1. Trang chủ >
  2. Kỹ thuật >
  3. Điện - Điện tử - Viễn thông >

I.Xem xét phần tử chuyển mạch

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (590.45 KB, 131 trang )


Đồ án tốt nghiệp



OC

OC

Hình 7.1. Mô hình cấu trúc chung của phần tử chuyển mạch



B- Phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận

1



I



2



IC



b



IC



OC

IC: bộ điều khiển đầu vào



OC



OC



1



2



b



OC: bộ điều khiển đầu ra

Hình 7.2. Phần tử chuyển mạch ma trận



Trong phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận, mạng liên kết đầu vào-đầu ra có cấu trúc ma trận

hình chữ nhật (Hình 3.2). phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận lại đợc chia làm 3 loại với

cách tổ chức bộ đệm khác nhau: bộ đệm đầu vào, bộ đệm đầu ra, bộ đệm tại giao điểm của ma

trận

B.1. Phần tử chuyển mạch với bộ đệm đầu vào

Trong phần tử chuyển mạch dùng bộ đệm đầu vào, bộ đệm tế bào đợc đặt ở bộ điều khiển

đầu vào (Hình 7.3)



106



Đồ án tốt nghiệp



1

2

b

Hình 7.3. Phần tử chuyển mạch ma trận với bộ đệm đầu vào

1

2

b



Bộ đệm ở đây là các bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM, có thể truyền các tế bào tại cùng một bộ

đệm đồng thời tới các đầu ra khác nhau thì các bộ đệm phải có nhiều đầu ra hoặc thời gian truy

nhập giảm xuống.



B.2. Phần tử chuyển mạch với bộ đệm đầu ra



1

2

Page 107 of 131



Đồ án tốt nghiệp



b

Hình 7.4. Phần tử chuyển mạch ma trận với bộ đệm đầu ra

1

2

b



Tắc nghẽn chỉ xảy ra khi tốc độ vận hành của ma trận chuyển mạch bằng với tốc độ của dòng tế

bào đầu vào. Nhợc điểm này có thể khắc phục bằng việc giảm thời gian truy nhập bộ đệm và

tăng tốc độ hoạt động của của ma trận chuyển mạch. Tuy vậy yêu cầu tốc độ hoạt động cao sẽ

dẫn tới giới hạn về mặt kích thớc của phần tử chuyển mạch. Thật vậy để không xảy ra tắc nghẽn

bên trong phần tử chuyển mạch dùng bộ đệm đầu ra có kich thớc b*b phải có tốc độ hoạt đông

tăng lên b lần để trong trờng hợp xầu nhất, khi có b đầu vào cùng yêu cầu một đầu ra nh nhau

thì tắc nghẽn cũng không xảy ra, vì vậy kích thớc của phần tử chuyển mạch sẽ không thể lớn tuỳ

ý. Trong trờng hợp ngợc lại, nếu tốc độ của phần tử chuyển mạch không đảm bảo thì bắt buộc

phải bổ xung thêm bộ đệm đầu vào để tránh mất tế bào do tắc nghẽn bên trong.



108



Đồ án tốt nghiệp

B.3. Bộ đệm tại giao điểm của ma trận chuyển mạch



1

2

b

1

2

b

Hình 7.5. Phần tử chuyển mạch ma trận có bộ đệm tại giao điểm



Bộ đệm cũng có thể nằm tại giao điểm của ma trận chuyển mạch. Cấu trúc phần tử chuyển mạch

loại này cho phép các tế bào đi tới đầu ra khác nhau không ảnh hởng tới nhau. Nếu tế bào nằm ở

những bộ đệm khác nhau có cùng một đầu ra thì logic điều khiển cần phải chọn xem bộ đệm nào

sẽ đợc phục vụ đầu tiên. Loại này có nhợc điểm là bộ đệm tại giao điểm có kích thớc nhỏ và

không chia sẻ đợc bộ đệm.

C.- Phần tử chuyển mạch dùng kiểu Bus

Các phần tử chuyển mạch dùng kiểu Bus sử dụng mạng liên kết đầu vào-đàu ra là các bus ghép

kênh theo thời gian tốc độ cao. Tắc nghẽn không xảy ra khi tổng dung lợng của kênh truyền lớn

hơn hoặc bằng tổng dung lợng của tất cả các đầu vào. Để đảm bảo yêu cầu này, phần tử chuyển

mạch kiểu Bus sử dụng phơng pháp truyền bit theo kiểu song song. Thuật toán truy nhập Bus ở



Page 109 of 131



Đồ án tốt nghiệp

đây cho phép Bus truyền đợc chia sẻ cho mỗi bộ đệm theo một chu kỳ cho trớc. Mỗi bộ điều

khiển đầu vào có thể truyền tế bào tới một đầu ra trớc khi hoàn thành việc nhận tế bào kế tiếp.



