Chuyển mạch sử dụng bộ đệm

Đồ án tốt nghiệp



Chuyển mạch dùng bộ đệm đợc sử dụng trong

hầu hết cácchuyển mạch ATM hiện nay, mục

đích chính là làm giảm tỷ lệ tổn thất tế bào.

Các tế bào cha đợc truyền đi sẽ đợc lu giữ

vào bộ đệm. Do kích thớc bộ đệm giới hạn, dến

lúc nào đó bộ đệm sẽ đày và nó sẽ từ chối

nhận thêm tế bào. Lúcnày có thể sẽ mất tế

bào.

Rõ ràng là trừ vài loại chuyển mạch sử dụng phơng thức quay vòng tế bào(Nh chuyển

mạch trộn, loại đã đợc thiết kế không cần bộ đệm ) còn đối với hầu hết các chuyển mạch

khác việc s dụng bộ đệm sẽ làm tăng đáng kể tốc độ và độ tin cậy của chuyển mạch. Mức

độ tăng độ tin cậy phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó kích thớc bộ đệm là quan trọng

nhất.



Bảng 6.2

Hiệu suất sử dụng

Kích thớc bộ đệm

Tốc độ truy tìm bộ



Bộ đệm đầu vào

Thấp

Trung bình



2V

đệm

Tốc độ điều khiển

2NV

Trễ

Lớn

Tỷ lệ lỗi

Lớn

Độ nhạy cảm với lu lNhạy cảm

ợng không đồng nhất

Độ nhạy với lu lợng Nhạy cảm

94



Bộ đệm đầu ra

Cao

Lớn



Bộ đệm dùng chung

Cao

Nhỏ



(L+1)V



2V



(L+1)V

Nhỏ

Trung bình



2V

Nhỏ

Nhỏ



Không



Không



Nhạy cảm



Không



Đồ án tốt nghiệp



bùng nổ

Trong đó: V là tốc độ giao diện vào

L là số tế bào đợc phục vụ trong một khe thời gian



6.5.Yêu cầu thiết kế chuyển mạch ATM

6.5.1.Tốc độ phầntử chuyển mạch

Một kênh ATM gồm nhiều loại thông tin khác nhau nh thoại, số liệu,hình ảnh Vì

một nguồn tn sinh ra tế bào theo tốc độ dịch vụ cua nó nên tóc độ kênh cũng thay đổi

theo, do đó chuyển mạch ATM cũng phải có tốc độ phù hợp với từng loại hình dịch vụ.

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



Các dịch vụ cơ bản và tốc độ tơng ứng cua chúng

6.5.2 Trễ và tỷ lệ lỗi phần tử chuyển mạch

Trễ xử lý xảy ra tại các nút chuyển mạch đợc quyếtđịnh bởi cấu tạo vật lý ở mỗi

nút. Theo ITUT, độ trễ trung bình trong chuyển mạch phải nhỏ hơn 450às. Trong

ATM, giá trị này bé hơn do tốc độ xử lý đã tăng lên đáng kể.

Bảng 6.3. Tỷ lệ lỗi chấp nhận đợc đối với từng dịch vụ của mạng ATM

Dịch vụ

Thoại

Truyền số liệu

Truyền hình quảng bá

Âm thanh chất lợng cao

Xử lý, điều khiển từ xa



BER

10-7

10-7

10-6

10-5

10-5



PLR

10-3

10-6

10-8

10-7

10-3



6.5.3.Kích thớc phần tử chuyển mạch

Page 95 of 131



PIR

10-3

10-6

10-8

10-7

10-3



Trễ

25ms / 500ms

1000ms

1000ms

1000ms

1000ms



Đồ án tốt nghiệp



Kích thớc của chuyển mạch cũng ảnh hởng tới chất lợng dịch vụ của chuyển

mạch ATM. Kích thớc chuyển mạch ATM lại phụ thuộc vào phơng pháp chuyển mạch

có bộ đệm hay không.

Nếu chuyển mạch kích thớc nhỏ, ta có thể sử dụng phần tử chuyển mạch làm nhiệm vụ

chuyển mạch. Khi đó không phải xét đến các cấu trúc chuyển mạch phức tạpmà chỉ cần

sử dụng chuyển mạch thanh ngang là đợc. Khi kích thớc chuyển mạch tăng thì phải sử

dụng cấu trúc chuyển mạch nhiều tầng để giảm chi phí. Tuy nhiên, kich thớc chuyển

mạch càng tăng thì chuyển mạch sẽ gồm càng nhiều tầng và tế bào muốn đi tới cổng ra

yêu cầu sẽ phải đi qua nhiều phần tử chuyển mạch hơn, do đó dễ bị nghẽn hơn, tổn thất tế

bào lớn hơn và trễ của chuyển mạch là tổng của của trễ các phần tử tăng lên. điều này có

nghĩa là các tham số của chất lợng dịch vụ không đảm bảo các yêu cầu QoS, ảnh hởng

đến chất lợng dịch vụ của hệ thống.

