Thiết bị và chỉ tiêu thiết kế hệ thống chuyển mạch ATM

Đồ án tốt nghiệp



Server, các th viện âm thanh hay hình ảnh phục vụ cho các ứng dụng đa truyền thông

(multimedia), các điểm cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng chuyển mạch gói .v.v.

Các thiết bị truyền dẫn: Bao gồm các bộ hợp kênh (multiplexer-MUX), phân kênh

(Demultiplexerr - DEMUX), bộ tập trung, thiết bị kết nối liên mạng (InterWorking Unit IWU).

Các thiết bị chuyển mạch: làm nhiệm vụ chuyển mạch các cuộc nối bằng việc tác động

vào VCI/VPI. Chúng bao gồm nút nối xuyên (Cross-Connect) và nút chuyển mạch. Nút

chuyển mạch cũng có hai loại là nút chuyển mạch nối trực tiếp với thuê bao (có tiếp giáp

UNI và NNI), và các nút chuyển mạch nằm trong mạng đờng dài, các nút chuyển mạch

này chỉ có tiếp giáp NNI.



6.2- Cấu trúc mạng B-ISDN phân tầng và bố trí thiết bị

Mạng BISDN có cấu trúc phân tầng nh hình 6.1

- Mạng của ngời sử dụng (Customer Network - CN):

Thiết bị: thiết bị đầu cuối, các bộ tập trung, MUX/DEMUX, ATM-LAN và tổng đài cơ

quan PBX.

Mạng truy nhập B-ISDN (Broadband Access Network):

Thiết bị: Nút nối xuyên, nút chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn



Mạng báo hiệu SS7



82



Đồ án tốt nghiệp

Mạng quản lý TMN



Mạng ngời sử dụng

Nút nối xuyên

Nút chuyển mạch đờng dài

Thiết bị truyền dẫn



Nút nối xuyên

Nút chuyển mạch

Thiết bị truyền dẫn



Nút nối xuyên

Nút chuyển mạch

Thiết bị truyền dẫn



ATM-LAN

ATM PBX

Thiết bị truyền dẫn



Thiết bị cuối

Thiết bị cung cấp dịch vụ



Mạng truy nhập

ATM

Mạng trung kế

Mạng đờng dài

Hình 6.1: Mô hình tổng quan mạng ATM



Page 83 of 131



Đồ án tốt nghiệp



- Mạng đờng dài (Back-bone Network): mạng truy nhập và mạng đờng dài cũng không

liên kết trực tiếp với nhau mà thông qua hệ thống mạng trung kế (Trunk Network) hay

còn gọi là Tandem.

Thiết bị: Nút nói xuyên, nút chuyển mạch, đờng dài, thiết bị truyền dẫn

Hệ thống mạng trung kế (Trunk Network):

Thiết bị: Nút nối xuyên, nút chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn

- Mạng quản lý (Telecommunication Management Network - TMN): Là mạng riêng nối

với tất cả các nút chuyển mạch và truyền dẫn để làm các chức năng giám sát, vận hành,

quản lý, bảo dỡng (OAM). TMN giám sát và nhận các thông tin về trạng thái của tất cả

các khâu trong B-ISDN, từ các nút chuyển mạch, các nút nối xuyên cho đến hệ thống

truyền dẫn .v.v.

- Mạng báo hiệu: Trong B-ISDN, mạng báo hiệu không chỉ có nhiệm vụ thiết lập, duy trì,

hủy bỏ các cuộc nối và truyền các thông tin về cuộc nối mà còn có tác dụng là phần trung

gian nối các điểm điều khiển dịch vụ để tạo thành các dịch vụ thông minh. Sự kết hợp

giữa mạng báo hiệu với các nút điều khiển dịch vụ này tạo nên một khái niệm mạng hoàn

toàn mới là mạng thông minh IN (Intelligent Network). Mạng IN đóng vai trò ngày càng

84



Đồ án tốt nghiệp



quan trọng trong B-ISDN vì nó cho phép đa B-ISDN trở thành một mạng đa năng, dễ đợc

ngời sử dụng chấp nhận.