IC

IC

IC



1

2

b

Bus ghép kênh tốc độ cao

OC

OC

OC



1

2

b

Hình 7.6. phần tử chuyển mạch kiểu Bus



D. Phần tử chuyển mạch kiểu vòng (Ring)

Phần tử chuyển mạch kiểu vòng có câu trúc nh hình 7.7. Tất cả các bộ điều khiển đầu vào và

đầu ra đợc nối với nhau thông qua một vòng tròn. Mạng liên kết đầu vào-đầu ra hoạt dộng theo



110



Đồ án tốt nghiệp

nguyên lý phân khe thời gian với dung lợng của vòng phải lớn hơn hoặc bằng tổng dung lợng của

tất cả các đầu vào. Trong thực tế thờng hay sử dụng phần tử chuyển mạch vòng Orwell trong đó

một vài vòng đợc sử dụng song song để đảm bảo yêu cầu về tốc độ.



OC

OC

1

b

IC

IC

1

b

Hình 7.7. Cấu trúc phần tử chuyển mạch kiểu vòng



E. Phần tử chuyển mạch sử dụng bộ nhớ trung tâm

Trong phần tử chuyển mạch sử dụng bộ nhớ trung tâm các bộ điều khiển đầu vào và đầu ra đều

sử dụng một bộ nhớ chung duy nhất. Số liệu từ tất cả các đầu vào đều đợc ghi vào bộ nhớ này, số

liệu đợc đọc ra bởi đầu ra bất kỳ. Bộ nhớ chung còn có thể đợc tổ chức thành những bộ đệm

logic đầu ra và đầu vào. bởi vì bộ đệm cùng chia sẻ bộ nhớ chung nên dung lợng bộ nhớ yêu cầu

trong trờng hợp này nhở hơn nhiều so với ỷtờng hợp phần tử chuyển mạch dùng bộ đệm riêng

rẽ. Các phần tử chuyển mạch loại này làm việc theo nguyên tắc tự định đờng



Bộ nhớ trung tâm

Page 111 of 131



Đồ án tốt nghiệp



IC

IC

OC

OC

Hình 7.8. Mô hình cấu trúc chung của phần tử chuyển mạch

IC: Bộ điều khiển đầu vào

OC: Bộ điều khiển đàu ra



Ưu nhợc điểm của từng loại phần tử chuyển mạch khi thiết kế chuyển mạch

Nh ta đã biết mỗi loại phần tử chuyển mạch có những đặc điểm, tính chất khác nhau. Muốn thiết

kế đợc hệ thống chuyển mạch hợp lý thì phải phân tích u nhợc điểm của từng loại:

Phần tử chuyển mạch kiểu ma trận đợc chia làm ba loại với các tổ chức bộ đệm khác nhau: bộ

đệm đầu vào, bộ đệm đầu ra, bộ đệm tại giao điểm ma trận. Bộ đệm đầu ra sẽ tránh đợc hiện tợng nghẽn mạch đầu vào và tăng đợc tốc độ thực tế dòng dữ liệu đi qua chuyển mạch, nhng có

nhợc điểm là tốc độ bộ đệm và kích thớc lớn hơn so với bộ đệm đầu vào. Bộ đệm tại giao điểm

của ma trận do dùng chung bộ nhớ đệm giữa đầu vào, đầu ra nên hiệu quả sử dụng bộ đệm là

cao, lợng tế bào phải chờ trung bình giảm, nhng nhợc điểm của bộ đệm ở giao điểm là có kích

thớc nhỏ, không chia sẻ đợc tài nguyên và việc quản lý của bộ đệm tại giao điểm ma trận chuyển

mạch phức tạp hơn nhiều, nên trong thực tế bộ đệm này ít đợc sử dụng hơn

Cấu trúc chuyển mạch BUS về nguyên lý khá đơn giản, dễ ứng dụng. Tuy nhiên, cấu trúc có hạn

chế là chuyển mạch BUS chỉ cho ta một đờng nối cho một tập đòng nối gắn vào nó nên dải thông

cho mỗi phần tử phụ thuộc vào số phần tử gắn vào BUS. Dải thông này không thể tăng nên quá

giới hạn đợc do phụ thuộc tần số đồng hồ hệ thốngvà dải thông đờng truyền. Cuối cùng nếu ta

tăng tần số đồng hồ thì yêu cầu bộ vi xử lý mạnh hơn và điều này cũng chỉ có giới hạn.



112



Đồ án tốt nghiệp

Cấu trúc chuyển mạch vòng có u điểm so với chuyển mạch BUS là một khe thời gian vó nhiều

cổng vào cho mỗi vòng. Tuy nhiên để thực hiện việc này ta lại cần thêm phần cứng và cũng khó

xây dựng các hệ thống chuyển mạch lớn nh cấu trúc chuyển mạch BUS.

