2- Khái niệm cơ bản về ATM

Đồ án tốt nghiệp



Kê



Kê



Kê



Kê



Kê



Kê



nh



nh



nh



nh



nh



nh



1



2



n



1



2



n



Khung thời gian 125às

Khung thời gian 125às

Khe thời gian

Tín hiệu khung

Hình1.1: Cấu trúc khung thời gian trong STM1



Kênh



Kênh



Kênh



Kênh



Kênh



Kênh



1



5



1



7



5



1



Kênh không sử dụng

Phần thông tin ngời sử dụng

Phần tiêu đề của tế bào ATM

Hình 1.2: Cấu trúc luồng thông tin trong ATM



4



Đồ án tốt nghiệp



ATM còn có hai đặc điểm quan trọng:

Thứ nhất: ATM sử dụng các gói có kích thớc 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

thớc nhỏ cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao đợc dễ dàng hơn.

Thứ hai: ATM còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh

ảo (Virtual Channel) thành một đờng ảo (Virtual Path), nhằm giúp cho việc định

tuyến đợc dễ dàng.

1.2.2. Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát triển của ATM

Có hai yếu tố ảnh hởng tới ATM, đó là:

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn cũng nh công nghệ quang điện

tử.

Sự phát triển các ý tởng mới về khái niệm hệ thống.

1.2.2.1. Các tiến bộ về mặt công nghệ

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 Mbit/s tới vài Gbit/s), độ rộng băng truyền lớn, kích thớc nhỏ, độ mềm dẻo

cơ học cao, tránh đợc nhiễu của trờng điện tử, xác suất truyền lỗi thấp và không có

nhiễu xuyên âm.

1.2.2.2. Các ý tởng mới về khái niệm hệ thống

Các quan điểm mới về hệ thống đợc phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây,

đó là hệ thống phải có độ mềm dẻo thích hợp, độ rộng băng của hệ thống phải tuỳ

thuộc vào yêu cầu của từng dịch vụ cụ thể, các dịch vụ thời gian thực đợc truyền

theo phơng pháp chuyển mạch gói.

Các ý tởng này phải thoả mãn hai chức năng chính của mạng là:

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

Tính trong suốt về mặt nội dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng các bit từ

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

Page 5 of 131



Đồ án tốt nghiệp



Khi mới ra đời, trong các mạng chuyển mạch gói, chất lợng truyền số liệu còn kém,

do đó để đảm bảo chất lợng truyền chấp nhận đợc, ngời ta phải thực hiện chức năng

điều khiển lỗi trên mọi liên kết (Link).Việc điều khiển lỗi này đợc thực hiện bởi các

giao thức HDLC (High-Level Data Link Control) bao gồm các chức năng: giới hạn

khung (Frame Delimiting), đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi (kiểm tra mã

d vòng CRC-Cyclic Redundancy Check), sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại. Hình

1.3. trình bày thủ tục điều khiển lỗi đầy đủ của mạng chuyển mạch gói thông qua

mô hình liên kết các hệ thống mở OSI. Ta thấy quá trình điều khiển lỗi đợc thực

hiện trên mọi liên kết (Link-by-Link) thông qua nút chuyển mạch, do đó nút chuyển

mạch phải xử lý một loạt các thủ tục phức tạp khác nhau làm ảnh hởng đến tốc độ

xử lý chung của hệ thống.

Nút chuyển mạch



Đầu cuối

điều khiển lỗi

đầy đủ



Đầu cuối

điều khiển lỗi



3



3



3



2



2



đầy đủ



2



3

2



Hình 1.3. Điều khiển lỗi đầy đủ trên mọi liên kết của mạng chuyển mạch gói



Sau này do chất lợng của hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch tăng lên nên tỷ lệ lỗi

trên mạng giảm. Với một mạng chất lợng cao nh vậy, ngời ta chỉ cần thực hiện một

số chức năng của thủ tục HDLC nh chức năng giới hạn khung, chức năng truyền bit

chính xác, kiểm tra lỗi trên cơ sở từ liên kết tới liên kết (Link-by-Link). Nh vậy chỉ

6



Đồ án tốt nghiệp



có những chức năng này đợc cung cấp bởi các nút chuyển mạch trong mạng còn các

chức năng khác nh sửa lỗi sẽ đợc thực hiện trên cơ sở từ đầu cuối tới đầu cuối (Endto-End). Bằng cách này ngời ta đã giảm đợc khối lợng thông tin mà nút chuyển

mạch cần sử lý, nhờ đó mà tốc độ xử lý của nút tăng lên. Nh vậy lớp 2 trên mô hình

OSI đợc 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 đợc gọi là chuyển tiếp khung (frame relay). Các nguyên lý này đợc trình bày

trên hình 1.4.

Đối với B-ISDN ý tởng này còn đợc mở rộng hơn nữa, các chức năng điều khiển lỗi

không còn đợc cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạng nữa mà trong trờng

hợp cần thiết, sẽ đợc cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối. Nh vậy các chức năng đợc

thực hiện trong mạng đợc giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ (Full error Control) 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

Mbit/s (hình 1.5). Bảng 1.1 trình bày các chức năng đợc thực hiện ở nút mạng ATM

so với mạng chuyển mạch gói và chuyển tiếp khung.

