LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU MẠNG LƯỚI ATM
CHƯƠNG 1: ISDN VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA MẠNG ATM
1.1. SỰ XUẤT HIỆN CỦA N.ISDN:
ISDN (Integrated Services Digital NetWork): Là mạng số liên kết dịch vụ. ISDN cung cấp khả năng kết nối hoàn toàn số hoá giữa các đấu cuối.
N.ISDN (Narrow Integrated Services Digital NetWork): Là mạng tổ hợp dịch vụ số băng hẹp.
1.1.1. Các Đặc Điểm Của Mạng Viễn Thông Ngày Nay:
Hiện nay, các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng rẽ, ứng với mỗi loại hình dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó như:
Mạng Telex: Có thể thu phát tín tức trong phạm vi toàn cầu. Dùng để gửi các bức điện dưới dạng các ký tự đã được mã hóa bằng mã 5 bit. Tốc độ truyền rất thấp (từ 75bit/s đến 300 bit/s). Mặt dù tốc độ truyền thấp, chậm chỉ có các chữ cái, ký hiệu được truyền đi nhưng mạng vẫn được sử dụng để truyền các tin tức thuê bao doanh nghiệp nhằm mục đích truyền các bản tin ngắn.
Mạng điện thoại công cộng: Còn gọi là mạng POTS ( Plain Old Telephone Service), là mạng được xây dựng sớm nhất. Nó phát triển từ các tổng đài tương tự và phương thức truyền dẫn tương tự và đặc biệt là chuyển mạch kênh theo thời gian thực. Ơ mạng này tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network). Yêu cầu độ trễ rất nhỏ.
Mạng truyền số liệu: Phần lớn các mạng truyền số liệu trên thế giới là mạng số liệu chuyển mạch gói, tức là thông tin được cắt thành các gói có kích thước phù hợp và được phát lên những đường thông đang rỗi ở thời điểm đó. Khe hở giữa các gói có thể được các loại thông tin khác sử dụng. Các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21.
Các tín hiệu truyền hình: Có thể được truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antena TV) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh còn gọi là hệ thống truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System).
Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN thường là mạng: Ethernet, Token Bus, và Token Ring.
Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại. Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau. Như vậy hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng là:
- Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng.
- Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh,…và tiếng bộ trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mạng mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu.
- Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài nguyên. Tài nguyên có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng.
1.1.2. Điều Kiện Thuận Lợi Về Công Nghệ Cho Sự Xuất Hiện Mạng N.ISDN:
Có 2 công nghệ là máy tính và truyền thông đã và đang phát triển rất nhanh và là mũi nhọn của công nghệ ở cuối thế kỷ 20. Tuy nhiên hai lĩnh vực này đang dần dần phát triển hợp nhất với nhau do:
- Sự phát triển của kỹ thuật tính toán, chuyển mạch và các thiết bị truyền dẫn số.
- Kỹ thuật số đã được sử dụng rộng rãi cho truyền dẫn thoại, dữ liệu và hình ảnh.
Từ 2 vấn đề trên, đồi hỏi cần có một mạng có thể liên kết toàn bộ các loại mạng đang tồn tại và có khả năng tích hợp có khả năng truyền dẫn và xử lý tất cả các loại dữ liệu.
Từ đó N.ISDN ra đời. N.ISDN sẽ là mạng viễn thông công cộng trên phạm vi toàn thế giới. Nó được định nghĩa bởi các chuẩn hoá của giao tiếp người sử dụng và sẽ được thực hiện bởi một tập của các chuyển mạch số và kết nối giữa chúng, cung cấp phạm vi rộng các loại lưu lượng. ITU – T (CCITT) định nghĩa N.ISDN là mạng được phát triển từ mạng điện thoại số cung cấp khả năng kết nối hoàn toàn số hoá giữa các đầu cuối, phục vụ cho nhiều loại dịch vụ (thoại và phi thoại) từ đó người sử dụng có thể truy xuất bởi một tập hữu hạn các giao diện đa mục đích đã được chuẩn hoá. N.ISDN thể hiện:
- Cung cấp các ứng dụng thoại và phi thoại sử dụng một tập có giới hạn các tiện ích
- Cung cấp các ứng dụng cho chuyển mạch và không chuyển mạch. N.ISDN cung cấp cả kỹ thuật chuyển mạch mạch và chuyển mạch gói.
- Độ tin cậy cao trên các kết nối 64Kbps
- Cung cấp các dịch vụ đặc trưng, bảo hành mạng và các chức năng quản lý mạng.
- Có cấu trúc phân lớp của các nghi thức: Các nghi thức được phát triển cho người sử dụng truy xuất vào mạng N.ISDN theo cấu trúc phân lớp và có thể ánh xạ vào mô hình cho kết nối với hệ thống mở OSI.
- Cấu hình đa dạng: cho phép phát triển mạng N.ISDN không phụ thuộc vào chính sách của quốc gia, vào kỹ thuật đang sử dụng cũng như các thiết bị đang sử dụng của khách hàng.
1.1.3. Giới Thiệu Tổng Quát Về N.ISDN:
Mạng N.ISDN hoạt động như thế nào? Làm thế nào để người sử dụng có thể liên lạc được với mạng và truy cập được các dụch vụ của mạng?
Các tổ chức xây dựng tiêu chuẩn (CCITT, ANSI, ISO, …) đã xây dựng một số các tiêu chuẩn cho mạng N.ISDN trong chiến lược thông tin toàn cầu. Các tiêu chuẩn N.ISDN sẽ định rõ giao diện của người sử dụng và mạng. Các giao diện này được biểu thị dưới dạng một tập các giao thức gồm các thông báo dùng để yêu cầu các dịch vụ.
- Khái niệm về kênh (Channel) thông tin:
Kênh là đường dẫn mà tín hiệu chạy qua. Tín hiệu trên một kênh có thể là: tín hiệu số, tín hiệu tương tự hoặc là tín hiệu báo hiệu của mạng.
q Với mạng điện thoại công cộng (PSTN): Đường dây thuê bao nối giữa người sử dụng và tổng đài nội hạt tạo thành một kênh tương tự (Analog Channel) truyền tải các tín hiệu:
- Dòng điện trên đường dây để nhận dạng nhấc máy
- Xung quay số hoặc âm hiệu quay số (DTMF)
- Tín hiệu mời quay số (Dial Tone), báo bận (Busy Tone) và tín hiệu chuông (Ring Tone)
- Tín hiệu thông tin của người sử dụng: Audio, Video, hoặc số liệu nhị phân
q Với mạng N.ISDN: Đường dây thuê bao chỉ truyền tín hiệu số. Đường thuê bao sẽ gồm một số kênh logic cho tín hiệu báo hiệu và số liệu của người sử dụng. Có ba loại kênh cơ bản để xác định cho các thông tin N.ISDN được phân biệt theo chức năng và tốc độ bit:
- Kênh B (64Kb/s): Truyền các thông tin về dịch vụ của người sử dụng như: tiếng nói số hoá, Audio, Video và dữ liệu số. Tốc độ 64Kbsp
- Kênh D (16Kb/s hoặc 64Kb/s): Truyền các tín hiệu báo hiệu giữa người sử dụng và mạng hoặc các gói số liệu của người sử dụng.
- Kênh H (HD: 384Kb/s; H11: 1536Kb/s; H12: 1920Kb/s): Chức năng giống kênh B nhưng hoạt động ở các tốc độ bit cao hơn
- Khái niệm về giao diện N.ISDN:
Với một số mạng viễn thông hiện tại (PSTN, PSDN) mỗi đường dây được sử dụng cho một loại dịch vụ (Telephone, Fax, Telex, mạng gói truyền dữ liệu). Khi nhu cầu sử dụng dịch vụ tăng, bắt buộc phải tăng số lượng dây đến nhà nhưng điều này là điều không ai muốn.
