi các giao thức HDLC (High – level Data Link Control) bao gồm các chức năng: giới hạn

khung, đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi, sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại

Đầu Cuối Nút Chuyển Mạch Đầu Cuối

Về sau chất lượng của hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch tăng lên nên tỷ lệ lỗi trên mạng giảm Do vậy trên mạng chỉ cần thực hiện chức năng giới hạn khung, chức năng truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi trên cơ sở từ liên kết đến liên kết ở nút chuyển mạch, do đó khối lượng thông tin mà nút chuyển mạch cần xử lý là nhỏ Còn chức năng khác như sữa lỗi được thực hiện trên cơ sở từ đầu cuối tới đầu cuối (End – To – End) Với sự chia thành hai lớp con 2a, 2b của lớp 2 trong mô hình OSI như ở chương 1 thì lớp 2a cung cấp các chức năng cơ bản của lớp 2, lớp 2b cung cấp các chức năng bổ sung Hệ thống ứng dụng nguyên lý này được gọi là chuyển tiếp khung (Frame Relay)

Điều Khiển Lỗi Có Giới Hạn Ơû Mạng Chuyển Tiếp Khung

Đối với B.ISDN ý tưởng về mạng này còn được mở rộng hơn nữa, các chức năng điều khiển lỗi không còn được cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạng nữa mà trong trường hợp cần thiết, sẽ được cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối Như vậy các chức năng được thực hiện trong mạng được giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ ở mạng chuyển mạch gói X.25 xuống còn cực kỳ tối thiểu ở mạng 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 600 Mbps là vì vậy

Tính Trong Suốt Về Mặt Thời Gian:

Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi được truyền từ đầu phát tới đầu thu, tức là chúng yêu cầu tính 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 độ trễ cao bởi chuyển mạch cần xử lý nhiều công việc như xét ở trên Do độ phức tạp của các nút chuyển mạch, chúng chỉ có thể hoạt động ở tốc độ vừa

cho phép truyền số liệu tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến động trễ giảm xuống còn vài trăm µs, vì vậy quan hệ thời gian được đảm bảo như trong truờng hợp chuyển mạch kênh

2.2 LỰA CHỌN TẾ BÀO ATM LÀ THAY ĐỔI HAY CỐ ĐỊNH:

Việc lựa chọn giữa hai phương án độ dài tế bào cố định hay thay đổi được quyếât định sau khi cân nhắc các ưu nhược điểm của những phương án này thông qua một loạt các yếu tố như hiệu suất băng truyền, trễ, tốc độ và độ phức tạp tại nút chuyển mạch

2.2.1 Về Mặt Hiệu Suất Băng Truyền:

Có nhiều tác nhân khác nhau ảnh hưởng tới ưu điểm và nhược điểm của cả hai phương án đã nêu ở trên nhưng 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 µ:

Số byte thông tin là số byte hữu ích tổng cộng cần được truyền đi

Ta đi xét hiệu suất băng truyền trong hai phương án:

Độ dài gói cố định:

Trong trường hợp độ dài tế bào ATM cố định, hiệu suất băng truyền được tính theo công thức:

)(

L X

Trong đó:

ηF: Hiệu suất băng truyền của tế bào có độ dài cố định L: Kích thước trường số liệu (Payload) của gói tính bằng byte H: Kích thước phần tiêu đề (Header)

X: Tổng số byte thông tin hữu ích được truyền

int(z): Phần nguyên của z Như vậy hiệu suất sẽ là tối ưu khi toàn bộ thông tin được truyền đi chia hết cho kích thước trường thông tin:

L

X L

X

int

=Lúc đó giá trị hiệu suất băng truyền sẽ là:

H L

Thật vậy hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào các byte thông tin hữu ích đuợc truyền đi Số byte thông tin hữu ích càng nhiều thì hiệu suất tối ưu càng dễ đạt được 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 gói được điền đầy hoàn toàn, do đó hiệu suất đạt được tối ưu

− Tín hiệu video: Trong kỹ thuật mã hoá tín hiệu video có dải bit cố định, cũng như dịch vụ tiếng nói, hiệu suất đạt tối ưu 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 trường hợp tế bào chưa được điền đầy hoàn toàn mà đã được truyền đi, tuy vậy các tín hiệu video có tới hàng ngàn byte nên cũng gần đạt được hiệu suất tối ưu

− Số liệu: Đối với số liệu tốc độ thấp như số liệu đưa vào từ bàn phím, hiệu suất rất thấp, chỉ khoảng 10% Đối với dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, trường thông tin hữu ích rất dài và cần phải cắt thành các gói cố định, hiệu suất đạt gần tới trị tối ưu

Do luồng thông tin trong ATM gồm tiếng nói, tín hiệu video, số liệu tốc độ cao nên hiệu suất gần đạt tới giá trị tối ưu 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 giới hạn gói, một vài bit được chèn thêm để nhận biết các cờ chính xác Ngoài ra còn phải cộng thêm vào phần đầu khung phần báo hiệu độ dài gói, lúc đó hiệu suất là:

v V

h H X

X

++

=η

Trong đó hv là phần thông tin bắt buộc phải bổ sung thêm để báo hiệu độ dài thay đổi của gói ATM Hiệu suất băng truyền của gói có độ dài thay đổi rất cao Với các gói có độ dài lớn, hiệu suất này đạt tới gần 100%