Đầu cuối

3



Nút chuyển mạch



Đầu cuối



điều khiển lỗi đầy đủ(từ đầu cuối đến đầu cuối)

3



2b

điều khiển lỗi có giới



2a



điều khiển lỗi



hạn



2a



2a



2a



có giới hạn

2b



Hình 1.4. Điều khiển lỗi có giới hạn của mạng chuyển tiếp khung



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



Page 7 of 131



Đồ án tốt nghiệp



3

2

1b

1a



1b



1b



1a



1a



3

2

1b

8



Đồ án tốt nghiệp



1a



điều khiển lỗi đầy đủ (từ đầu cuối đến đầu cuối)

Đầu cuối

Nút chuyển mạch

Đầu cuối



Bảng 1.1: Các chức năng đợc thực hiện ở nút mạng của X.25, chuyển tiếp khung,

ATM

Chức năng

Truyền lại gói

Giới hạn khung

Kiểm tra lỗi



Chuyển

mạch gói

x

x

x



Chuyển tiếp khung



ATM



X

X



Rõ ràng nút mạng ATM hầu nh không phải xử lý một thông tin điều khiển nào trong

khi nút chuyển mạch X.25 và chuyển tiếp khung phải thực hiện một loạt các thủ tục

phức tạp khác nhau.

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



Page 9 of 131



Đồ án tốt nghiệp



Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi đợc 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. Do độ phức tạp của các nút chuyển mạch, chúng

chỉ có thể hoạt động ở tốc độ vừa và thấp. Mạng ATM, mặt khác, 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 còn vài trăm micro giây, do đó

quan hệ thời gian đợc đảm bảo nh trong trờng hợp chuyển mạch kênh.

1.3- Các dịch vụ tơng lai của B-ISDN trên cơ sở ATM

1.3.1. 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 (TV)

bao gồm dịch vụ truyền hình cáp CATV, truyền hình số chuẩn SDTV(Standard

Digital TV) hay trong tơng lai là dịch vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV (High

Definition TV). Tuy vậy ngời ta còn phải giải quyết các vấn đề về tính tơng thích

giữa các tín hiệu video nói trên sao cho một chơng trình SDTV có thể xem đợc trên

màn hình HDTV và ngợc lại.

Tất cả các tín hiệu video nói trên có thể đợc cung cấp bằng nhiều cách khác nhau.

Dễ thực hiện nhất là phơng pháp mô phỏng CATV trong đó một loạt các chơng

trình TV đợc đa tới thuê bao theo các đờng nối bán cố định. Một phơng pháp khác

là các kênh TV đợc truy nhập theo kiểu chuyển mạch, nghĩa là khách hàng có thể

chọn một chơng trình mong muốn theo một kênh thông tin xác định. Xa hơn nữa,

ngời sử dụng có thể gọi tới một th viện video sau đó chọn lấy một kênh từ rất nhiều

các kênh truyền hình sẵn có.

Một ứng dụng quan trọng nữa là dịch vụ điện thoại truyền hình trong đó các hình

ảnh chất lợng cao đợc truyền đi ở tốc độ từ 2 tới 5 Mbit/s với giá thành phải chăng.

Ngoài ra còn một loạt các ứng dụng thú vị khác nh mua hàng tại nhà (VideoShopping), dạy học tại nhà (Home-Education), các dịch vụ thông tin quảng cáo .v.v.

10



Đồ án tốt nghiệp



1.3.2. Các dịch vụ phục vụ trong lĩnh vực kinh doanh, 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 đợc mở rộng để tiến tới điện thoại

hội nghị truyền hình, sao cho ngời sử dụng có thể dùng dịch vụ điện thoại truyền

hình để liên lạc giữa vài điểm cùng một lúc.

Có thể dự đoán nhiều dịch vụ của B-ISDN cho mạng LAN sẽ đợc đa vào ứng dụng

trong tơng lai. Các hệ thống ATM-LAN đợc nối với nhau sẽ tạo khả năng truy nhập

hệ cơ sở dữ liệu phân tán với tốc độ rất cao, điều này rất quan trọng do khả năng của

PC đang tăng lên không ngừng về mặt tốc độ xử lý cũng nh khả năng lu trữ thông

tin, do đó sẽ có ngày càng nhiều các phần mềm ứng dụng chạy trên các máy khác

nhau trong môi trờng dữ liệu phân tán. Ngoài ra còn phải kể đến các dịch vụ khác

nh: truyền ảnh y tế chất lợng cao để phục vụ cho việc chữa bệnh từ xa, giáo dục

phân tán, truyền thông đa phơng tiện, th tín điện tử.

Trong lĩnh vực sản xuất, các ứng dụng sẽ là điều khiển/giám sát từ xa, phân phối các

thông tin hình ảnh về sản xuất/xử lý tới công nhân trong nhà máy. Bảng 1.2. tóm tắt

các dịch vụ băng rộng cơ bản và tốc độ tơng ứng của chúng.