N.ISDN sẽ cung cấp một loại giao diện mới cho phép tất cả các dịch vụ chỉ trên một đường dây truy nhập đồng thời vào mạng. Các giao diện truy xuất vào mạng N.ISDN gồm một kênh D để chuyển các thông báo báo hiệu và một số các kênh B cho số liệu của người sử dụng. Thiết kế này cho phép nhiều loại thông tin (hay nhiều loại hình dịch vụ) khác nhau cùng đi qua trên cùng một giao diện vật lý duy nhất.
Các tiêu chuẩn hiện nay về N.ISDN xác định hai giao diện khác nhau đối với mạng:
- Giao diện tốc độ cơ bản (BRI: Basic Rate Interface)
- Giao diện tốc độ chính (PRI: Primary Rate Interface)
Các giao diện này xác định rõ số lượng các kênh dùng B, D, H và định rõ tốc độ tại môi trường vật lý mà nó hoạt động.
1.2. KỸ THUẬT MẠNG B.ISDN:
B.ISDN (Broadband Integrated Services Digital NetWork) là mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng.
1.2.1. Xu Hướng Các Dịch Vụ Băng Rộng:
Xu hướng các dịch vụ ngày nay và trong tương lai gần là các yêu cầu dịch vụ băng rộng đang tăng lên
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 cáp CATV, truyền hình số chuẩn SDTV (Standard Digital TV) hay trong tương lai là dịch vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV (High Definition TV). Một ứng dụng quan trọng nữa là dịch vụ điện thoại truyền hình trong đó các hình ảnh chất lượng cao được truyền đi ở tốc độ từ 2 tới 5 Mbit/s.
Các dịch vụ phục vụ trong lĩnh vực kinh doanh và 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 được mở rộng để tiến tới điện thoại hội nghị truyền hình, sao cho người sử dụng có thể dùng dịch vụ điện thoại truyền hình để liên lạc vài điểm cùng một lúc. Các hệ thống ATM-LAN được nối với nhau sẽ tạo khả năng truy nhập hệ cơ sở dữ liệu phân tán với tốc độ rất cao. Ngoài ra, các dịch vụ truyền ảnh, y tế,.. sẽ có chất lượng phục vụ cao hơn.
|
Dịch Vụ |
Tốc Độ (Mbit/s) |
|
Truyền số liệu |
1,5 – 30 |
|
Truyền văn bản, tài liệu |
1,5 – 45 |
|
Điện thoại truyền hình/Hội nghị truyền hình |
1,5 – 130 |
|
TV |
30 – 130 |
|
Truyền hình phân giải cao |
130 |
Đặc Điểm Các Dịch Vụ Băng Rộng Cơ Bản
Từ sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất. Cần thiết phải thỏa mãn tính mềm dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng cũng như người quản lý mạng (về mặt tốc độ truyền, chất lượng dịch vụ, …). Vì vậy cũng như người quản trị mạng. Mạng B-ISDN ra đời nhằm đáp ứng các điều kiện trên (băng rộng, bảo dưỡng, mềm dẻo, kinh tế, …) mà mạng băng hẹp N.ISDN không đáp ứng được. So với các mạng khác, dịch vụ tổ hợp và mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm về kinh tế, phát triển, thực hiện, vận hành và bảo dưỡng hơn.
1.2.2. Điều Kiện Thuận Lợi Về Công Nghệ Cho Sự Xuất Hiện Mạng B.ISDN:
- Tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu
- Sự phát triển của các ứng dụng phần mềm trong lĩnh vực tin học và viễn thông
- Các hệ thống truyền dẫn bằng cáp quang và các kênh truyền dẫn tốc độ cao có chí phí thấp cho các đường trung kế và cả các đường thuê bao.
- Các mạch vi điện tử có thể cung cấp các khối chuyển mạch, truyền dẫn và thiết bị thuê bao có tốc độ cao và chi phí thấp.
- Các màn hình và máy quay phim chất lượng cao và chi phí thấp.
Những tiến triển vượt bậc của công nghệ dẫn đến việc tích hợp diện rộng nhiều tiện nghi truyền thông và thực sự có hiệu quả, đã cung cấp phương tiện truyền thông vạn năng với các đặc tính chính:
- Việc trao đổi toàn cầu qua bất kỳ hai thuê bao nào trên bất kỳ phương tiện và môi trường truyền dẫn nào
- Phục hồi và chia sẻ một số lượng lớn thông tin từ nhiều nguồn khác nhau.
- Việc phân bố, bao hàm cả phân bố chuyển mạch nhiều loại hình văn hoá, giải trí và giáo dục đến từng nhà, từng công sở.
Vậy mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Network – B.ISDN ) cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định (Permanent) hoặc bán cố định (Semi-Permanent), các cuộc nối từ điểm tới điểm hoặc từ điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu, các dịch vụ dành trước hoặc các dịch vụ yêu cầu cố định. Cuộc nối trong B.ISDN phục vụ cho cả các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện (Multimedia), đơn phương tiện (Monomedia), theo kiểu hướng liên kết (Connection – Oriented) hoặc không liên kết (Connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng. B.ISDN là mạng thông minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các công cụ bảo dưỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạng rất hiệu quả.
1.2.3. Các Tham Số Cơ Bản Của B.ISDN:
Tìm hiểu về các tham số của các dịch vụ trong mạng băng rộng, tính toán lỗi và trễ xảy ra trong mạng để có thể dựa vào đó đánh giá chất lượng mạng.
1.2.3.1. Tốc độ bit tự nhiên, tốc độ bit trung bình, tốc độ bit cực đại và tốc độ truyền dịch vụ của mạng:
Mạng băng rộng tương lai cần phải truyền được một số lượng lớn các dịch vụ, từ các dịch vụ tốc độ thấp như: đo lường từ xa, điều khiển từ xa, báo động từ xa, tiếng nói, Fax tới các dịch vụ tốc độ cao hoặc các dịch vụ có tốc độ trung bình như: âm nhạc, điện thoại truyền hình, truyền số liệu tốc độ cao hoặc các dịch vụ có tốc độ rất cao như: HDTV, thư viện video, …. Các dịch vụ này có tốc độ truyền từ vài Kbit/s tới vài trăm Mbps, thời gian truyền từ vài giây tới vài giờ.
Các dịch vụ được đặc trưng bởi tốc độ của chúng, tốc độ này phụ thuộc rất nhiều vào cách mã hoá và kỹ thuật nén tín hiệu. Có thể biểu diễn tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ bằng hàm s(t), hàm này kéo dài trong thời gian truyền thông tin T. Có hai giá trị quan trọng là tốc độ bit cực đại S và tốc độ bit trung bình E[s(t)], được tính trong khoảng thời gian T. Quãng thời gian T cùng với hai giá trị E[s(t)] và S là các tham số quan trọng của dịch vụ.
Công thức liên hệ:
S = max[s(t)]
Tỷ lệ giữa E và S được gọi là đại lượng B (Burstiness). B đặc trưng cho sự thay đổi của tốc độ dòng bit theo thời gian.
Rõ ràng từ đồ thị trên ta thấy tốc độ bit tự nhiên s(t) khác nhau đối với mỗi phiên liên lạc nhưng S và E[s(t)] là như nhau đối với mỗi loại dịch vụ.
Bảng trình bày một số giá trị E và B của vài loại dịch vụ:
|
Dịch Vụ |
E[s(t)] (Mbit/s) |
B |
|
Truyền số liệu |
1,5 – 130 |
10 |
|
Truyền văn bản, tài liệu |
1,5 – 45 |
1 – 10 |
|
Điện thoại truyền hình/Hội nghị truyền hình |
1,5 – 130 |
5 |
|
TV |
30 – 130 |
2 – 3 |
|
Truyền hình phân giải cao |
130 |
5 |
Ta đi xét mối liên hệ giữa tốc độ truyền và tốc độ bit cực đại (hay tốc độ truyền tự nhiên tự của dịch vụ ) và ảnh hưởng của nó tới chất lượng truyền. Từ hình vẽ trên tanhận thấy rằng nếu tốc độ truyền nhỏ hơn tốc độ bit cực đại S thì chất lượng bị giảm xuống do môt số bit sẽ phải cắt bỏ để đảm bảo tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ phù hợp với tốc độ truyền.