6.3- Quá trình truyền tin trong mạng ATM

Các



thủ



tục



lớp



trên

TCP/IP,

Frame

relay ..

SSCS

CPCS

SAR

ATM

TC

PM

Các



thủ



tục



lớp



trên

TCP/IP,

Frame

relay ..

SSCS

CPCS

SAR

ATM

TC

PM

T



T



C



C

Page 85 of 131



Đồ án tốt nghiệp



P



P



M M

Q29 SS7

31

SSC



SSCS



S

CPC CPC

S

SA



S

SAR



R

AT



AT



M

TC

PM



TC

PM



PC-a

PC-b

S

AAL5

Lớp vật lý

AAL5

Lớp vật lý

PC-a

PC-a

C

S

C

Hình 6.2 : Cách ghép nỗi và phơng thức truyền thông tin của các thiết bị trong mạng

86



Đồ án tốt nghiệp



Giả sử có hai thiết bị đầu cuối máy tính PC-a và PC-b trao đổi với nhau. PC-a khi đến

chuyển mạch S còn phải qua một bộ tập chung C (C ở đây cũng có thể là MUX hoặc bộ

nối xuyên). Nh vậy số liệu của PC-a cùng với các kênh thông tin khác đợc tập trung

thành một kênh vật lý duy nhất tại C, kênh này lại đợc tách ra thành từng kênh của từng

cuộc nối riêng lẻ và đợc chuyển mạch tại S, từ S thông tin đợc truyền tới PC-b (nh hình

vẽ)



6.4- Chuyển mạch ATM

Chuyển mạch ATM có chức năng phân phối mỗi tế bào tới nơi nhận tơng ứng, phù hợp

với VPI/VCI, là nơi truyền thông tinh phần tiêu đề đối với mỗi kênh. Điều đó có nghĩa là,

các tế bào đợc đa vào hệ thống chuyển mạch ATM để khôi phục bảng chuyển đổi địa chỉ

bằng những phơng tiện phần cứng phù hợp với giá trị VCI/VPI và sau đó địa chỉ của cổng

ra đợc lựa chọn một cách tự dộng. Đồng thời các giá trị VCI/VPI đợc chuyển đổi thành

những giá trị mới cho quá trình xử lý tiếp theo. Các đặc trng của chuyển mạch ATM thể

hiện ở độ trễ tế bào thông qua việc sử dụng kỹ thuật tự định tuyến cuả phần cứng, và có

thể hỗ trợ dễ dàng cho truyền thông đa phơng tiện, sử dụng tiếng nói và hình ảnh. Về đáp

ứng dịch vụ, tuỳ yêu cầu dịch vụ và chuyển mạch ATM có các cách tổ chức các phần tử

chuyển mạch khách nhau cho phù hợp.

Xem xét một số yếu tố trong chuyển mạch ATM

6.4.1.Loại phần tử chuyển mạch

Đây là một trong các yếu tố quan trọng của chuyển mạch. Nó quyết định cách

thức hoạt động của chuyển mạch. Các vấn đề phải quan tâm là :

- Chuyển mạch loại nào : Chuyển mạch chặn, chuyển mạch vòng..

- Mạng topo của chuyển mạch này là mạng gì: Mạng thanh ngang, mạng

Banyan, mạng sắp xếp..

- Bộ đệm (vị trí đặt, kích thớc, tốc độ ghi đọc bộ đệm.).

Xem xét một số loại phần tử chuyển mạch:

Bảng 6.1:

Chuyển

mạch kiểu ma

trận



Chuyể

n mạch kiểu

Bus

Page 87 of 131



Chuyể

n mạch kiểu

vòng



Chuyển

mạch kiểu bộ

đệm

dùng

chung



Đồ án tốt nghiệp



Nguyên

lý

chuyển

mạch

Yêu cầu

bộ đệm

Trễ



sử

đệm



Hiệu quả

dụng bộ



Điều

khiển bộ đệm

Hiệu suất

sử dụng

Tốc độ sử

lý trong



Theo

không gian



Theo

thời gian



Có

Lớn

nhất



Có



Theo thời

gian



Không



Phụ

thuộc quá

trình truyền



Phụ

thuộc quá

trình truyền



Thờng



Có



Thờng



Thờng

hoặc thấp

Tuỳ vị

trí bộ đệm

0,58

1

Bằng

tốc độ dòng

dữ liệu



Theo

thời gian



Phụ thuộc

quá

trình

truyền

Cao



Phức



Rất phức



tạp



tạp

1



1



Bằng

tốc độ dòng

dữ liệu



Bằng

tốc độ dòng

dữ liệu



Nhạy

Nhạy

Không

cảm với lu lcảm

xác định

ợng bùng nổ

Hiệu quả

sử dụng đờng

<=1

truyền

6.4.2.Cấu trúc của phần tử chuyển mạch



Không

xác định



1

Thấp hơn

tốc độ dòng dữ

liệu

Không



Có thể

>1



Phần tử chuyểnmạch quyết định nhiều yếu tố : tốc độ trễ chuyển mạch, số tầng

trong chuyển mạch Ta có thể căn cứ vào yêu cầu tham số chất lợng dịch vụ mà xét:

Cấu trúc phân tử chuyển mạch: Cấu trúc chuyển mạch kiểu ma trận (sử dụng

đệm đầu vào hay đầu ra tại điểm chuyển mạch), cấu trúc bus, cấu trúc vòng, cấu trúc

bộ nhớ dùng chung. Mỗi cấu trúc này có u và nhợc điểm riêng.

Tốc độ của các phần tử chuyển mạch đó: nó có thể nhận dòng số liệu với tốc độ

bao nhiêu (ví dụ tốc độ 150Mbps hay 620Mbps). Tất nhiên tốc độ của phần tử chuyển

mạch càng cao thì tốc độ của dòng số liệu có thể qua chuyển mạch càng cao.

Tỷ lệ lỗi và trễ của các phần tử chuyển mạch đối với các loại dịch vụ tại các điểm

chuyển mạch.

88



Đồ án tốt nghiệp



Kích thớc của các phần tử chuyển mạch: số đầu ra và đầu vào của chúng, Nếu

kích thớc của chúng càng lớn thì số tầng trong chuyển mạch càng nhỏ và sẽ ảnh hởng

lớn trong các chuyển mạch nghẽn. Thờng kích thớc các phần tử chuyển mạch tơng đối

nhỏ, ví dụ 8x8 hay 16x16.

6.4.3.Bộ đệm

Bộ đệm đóng vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống chuyển mạch, nó là nhân

tố quyết định độ tổn thất tế bào, tỷ lệ lỗi trong hầu hết các chuyển mạch.

Các yếu tố xem xét:

Vị trí đặt bộ đệm: đầu vào đầu ra, dùng chung hay kết hợp giữa các vị trí trên.

Phơng thức ghi đọc bộ đệm.

Tốc độ ghi đọc bộ đệm.( chú ý tốc độ ghi đọc bộ đệm tại các vị trí khác nhau là khách

nhau).

Kích thớc bộ đệm

Trễ trong bộ đệm.

Ta có thể thấy chức năng bộ đệm qua phân tích sau:

Khi nghiên cứu chuyển mạch ATM ta có thể phân loại chuyển mạch thành nhiều loại

khác nhau. Tuy nhiên, theo bất kỳ phơng pháp phân loại nào thì trong hệ thống chuyển

mạch ATM vẫn có thể xảy ra hiện tợng xung đột khi hai hay nhiều tế bào cùng đến chung

một đích. Xung đột có thể là xung đột trong hoặc xung đột ngoài. Khi đó sẽ xảy ra mất tế

bào và không đảm bảo chất lợng dịch vụ.



Để giải quyết vấn đề này ta có hai phơng pháp sau:

Phơng pháp sử dụng chuyển mạch ATM không có bộ đệm : khi xảy ra xung đột thì cho

phép một tế bào đợc ra, còn các tế bào còn lại tiếp tục truyền trong chuyển mạch.