6.5.4.Các yêu cầu chung cho chuyển mạch ATM

Một cơ cấu chuyển mạch ATM cần đợc đáp ứng những yêu cầu chung tối thiểu

sau:

Độ trễ chuyển mạch nhỏ hơn 0,4ms. Đối với dịch vụ tơng tác thời gian trễ giữa hai đầu

cuối phải nhỏ hơn 30ms.

Tỷ lệ mất mát tế bào phải nhỏ hơn 10-10 . Tại một nút chuyển mạch ATM, sự mất mát tế

bào có thể xảy ra ngay trong nội bộ trờng chuyển mạch, do có quá nhiều tế bào đồng thời

dến hàng đợi, nên hệ thống chuyển mạch không kịp xử lý trong cùng một lúc.

Trễ tế bào nhỏ: Đây là một yêu cầu nghiêm ngặt về mặt tốc độ của nút chuyển mạch. Trờng chuyển mạch cần phải có bộ đệm cao tốc, có cấu trúc xử lý phân tán, sử dụng các

kiến trúc đa xử lý. Điều kiện khối chuyển mạch phải thực hiện qua phần cứng và các vi

lệnh điều khiển đợc lập trình sẵn trên các vi mạch.

Dung lợng chuyển mạch mềm dẻo dễ thay đổi.

Các đầu ra khối chuyển mạch cần đạt tốc độ cao để đợc ghép vào các khung truyền dẫn

SDH (155Mbps, 622Mbps và 2,4 Gbps).

Đợc trang bị các chức năng để hỗ trợ các loại dịch vụ.

6.6.Tóm tắt

96



Đồ án tốt nghiệp



Chơng này tập chung vào cấu trúc thành phần, các thiết bị trong hệ thống chuyển mạch

ATM và đặc biệt là nút chuyển mạch ATM. Trong chuyển mạch ATM ta tập trung vào

các thành phần chính quan tâm và các yêu cầu cơ bản khi thiết kế một chuyển mạch

ATM.

Mục đích chính của chơng này là có các khái niệm cơ bản về một hệ thống chuyển mạch

phục vụ cho nghiên cứu và thiết kế hệ thống chuyển mạch.

Chơng VII

Thiết kế chức năng và môi trờng phần cứng cho chuyển mạch ATM

Từ cơ sỏ lý thuyết đã nghiên cứu về nguyên lý và các thần phần chuyển mạch ATM

ta có xây dựng cấu trúc chức năng và tổ chức phàn cứng cho hệ thống chuyển mạch

ATM. Cũng cần phải nói rằng phần tử chuyển mạch rất đa dạng nên ở đây chỉ tập chung

xây dựng sơ đồ chức năng và chọn lựa cấu trúc, các giao diện cho chuyển mạch ATM .

7.1-Thiết kế chức năng nút chuyển mạch ATM

7.1.1.Đặc điểm

Trong nút chuyển mạch ATM, phần tiêu đề của các tế bào đợc kiểm tra để chọn

đầu ra thích hợp. Tại đầu ra, tế bào ATM đợc nhận các giá trị VCI và VPI mới, nghĩa là

nó làm nhiệm vụ chuyển mạch cả VC và VP. Nút chuyển mạch trao đổi thông tin chặt

chẽ với mạng báo hiệu nằm ở lớp trên, do đó ngoài chức năng nằm ở lớp vật lý và lớp

ATM (có cấu trúc gần giống với bộ nối xuyên ), nó còn có một số chức năng ở lớp

trên.

7.1.2.Thiết kế sơ đồ khối chức năng lớp dới

Lớp vật lý

Nút chuyển mach có các chức năng ở lớp vật lý hoàn toàn giống với bộ nối xuyên

PM:

Chèn các thông tin đồng bộ ở đầu phát, thiết lập đồng bộ ở đầu thu.

Mã hoá đờng truyền ở đầu phát, giả mã đờng truyền ở đầu thu.

Biến đổi quang điện.

Truyền thông tin trên đờng truyền.

TC:



Page 97 of 131



Đồ án tốt nghiệp



Thêm vào hoặc lấy ra các gói không xác định để cho tốc độ truyền hữu ích phù hợp với

tốc độ truyền có sẵn của hệ truyền dẫn. Trao các tế bào mang thông tin vận hành, quản lý,

bảo dỡng(OAM) của lớp vật lý với mặt phẳng quản lý.