Mặt khác, nếu tốc độ truyền luôn lớn hơn hoặc bằng tốc độ bit cực đại của dịch vụ thì các thông tin vô nghĩa sẽ được sử dụng để điền đầy vào khoảng chênh lệch giữa tốc độ bit tự nhiên và tốc độ truyền, do đó sẽ tiêu phí độ rộng băng truyền. Điều này được minh hoạ trên hình trên.
Qua hai ví dụ trên, ta có thể kết luận rằng cần phải chọn tốc độ truyền thích hợp tuỳ theo yêu cầu của dịch vụ.
- Với dịch vụ yêu cầu chất lượng truyền cao mà không có yêu cầu quá gắt gao đối với tốc độ truyền thì cần đảm bảo tốc độ truyền trên mạng luôn luôn lớn hoặc bằng tốc độ bit cực đại.
- Đối với các dịch vụ không yêu cầu chất lượng truyền thật cao ta có thể lựa chọn tốc độ truyền trên mạng nhỏ hơn tốc độ truyền cực đại của dịch vụ.
1.2.3.2. Các Tham Số Đặc Trưng Cho Chất Lượng Mạng:
Để truyền thông tin một cách tin cậy, mạng phải đảm bảo 2 chỉ tiêu sau:
- Trong suốt về mặt nội dung
- Trong suốt về mặt thời gian
a. Tính Trong Suốt Về Mặt Nội Dung:
Tính trong suốt về mặt nội dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng chính xác các bit từ đầu phát đến đầu thu với số lỗi cho phép . Khi mới ra đời, trong các mạng chuyển mạch gói chất lượng truyền số liệu còn kém, do đó để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên mọi liên kết. Việc điều khiển lỗi này được thực hiện bởi giao thức HDLC (High Level Data Link Control) bao gồm các chức năng: giới hạn khung, đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi, ... Ở đây quá trình điều khiển lỗi được thực hiện trên mọi liên kết thông qua nút chuyển mạch, do đó nút chuyển mạch phải xử lý một loạt các thủ tục phức tạp khác nhau làm ảnh hưởng đến tốc xử lý chung của hệ thống.
Sau này, do chất lượng của hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch tăng lên nên tỷ lệ lỗi trên mạng giảm.Với một mạng chất lượng cao như vậy người ta chỉ cần thực hiện một số chức năng của thủ tục HDLC. Bằng cách này người ta giảm được khối lượng thông tin mà nút chuyển mạch cần xử lý. Nhờ đó tốc độ của nút tăng lên. Như vậy lớp 2 trên mô hình OSI được 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 được gọi là chuyển tiếp khung (Frame Relay).
Trong thực tế có 3 loại lỗi:
- Lỗi đơn vị số liệu dư (Residual Error Data Unit Rate) là các lỗi không thể khôi phục được
- Lỗi số liệu bị phân phối nhầm (Misdelivered Data Unit Rate) là lỗi khi số liệu bị truyền đến đích sai
- Lỗi số liệu kông được truyền đi (Not Delivered Data Unit Rate) là lỗi khi số liệu không được truyền đi tới địa chỉ cho trước.
Các lỗi trên đặc trưng cho tính trong suốt về mặt nội dung và gây ra một tỷ lệ lỗi truyền nào đó.
Tỷ lệ lỗi bit:
Được đặc trưng bằng tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Ereor Rate), các bit lỗi có thể xảy ra riêng biệt hay xảy ra liên tục thành nhóm.
Trong truyền dẫn, các lỗi bit thường xảy ra do sự không hoàn hảo của hệ thống, sự điều khiển sai của hệ điều hành, tức xảy ra ở mức vật lý của mô hình OSI.
Tỷ lệ lỗi gói:
Trong các mạch hoạt động dựa theo nguyên lý chuyển mạch gói, một nhóm các lỗi có thể xảy ra do các gói thông tin bị mất hoặc bị định đường nhầm. Tỷ lệ lổi gói được đặc trưng bằng tham số tỷ lệ lỗi gói PER (Packet Error Rate).
Lỗi gói thường xảy ra do hai nguyên nhân: các gói bị mất do định đường sai hoặc do tắc nghẽn. Điều này được đặc trưng bằng tỷ lệ mất gói PLR (Packet Loss Rate):
Các gói tới đích không mong muốn nhưng lại được chấp nhận được đặc trưng bằng tỷ lệ chèn gói PIR (Packet Insertion Rate):
Trong mạng, các lỗi có thể xuất hiện ở phần truyền dẫn, tại các bộ tập trung kênh hay tại các nút chuyển mạch.
Hệ thống chuyển mạch và ghép kênh thực hiện các chức năng ở lớp cao hơn (2, 3) trong mô hình OSI. Nó thực hiện xử lý trên các gói, do đó các lỗi gói xảy ra ở đây.
Đối với B.ISDN chức năng điều khiển lỗi không còn được cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạng nữa mà trong trường hợp cần thiết sẽ được cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối. Do đó các nút của ATM (tìm hiểu sau) có độ phức tạp tối thiểu và vì thế có tốc độ truyền rất cao có thể lên đến 600Mbit/s
b. Tính Trong Suốt Về Mặt Thời Gian: Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi được truyền từ đầu phát đến đầu thu, tức là chúng yêu cầu tính chính xác về thời gian. Có thể phân biệt hai loại trễ: trễ do chuyển mạch và trễ từ điểm đầu đến điểm cuối. Đặc trưng bằng hai tham số: trễ D và biến động J. Mạng ATM 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, do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợp chuyển mạch kênh. Trễ được chia ra hai loại: trễ truyền Dt và trễ xử lý Dp
D = Dt + Dp
Theo ITU – T, nếu trễ giữa hai đầu cuối lớn hơn 25 ms thì phải lắp thêm các bộ khử tiếng vang.
1.2.4. Lựa Chọn Kiểu Truyền Cho B.ISDN:
Mạng B.ISDN là mạng duy nhất truyền được tất cả các dịch vụ với tốc độ từ rất thấp đến rất cao. Ta đi xét một số hệ thống thông tin để có thể đáp ứng điều này.
1.2.4.1. Xét Phương Thức Chuyển Mạch Kênh Thuần Túy:
Là phương thức đặc trưng cho phương thức truyền thoại và có thể được sử dụng trong mạng hẹp N.ISDN.
Trong phương thức này 1 kênh sẽ được thiết lập trong suốt cuộc gọi (nối), thông tin truyền từ nút này sang nút khác với sự ghép kênh theo thời gian TDM và truyền với tần số nhất định. Trên một tuyến có thể có nhiều kênh ghép theo thời gian với chu kỳ đều đặn cho 1 kênh là 125ms trong một khe thời gian cố định và ở một đầu nối trên một kênh nhất định. Khi qua bộ chuyển mạch có thể sử dụng chuyển mạch thời gian, chuyển mạch không gian, hổn hợp. Việc chuyển mạch từ 1 tuyến vào đến một tuyến ra được điều khiển nhờ bản phiên dịch tạo tuyến. Ơ bản phiên dịch tạo tuyến này có quan hệ giữa tuyến vào (kênh vào) với tuyến ra (kênh ra) và quan hệ này được giữ suốt trong thời gian đấu nối. Do chỉ có một kênh được truyền trên một tuyến nên phương thức chuyển mạch kênh không phù hợp với các dịch vụ. Hơn nữa, dịch vụ băng rộng yêu cầu có tốc độ từ rất thấp đến rất cao, nếu chọn tốc độ bit lớn nhất để làm tốc độ bit cơ sở như tốc độ 140Mbps vậy thì một dịch vụ đo lường 1Kbps cũng có thể chiếm một kênh đó. Do đó hiệu suất sử dụng về nguồn tài nguyên không cao.