Bảng 1.2: Đặc điểm các dịch vụ băng rộng cơ bản

Dịch vụ

Truyền số liệu(hớng liên kết)

Truyền số liệu (không liên kết)

Truyền văn bản, tài liệu

Điện thoại truyền hình / Hội nghị truyền hình

TV

Truyền hình phân giải cao



Tốc độ bit

1,5 - 130

1,5 130

1,5 45

1,5 130

30 130

130



1.4- Tóm tắt

Chơng này đã trình bày các đặc điểm của các mạng viễn thông hiện hữu cũng nh

các mặt hạn chế cuả chúng 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

Page 11 of 131



Đồ án tốt nghiệp



các mạng viễn thông nói trên, chính trên cơ sở này mà ATM hình thành và phát

triển. Sự phát triển của kỹ thuật ATM là kết quả trực tiếp của các ý tởng mới về khái

niệm hệ thống đợc hỗ trợ bởi các thành tựu to lớn trong công nghệ bán dẫn và công

nghệ quang điện tử. ATM có khả năng đáp ứng đợc một loạt các dịch vụ băng rộng

khác nhau, kể cả trong lĩnh vực gia đình cũng nh trong thơng mại.



Chơng II

Tổng quan về công nghệ truyền không đồng

bộ ATM.

2.1- Các nguyên lý cơ bản của ATM

Theo khuyến nghị của ITU-T, ATM đợc chọn làm phơng thức truyền tải trong BISDN. ATM cung cấp dung lợng truyền dẫn linh hoạt và chung cho tất cả các loại

hình dịch vụ khác nhau do các đặc tính độc lập với tốc độ truyền dẫn và cấu trúc dữ

liệu của ứng dụng.

ATM là phơng thức truyền tải mang đặc tính chuyển mạch gói, sử dụng kỹ thuật

ghép kênh phân chia theo thời gian không đồng bộ bằng việc đóng gói dữ liệu vào

các tế bào. Tế bào gồm có trờng thông tin để mang thông tin của khách hàng và tiêu

đề mang các thông tin về mạng ví dụ nh thông tin định tuyến. Vì thông tin từ nhiều

nguồn khác nhau đợc ghép thống kê trên cùng một đờng truyền nên thông tin trong

tiêu đề phải có nhiệm vụ phân biệt đợc các tế bào của các nguồn khác nhau.

Trờng thông tin đợc truyền trong suốt qua mạng, không bị xử lý. Các tế bào đợc

đảm bảo về trật tự truyền qua mạng.

ATM cũng là một kỹ thuật hớng liên kết, kết nối phải đợc thiết lập trớc khi truyền

dữ liệu. Một cuộc gọi băng rộng có thể là đa thành phần ví dụ thoại, video, số liệu,...

Mỗi thành phần là một kết nối riêng rẽ.



12



Đồ án tốt nghiệp



Mỗi một kết nối đợc cấp một băng thông theo yêu cầu trong điều kiện có thể. Quyết

định về kết nối đợc thực hiện thông qua thủ tục điều khiển chấp nhận kết nối

(CAC). Bên cạnh CAC còn nhiều quá trình xử lý khác nh điều khiển tham số sử

dụng để giám sát và xử lý kết nối.

2.2- ATM với mô hình tham chiếu B-ISDN

Mô hình tham chiếu B-ISDN đợc xây dựng ra dựa trên mô hình tham chiếu OSI và

các chuẩn ISDN. Tuy nhiên trong mô hình ATM ngời ta sử dụng khái niệm các lớp

(Layer) và các mặt phẳng (Plane) riêng rẽ cho từng chức năng riêng biệt nh chức

năng dành cho ngời sử dụng, chức năng điều khiển, quản lý mạng.

Mặt phẳng quản lý



Các lớp bậc cao

Lớp tương thích ATM



Quản lý mặt phẳng



Mặt phẳng

người sử dụng



Quản lý lớp



Mặt phẳng

điều khiển



Lớp ATM

Lớp vật lý



Hình 2.1 Mô hình giao thức B-ISDN



Mô hình B-ISDN gồm có ba mặt phẳng:

Mặt phẳng ngời sử dụng U-plane (User-plane): Có nhiệm vụ cung cấp các cơ chế

truyền các thông tin của ngời sử dụng, điều khiển luồng và điều khiển tắc nghẽn,

chống lỗi, phục hồi thông tin. Nó có cấu trúc phân lớp, mỗi lớp thực hiện một chức

năng riêng biệt liên quan tới việc cung cấp dịch vụ cho ngời sử dụng.

Mặt phẳng điều khiển C-plane (Control-plane): Mặt phẳng điều khiển cũng có cấu

trúc phân lớp. Mặt phẳng này có nhiệm vụ thực hiện chức năng điều khiển kết nối

(connection control) và điều khiển cuộc gọi (call control). Chúng thực hiện các chức



Page 13 of 131