Chuyển mạch trong ATM

Đồ án tốt nghiệp

Chuyển mạch VC



Chuyển mạch VP

a) Chuyển mạch VC và VP



Chuyển mạch VP

b) Chuyển mạch VP



Hình 3.1 Hệ thống chuyển mạch VP và VC



Chuyển mạch VP là nơi bắt đầu và kết thúc các liên kết đờng ảo, do đó nó cần phải

chuyển các giá trị VPI ở đầu vào thành các giá trị VPI tơng ứng ở đầu ra sao cho các liên

kết đờng ảo này thuộc về cùng một cuộc nối đờng ảo cho trớc. Lúc này giá trị VCI đợc

giữ nguyên.

Khác với chuyển mạch VP, chuyển mạch VC là điểm cuối của các liên kết đờng ảo và

liên kết kênh ảo. Vì vậy trong chuyển mạch VC, giá trị của cả VCI và VPI đều bị thay

đổi. Bởi vì trong chuyển mạch VC bao gồm cả chuyển mạch VP, do đó về mặt nguyên

tắc, chuyển mạch VC có thể thực hiện các chức năng nh một chuyển mạch VP.

3.2- Giới thiệu về kết cấu phân loại chuyển mạch ATM

Đối với chuyển mạch ATM nhiều cấu trúc chuyển mạch đã đợc nghiên cứu; nhìn chung

đợc chia làm ba loại nh sau:

Chuyển mạch có phơng tiện dùng chung

Page 47 of 131



Đồ án tốt nghiệp



Chuyển mạch có bộ nhớ dùng chung

Chuyển mạch phân chia không gian

3.2.1. Chuyển mạch có phong tiện dùng chung

S/P

AF

FIFO

P/S

S/P

AF

FIFO

P/S

S/P

AF

FIFO

P/S

BUS chung

Bộ nhớ cổng ra

S/P: Bộ chuyển đổi nối tiếp song song

P/S: Bộ chuyển đổi song song nối tiếp

AF: Bộ lọc theo địa chỉ

FIFO: Bộ lọc vào truớc ra trớc

1

2

N

Hình 3.2: Nguyên lý chuyển mạch BUS dùng chung

Với chuyển mạch có phơng tiện dùng chung các tế bào đến đợc ghép lại trong môi trờng

chung là Bus hoặc Ring. Tốc độ của môi trờng chung thờng lớn hơn hoặc bằng giá trị

tổng của tốc độ của các luồng tín hiệu đến. Cấu trúc này chỉ cần một bộ FIFO có dung lPage 48 of 131



Đồ án tốt nghiệp



ợng nhỏ đủ để lu giữ một số lợng ít các tế bào trớc khi chúng truy nhập vào môi trờng

chung. Tranh chấp đầu ra không xảy ra với cấu trúc này vì không xảy ra trờng hợp hai tế

bào đến đầu ra cùng một thời điểm, Tuy nhiên, tốc độ tế bào đến tại một số tuyến nối đi

có thể vợt quá băng tần của tuyến nối trong một số thời điểm, và do vậy cần phải sử dụng

các bộ nhớ đầu ra để lu giữ tế bào.



Mỗi đầu ra đợc gán với một địa chỉ cố định. Khi tuyến nối đi của một tế bào đến đợc xác

định, địa chỉ cổng ra sẽ đợc gắn cho từng tế bào trớc khi chúng đợc gửi đến môi trờng

chung. Địa chỉ này đợc giải mã tại từng giao diện của cổng ra và đợc lọc theo địa chỉ để

xác định tế bào có đợc gửi tới cổng ra hay không. Các tế bào đã đợc đánh địa chỉ cho

từng cổng ra để sao chép lại tại bộ nhớ đầu ra và gửi tới tuyến đi.

Cấu trúc chuyển mạch có phơng tiện dùng chung thích hợp với các dịch vụ nhân phiên

bản/quảng bá và hoạt động hiệu quả khi tốc độ môi trờng chung lớn hơn hoặc bằng tổng

tốc độ các tuyến nối đến. Nếu nh số lợng tuyến nối và tốc độ của các tuyến nối tăng lên

về mặt công nghệ sẽ khó chế tạo đợc môi trờng chung có tốc độ quá cao. Đây là một

trong những hạn chế của cấu trúc này, do vậy, cấu trúc này chỉ phù hợp với số lợng cổng

nhỏ. Tuy nhiên cấu trúc chuyển mạch có phơng tiện dùng chung có thể đợc sử dụng nh là

thành phần của một hệ thống chuyển mạch lớn mà trong đó các thành phần đuợc đấu nối

với nhau theo một số phơng pháp.