Vậy chuyển mạch kênh thuần túy không phù hợp dùng cho mạng băng rộng.
1.2.4.2. Phương Thức Chuyển Mạch Kênh Nhiều Tốc Độ:
Để khắc phục sự thiếu mềm dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ như trên trong chuyển mạch kênh thuần túy, thì phương thức chuyển mạch kênh nhiều tốc độ MRCS sử dụng hệ thống truyền dẫn giống chuyển mạch kênh thuần túy như một cuộc đấu nối có thể phân phối cho n kênh cơ bản gồm các khung thời gian với các khe thời gian có độ dài khác nhau, mọi cuộc liên lạc có thể được xây dựng từ n kênh này. Nhưng đi theo các tốc độ cơ bản đặc trưng cần có hệ thống chuyển mạch riêng, do đó tạo ra nhiều phức tạp.
Mạng này hiện nay được dùng cho mạng điện thoại hình ở mạng băng hẹp N.ISDN.
Thông thường các kênh cơ bản cho một cuộc nối là:
- 1 kênh 1024 Kbps
- 8 kênh H1 tốc độ 2048 Kbps
- 1 kênh H4 tốc độ 139,146 Mbps
|
H4 |
139,264 Mbps |
Điện thoại truyền hình |
|
H1 |
8 x 2048 Kbps |
Am thanh Stedio, Dữ liệu tốc độ cao |
|
… |
||
|
… |
||
|
H1 |
||
|
30B + D64 |
|
N.ISDN |
|
Đồng Bộ |
1024 Kbps |
Dùng cho Đồng Bộ |
Hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ rất phức tạp do mỗi kênh cơ sở của một đường nối phải giữ đồng bộ với các kênh khác, sao cho độ trễ của số liệu truyền trên các kênh khác nhau là như nhau, như vậy mới đảm bảo được tính trong suốt về mặt thời gian. Ngoài ra cấu trúc này sử dụng các tài nguyên không hiệu qủa: giả sử tất cả các kênh H1 đều bận, lúc đó ta không thể thiết lấp thêm được một kênh H1 nào khác kể cả khi H4 đang còn rỗi.Do đó ITU – T cũng không chọn chuyển mạch đa tốc độ là giải pháp cho mạng băng rộng.
1.2.4.3. Chuyển Mạch Kênh Tốc Độ Cao:
Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch tốc độ cao FCS chỉ được cung cấp khi thông tin được gửi đi. Sau khi gửi song thông tin, tài nguyên được giải phóng trở lại. Sự cung cấp này được thiết lập mỗi lần gửi như trong trường hợp chuyển mạch gói, nhưng dưới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên kết nhanh, chứ không nằm ở phần tiêu đề như trong chuyển mạch gói. Tại giai đoạn thiết lập cuộc gọi, người sử dụng yêu cầu một độ rộng băng tần bằng một số nguyên lần độ rộng của kênh cơ bản. Hệ thống lúc này chưa cung cấp tài nguyên nhưng ghi lại các thông tin chuyển mạch, độ rộng băng yêu cầu, địa chỉ đích được chọn. Khi bên phát bắt đầu gửi thông tin, hệ thống sẽ được báo hiệu rằng bên phát có thông tin được gửi đi, nó yêu cầu chuyển mạch để phân phối tài nguyên ngay lập tức. Tuy nhiên hệ thống này cũng còn vài nhược điểm, đặc biệt là độ phức tạp khi thiết kế và điều khiển một hệ thống như vậy vì nó yêu cầu khả năng thiết lập và hủy bỏ cuộc nối trong khoảng thời gian rất ngắn. Cho nên nó không được chọn làm giải pháp cho mạng băng rộng.
1.2.4.4. Phương Thức Chuyển Mạch Gói:
Để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được giữa hai đầu cuối, cần phải có thủ tục phức tạp của X.25 nhằm xử lý lỗi và điều khiển luồng giữa các trận liên kết. Mặt khác vì gói có độ dài khác nhau nên yêu cầu phải có các thủ tục quản lý bộ đệm rất phức tạp, do đó tốc độ hoạt động không cao. Các hệ thống chuyển mạch gói sau này được cải tiến thành hai hệ thống là chuyển mạch khung và chuyển tiếp khung. Do đó tốc độ truyền cao hơn.
Trong chuyển tiếp khung, việc truyền lại các khung số liệu bị lỗi chỉ được thực hiện giữa hai đầu cuối của người sử dụng. Tại nút mạng chỉ có chức năng phát hiện lỗi để hủy bỏ các khung lỗi vì không cần thiết phải truyền các khung này, ngoài ra cũng không có chức năng điều khiển luồng hoăc phân /hợp kênh. Trong chuyển mạch khung các chức năng phát hiện lỗi và điều khiển luồng vẫn còn được giữ lại ở nút mạng, do đó việc truyền lại khung và điều khiển luồng bằng cửa sổ trượt vẫn được thực hiện trên cơ sở các liên kết.
Tốc độ chuyển mạch gói 64Kb/s tương đối lớn nhưng rất nhỏ so với các dịch vụ băng rộng và nó có độ trễ lớn. Do vậy, không phù hợp với các dịch vụ thời gian thực.
1.2.4.5. Phương Thức Chuyển Mạch Không Đồng Bộ ATM:
Là phương thức truyền tin trong đó thông tin được chia thành các gói có chiều dài nhỏ không thay đổi gọi là các tế bào tin. Tế bào tin được truyền độc lập và sẽ được sắp xếp lại thứ tự ở đầu thu. ATM không đồng bộ bởi lý do sự xuất hiện liên tục các tế bào ở trên các kênh không phụ thuộc chu kỳ.
ATM có thể truyền được tất cả các dịch vụ viễn thông mà không cần quan tâm đến đặc tính và chất lượng của dịch vụ và thỏa mãn được các yêu cầu:
- Mềm dẻo và phù hợp với các dịch vụ tương lai
- Có hiệu qủa trong việc sử dụng tài nguyên
- Chỉ sử dụng một mạng duy nhất cho tất cả các dịch vụ
Vì vậy, cuối cùng ITU – T quyết định chọn phương thức truyền ATM làm mạng phục vụ cho các dịch vụ trong mạng băng rộng. Thật vậy mạng ATM có những ưu điểm sau:
- Điều khiển được nhiều loại lưu thông khác nhau như: Dữ Liệu, Tiếng Nói, Hình Anh, Video, …
- Khả năng sử dụng đường truyền hiệu qủa: Cho phép truyền các ứng dụng hình ảnh, dữ liệu, .. có tốc độ cố định, hoặc biến đổi theo thời gian hoặc ngắt quãng.
- Dùng kỹ thuật chuyển mạch bằng phần cứng: Với chiều dài tế bào cố định là 53 Bytes, ATM cho phép việc xử lý chuyển mạch bằng các phần cứng có tốc độ rất nhanh, giảm thiểu thời gian chuyển mạch và tăng đáng kể tốc độ truyền.
- Cho khả năng thiết lập các nhóm kênh ảo: Nhóm kênh ảo được định nghĩa bằng chỉ số nhận dạng ảo (VPI/VCI), Do vậy có thể tạo mới, thay đổi lưu lượng hoặc lộ trình bằng cách điều khiển việc gán các nhãn địa chỉ tại các nút chuyển mạch. Khả năng này cho phép việc quản lý và điều hành mạng năng động.
- Đặc tính truyền dẫn mềm dẻo: Cho phép hầu như không giới hạn về tốc độ của mỗi kênh cũng như số lượng các kênh vì mỗi kênh thông tin được thiết lập bằng chuỗi các tế bào ATM, số lượng các tế bào được truyền đi trong một đơn vị thời gian là tự do, số lượng kênh trên một đường truyền phụ thuộc vào số các nhận dạng logic nên tốc độ mỗi kênh thông tin luôn đạt đến mức tối đa có thể được.