Kết luận: Xét về mặt hiệu suất truyền, nói chung gói có độ dài thay đổi tốt hơn gói có độ dài cố định Tuy nhiên khi xem trong từng trường hợp cụ thể, ưu 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

2.2.2 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 cũng như các yêu cầu kỹ thuật tương ứng với các chức năng này Hai yếu tố quan trọng nhất là: tốc độ hoạt động và yêu cầu về kích thước bộ nhớ của hàng đợi

Tốc độ hoạt động: Phụ thuộc vào số lượng các chức năng cần phải thực hiện và thời gian thực hiện các chức năng đó

Đối với các gói có độ dài cố định, khoảng thời gian cần thiết để xử lý phần tiêu đề là cố định Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, thời gian xử lý này không cố định và phụ thuộc vào độ dài gói, thông thường tốc độ xử lý cần lớn hơn rất nhiều mới đạt được tốc độ truyền tin như trong trường hợp gói có độ dài cố định Kích thước gói càng nhỏ thì yêu cầu tốc độ xử lý càng lớn

Bảng sau thể hiện tốc độ xử lý cần thiết trong hai trường hợp ở tốc độ 150Mbps

Tốc Độ (Mbps) Kiểu Gói Độ Dài Gói Tốc Độ Xử Lý

150 Độ dài cố định 48 byte dữ liệu + 5 byte tiêu đề 533 ns

150 Độ dài thay đổi 5byte dữ liệu + 5byte tiêu đề (gói có kích thước nhỏ nhất) 2,8 µs

Ta thấy rằng tốc độ trong trường hợp độ dài gói thay đổi (là 2,8 µs) yêu cầu lớn hơn rất nhiều so với tốc độ trong trường hợp độ dài cố định (533 ns)

Quản lý bộ nhớ của hàng đợi:

Trong trường hợp kích thước gói cố định, hệ thống quản lý bộ nhớ có thể đưa ra các khối nhớ với kích thước cố định tương ứng với kích thước của tế bào ATM Hoạt động này hết sức đơn giản như trong trường hợp quản lý bộ nhớ tự do Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, hệ thống quản lý bộ nhớ phải có khả năng đưa ra các khối bộ nhớ có kích thước khác nhau sao cho các hoạt động như tìm các đoạn thông tin, tìm đoạn đầu tiên, … được tiến hành ở tốc độ cao Việc quản lý bộ nhớ tự do cũng trở nên phức tạp hơn

Yêu cầu về kích thước hàng đợi:

Trong trường hợp độ dài gói cố định, yêu cầu về kích thước hàng đợi phụ thuộc vào tải và tỷ lệ mất gói, tải và tỷ lệ mất gói càng lớn thì yêu cầu kích thước hàng đợi cũng phải càng lớn Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, tính toán kích thước hàng đợi phức tạp hơn nhiều và sẽ phụ thuộc vào độ dài gói Đơn giản nhất là định kích thước hàng đợi tương ứng với gói có độ dài lớn nhất, lúc đó kích thước hàng đợi sẽ lớn hơn rất nhiều so với trường hợp gói có kích thước cố định Việc tính toán kích thước hàng đợi một cách tối ưu trong trường hợp này sẽ hết sức khó khăn

Kết luận: Sau khi đối chiếu với yêu cầu về tốc độ hoạt động và kích thước bộ nhớ hàng đợi, giải pháp gói có kích thước cố định là hợp lý nhất đối với các dịch vụ băng rộng của ATM

2.2.3 Về Vấn Đề Trễ:

Ta biết rằng kích thước của gói trong ATM cần phải giới hạn để không phát sinh ra trễ trong mạng Trễ tiếng nói sẽ rất lớn nếu kích thước gói lớn Hình sau minh họa một bộ hợp kênh các đường số liệu khác nhau vào bộ chuyển mạch

Các gói số liệu trong trường hợp này có kích thước thay đổi Đầu vào phía trên là một mẫu tiếng nói được truyền theo thời gian thực, đầu vào phía dưới là một gói số liệu rất dài Do mẫu tiếng nói tới sau gói số liệu một thời gian nên phải đợi gói số liệu truyền xong mới tới lượt nó được truyền tới đầu ra Nếu gói số liệu quá dài thì mẫu tiếng nói sẽ bị trễ đáng kể

Ngược lại nếu sử dụng các tế bào nhỏ và cố định thì trễ sẽ giảm xuống tới một giá trị chấp nhận được như hình trên

2.2.4 Kết Luận Vấn Đề Chọn Loại Tế Bào:

Từ các vấn đề ta đã xét trên, ta thấy rằng trong mạng băng rộng, nơi các ứng dụng chính được sử dụng là tiếng nói, tín hiệu video và số liệu gói, lợi ích thu được về mặt hiệu suất băng truyền đối với các gói có kích thước thay đổi nhỏ hơn rất nhiều so với lợi ích thu được khi sử dụng các gói có kích thước cố định nếu so sánh về mặt tốc độ hoạt động và độ phức tạp Mặt khác, nếu sử dụng tế bào có kích thước thay đổi thì độ dài của các tế bào này không những không thể tùy 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 thước cố định

2.3 LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC 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 kích thước bao nhiêu Kích thước của tế bào sẽ ảnh hưởng tới các chỉ tiêu sau:

− Hiệu suất băng truyền

− Trễ (trễ tạo gói, trễ hàng đợi, biến động trễ, trễ tháo gói, …)