Tạo và kiểm tra trờng HEC(hecder error check) ở phần tiêu đề để chống lỗi truyền.

Nhận biết ranh giới các tế bào ở đầu thu. Mã hoá giả ngẫu nhiên (scrambling) để chống

nhiễu ở đầu phát, khôi phục lại trật tự trờng số liệu của tế bào ở đầu thu (descambling).

Đống gói các tế bào thành từng khung (ví dụ SONET/SDH) ở đàu phát, khôi phục dòng

tế bào đầu thu.

Phát/khôi phục các khung thông tin truyền.

Lớp ATM:

Ngoài chuyển mạch đờng ảo chuyển mạch ATM có chức năng chuyển mạch kênh ảo

VC.

Các số liệu nhận dạng đờng ảo VPI (Virtual Path Identifier) và kênh ảo VCI (Virtual Path

Identifier) ở đầu vào đợc xử lý và nhận giá trị mới ở đầu ra.

Tạo giá trị VPI, VCI

Thay đổi giá trị VPI, VCI

Tách tế bào thành các dòng VP, Hợp kênh các tế bào từ các VP, VC

VC riêng



khác nhau thành một luồng chung



Chèn/Tách các gói không xác định. Trao đổi thông

tin OAM với mặt phẳng quản lý

Kiểm tra HEC

Tạo mã chống lỗi HEC

Nhận biết ranh giới tế Scrambling

bào, descrambling

Khôi phục dòng tế bào Đóng gói tế bào thành

từ các khung thông tin

từng khung

Khôi phục các khung Phát các khung thông

thông tin truyền



tin truyền



Chèn thông tin đồng bộ. Chèn thông tin đồng bộ.

98



Đồ án tốt nghiệp



Lấy thông tin đồng bộ

Giải mã đờng truyền

Biến đổi quang điện

Thu thông tin



Lấy thông tin đồng bộ

Mã hoá đờng truyền

Biến đổi quang điện

Phát thông tin



Đầu vào

Đầu ra

Lớp ATM



TC

PM

Lớp vật lý



Page 99 of 131



Đồ án tốt nghiệp



7.1.3.Thiết kế sơ đồ khối chức năng lớp trên

Lớp con phụ thuộc

dịch vụ (SSCS)

CPCS

SAR

S-AAL

Phần phụ thuôcdịch vụ

Phần chung



Kênh truyền

Kênh truyền

Kiểm tra thứ tự truyền gói



Kiểm tra thứ tự truyền gói



Gửi thông báo lỗi tới mặt Gửi thông báo lỗi tới mặt

phẳng quản lý lớp

phẳng quản lý lớp

Truyền lại khi mất gói hay Truyền lại khi mất gói hay

chèn nhầm

chèn nhầm

Điều khiển luồng bằng cửa Điều khiển luồng bằng cửa

sổ trợt

100



sổ trợt



Đồ án tốt nghiệp



Duy trì cuộc nối



Duy trì cuộc nối



Rút lại số liệu tại chỗ



Rút lại số liệu tại chỗ



Thiết lập/ Giải phóng các Thiết lập/ Giải phóng các

cuộc nối SSCOP

cuộc nối SSCOP

Trao đổi thông tin trạng thái Trao đổi thông tin trạng thái

giữa hai điểm cuối

Phát hiện lỗi phần PCI



giữa hai điểm cuối

Phát hiện lỗi phần PCI



Truyền số liệu giữa hai thực Truyền số liệu giữa hai thực

thể cùng lớp

CPCS



thể cùng lớp

CPCS



SAR



SAR



Q293 (Báo hiệu tại UNI)



SS7 (Báo hiệu tại NNI)



ATM



ATM



Vật lý



Vật lý



Mạng báo hiệu

SSCS

AAL 5

Phần chung



Page 101 of 131



Đồ án tốt nghiệp

Các chức năng lớp AAL phải phục vụ cho các thủ tục báo hiệu tại giao diện UNI và NNI. Có hai hệ thống

báo hiệu khác nhau là hệ thốngbáo hiệu Q231dùng giữa ngời sử dụng và mạng tại tiếp giáp UNI và hệ

thống báo hiệu dùng giữa các nút mạng tại tiếp giáp NNI. Lớp AAL trong trờng này dùng riêng cho báo

hiệu đợc gọi là S-AAL (signalling-AAL). S-AAL lại đợc chia ra làm hai phần là một phần chung và một

phần phụ thuộc dịch vụ. Phần chung lại bao gồm hai lớp con là SAR và CPCS.