- Có khả năng cung cấp băng thông theo yêu cầu, ATM là kỹ thuật hiệu qủa cho việc xây dựng mạng: Người sử dụng có thể kết nối với mạng bằng cách dùng những bộ thích ứng hỗ trợ băng thông tùy theo yêu cầu riêng của người sử dụng đó.
1.3. SỰ RA ĐỜI CỦA ATM LÀ CẦN THIẾT:
Do các nhược điểm của mạng viễn thông ngày nay, đồi hỏi cần có một mạng liên kết các dịch vụ cho nên mạng N.ISDN ra đời 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 các mạng viễn thông nói trên, chính trên cơ sở này ATM hình thành và phát triển. Sự phát triển của kỹ thuật ATM là kết quả trực tiếp của các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống được hổ trợ bởi các thành tựu to lớn trong công nghệ bán dẫn và công nghệ quang điện tử. ATM có khả năng đáp ứng được một loạt các dịch vụ băng rộng khác nhau, kể cả trong lĩnh vực gia đình cũng như trong thương mại. Mà ưu điểm của nó đã được đề cập và kiến trúc mạng ATM sẽ xét ở phần sau.
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG ATM
2.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ATM:
2.2.1. Đặc Điểm Chính Của ATM:
Như đã xét trên, B.ISDN theo ITU – T dựa trên cơ sở kiểu truyền không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode). Như vậy ATM sẽ là nền tảng của B.ISDN trong tương lai.
Kiểu truyền không đồng bộ, thì dạng truyền bao gồm cả chế độ truyền dẫn và chuyển mạch, còn không đồng bộ là trong đó các gói trong cùng một cuộc kết nối có thể lập lại một cách bất thường như lúc chúng được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo một chu kỳ nào cả.
Thật vậy, hình sau biểu diễn sự khác nhau giữa dạng truyền đồng bộ STM và dạng truyền không đồng bộ.
|
Tín hiệu đồng bộ
|
|
Khung thời gian 125ms |
|
|||||||
|
|
1 |
2 |
… |
N |
|
1 |
2 |
… |
n |
|
|
Khe thời gian |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Cấu Trúc Khung Thời Gian STM
|
|
1 |
|
3 |
|
7 |
|
|
|
3 |
|
7 |
|
1 |
|
|
|
Khe thời gian Kênh không sử dụng Phần tiêu đề |
|||||||||||||||
Cấu Trúc Luồng Thông Tin Trong ATM
Trong dạng truyền đồng bộ STM, các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền. Còn trong ATM, các gói thuộc về một cuộc nối lại tương ứng với các kênh ảo cụ thể và có thể xuất hiện tại bất kỳ vị trí nào.
Chế độ truyền đồng bộ STM (Synchronons Transfer Mode):
Nó được dùng trong mạng N.ISDN không phải là mô hình tốt nhất đối với B.ISDN vì nó có nhược điểm sau:
- Không cung cấp một giao diện linh động cho B.ISDN (gồm nhiều loại ứng dụng với nhiều tốc độ truyền khác nhau từ vài Kbps đến vài trăm Mbps).
- Dùng STM để truyền dữ liệu tốc độ cao (một vài kênh H2 và H4) sẽ làm cho hệ thống chuyển mạch trở nên phức tạp.
Chính vì vậy mà chế độ truyền bất đồng bộ ATM được sử dụng cho ISDN băng rộng.
ATM có hai đặc điểm chính:
- ATM sử dụng các gói có kích thước 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 thước nhỏ cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng.
- ATM còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
2.1.2. Điều Kiện Thuận Lợi Về Công Nghệ Cho Sự Ra Đời Và Phát Triển Của ATM:
Có hai yếu tố ảnh hưởng tới ATM, đó là: Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn cũng như công nghệ quang điện tử và sự phát triển các ý tưởng về khái niệm hệ thống.
2.1.2.1. Các Tiến Bộ Về Công Nghệ:
a. 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 Mbps tới vài Gbps, độ tiêu tốn năng lượng thấp.
b. Công Nghệ Quang:
Các đường truyền dẫn quang có các ưu điểm như độ suy giảm thấp (dẫn tới khoảng cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thước nhỏ, độ mềm dẻo cơ học cao, tránh được nhiễu của trường điện tử, xác suất truyền lỗi thấp và không có nhiễu xuyên âm.
2.1.2.2. Y Tưởng Mới Về Khái Niệm Hệ Thống:
Các quan điểm mới về hệ thống được phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đó là hệ thống có độ mểm dẻo thích hợp, độ rộng băng của hệ thống phải tùy thuộc vào yêu cầu của từng dịch vụ cụ thể, các dịch vụ thời gian thực được truyền theo phương pháp chuyển mạch gói. Tuy nhiên các ý tưởng này phải thỏa mãn hai chức năng chính của mạng là tính trong suốt về mặt nội dung và trong suốt về mặt thời gian
Tính Trong Suốt Về Mặt Nội Dung:
Là chức năng đảm bảo việc truyền đúng các bit từ đầu phát đến đầu thu.
Khi mới ra đời, trong các mạng chuyển mạch gói, chất lượng truyền số liệu còn kém, do đó để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được, người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên mỗi liên kết. Việc điều khiển lỗi này được thực hiện bởi các giao thức HDLC (High – level Data Link Control) bao gồm các chức năng: giới hạn khung, đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi, sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại.
|
Đầu Cuối |
Nút Chuyển Mạch |
Đầu Cuối |
|||||||
|
3 |
Điều khiển lỗi |
3 |
3 |
Điều khiển lỗi |
3 |
||||
|
2 |
2 |
2 |
2 |
||||||
|
1 |
1 |
1 |
1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Ta thấy quá trình điều khiển được thực hiện ở lớp 2. Ơ đây quá trình điều khiển lỗi được 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 hưởng đến tốc độ xử lý chung của hệ thống.
Về sau chất lượng của hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch tăng lên nên tỷ lệ lỗi trên mạng giảm. Do vậy trên mạng chỉ cần thực hiện chức năng giới hạn khung, chức năng truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi trên cơ sở từ liên kết đến liên kết ở nút chuyển mạch, do đó khối lượng thông tin mà nút chuyển mạch cần xử lý là nhỏ. Còn chức năng khác như sữa lỗi được thực hiện trên cơ sở từ đầu cuối tới đầu cuối (End – To – End). Với sự chia thành hai lớp con 2a, 2b của lớp 2 trong mô hình OSI như ở chương 1 thì lớp 2a cung cấp các chức năng cơ bản của lớp 2, lớp 2b cung cấp các chức năng bổ sung. Hệ thống ứng dụng nguyên lý này được gọi là chuyển tiếp khung (Frame Relay)
|
Đầu Cuối |
Nút Chuyển Mạch
|
Đầu Cuối |
||||||||
|
3 |
Điều khiển lỗi đầy đủ (từ đầu cuối tới đầu cuối) |
3 |
||||||||
|
2a |
Điều khiển lỗi có giới hạn |
|
|
Điều khiển lỗi có giới hạn |
2a |
|||||
|
2b |
2a |
2a |
2b |
|||||||
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Điều Khiển Lỗi Có Giới Hạn Ơ Mạng Chuyển Tiếp Khung
Đối với B.ISDN ý tưởng về mạng này còn được mở rộng hơn nữa, các chức năng điều khiển lỗi không còn được cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạng nữa mà trong trường hợp cần thiết, sẽ được cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối. Như vậy các chức năng được thực hiện trong mạng được giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ 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 Mbps là vì vậy.
Tính Trong Suốt Về Mặt Thời Gian:
Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi được 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 bởi chuyển mạch cần xử lý nhiều công việc như xét ở trên. Do độ phức tạp của các nút chuyển mạch, chúng chỉ có thể hoạt động ở tốc độ vừa và thấp. Mạng ATM chỉ cần những chức măng 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 ms, vì vậy quan hệ thời gian được đảm bảo như trong truờng hợp chuyển mạch kênh.