− Độ phức tạp khi thực hiện

Sau đây đi xét các khía cạnh sau:

2.3.1 Về Mặt Hiệu Suất Băng Truyền:

Hiệu suất băng truyền được quyết định bởi tỷ lệ giữa kích thước phần tiêu đề và kích thước trường dữ liệu, kích thước trường dữ liệu càng lớn thì hiệu suất càng cao như đã xét

2.3.2 Về Vấn Đề Trễ:

Trễ hệ thống bao gồm một số loại trễ như trễ tạo gói, trễ hàng đợi, trễ tháo gói, …

Trễ tạo gói: Phụ thuộc vào kích thước trường số liệu trong tế bào Hình sau thể hiện hiệu suất truyền đối với các tế bào có độ dài khác nhau ở đây so sánh giữa hai tế bào có H = 4 và H = 5 và trễ tạo gói của chúng được so sánh giữa hai tốc độ truyền tiếng nói là 64 Kbps và 32 Kbps

D (32 Kbps)

D (64 Kbps)

Độ dài trường bit số liệu (byte)

Trễ hàng đợi: Bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ giữa độ lớn của trường số liệu L và độ lớn trường tiêu đề Hình sau thể hiện sự phụ thuộc của trễ hành đợi và tỷ lệ L/H

Ta thấy trễ bé nhất khi L/H có giá trị từ 8 tới 16, tương ứng với kích thước tế bào từ

(32 + 4byte) tới (64 + 4byte)

Trễ tháo gói:

Trễ này có giá trị bằng thời gian cần thiết để lấy phần thông tin người sử dụng ra khỏi gói và kết hợp chúng lại thành dữ liệu liên tục Trễ tháo gói cũng bị ảnh hưởng bởi độ dài tế bào, cần giới hạn sau cho trễ < 25 ms Nếu trễ vượt quá giới hạn này thì phải lắp thêm bộ khử tiếng vang Kết quả nghiên cứu người ta quyết định:

− Đối với tế bào có độ dài tương đối ngắn ≤ 32 bytes thì trễ tổng là rất nhỏ do đó không cần lắp thêm bộ khử tiếng vang

− Đối với các tế bào có độ dài lớn > 64 Bytes thì trễ tăng lên đáng kể, lúc đó cần lắp thêm bộ khử tiếng vang cho hầu hết các cuộc thoại

0,85 0,80 0,75 0,70 0,65

− Đối với các gói có độ dài trung bình ở khoảng giữa 32 Bytes và 64 Bytes, phần lớn các trường hợp ta đều không cần sử dụng bộ khử tiếng vang nếu đường truyền không quá dài

Như hình trên đối với tế bào 16 Bytes, ta chỉ cần 8 Kbit hàng đợi nhưng thời gian xử lý phải nhơ hơn 1µs Đối với tế bào 256 Bytes, ta cần hơn 64 Kbit cho một hàng đợi

nhưng thời gian xử lý cho phép hơn 15µs

Tuy vậy tốc độ không phải là vấn đề quan trọng nhất bởi vì công nghệ hiện nay cho phép xử lý rất nhiều thông tin trong khoảng thời gian 1µs, như vậy vấn đề chính là giới hạn bộ nhớ

2.3.4 Kết Luận Vấn Đề Chọn Kích Thước Của Tế Bào ATM:

Từ các vần đề đã tìm hiểu trên: hiệu suất băng truyền, trễ, độ phức tạp thì ta thấy rằng, các giá trị độ dài ở kích thước giữa 32 Bytes và 64 Bytes được ưa chuộng hơn cả Cuối cùng ta sử dụng tế bào có:

− Trường Số Liệu Dài 48 Bytes

− Tiêu Đề 5 Bytes

2 4 8 16 32

64 32 16 8

8 16 32 64 128 256

M (Kích thước bộ nhớ)

(Kbit)

P (thời gian xử lý

một tế bào) ( µ s)

M

Kích thước tế bào

(byte)

P

Sự Phụ Thuộc Của Kích Thước Tế Bào Tới Thời

Gian Xử Lý Và Kích Thước Bộ Nhớ

2.4 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CHO ATM:

Các tham số của ATM đều được tính toán dựa trên cơ sở hai yêu cầu chính là tính trong suốt về mặt thời gian (đặc trưng bởi độ trễ) và tính trong suốt về mặt nội dung (đặc trưng bởi tỷ lệ lỗi) Sau đây xin trình bày cụ thể các loại trễ và lỗi khác nhau cùng cách tính

2.4.1 Độ Trễ:

Trễ khi truyền thông tin qua mạng ATM được quyết định bởi các phần khác nhau của mạng, mỗi phần đóng góp vào trễ tổng của mạng Hình sau trinh bày trễ qua các khâu của mạng

Trong mạng ATM thuần túy, thông tin được đóng gói thành các tế bào và được

khôi phục về trạng thái đầu ở nơi nhận tin Các tế bào được sử dụng trên khắp mọi nơi trên mạng

Ngược lại trong mạng kết hợp (như hình dưới), một phần của mạng hoạt động với tế bào, phần khác hoạt động với các khung thời gian