Page 49 of 131



Đồ án tốt nghiệp



3.2.2. Chuyển mạch có bộ nhớ chung

Chuyển mạch có bộ nhớ chung bao gồm một khối nhớ cổng kép dùng chung cho

tất cả cổng vào và ra. Các tế bào đến đợc ghép vào một luồng tín hiệu duy nhất và đợc

viết vào bộ nhớ chung. Bộ nhớ đợc cấu trúc thành các hàng logic, mỗi hàng tơng ứng

với một cổng ra.tế bào tại các hàng ra cũng đợc ghép lại thành một luồng chung, đợc

đọc tách kênh và sau đó đợc gửi tới các tuyến đi. Nhợc điểm của cấu trúc này là hạn

chế về thời gian truy nhập bộ nhớ đối với tất cả lu lợng đế và lu lợng đi.

Bộ nhớ có thể truy nhập theo hai phơng pháp: hoàn toàn dùng chung hoặc hoàn toàn chia

tách. Trong phơng pháp thứ nhất, toàn bộ nhớ đợc sử dụng chung cho tất cả các cổng ra

và tế bào đến sau sẽ bị loại bỏ khi đầy bộ nhớ. Phơng pháp thứ hai sử dụng giới hạn số lọng tế bào đợi trong hàng của mỗi cổng ra và té bào bị loại bỏ khi số lợng tế bào đến vợt

quá giới hạn cho phép, kể cả trong truờng hợp bộ nhớ vẫn còn chỗ trống. Phơng pháp bộ

nhớ hoàn toàn chung có kết quả tốt hơn so với phơng pháp hoàn toàn chia tách về dặc

tính xác suất tỏn thất tê bào do việc sử dụng hiệu quả bộ nhớ; tuy nhiên phơng pháp này

có hạn chế trong việc xử lý khi tại một cổng ra xảy ra đột biến với các tế bào và làm giảm

đột ngột dung lợng bộ nhớ; điều này có thể làm giảm chất lọng dịch vụ tại một số công ra

khác.

Điều khiển



RAM

1

N

Ghép luồng

MUX

Tách luồng

DEMUX

Hình 3.3:Nguyên lý chuyển mạch có bộ nhớ chung



Page 50 of 131



Đồ án tốt nghiệp



Hiện tại chuyển mạch có bộ nhớ chung là cáu trúc đợc áp dụng tơng đối rộng rãi do các u

điểm trong việc áp dụng các kỹ thuật nhân phiên bản và do những tiến bộ trong công

nghệ bộ nhớ dẫn tới có khả năng giải quyêt các hạn chế về tốc độ truy nhập bộ nhớ.

3.2.3. Chuyển mạch phân chia không gian

Trong chuyển mạch phân chia không gian, tế bào tổng hợp từ các cổng vào khác nhau có

thể đợc truyền tải đồng thời đến các tuyến nối. Việc truyến tải mỗi tế bào đòi hởi sự thiết

lập đờng truyền vật lý riêng trong phần tử chuyển mạch để nối tuyến nối đến và tuyến

nối đi. Các phần tử chuyển mạch này cũng cần có sự phân chia điều khiển trong phần tử ,

do vậy làm giảm độ phức tạp trong thiết kế. Chuyển mạch phân chia không gian đợc tổ

chức giống nh trong chuyển mạch ngang dọc.

Khối chuyển mạch cơ bản trong chuyển mạch phân chia

không gian là điểm nối chéo mà hoạt động theo sự điều khiển

của khối điều khiển. Mỗi điểm nối chéo bao gồm hai đầu vào và

hai đầu ra và cho phép hai đờng nối hoạt động đồng thời.