2.2. LỰA CHỌN TẾ BÀO ATM LÀ THAY ĐỔI HAY CỐ ĐỊNH:
Việc lựa chọn giữa hai phương án độ dài tế bào cố định hay thay đổi được quyết định sau khi cân nhắc các ưu nhược điểm của những phương án này thông qua một loạt các yếu tố như hiệu suất băng truyền, trễ, tốc độ và độ phức tạp tại nút chuyển mạch.
2.2.1. Về Mặt Hiệu Suất Băng Truyền:
Có nhiều tác nhân khác nhau ảnh hưởng tới ưu điểm và nhược điểm của cả hai phương án đã nêu ở trên nhưng các yếu tố quan trọng nhất cần phải xem xét khi chọn lựa là hiệu quả của băng truyền dẫn, mức độ phức tạp của chuyển mạch và trễ. Ta có công thức chung để tính hiệu suất băng truyền m:
Số byte thông tin là số byte hữu ích tổng cộng cần được truyền đi.
Ta đi xét hiệu suất băng truyền trong hai phương án:
Độ dài gói cố định:
Trong trường hợp độ dài tế bào ATM cố định, hiệu suất băng truyền được tính theo công thức:
Trong đó:
hF: Hiệu suất băng truyền của tế bào có độ dài cố định
L: Kích thước trường số liệu (Payload) của gói tính bằng byte
H: Kích thước phần tiêu đề (Header)
X: Tổng số byte thông tin hữu ích được truyền.
int(z): Phần nguyên của z
Như vậy hiệu suất sẽ là tối ưu khi toàn bộ thông tin được truyền đi chia hết cho kích thước trường thông tin:
Lúc đó giá trị hiệu suất băng truyền sẽ là:
Thật vậy hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào các byte thông tin hữu ích đuợc truyền đi. Số byte thông tin hữu ích càng nhiều thì hiệu suất tối ưu càng dễ đạt được. Ta xét từng dịch vụ ATM cụ thể:
- Tiếng nói: Âm thanh tiếng nói là dịch vụ có dòng bit liên tục CBR (Continuous Bit Rate), ta chỉ có thể gửi số liệu đi khi gói được điền đầy hoàn toàn, do đó hiệu suất đạt được tối ưu.
- Tín hiệu video: Trong kỹ thuật mã hoá tín hiệu video có dải bit cố định, cũng như dịch vụ tiếng nói, hiệu suất đạt tối ưu. Nếu sử dụng kỹ thuật mã hoá tín hiệu video với tốc độ bit thay đổi với độ dài gói cố định thì thỉnh thoảng sẽ xảy ra trường hợp tế bào chưa được điền đầy hoàn toàn mà đã được truyền đi, tuy vậy các tín hiệu video có tới hàng ngàn byte nên cũng gần đạt được hiệu suất tối ưu.
- Số liệu: Đối với số liệu tốc độ thấp như số liệu đưa vào từ bàn phím, hiệu suất rất thấp, chỉ khoảng 10%. Đối với dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, trường thông tin hữu ích rất dài và cần phải cắt thành các gói cố định, hiệu suất đạt gần tới trị tối ưu.
Do luồng thông tin trong ATM gồm tiếng nói, tín hiệu video, số liệu tốc độ cao nên hiệu suất gần đạt tới giá trị tối ưu. Kể cả khi sử dụng tế bào có độ dài cố định.
Gói có độ dài thay đổi:
Đối với gói có độ dài thay đổi, các thông tin bổ sung vào phần tiêu đề bao gồm các cờ để nhận biết giới hạn gói, một vài bit được chèn thêm để nhận biết các cờ chính xác. Ngoài ra còn phải cộng thêm vào phần đầu khung phần báo hiệu độ dài gói, lúc đó hiệu suất là:
Trong đó hv là phần thông tin bắt buộc phải bổ sung thêm để báo hiệu độ dài thay đổi của gói ATM. Hiệu suất băng truyền của gói có độ dài thay đổi rất cao. Với các gói có độ dài lớn, hiệu suất này đạt tới gần 100%.
Kết luận: Xét về mặt hiệu suất truyền, nói chung gói có độ dài thay đổi tốt hơn gói có độ dài cố định. Tuy nhiên khi xem trong từng trường hợp cụ thể, ưu thế này lại rất hạn chế do luồng thông tin của mạng băng rộng sẽ bao gồm sự kết hợp của tiếng nói, tín hiệu video và số liệu, đều là những tín hiệu có dòng bit liên tục.
2.2.2. Về Mặt Tốc Độ Chuyển Mạch Và Độ Phức Tạp:
Độ phức tạp của việc chuyển mạch các gói có độ dài cố định hay thay đổi phụ thuộc vào những chức năng mà chúng cần thực hiện cũng như các yêu cầu kỹ thuật tương ứng với các chức năng này. Hai yếu tố quan trọng nhất là: tốc độ hoạt động và yêu cầu về kích thước bộ nhớ của hàng đợi.
Tốc độ hoạt động: Phụ thuộc vào số lượng các chức năng cần phải thực hiện và thời gian thực hiện các chức năng đó.
Xử lý phần tiêu đề:
Đối với các gói có độ dài cố định, khoảng thời gian cần thiết để xử lý phần tiêu đề là cố định. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, thời gian xử lý này không cố định và phụ thuộc vào độ dài gói, thông thường tốc độ xử lý cần lớn hơn rất nhiều mới đạt được tốc độ truyền tin như trong trường hợp gói có độ dài cố định. Kích thước gói càng nhỏ thì yêu cầu tốc độ xử lý càng lớn.
Bảng sau thể hiện tốc độ xử lý cần thiết trong hai trường hợp ở tốc độ 150Mbps
|
Tốc Độ (Mbps) |
Kiểu Gói |
Độ Dài Gói |
Tốc Độ Xử Lý |
|
150 |
Độ dài cố định |
48 byte dữ liệu + 5 byte |
533 ns |
|
150 |
Độ dài thay đổi |
5byte dữ liệu + 5byte tiêu đề (gói có kích thước nhỏ nhất) |
2,8 ms |
Ta thấy rằng tốc độ trong trường hợp độ dài gói thay đổi (là 2,8 ms) yêu cầu lớn hơn rất nhiều so với tốc độ trong trường hợp độ dài cố định (533 ns).
Quản lý bộ nhớ của hàng đợi:
Trong trường hợp kích thước gói cố định, hệ thống quản lý bộ nhớ có thể đưa ra các khối nhớ với kích thước cố định tương ứng với kích thước của tế bào ATM. Hoạt động này hết sức đơn giản như trong trường hợp quản lý bộ nhớ tự do. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, hệ thống quản lý bộ nhớ phải có khả năng đưa ra các khối bộ nhớ có kích thước khác nhau sao cho các hoạt động như tìm các đoạn thông tin, tìm đoạn đầu tiên, … được tiến hành ở tốc độ cao. Việc quản lý bộ nhớ tự do cũng trở nên phức tạp hơn.
Yêu cầu về kích thước hàng đợi:
Trong trường hợp độ dài gói cố định, yêu cầu về kích thước hàng đợi phụ thuộc vào tải và tỷ lệ mất gói, tải và tỷ lệ mất gói càng lớn thì yêu cầu kích thước hàng đợi cũng phải càng lớn. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, tính toán kích thước hàng đợi phức tạp hơn nhiều và sẽ phụ thuộc vào độ dài gói. Đơn giản nhất là định kích thước hàng đợi tương ứng với gói có độ dài lớn nhất, lúc đó kích thước hàng đợi sẽ lớn hơn rất nhiều so với trường hợp gói có kích thước cố định. Việc tính toán kích thước hàng đợi một cách tối ưu trong trường hợp này sẽ hết sức khó khăn.