Chuyển mạch

PD TD1 FD1 + QD1 TD2 TD3 FD2 + QD2 TD4 DD

PD: Trễ tạo gói TD: Trễ truyền QD: Trễ hàng đợi

FD: Trễ chuyển mạch DD: Trễ tháo gói SD: Trễ của mạng đồng bộ

Trễ Trong Mạng Kết Hợp Giữa ATM Và Mạng Đồng Bộ

Mạng Đồng Bộ

SD

DD PD

Chuyển mạch ATM

Mạng truyền dẫn Chuyển mạch ATM

PD TD1 FD1 + QD1 TD2 TD3 FD2 + QD2 TD4 DD

PD: trễ tạo gói TD: trễ truyền QD: trễ hàng đợi

FD: trễ chuyển mạch DD: trễ tháo gói

Trễ Trong Mạng ATM Thuần Túy

Các Loại Trễ Bao Gồm:

!"Trễ truyền (TD): Phụ thuộc khoảng cách điểm đầu và điểm cuối, thông thường nó có giá trị 4 – 5 µs/Km

!"Trễ tạo gói (PD): Xảy ra khi các thông tin được đóng gói vào các tế bào

!"Trễ chuyển mạch cố định (FD): Xảy ra khi một tế bào ATM đi qua trường chuyển mạch, nó có giá trị cố định

!"Trễ hàng đợi (QD): Trễ này có giá trị thay đổi, xảy ra tại các hàng đợi trong hệ thống chuyển mạch

!"Trễ tháo gói (DD): Xảy ra tại đầu thu của mạng ATM hoặc tại ranh giới giữa mạng ATM và mạng đồng bộ trong trường hợp mạng kết hợp Trễ này có giá trị bằng khoảng thời gian cần thiết để lấy phần thông tin của người sử dụng ra khỏi gói và kết hợp chúng lại thành dòng dữ kiệu liên tục như ở đầu phát

!"Trễ của mạng đồng bộ (PD): Xảy ra khi thông tin truyền qua phần mạng đồng bộ trong trường hợp mạng kết hợp

Vậy ta có trễ tổng công như sau:

• Trong mạng thuần túy ATM:

PD QD FD

TD

j j i

j j i

SD1: Trễ trong các mạng đồng bộ

Bảng trình bày trễ qua từng khâu trong mạng ATM:

Trễ (µµµµS) Đối Với Các Loại Tốc Độ Và Kích Thước Tế Bào Khác Nhau

2.4.2 Tỷ Lệ Lỗi:

Cũng như các hệ thống khác, dù hoàn thiện đến đâu cũng phải có một tỷ lệ lỗi nhất định nào đó Các lỗi xảy ra trong mạng ATM là do sự không hoàn hảo của hệ thống truyền dẫn hoặc của hệ thống chuyển mạch

2.4.2.1 Mất Tế Bào Do Lỗi Phần Tiêu Đề:

Lỗi truyền sẽ dẫn tới sự thay đổi không mong muốn các thông tin được truyền tại bên thu Nếu lỗi xảy ra ở phần số liệu của tế bào thì cả tế bào vẫn được truyền tới điểm cuối do ATM không có bất cứ một cơ chế chống lỗi nào khi truyền từ liên kết tới liên kết (Link – By – Link) Nếu lỗi xảy ra ở phần tiêu đề thì chuyển mạch ATM sẽ thông dịch nhầm phần tiêu để mang giá trị của một đường nối khác Nếu phần tiêu đề mang một giá trị không tồn tại thì tế bào sẽ bị loại bỏ Trong cả hai trường hợp đều xãy ra lỗi nhân do chỉ cần 1 bit lỗi trong phần tiêu đề cũng dẫn tới lỗi cả tế bào Tỷ lệ lỗi bit được gọi là B

Trong trường hợp xuất hiện lỗi nhóm (Burst Error), thông tin trong phần số liệu hay phần tiêu đề đều sai, do đó bất cứ một lỗi nào trong phần tiêu đề đều trực tiếp dẫn tới lỗi nhân

Trong trường hợp xảy ra lỗi đơn trong phần tiêu đề dẫn tới mất tế bào, lỗi nhân sẽ được tính toán như sau:

Giả sử phần tiêu đề của tế bào ATM dài h bit, phần dữ liệu dài i bit Nếu các tế bào có độ dài trung bình là H, với H = h + i Và giả sử rằng chuyển mạch ATM sử dụng

tất cả các bit của tiêu đề để xác định đích nhận tin Hệ thống truyền lúc đó sẽ tạo ra lỗi cả ở phần tiêu đề và phần dữ liệu

• Xác suất xảy ra một lỗi ở phần tiêu đề là:

i

+Giả sử chuyển mạch ATM nhận các bit truyền với tỷ lệ lỗi là B và không gây ra thêm một lỗi nào trong trường dữ liệu, lúc đó tỷ lệ lỗi tổng được tính bằng tỷ lệ lỗi của hệ thống truyền dẫn gay ra trong trường dữ liệu cùng với tỷ lệ lỗi gay ra do định đường nhầm Nếu một hệ thống chuyển mạch thông dịch một tiêu đề bị lỗi thì có ba khả năng xảy ra:

Nếu các lỗi ở phần tiêu đề không được phất hiện cũng như sữa chữa thì sẽ dẫn tới định đường nhầm Trong trường hợp xấu nhất, việc định đường nhầm sẽ đưa i bit thông tin tới đích không hợp lệ, cùng lúc đó cũng có i bit không tới được đích đúng của nó Do đó có (2 x i) bit sai, dẫn tới tỷ lệ lỗi bit B1 là:

B i h

h i B i h

i i B i h

++

=Hiệu ứng nhân lỗi M1 = B1 / B là:

i h

h M

1

Nếu lỗi phần tiêu đề được phát hiện nhưng không được sửa thì i bit sẽ không tới được đầu thu vì lúc này tế bào lỗi sẽ bị hủy bỏ, ta có tỷ lệ lỗi bit B2 như sau:

B i h

h i B i h

i i B i h

++

=Hiệu ứng nhân lỗi M2:

i h

h M

i B i h

i B i h

h

+

=+

++

=Hiệu ứng nhân lỗi M3:

i h

2.4.2.2 Mất Tế Bào Do Tràn Hàng Đợi:

Với một kích thước thích hợp của các hàng đợi trong mạng, sự mất tế bào do tràn hàng đợi được giảm xuống tới giá trị chấp nhận được, giá trị này khoảng 10-8 Việc tính toán kích thước hàng đợi được giảm nhẹ rất nhiều bởi tính chất hướng liên kết của ATM

vì nó tạo khả năng để mạng cho phép hoặc từ chối một cuộc nối mới nếu tải của cuộc nối nhỏ hơn hoặc lớn hơn tải còn lại trong hàng đợi

2.5 CẤU TRÚC TẾ BÀO ATM:

Ta biết rằng, đặc điểm của ATM là hướng liên kết Do đó khác với mạng chuyển mạch gói, địa chỉ nguồn và đích, số thứ tự gói là không cần thiết trong ATM Hơn thế,

do chất lượng của đường truyền rất tốt nên các cơ chế chống lỗi trên cơ sở từ liên kết tới liên kết cũng được 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 tế bào ATM là nhận dạng cuộc nối ảo

Như đã xem xét để lựa chọn tế bào ATM thì tế bào ATM là tế bào cố định, có 53

Bytes: 5 Bytes tiêu đề và 48 Bytes dữ liệu

ATM cell có cấu trúc giống nhau cho bất kỳ loại dịch vụ nào

- Header: 5 Octet (5 bytes) Thông tin chứa trong Header giúp cho việc tìm

đường của các ATM cell qua mạng Do mạng ATM hoạt động theo cách kết nối

có hướng nên các cell chỉ có thể luân chuyển qua các vùng mà các kết nối tồn tại

Lưu ý: Các cell Header không dùng để khởi tạo bắt tay trong các kết nối.

- Payload: 48 Octet(48 bytes) Chứa Data của người sử dụng, và các tín hiệu điều

khiển tương ứng Sau khi phát xong các cell, bên phần thu sẽ tổ chức lại các luồng Data,

gói Data cho giống như ban đầu

Phần tiêu đề của tế bào ATM có hai dạng: Một dạng là các tế bào được truyền

trên giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, dạng còn lại là các tế bào được truyền

giữa các nút chuyển mạch NNI

Hình vẽ cấu trúc tế bào ATM tại hai giao diện:

Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện NNI

Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI

Sau đây ta đi xét chức năng các trường của chúng

2.5.1 Số Liệu Nhận Dạng Kênh Aûo VCI Và Đường Aûo VPI:

Do kênh truyền ATM có thể truyền với tốc độ từ vài Kbit/s tới vài trăm Mbit/s tại một thời điểm nào đó, do đó VCI được dùng để nhận dạng các kênh được truyền đồng thời trên đường truyền dẫn Thông thường trên một kênh được truyền đồng thời trên đường truyền dẫn Thông thường trên một đường truyền có hàng ngàn kênh như vậy, vì thế VCI có độ dài 16 bit (Tương ứng với 65535 kênh)

Do mạng ATM có đặc điểm hướng liên kết nên mỗi cuộc nối được 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 được giải phóng để dùng cho cuộc nối khác Ngoài ra VCI còn có ưu điểm trong việc sử dụng cho các cuộc nối đa dịch vụ như dịch vụ điện thoại truyền hình, âm thanh và hình ảnh sẽ được truyền trên hai kênh có VCI riêng biệt, do đó ta có thể bổ sung hoặc hủy bỏ một dịch vụ trong khi đang thực hiện một dịch vụ khác

VPI được sử dụng để thiết lập cuộc nối đường ảo cho một số cuộc nối kênh ảo VCC VPI cho phép đơn giản hóa các thủ tục chọn tuyến cũng như quản lý, nó có độ dài

8 bit hoặc 12 bit tùy thuộc tế bào ATM đang được truyền qua giao diện UNI hay NNI Tổ hợp cả VCI và VPI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗi cuộc nối Tùy thuộc vào vị trí đối với hai điểm cuối mà nút chuyển mạch ATM sẽ định đường dựa trên giá trị của VPI và VCI hay chỉ dựa trên giá trị VPI Tuy vậy cần lưu ý rằng VCI và VPIø chỉ có

ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối Chúng đuợc sử dụng để việc chọn đường trên các chặng này được dễ dàng hơn Do số VPI và VCI quá nhỏ nên chúng không thể đuợc sử dụng như một số hiệu nhận dạng toàn cục vì khả năng xảy ra hai cuộc nối sử dụng ngẫu nhiên cùng một số VPI và VCI là rất cao Để khắc phục, người ta cho VCI và VPI là duy nhất trên mỗi đoạn liên kết Trên từng đoạn liên kết này, hai nút chuyển mạch sử dụng VPI và VCI như 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