Cấu trúc chuyển mạch bộ nhớ dùng chung có u điểm là tiếc kệm đợc bộ nhớ nhất do tát cả các

cổng ra đều sử dụng một bộ nhớ. Thêm nữa do chuyển đổi nối tiếp song song nên chuyển mạch

tốc độ xử lý chỉ cần bằng một phần của tốc độ dòng dữ liệu thực tế. Ví dụ nếu dòng số liệu vào

đợc chuyển sang tám bít song song thì với tốc độ dòng số bên ngoài là 155Mbps, tốc độ xử lý

bên trongchỉ khoảng 20Mbps. Nhợc điểm của loại này là bộ đệm nhỏ, điều khiển bộ đệm phức

tạp.

II. Chọn loại đệm cho chuyển mạch kiểu đệm

Việc triển khai bộ đệ là chìa khoá để giải quyết nghẽn mạch trong chuyển mạch, làm giảm hiện

tợng mất tế bào . Sau đây là một số phơng pháp triển khai bộ đệm trong chuyển mạch ATM:

Chuyển mạch kiểu đầu vào (hình a) là chuyển mạch với vùng đệm đợc đặt ở cuối đầu vào của

nó. Khi tế bào ở đầu tuyến vào không đợc chuyển mạch qua cấu trúc chuyển mạch tất cả các tế

bào phía sau bị trễ lại. Chuyển mạch đầu vào giới hạn mức nối thông chỉ 50-60% tốc độ cổng.

Bởi vậy, đệm vào không phù hợp cho nhiều ứng dụng, thờng đợc kết nối với các chuyển mạch

khác.

Chuyển mạch đệm đầu ra là phơng pháp khả quan, vùng đệm đầu ra đợc trang bị vùng dệm ở

phần cuối của đầu ra. Có thể thiết lập các đờng riêng biệt mà không gây cản trở các cổng khác

nằm giữa phần cuối đầu vào và phần cuối đầu ra làm cho hiện tợng chặn đầu tuyến HOL (Head

of line) không xảy ra. Do vậy nó có lợi thế hơn chuyển mạch kiểu đệm đầu vào trong quá trình

thực hiện, nhng có nhợc điểm do phức tạp trong việc bổ xung phần cứng. Các chuyển mạch điển

hình là chuyển mạch ma trận kiểu BUS- chuyển mạch thanh ngang đã đợc biến đổi.



1

M

1

M

b

b

1

M

Page 113 of 131



Đồ án tốt nghiệp



1

M

b

b

1

M

1

M

Mb

Mb

Mb

(a).Bộ đệm đầu vào

(b).Bộ đệm đầu ra

(c). Bộ đệm đầu ra/ hàng đợi chung

Trong đó: M :là số cổng chuyển mạch ATM

b :là số vị trí đệm tại mỗi cổng



Hình7.9 Chuyển mạch kiểu đệm



Chuyển mạch có đệm dùng chung bao gồm những kiểu cấu hình sau:



114



Đồ án tốt nghiệp

Kiểu chuyển mạch có vùng đệm dùng chung chỉ nằm trong phần chuyển mạch, ví dụ nh chuyển

mạch Banyan có vùng đệm.

Kiểu chuyển mạch có vùng đệm dùng chung nằm ở phần cuối của đầu ra bên ngoài.

Kiểu bộ đệm dùng chung nằm trên phần cuối của cả đầu ra lẫn đầu vào

III. Xây dựng các mạng chuyển mạch

Các hệ thống chuyển mạch liên kết các phần tử chuyển mạch lại với nhau, mụch đích là để đạt đợc dòng số qua chuyển mạch là cao nhất với độ phức tạp thấp nhất và giá thành là rẻ nhất. Do

tầm quan trọng của nó nên đã có rất nhiều ngiên cứu về vấn đề này và và nhiều loại hệ thống

chuyển mạch khác nhau đã ra đời.

Hiện tại đã có một vài phơng pháp thiết lập một hệ thống chuyển mạch ATM có khả năng thoả

mãn nhu cầu và xu hớng phát triển mới. Việc xây dụng một hệ thống chuyển mạch ATM đợc

thực hiện nhờ vào các yếu tố chuyển mạch hoặc trạng thái chặn trong chuyển mạch, với số lần

qua mạng nối chuyển mạch của tế bào với số đờng nối có khả năng thiết lập giữa một đầu vào

với một đầu ra bất kỳ, với vị trí của vùng dệm trong tổng đài và với cấu trúc topo của chuyển

mạch ATM .

Ta có thể xay dựng hệ thống chuyển mạch theo các hệ thống dới đây:

A . Mạng chuyển mạch đơn tầng

Trong mạng chuyển mạch đơn tầng các đầu vào và đầu ra đợc nối với nhau bởi một tầng

đơn các phần tử chuyển mạch



b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

Page 115 of 131



Đồ án tốt nghiệp



b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

đầu ra bổ xung

đầu vào

bổ xung

đầu vào

đầu ra

Hình 7.10. Ma trận chuyển mạch mở rộng



116



Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.pdf) (131 trang)

×