Tranh chấp ở đầu ra trong một điểm nối chếo xảy ra khi

hai đầu vào yêu cầu kết nối với cùng một đâù ra. Trong trờng

hợp này, chỉ một đầu vào đợc phép kết nối, còn đầu vào của

đầu vào còn lại sẽ bị loại bỏ hoặc đợc lu giữ trong bộ nhớ đến

khi đầu ra không bị chiếm giữ



Page 51 of 131



Đồ án tốt nghiệp



Đầu vào

Đầu ra

Đầu vào

Đầu ra

Đấu chéo

Đấu thẳng

Hình 3.4 Điểm nối chéo và hình thức đấu nối



Khi sử dụng bộ nhớ, chúng có thể đặt ở cổng vào hoặc bên

trong bộ nối chéo. Trong cả hai trờng hợp, do kích thớc bộ

nhớ chỉ có giới hạn nên việc sử dụng bộ nhớ cũng không giải

quyết hết vấn đề tranh chấp đầu ra. Ngoài ra, có thể xảy ra

trờng hợp đầy bộ nhớ gây ra việc loại bỏ tế bào do không có

khả năng lu giữ các tế bào đến sau.

3.3- Kết nối ảo cố định (PVC - Permanent Virtual Connection)

Cũng nh trong bất kỳ mạng chuyển mạch gói nào, trong ATM ngời ta cũng định nghĩa

kết nối ảo cố định (PVC). Việc này đợc thực hiện thông qua một vài hình thức yêu cầu

dịch vụ. Hệ thống quản lý mạng sẽ đặt cấu hình định tuyến cho các thiết bị để qui định

các giá trị của VPI/VCI trớc. Cấu hình cũng đợc đặt sẵn ở trong các bảng nối đờng tại các

nút mạng. Ngời sử dụng có thể nhận dịch vụ ATM theo hai cách:

- Thiết lập một kênh ảo cố định.

Page 52 of 131



Đồ án tốt nghiệp



- Thiết lập một chuyển mạch kênh ảo SVC (hay cuộc nối ảo tạm thời).

Hiện nay cha có các tiêu chuẩn hoàn thiện cho thiết lập chuyển mạch kênh ảo SVC.

PVC giống nh đờng riêng, trong đó, ngời sử dụng gọi ngời cung cấp dịch vụ yêu cầu một

đờng riêng từ điểm A tới điểm B. Ngời cung cấp dịch vụ cài đặt, khai báo một kênh dựa

vào dung lợng mà khách hàng yêu cầu. Hợp đồng PVC thờng kéo dài vài năm. Ngời sử

dụng phải trả tiền thuê kênh ngay cả thời gian không sử dụng kênh.

Thủ tục thiết lập PVC.

Ngời sử dụng yêu cầu ngời cung cấp dịch vụ cấp cho một PVC.

Ngời sử dụng thông báo địa chỉ bị gọi, yêu cầu băng thông trung bình hay tốc độ và

khoảng thời gian kênh PVC.

Ngời điều hành truy nhập thông tin từ máy điều khiển để thiết lập đờng. Bớc này phụ

thuộc vào thời gian thực cũng nh ngời sử dụng trong mạng thoại yêu cầu kết nối.

Kênh đợc thiết lập theo yêu cầu.

Ngời sử dụng trả tiền thuê kênh theo tháng và thời gian sử dụng kênh. Nếu không sử

dụng kênh thì chỉ phải trả tiền thuê theo tháng.

PVC có u điểm về thời gian thực, băng tần theo yêu cầu, không cần thủ tục thiết lập cuộc

gọi, đấu nối bằng lệnh, kênh tồn tại liên tục giữa các điểm, dễ mở rộng và có thể cắt kết

nối kênh nếu kênh không sử dụng.

3.4- Kênh ảo tạm thời (SVC - Switched Virtual Channel).

Kiểu nối ảo tạm thời cho phép đầu cuối có thể gọi đợc các đầu cuối khác một cách linh

động.

SVC hoạt động giống nh một cuộc gọi điện thoại quay số trực tiếp. Khi thiết lập cuộc gọi,

băng thông đợc phân nhiệm đúng bằng 64 Kbps và kênh đợc phân nhiệm cho ngời sử

dụng ngay khi cuộc gọi đợc thiết lập và ngời sử dụng phải trả tiền cho thời gian gọi cho

dù có truyền thông tin hay không. Thủ tục bao gồm: thiết lập gọi, truyền dữ liệu, cắt đấu

nối, tính cớc.