Phần chung

Sử dụng các chức năng của AAL5 do nó phù hợp với truyền các thông số (tốc độ cao, thời

gian trễ bé hơn, phần tiêu đề đơn giản )

102



Đồ án tốt nghiệp



Phần phụ thuộc dịch vụ:

Lớp con SSCS có nhiệm vụ truyền thong tin theo kiểu hớng liên kết bằng thủ tục SSCOP

(Service- Specific connection- Oriented Protocol). Bao gồm các chức năng sau:

Đảm bảo thứ tự truyền của các gói SSCOP.

Gửi các thông báo về lỗi tới mặt phẳng quản lý lớp.

Sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại: Trong trờng hợp mất gói hoặc chèn nhầm

Điều khiển luồng bằng phơng pháp cửa sổ trợt

Duy trì cuộc nối: Giữ cho hai thực thể cùng lớp tiếp tục liên hệ với nhau trong trờng hợp

chúng không trao đổi sô liệu trong một thời gian dài.

Rút lại số liệu tại chỗ: Cho các SDU có thể lấy lại đợc khi cha đợc gửi đi hoặc cha có trả

lời.

Quản lý liên kết: Có nhiệm vụ thiết lập hoặc giải phóng các cuộc nối SSCOP

Gửi các thông tin trạng thái: SSCOP ở đầu thu và đầu phát trao đổi các thông tin về trạng

thái thông qua chức năng này.

Phát hiện lỗi phần thông tin điều khiển thủ tục gói (Protocol control information- PCI).

Thực hiện truyền số liệu giữa hai thực thể cùng lớp.

7.2- Tổ chức phần cứng và chọn lựa phần tử cho thiết kế

chuyển mạch ATM

Một số phân tích:

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.

Những cầu đối với hệ thống chuyển mạch ATM là quá trình xử lý tế bào phải thực hiện

trên phạm vi 1ms/nut, trong trờng hợp xử lý thông tin có tốc độ bít không đổi CBR là 10Page 103 of 131



Đồ án tốt nghiệp



/nut, và trong trờng hợp xửlý thông tin có tốc độ bit thay đổiVBR tỉ lệ tổn thất tế bào cỡ



9



10-7 trên mỗi nut phải đợc đảm bảo chắc chắn. Ngoài ra, nó còn phải đảm bảo yêu cầu về

truyền dẫn, dễ dàng trong việc điều khiển phân phối và tự định tuyến, đảm bảo tính

modul hoá và khả năng mở rộng của tổng đài

Mặt khác, những vấn đề quan trọng nhất có liên quan đến công nghệ chuyển mạch ATM

nhất thiết hiện nay phải đợc giải quyết là:

-Đảm bảo sự hỗ trợ có hiệu quả của truy nhập điểm- đa điểm trong hệ thống chuyển

mạch và nhóm chúng lại.

-Đảm bảo cho việc sử dung lợng lớn của hệ thống chuyển mạch ATM.

-Đảm bảo sự hỗ trợ của các dịch vụ ATM mới nh tốc độ giành sẵn ABR và tốc độ bít

không xác định UBR.

Xem xét tổng quan

Nh đã biết trong ATM có hai thiết bị thực hiện chức năng chuyển mạch tế bào, đó là

chuyển mạch ATM (ATM switch hay VC switch) và bộ nối xuyên (Cross Connect hay

VP switch). Hai thiết bị này thực hiện chức năng chính sau:

Đọc các VPI/VCI của tế bào ở đầu vào và thay đổi giá trị của chúng ở đầu ra.

Truyền tế bào ATM từ dàu vào đến các đầu ra cho trớc .

Cấu trúc của chuyển mạch ATM có thể đợc chia thành hai phần là phần cứng và phần

mềm.

1.Phần cứng của chuyển mạch gồm:

Giao diện của nút chuyển mạch có tác dụng làm cho dòng thông tin đi vào nút chuyển

mạch tơng thích với phần lõi bên trong về mặt tốc độ cũng nh dạng của tế bào.

Phần lõi là chuyển mạch không gian cung cấp các khả năng chuyển mạch các cuộc nối từ

điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều điểm. Chúng bao gồm bộ tập chung (Concentrator), và

bộ hợp kênh (Multiplexer) và ma trận chuyển mạch (Switch Matrix).

2.Nút chuyển mạch ATM đợc điều khiển và giám sát bởi phần mềm.

Phần mềm của chuyển mạch ATM gồm ba nhóm chức năng chính:

Xử lý lu lợng đi qua nút chuyển mạch.

104