Phơng pháp sử dụng chuyển mạch có bộ đệm : Dùng bộ đệm để lu giữ các tế bào đợc

truyền đi.

Thực tế phơng pháp sử dụng bộ đệm đợc sử dụng trong hầu hết các chuyển mạch. Do đó,

chúng ta phải nghiên cứu kỹ vai trò của bộ đệm trong chuyển mạch ATM.

Đối với bộ đệm, chúng ta cần tìm hiểu cáca yếu tố sau: Vị trí đặt bộ đệm, kích thớc bộ

đệm. Với chuyển mạch nhất định và với bộ đệm nh đã chọn ta phải xem xét các tham số:

Page 89 of 131



Đồ án tốt nghiệp



xác suất trạng thái bộ đệm, tỷ lệ tổn thất tế bào, độ trễ trung bình, trễ thay đổi, loại dịch

vụ. Tất cả các yếu tố trên đều ảnh hởng lẫn nhau. Ví dụ chúng ta tăng dòng lu lợng số

liệu qua một nút chuyển mạch thì dể đảm bảo chất lợng dịch vụ ta phải tăng kích thớc bộ

đệm hoặc tăng tốc độ ghi đọc bộ đệm Sau đây ta sẽ tìm hiểu từng yếu tố:

Điều đầu tiên phải xác định là ta phải xem dịch vụ ở đây là dịch vụ nào, một hay nhiều

dịch vụ, tóc độ dịch vụ là bao nhiêu, yêu cầu chất lợng dịch vụ thế nào, từ đó có các yêu

cầu kỹ thuật: tỷ lệ mất gói, yêu cầu trễ trung bình, tốc độ, từ đó có thể tìm đợc cấu trúc

chuyển mạch thích hợp.

Một số loại dịch vụ yêu cầu CLR rất nhỏ, khoảng 10 -9 (khoảng 1s trong 32 năm) trong

khi một số dịch vụ khác (nh tiếng nói) chỉ yêu cầu CLR là 10-3 . Một số dịch vụ yêu cầu

thời gian thực, số khác lại không. Có loại dịch vụ yêu cầu tốc độ khá lớn nhng có loại yêu

cầu tốc độ nhỏ (nếu có nhiều dịch vụ yêu cầu tốc độ nhỏ xảy ra cùng một lúc sẽ dẫn đến

có nhiều đờng truyền yêu cầu thiết lập, khó khăn cho việc thiết lập đờng truyền, quản lý).

Với mỗi loại dịch vụ sẽ có kích thớc bộ đệm phù hợp. Ví dụ: nếu dịch vụ yêu cầu CLR

nhỏ thì ta phải tăng kích thớc bộ đệm.



90



Đồ án tốt nghiệp



Chuyển mạch không sử dụng bộ đệm



Page 91 of 131



Đồ án tốt nghiệp



Tại thời đểm bắt đầu của một chu kỳ, tất cả các

cổng vào có tế bào sẽ cùng một lúc đa yêu

cầu tới tầng chuyển mạch thứ nhất.Tại mỗi

tầng, các yêu cầu này sẽ đợc gửi tới tầng

tiếp theo (theo đờng do bảng định tuyến xác

định). Nếu 2 hay nhiều yêu cầu phải đi qua

cùng một đờng thì khi đó xảy ra xung đột.

Lúc đó một yêu cầu đợc chọn và các yêu

cầu khác bị từ chối. Nếu yêu cầu đi tới cổng

đích thành công thì sẽ có tín hiệu thành

công báo trở lại cổng vào ban đầu. Nếu

không thì cũng có tín hiệu không thành

công báo trở về. Khi đó, đờng nối đợc thiết

lập từ cổng vào đến cổng đích. Sau đó các

tế bào dữ kiệu sẽ đợc chuyển thẳng trên đờng đó từ cổng vào đến cổng đích. Sau khi

đã truyền xong, đờng nối đợc huỷ bỏ cho

các cuộc nối khác. Khi tốc độ dòng dữ liệu

qua chuyển mạch tăng thì khả năng để các

dòng số phải yêu cầu cùng đầu ra các phần

92