2.5.2 Trường Kiểu Tế Bào PT (Payload Type):

PT là một trường gồm 3 bit có nhiệm vụ phân biệt các kiểu tế bào khác nhau như: tế bào mang thông tin của người sử dụng, tế bào mang các thông tin về giám sát, vận

hành, bảo dưỡng (OAM)

Nếu bit đầu PT có giá trị = 0 thì đây là tế bào người sử dụng Trong tế bào người sử dụng, bit số 2 báo hiệu tắc nghẽn trong mạng và bit 3 có chức năng báo hiệu cho lớp tương thích ATM là AAL

Nếu bit đầu PT chó giá trị = 1 thì đây là tế bào báo mang các thông tin quản lý mạng

Cấu trúc trường PT trong tế bào mang thông tin OAM

Dạng bit Chức năng

100 Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới liên kết

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 tương lai Ngoài ra còn có hai kiểu tế bào đặc biệt là tế bào không xác định và tế bào trống Tế bào không xác định và tế bào trống đều có đặc điểm chung là chúng không mang thông tin của người 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 được gửi khi không có thông tin hữu ích dành sẵn trên đầu phát

2.5.3 Trường Chỉ Mức Ưu Tiên Mất Tế Bào CLP (Cell Loss Priority):

CLP là trường dùng để phân loại các cuộc nối khác nhau theo mức độ ưu tiên khi các tài nguyên trong mạng không còn là tối ưu nữa Thí dụ trong trường hợp quá tải, chỉ có các cuộc nối có mực độ ưu tiên thấp là bị mất thông tin Có hai loại ưu tiên khác nhau là ưu tiên về mặt nội dung và ưu tiên về mặt thời gian Trong chế độ ưu tiên về mặt thời gian, vài tế bào có thể có độ trễ trong mạng dài hơn các tế bào khác Trong chế độ ưu tiên về mặt nội dung, các tế bào có độ ưu tiên cao hơn sẽ có xác suất mất gói ít hơn Các mức ưu tiên có thể được ấn định trên cơ sở cuộc nối (qua mỗi VCI hoặc VPI) hoặc trên

cơ sở mỗi tế bào Trong trường hợp thứ nhất, tất cả các tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có một mức ưu tiên xác định Trong trường hợp thứ hai, mỗi tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có các mức ưu tiên khác nhau

2.5.4 Trường Tiêu Đề HEC (Header Error Control):

Trường điều khiển lỗi tiêu đề HEC chứa mã dư vòng CRC (Cyclic Redundancy Check) Mã này tính toán cho 5 bytes tiêu đề Do phần tiêu đề bị thay đổi sau từng chặng nên CRC cần được kiểm tra và tính toán lại với mỗi chặng

Đa thức sinh được dùng ở đây là đa thức:

g(x) = x8 + x2 + x + 1

Đa thức này có thể sửa toàn bộ các lỗi đơn và phát hiện ra phần lớn các lỗi nhóm Mã dư vòng HEC được tính toán như sau:

2.5.5 Trường Điều Khiển Luồng Chung GFC (Gecneric Flow Control):

Ơû giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, phần tiêu đề có vài khác biệt so với giao diện NNI Sự khác nhau căn bản nhất là trường VPI bị rút ngắn lại còn 8 bits (so với

12 bits ở giao diện NNI), thay vào chỗ 4 bits của VPI là trường điều khiển luồng chung GFC Cơ chế của GFC cho phép điều khiển luồng các cuộc nối ATM ở giao diện UNI Nó được sử dụng để làm giảm tình trạng quá tải trong thời gian ngắn có thể xảy ra trong mạng của người sử dụng Cơ chế GFC dùng cho cả các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều điểm

Khi kết hợp mạng ATM với các mạng khác như DQDB (dictributed Queue Dual Bus), SMDS (Swiched Multi-megabit Data Service), GFC đưa ra 4 bit nhằm báo hiệu cho các mạng này làm thế nào để hợp kênh các tế bào của các cuộc nối khác nhau Mỗi mạng đều có một logic điều khiển tương ứng dùng GFC cho các giao thức truy nhập của riêng các mạng này Do đó trong trường hợp này, GFC thực chất là một bộ các giá trị chuẩn để định nghĩa mức độ ưu tiên của ATM đối với các quy luật truy nhập vào các mạng khác nhau

Việc buộc phải sử dụng trường điều khiển luồng chung GFC là một nhược điểm cơ bản của ATM, nó tạo ra sự khác nhau giữa các tế bào tại giao diện UNI và NNI do các giao thức trong ATM không phải là giao thức đồng nhất Trong mạng sử dụng các giao thức đồng nhất, các thiết bị viễn thông có thể được lắp đặt vào bất kỳ một nơi nào trong mạng Trong khi đó trong ATM, ta phải chú ý xem thiết bị được lắp đặt có thích hợp với giao diện đã cho hay không

Tổng byte tiêu đề x 8 bit HEC =

g(x)

Sau đây là bảng các giá trị mặc định của tiêu đề tế bào ATM tại giao diện UNI:

Giá trị Kiểu

Octet 1 Octet 2 Octet 3 Octet 4 Octet 5

Tế bào lớp vật lý pppp000 0000000 0000000 0000pp1 Mã HEC Tế bào không xác định gggg000 0000000 0000000 0000xx0 MãHEC Báo hiệu trao đổi Ggggyyy Yyyy000 0000000 00010a00 Mã HEC Báo hiệu truyền thông