Trong mạng ATM, thiết lập đấu nối cho video cũng giống nh dữ liệu. Đối với cuộc gọi

điện thoại, chủ gọi quay con số bị gọi. Cuộc gọi sẽ tạo tuyến qua PBX nội hạt đến ATM

hub, ở đây nó thực hiện biến đổi thông tin báo hiệu thành các tế bào ATM. ATM hub còn

Page 53 of 131



Đồ án tốt nghiệp



có thể xác định đợc băng thông mặc định phụ thuộc vào đầu cuối CPE đấu nối với nó

trong trờng hợp này là 64 Kbps.

3.5- Nguyên lý báo hiệu

Thủ tục báo hiệu trong mạng B-ISDN, dựa trên công nghệ ATM phải đảm bảo việc cung

cấp các loại dịch vụ khác nhau (dịch vụ thoại, video, truyền số liệu,...). Các dịch vụ băng

rộng trong tơng lai sẽ bao gồm các đặc tính nh di động và tơng tác với các dịch vụ di

động, các khái niệm của mạng trí tuệ (IN) và các ứng dụng mới trong quản lý mạng.

B-ISDN sử dụng nguyên tắc báo hiệu ngoài băng giống nh của N-ISDN. Trong B-ISDN,

kênh ảo VC là phơng tiện logic để phân tách thông tin báo hiệu và thông tin khách hàng

và tạo ra khả năng rất linh hoạt trong việc cung cấp các dịch vụ đòi hỏi các cuộc gọi đa

kết nối, đa thành phần và/hoặc đa phơng tiện.

Các yêu cầu về báo hiệu trong B-ISDN đợc phân làm 3 nhóm nh sau:

a) Các khả năng điều khiển các kết nối ATM theo kênh ảo và đờng ảo để truyền tải thông

tin.

- Thiết lập, duy trì và giải phóng các VCC và VPC trong việc truyền tải thông tin; thiết lập

VCC có thể thực hiện theo yêu cầu, cố định hoặc bán cố định và phải phù hợp với các đặc

tính của kết nối đã đợc yêu cầu (ví dụ về băng tần, chất lợng dịch vụ,...).

- Thiết lập cấu trúc truyền thông trên cơ sở điểm nối điểm, đa điểm, quảng bá.

- Thoả thuận các đặc tính về lu lợng của kết nối tại thời điểm thiết lập kết nối.

- Có khả năng thoả thuận lại đặc tính lu lợng của kết nối đã đợc thiết lập.

b) Khả năng cung cấp các cuộc gọi đa thành phần, đa phơng tiện đơn giản.

- Cung cấp các cuộc gọi đơn giản, có đặc tính đối xứng và không đối xứng; các cuộc gọi

không đối xứng yêu cầu băng tần khác nhau theo từng hớng.

- Lần lợt thiết lập và giải phóng các đa kết nối liên quan đến cuộc gọi.

- Thiết lập và giải phóng kết nối đối với cuộc gọi đã đợc thiết lập.

- Thiết lập và giải phóng thành phần đối với các cuộc gọi đa thành phần đã đợc thiết lập.

- Khả năng liên kết các kết nối theo yêu cầu để hình thành một cuộc gọi đa kết nối.

- Cấu hình lại cuộc gọi đa thành phần bao gồm cả cuộc gọi đang tồn tại, hoặc chia nhỏ

cuộc gọi đa thành phần thành nhiều cuộc gọi.

Page 54 of 131



Đồ án tốt nghiệp



c) Các khả năng khác.

- Khả năng cấu hình lại kết nối đã đợc thiết lập, ví dụ, bỏ qua một số thực thể xử lý trung

gian nh một cầu chuẩn (conference bridge).

- Hỗ trợ sự phối hợp giữa các hệ thống mã hoá khác nhau.

- Hỗ trợ sự phối hợp với các dịch vụ không phải B-ISDN.

- Hỗ trợ chỉ thị lỗi và chuyển mạch tự động đối với các kết nối cố định và bán cố định.

- Báo hiệu trên kênh ảo SVC (Signalling Virtual Channel).

- Các thông điệp báo hiệu trong ATM đợc truyền qua mạng 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 đợc thể hiện trên bảng 3.1.

Kiểu SVC

Kênh báo hiệu trao đổi



Hớng

Số SCV/UNI

2 hớng

1 kênh

Từ mạng tới đầu

SVC truyền thông chung

1 kênh

cuối

SVC truyền thông có lựa Từ mạng tới đầu

Có thể có một hoặc vài kênh

chọn

cuối

Một kênh trên mỗi điểm cuối báo

SVC từ điểm tới điểm

2 hớng

hiệu

Bảng 3.1 Các kênh báo hiệu trên giao diện UNI

Kênh báo hiệu trao đổi (Meta-signalling SVC - MSVC): trên mỗi giao diện UNI có một

kênh MSVC. MSVC là cố định và đợc truyền theo hai hớng. Nó là một kiểu kênh quản lý

giao diện đợc 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 (Point-to-point SVC): kênh báo hiệu từ điểm tới điểm đợc dùng để thiết lập, điều khiển và giải phóng các cuộc nối kênh ảo VCC của ngời sử

dụng. Nó là kênh báo hiệu hai hớng.

Các VCC và VPC mang thông tin của ngời sử dụng cũng có thể đợc thiết lập bởi các thuê

bao mà không cần tới các thủ tục báo hiệu từ điểm tới điểm.

Kênh báo hiệu truyền thông (Broadcast SVC - BSVC): BSVC là kênh báo hiệu đơn hớng

(từ mạng tới ngời sử dụng), nó đợc dùng để gửi các thông điệp báo hiệu cho tất cả các

Page 55 of 131



Đồ án tốt nghiệp



điểm cuối nh trong trờng hợp SVC truyền thông chung (General BSVC) hoặc cho một số

điểm cuối đợc định trớc trong trờng hợp truyền thông có lựa chọn (Selective BSVC). ở

truyền thông có lựa chọn, tín hiệu báo hiệu đợc 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 ảo

báo hiệu cố định đợc thiết lập từ trớc. Trong cấu hình truy nhập báo hiệu cho các cuộc nối

từ điểm tới nhiều điểm, một kênh báo hiệu trao đổi đợc sử dụng để quản lý các SVC.

Kênh báo hiệu trao đổi không đợc sử dụng trong trờng hợp giữa các nút mạng. Trong trờng hợp một VP liên kết giữa hai nút mạng có chứa một số kênh ảo báo hiệu SVC thì các

giá trị VCI bổ xung cho báo hiệu trên VP này là các giá trị đã đợc thiết lập sẵn (preestablished).

3.6- Tóm tắt

Chơng này trình bày nguyên lý chung về chuyển mạch. Một số kết cấu chuyển mạch cơ

bản là chuyển mạch kiểu có phơng tiện dùng chung, chuyển mạch kiểu bộ nhớ tập trung,

chuyển mạch phân chia theo không gian. Khái niệm về một cuộc nối ảo cố định (PVC),

cuộc nối ảo tạm thời (SVC). Qui trình xử lý một cuộc nối SVC. Và cuối cùng là những

khái niệm mang tính nguyên lý của báo hiệu trong ATM.

Mục đích của chơng này là giới thiệu nguyên lý chung của chuyển mạch ATM, phân loại

các phần tử chuyển mạch cơ bản và nguyên tắc thực hiện báo hiệu kết nối trong kỹ thuật

ATM.



Page 56 of 131



Đồ án tốt nghiệp



Chơng IV

cấu hình mạng, đặc điểm thiết bị

4.1- cấu trúc và các thành phần mạng

Mục tiêu chính của mạng ATM là cung cấp kết nối ATM; nghĩa là cung cấp các liên kết

đầu-cuối ATM để truyền tải thông tin khách hàng trên cơ sở các tế bào. Để thực hiện điều

nàycần có các hệ thống chuyển mạch, truyền dẫn, cùng với các hệ thống điều khiển và

quản lý. ở Chơng này, ta sẽ xem xét các chức năng chuyển mạch, truyền dẫn

Mạng công cộng

Mạng trục chính

TE1

TE2

NT2

NT1

TA

ACX

LEX

TEX

ACX

GW

GW

GW

Điểm tham chiếu S

Điểm tham chiếu T

Mạng khách hàng

Mạng truy nhập

ACX: Điểm nối chéo ATM



TA: Thiết bị chuyển đổi



LEX: Tổng đài nội hạt



TEX: tổng đài chuyển tiếp

Page 57 of 131