Báo hiệu từ điểm tới điểm Ggggzzzz Zzzz0000 0000000 00110a0a Mã HEC Tế bào OAM mức F4 liên

Quản lý tài nguyên Ggggzzzz Zzzzvvvv Vvvvvvv Vvvv110a Mã HEC Dành cho các chức năng sau

Trong đó:

a: bit sử dụng cho các chức năng của lớp ATM

g: bit sử dụng trong giao thức của GFC

p: bit sử dụng cho lớp vật lý

v: bit biểu thị giá trị VCI bất kỳ khác 0

x: bit mang giá trị bất kỳ

y: bit biểu thị một giá trị VPI bất kỳ Nếu VPI = 0, giá trịVCI được sử dụng cho kênh ảo báo hiệu từ người sử dụng tới nút chuyển mạch địa phương

z: bit biểu thị giá trị VPI bất kỳ

Để phân biệt các tế bào được sử dụng ở lớp ATM với những tế bào của lớp vật lý và các tế bào không xác định, người ta sử dụng các giá trị tiêu đề mặc định Quá trình xử lý tế bào được tiến hành dựa trên các giá trị này

2.6 NGUYÊN LÝ CHUYỂN MẠCH ATM:

Trong môi trường ATM, việc chuyển mạch các tế bào được thực hiện trên cơ sở các giá trị VPI và VCI Ta biết rằng, các giá trị VCI, VPI nói chung chỉ có hiệu lực trên một chặng Khi tế bào tới nút chuyển mạch, giá trị của VPI hoặc cả VPI và VCI được thay đổi cho phù hợp với chặng tiếp theo Thiết bị chuyển mạch được thực hiện chỉ dựa trên giá trị VPI được gọi là chuyển mạch VP (VP Swich), 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 (thay đổi ở đầu ra) thì nó được gọi là chuyển mạch VC (VC Switch) hoặc chuyển mạch ATM (ATM Switch)

Hình trên là một cuộc nối kênh ảo thông thường:

T: là nút chuyển mạch nơi mà giá trị VPI và VCI bị thay đổi

A,B: là hai thiết bị đầu cuối

D1, D2: là các bộ nối xuyên, nơi chỉ thay đổi giá trị VPI

ai, xi: lần luợc là các giá trị VCI và VPI Với sơ đồ giải thích nguyên lý chuyển mạch VP Chuyển mạch VP là nơi bắt đầu

T

Chuyển mạch ATM

Bộ nối xuyên

Thiết bị đầu cuối Cuộc nối kênh ảo VCC

a1, x1

a2, y1 a1, x2

a2, y2 Dữ liệu

Cuộc Nối Kênh Aûo Thông Qua Nút Chuyển Mạch Và Bộ Nối Xuyên

thành các giá trị VPI tương ứng ở đầu ra sao cho các liên kết đường ảo này thuộc cùng một cuộc nối đường ảo cho trước Lúc này giá trị VCI được giữ nguyên

Khác với chuyển mạch VP, chuyển mạch VC là điểm cuối của các liên kết kênh ảo và liên kết đường ảo Vì vậy trong chuyển mạch VC, giá trị của cả VCI và VPI đều bị thay đổi Do có sự thay đổi giá trị VPI trong chuyển mạch VC nên trong chuyển mạch

VC có thể thực hiện các chức năng như một chuyển mạch VP

Sau đây là sơ đồ nguyên tắc chuyển mạch kênh ảo và đường ảo

VCI 1 VCI 2

VCI 5 VCI 4

VCI 3 VCI 4

VCI 1 VCI 2

VCI 3 VCI 4

VCI 5 VCI 4

VPI 4

VPI 5

VPI 6 VPI 3

VPI 2 VPI 1

Nguyên Tắc Chuyển Mạch VP

CHUYỂN MẠCH VP

VCI 1 VCI 2

VCI 1 VCI 2

VCI 1 VCI 2 VPI 5

VPI 4

VPI 1

VPI 3 VPI 2

VPI 4 VPI 3

VPI 2 VPI 3

Chuyển Mạch VC

2.7 BÁO HIỆU TRONG ATM:

Ta biết rằng B.ISDN sử dụng nguyên tắc báo hiệu kênh chung giống như của

N.ISDN Trong B.ISDN, kênh ảo VC là phương tiện logic để tách các kênh báo hiệu ra khỏi kênh người sử dụng Người sử dụng có thể có các thực thể báo hiệu khác nhau được nối với hệ thống điều khiển quản lý cuộc gọi của mạng thông qua các VCC riêng rẽ

2.7.1 Các Yêu Cầu Báo Hiệu Trong B.ISDN:

Báo hiệu của B.ISDN phải cung cấp và hỗ trợ cho các dịch vụ có tốc độ 64Kbps của N.ISDN cũng như các dịch vụ băng rộng, như vậy có nghĩa là báo hiệu của B.ISDN phải bao gồm các chức năng báo hiệu sẵn có của N.ISDN ngoài ra cần phải có các chức năng báo hiệu mới như:

− Thiết lập, duy trì và giải phóng các VCC truyền thông tin

− Thiết lập hay thiết lập lại các tham số về lưu lượng của cuộc nối

Đối với các cuộc gọi đa truyền thông, một vài đường nối cần thiết lập giữa hai điểm để cùng một lúc truyền tiếng nói, hình ảnh và số liệu Lúc đó báo hiệu ATM cần phải có khả năng giải phóng một hoặc vài đường nối trong cuộc gọi đồng thời bổ sung các đường nối mới Các chức năng này được thực hiện ở các chuyển mạch địa phương của các đầu cuối tham gia vào cuộc gọi đó chứ không phải là nút chuyển mạch trung gian Trong dịch vụ thông tin hội nghi, một vài cuộc gọi nhiều đường cần phải thiết lập giữa vài điểm Lúc đó báo hiệu có nhiệm vụ thiết lập và giải phóng một cuộc gọi hội nghị cũng như bổ sung hoặc loại bỏ một thành viên nào đó

Ngoài ra, trong ATM, các cuộc nối không đối xứng (chỉ truyền số liệu theo một chiều hoặc hai đầu có tốc độ truyền khác nhau) cũng đống vai trò quan trọng, vì chẳng hạn việc truyền chương trình TV tới các thuê bao Do đó báo hiệu trong ATM cũng cần hổ trợ cho các cuộc nối này

2.7.2 Báo Hiệu Trên Kênh Aûo SCV (Signalling Virtual Channel):

Các thông điệp báo hiệu trong ATM được truyền qua mạng trên kênh ảo báo hiệu SVC, kênh SVC là các kênh ảo có nhiệm vụ truyền các thông tin về báo hiệu Các loại kênh SVC khác nhau được thể hiện như bảng sau:

SVC truyền thông chung Từ Mạng tới Đầu Cuối 1 Kênh

SVC truyền thông có

Có thể có một hoặc một

vài kênh

điểm cuối báo hiệu

Kênh báo hiệu trao đổi (MSVC: Meta – signalling SVC): Trên mỗi giao diện UNI có một kênh MSVC MSVC là cố định và được truyền theo hai hướng Nó là một kiểu kênh quản lý giao diện được sử dụng để thiết lập, kiểm tra và giải phóng các kênh SVC từ điểm tới nhiều điểm và các SVC truyền thông có lựa chọn

Kênh báo hiệu từ điểm tới điểm (PSVC: Point – To – Point SVC): Kênh báo hiệu từ điểm tới điểm được dùng để thiết lập, điều khiển và giải phóng các cuộc nối kênh ảo VCC của người sử dụng Nó là kênh báo hiệu hai hướng

Kênh báo hiệu truyền thông (BSVC: Broadcast SVC): Là kênh báo hiệu đơn hướng (từ mạng tới người sử dụng), nó được dùng để gửi các thông điệp báo hiệu cho tất cả các điểm cuối như trong trường hợp SC truyền thông chung hoặc cho một số điểm cuối được định trườc trong trường hợp truyền thông có lựa chọn Ơû truyền thông có lựa chọn, tín hiệu báo hiệu được gửi tới tất cả các đầu cuối có cùng một loại dịch vụ

Trong cấu hình báo hiệu cho các cuộc nối từ điểm tới điểm, mạng sử dụng một kênh báo hiệu ảo cố định được thiết lập từ trước Trong cấu hình truy nhập báo hiệu cho các cuộc nối từ điểm tới nhiều điểm, một kênh báo hiệu trao đổi được sử dụng để quản lý các SVC Kênh báo hiệu trao đổi không được sử dụng trong trường hợp báo hiệu giữa các nút mạng Trong trường hợp một VP liên kết giữa hai nút mạng có chứa một số kênh ảo báo hiệu SVC thì các giá trị VCI bổ sung cho báo hiệu trên VP này là các giá trị đã được thiết lập sẵn

2.7.3 Báo Hiệu Giai Đoạn 1 Của ATM:

2.7.3.1 Các Giai Đoạn Xây Dựng Hệ Thống Báo Hiệu::

Để sớm đưa mạng B-ISDN vào thực tế, một mặt mạng ATM cần phải được triển khai càng sớm càng tốt, mặt khác các dịch vụ từ đơn giản đến phức tạp cần phải được tổ hợp vào trong một mạng duy nhất Do độ phức tạp khi thực hiện hai mục tiêu trên không thể giải quyết cùng mà phải triển khai theo từng giai đoạn ITU-T đã đưa ra một tiến trình gồm 3 bước để phát triển mạng viển thông từ trình độ hiện nay lên mạng B-ISDN Các giai đoạn được trình bày theo bản phía dưới

Trong giai đoạn 1, hệ thống báo hiệu sẽ hổ trợcho các dịch vụ đơn giản có tốc độ truyền không đổi, ngoài ra nó còn cung cấp khả năng liên kết với hệ thống ISDN hiện tại

Các dịch vụ tinh vi hơn với tốc độ truyền thai đổi, cá c cuộc nối từ điểm tới nhiều điểm và các cuộc gọi nhiều đường nốisẽ được áp dụng trong giai đoạn 2 Ơû giai đoạn này, việc điều khiển đường nối và cuộc gọi sẽ được thực hiện riêng rẽ, do đó đường nối sẽ được thiết lập hoặc giải phóng một cách độc lập trong một cuộc gọi

Ơû giai đoạn 3 sẽ cung cấp các dịch vụ hoàn chỉnh, bao gồm những dịch vụ phân phối và đa truyền thông

Do ITU-T vẫn chưa đưa ra khuyến nghị đầy đủ cho giai đoạn 2 và 3 cho nên sau đây ta chỉ đi xem xét giai đoạn 1