Kết luận: Sau khi đối chiếu với yêu cầu về tốc độ hoạt động và kích thước bộ nhớ hàng đợi, giải pháp gói có kích thước cố định là hợp lý nhất đối với các dịch vụ băng rộng của ATM.
................
đa đường được xây dựng từ vài mạng chuyển mạch Banyan kết hợp lại, các mạng Banyan này được sắp xếp trên các mặt phẳng nằm song song với nhau. Tất cả các tế bào của một cuộc nối sẽ được truyền trên cùng một mặt phẳng. Một tế bào đi vào hệ thống chuyển mạch được chuyển tới mặt phẳng thích hợp nhờ những bộ phận phối được lắp ở mỗi đầu vào. Tại đầu ra của hệ thống chuyển mạch, các bộ ghép kênh sẽ thu thập các tế bào từ tất cả các mặt phẳng. Hình trên minh họa cấu trúc mạng Banyan song song.
3.4. XỬ LÝ PHẦN HEADER CỦA TẾ BÀO TRONG HỆ THỐNG CHUYỂN MẠCH:
Cần phải nhắc lại rằng nút chuyển mạch có hai nhiệm vụ chính, đó là: đọc và thay đổi giá trị số hiệu nhận dạng kênh ảo/đường ảo (VPI/VCI) và truyền các tế bào từ một đầu vào tới đầu ra cho trước. Hệ thống chuyển mạch có hai cách để thực hiện các mục tiêu trên:
- Phương pháp tự định đường.
- Phương pháp dùng bảng điều khiển.
3.4.1. Phần Tử Chuyển Mạch Tự Định Đường (Self Routing Switching Element):
Khi sử dụng phần tử chuyển mạch tự định đường, số hiệu nhận dạng VPI/VCI được đọc và dịch ở đầu vào của mạng chuyển mạch. Sau khi được đọc và dịch mỗi tế bào được bổ sung thêm phần header mở rộng dùng riêng khi truyền bên trong mạng chuyển mạch, header này nằm trước header của tế bào. Như vậy do kích thước tế bào được mở rộng cho nên tốc độ yêu cầu của mạng chuyển mạch cũng phải tăng lên.
Trong mạng chuyển mạch có k tầng, phần header mở rộng bao gồm k trường con. Trường con thứ i chứa địa chỉ đầu ra đích của phần tử chuyển mạch ở tầng thứ i. Hình sau minh họa cơ chế xử lý và mở rộng phần header của tế bào trong mạng chuyển mạch được xây dựng trên cơ sở các phần tử chuyển mạch tự định đường. Đối với các mạng chuyển mạch nhiều tầng dung lượng lớn, phương pháp chuyển mạch tự định đường rất được ưa chuộng do nó giảm nhẹ được độ phức tạp khi điều khiển. Việc tăng tốc độ cho mạng chuyển mạch là hoàn toàn khả thi trong trường hợp này.
3.4.2 Phần Tử Chuyển Mạch Dùng Bảng Điều Khiển :
Số hiệu nhận dạng VPI/VCI trong phương pháp dùng bảng điều khiển được thay đổi tại mỗi phần tử chuyển mạch trong hệ thống, do đó kích thước tế bào vẫn được giữ nguyên. Hình sau thể hiện quá trình xử lý Header tế bào trong mạng chuyển mạch sử dụng phần tử chuyển mạch có bảng điều khiển . Nội dung của bảng điều khiển được cập nhật trong giai đoạn thiết lập kết nối, mỗi phần tử của bảng bao gồm giá trị VPI/VCI mới và đầu ra tương ứng của mỗi tế bào tại mỗi tầng chuyển mạch.
3.5. CẤU TRÚC NÚT CHUYỂN MẠCH VÀ NÚT NỐI XUYÊN:
Phần này trình bày về cấu trúc của các nút chuyển mạch (ATM switch) và nối xuyên (ATM cross -connect). Như đã trình bày trong các phần trước, sự khác nhau chính của chuyển mạch và nối xuyên là ở các chức năng điều khiển. Hệ thống chuyển mạch chịu sự điều khiển của hệ thống báo hiệu trong khi đó nút nối xuyên lại được điều khiển bởi quản lý mạng.
3.5.1. Cấu Trúc Chung :
Cấu trúc chung của chuyển mạch và nối xuyên ATM được trình bày hình trên. Chúng được thiết kế theo các nguyên tắc sau:
- Hệ thống có thể được sử dụng như chuyển mạch hoặc nối xuyên. Phần cứng giữa chúng là đồng nhất, chỉ có phần mềm là khác nhau. Như vậy ta có thể thực hiện các chức năng của chuyển mạch và nối xuyên tại cùng một nút.
- Mạng chuyển mạch sử dụng nguyên tắc tự định đường.
- Các thông tin liên quan tới cuộc nối được chứa trong các đơn vị ngoại vi và liên hệ với từng cuộc nối cụ thể. Điều này cho phép khả năng thâm nhập rất nhanh vào các thông tin về cuộc nối.
- Chuyển mạch ATM không cho phép có tắc nghẽn . Điều này được hệ thống kiểm tra bằng cách gửi đi các tế bào thử bên trong nút chuyển mạch.
- Tốc độ truyền được sử dụng bên trong nút chuyển mạch không được phép thay đổi, do đó các giao diện có nhiệm vụ làm cho dòng tế bào đi vào thích hợp với tốc độ bên trong.
3.5.2. Các Khối Chức Năng Của Nút Chuyển Mạch:
Các thuê bao được nối vào mmạng chuyển mạch hoặc bộ hợp kênh thông qua khối giao tiếp thuê bao băng rộng SLMB (Subcriber Line Module Broadband), tốc độ dòng tế bào ở giao tiếp này là 155,520 hoặc 622,080 Mbit/s. Các nút chuyển mạch hoặc nối xuyên liên hệ với nhau thông qua khối trung kế băng rộng TMB (Trunk Module BroadBand), kiểu truyền ở đây có thể là SDH với tốc độ lên đến 2,4 Gbit/s. Bộ hợp kênh có nhiệm vụ tập trung dòng tế bào đến từ các thuê bao. Ngoài tác dụng chuyển mạch các tế bào, mạng chuyển mạch còn có nhiệm vụ truyền thông tin giữa các hệ thống con trong nội bộ nút. Bộ xử lý điều khiển có nhiệm vụ điều khiển hệ thống, nó có thể thực hiện các chức năng của nút chuyển mạch hoặc bộ nối xuyên.
Để tăng độ tin cậy phải có vài bộ hợp kênh, thông thường có hai mạng chuyển mạch và bộ xử lý điều khiển hoạt động song song với nhau. Tại đầu vào, dòng tế bào được gởi tới cả hai mặt phẳng (Plane). Ở đầu ra, khối giao diện đầu ra sẽ quyết định lấy dòng tế bào từ Plane nào.
3.6. Tóm tắt:
Thật vậy, do mạng ATM là mạng dựa trên kiến trúc mạng chuyển mạch, nghĩa là mạng ATM được hình thành bởi sự liên kết của các chuyển mạch độc lập nhau, chương này trình bày các vấn đề liên quan đến việc chuyển mạch tế bào ATM, bao gồm nhiệm vụ của chuyển mạch ATM, phân loại các phần tử chuyển mạch khác nhau cũng như vấn đề tắc nghẽn xãy ra bên trong phần tử chuyển mạch. Dựa trên cơ sở các phần tử chuyển mạch mà người ta xây dựng nên mạng chuyển mạch. Có hai loại mạng chuyển mạch chính là mạng một đường và mạng đa đường. Mạng đa đường hay được sử dụng hơn do xác suất tắc nghẽn trong mạng được giảm thiểu. Phần cuối của chương trình bày các phương pháp xử lý Header của tế bào ATM trong mạng chuyển mạch, cấu trúc chung của các nút chuyển mạch cũng như của bộ nối xuyên.
CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ ATM VÀ MẠNG ATM THỬ NGHIỆM TẠI VIỆT NAM
4.1. MỞ ĐẦU:
Ngày nay công nghệ ATM (Asnchronous Transfer Mode) đã phát triển đến mức độ khá hoàn hảo và ổn định. các tập đoàn công nghiệp điện tử có tên tuổi trên thế giới đều đã có nhiều chủng loại sản phẩm thiết bị ATM ở mức độ hệ thống.
Việc ứng dụng công nghệ ATM vào mạng lưới viễn thông cũng đã bắt đầu từ năm 90.
- Mạng ATM công cộng đầu tiên trên thế giới được triển khai ở Mỹ từ 1993 – 1995 mang tên WILTEL (nay là WORLDCON) gồm 19 chuyển mạch của NEC loại ATOMNET/M10.
- Mang ATM của Nhật mang tên JAPAN CAMPUS nối 22 trường đại học trên toàn lãnh thổ Nhật đã hoàn thành vào 5/1995.
- Mạng đa phương tiện của Italia mang tên SOCRATE nối 14 thành phố chủ chốt vào những năm 1995 – 1996.
Công nghệ ATM đã hoàn chỉnh đến mức:
- Mạng ATM có thể kết nối với tất cả các loại mạng hiện hữu, bao gồm IDN, N.ISDN và cả ANOLOG.
- Chuyển mạch ATM có thể thích nghi với các chủng loại tốc độ kể cả luồng E1.
Với sự hoàn thiện của công nghệ ATM, truyền dẫn SDH trên cáp quang thì việc xây dựng mạng viện thông liên kết đa dịch vụ băng rộng B.ISDN (Broadband Intergrated Services Digital Netword) là hiện thực không xa trong tương lai. Mạng viễn thông B.ISDN mở ra các siêu lộ thông tin, cung cấp dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) thỏa mãn mọi nhu cầu của xã hội thông tin ở thế kỷ 21.
Mạng viễn thông Việt Nam xét về mặt dung lượng và trình độ công nghệ là một mạng lưới phát triển nhanh so với nhiều nước. Các kết quả nghiên cứu về dự báo cho thấy, việc phát triển ISDN ở Việt Nam cũng giống như nhiều nước là xu hướng tất yếu và thuộc tương lai gần.
Việc xây dựng mạng ATM thực nghiệm; tiến tới xây dựng một mạng ATM hoàn chỉnh trên phạm vi toàn quốc là việc làm cần thiết.
4.2. MẠNG ATM THỬ NGHIỆM TẠI VIỆT NAM:
Mạng viễn thông ATM có thể cung cấp các dịch vụ băng rộng B.ISDN. Theo kinh nghiệm của nhiều nước thì bước đi ban đầu hợp lý, chuẩn bị cho mạng B.ISDN tương lai là xây dựng mạng ATM với mục đích thử nghiệm.
4.2.1. Các Mục Tiêu Của Mạng ATM Thử Nghiệm:
- Thử nghiệm việc cung cấp các dịch vụ băng rộng B.ISDN, các dịch vụ đa phương tiện (Multimedia) cho một số địa chỉ có nhu cầu.
- Bưu điện thử nghiệm tiếp thị các dịch vụ mới, dịch vụ đa phương tiện của thế kỷ 21.
- Tích lũy kinh nghiệm, đào tạo cán bộ về ATM.
4.2.2. Lựa Chọn Yếu Tố Hợp Lý Cho Mạng ATM Thử Nghiệm:
Mạng ATM thực nghiệm phải là một mạng dùng riêng, kích cỡ của mạng phụ thuộc vào khả năng tài chính, trang thiết bị, nhu cầu của khu thử nghiệm, đặc biệt là mục tiêu thử nghiệm của chủ công trình. Mạng ATM thử nghiệm phải kết nối được với mạng công cộng (PSTN) nhằm mục đích mở rộng phạm vi cung cấp dịch vụ.
Năng lực của mạng: được mở dần theo hướng đa phương tiện. Kết nối LAN, Internet, hội nghị truyền hình, truyền hình theo yêu cầu (VOD), VOA (Voice over ATM).
Địa điểm thử nghiệm: nên chọn khu vực hào hứng với việc thử nghiệm dịch vụ mới, địa dư thuận lợi cho lắp đặt thử nghiệm. Với những yếu tố như vậy, địa điểm thử nghiệm mạng B.ISDN được chọn là khu đô thị khoa học Nghĩa Đô – Cầu Giấy – Hà Nội.
4.2.3. Lựa Chọn Cấu Hình Mạng Thử Nghiệm:
Nếu là mạng dùng cỡ lớn thì có thể dùng cả 2 loại tổng đài ATM, ví dụ ATOMNET-M7 và ATOMIS-5E. Tuy nhiên, hiện nay đang là pha 1, chỉ nên dùng một tổng đài ATM là đủ. Việc chọn tổng đài cho pha 1 này, nếu có thể được nên dùng ATOMNET-M7 với lý do dung lượng chuyển mạch lớn hơn và chủng loại giao diện nhiều hơn so với ATOMIS-5E. Tuy vậy, xét về khả năng thực tế thì hiện nay viện KHKT Bưu Điện đã có ATOMIS-5E, do đó phương án hiện thực nhất là sử dụng chuyển mạch ATOMIS-5E cho chương trình thử nghiệm mạng ATM pha 1 tại khu đô thị khoa học Nghĩa Đô. Cấu hình mạng thử nghiệm được mô tả như hình sau:Từ sơ đồ mạng ta thấy, tổng đài ATOMIS-5E có thể đấu nối với các thiết bị đầu cuối sau đây:
- Đấu nối với thiết bị ATM Router để kết nối với mạng LAN. Chức năng của ATM Router là gom lưu lượng từ các mạng LAN và đấu vào chuyển mạch ATM.
- Đấu nối với thiết bị WS (Work Station) thông qua Card giao diện ATM-NIC. (Card giao diện ATM-NIC của NEC có ký hiệu ATOMIS-1E). Trong chương trình thực nghiệm này, thiết bị WS có thể dùng máy tính mạnh để làm chức năng Video Server cho dịch vụ Video theo yêu cầu VOD.
Để thực hiện dịch vụ VOD, các thiết bị đầu cuối của thuê bao có thể dùng PC mạnh đấu trực tiếp vào tổng đài ATOMIS-5E bằng cáp sợi quang MMP-OC3.
- Đấu nối với thiết bị Đầu Cuối ATM thông qua ATM-TA.
Trong chương trình thử nghiệm, các thiết bị đầu cuối của thuê bao đấu vào ATM-TA là thiết bị hội nghị điện thoại (Teleconference Terminal). (Đối với NEC thì ATM-TA có ký hiệu ATOMIS-2VAE/15/20).
- Đấu nối với thiết bị đầu cuối ATM thông qua ATM-HUB. Ưu điểm của ATM-HUB là tăng số lượng khách hàng.
- Đấu nối với ATM Modul để mở rộng chủng loại dịch vụ. (Đối với NEC thì ATM Modul có ký hiệu NEAX-7400 ICS. Từ NEAX-7400 ICS có thể nối với mạng công cộng, máy điện thoại, đường dây riêng, thiết bị ATM, ….)
- Đấu nối với mạng công cộng của hà hội.
Đấu nối với mạng ISDN Hà Nội thông qua ATM Router.
Đấu với mạng PSTN qua ATM-HUB hoặc ATM-TA, hoặc ATM Modul có ký hiệu NEAX-7400 ICS.
- Đấu nối với Internet Server qua ATM Router.
Cần chú ý rằng, nếu dùng ATOMIS-5E thì chỉ có 16 cổng 155Mbit/s vì vậy cần cân nhắc nội dung và quy mô thử nghiệm để phù hợp với dung lượng chuyển mạch của tổng đài. Nếu muốn có mạng thử nghiệm lớn hơn thì phải dùng loại ATOMNET-M7.
Trên cơ sở xác định nội dung và quy mô thử nghiệm, có thể thống kê số lượng Card ATM-NIC, ATM Router, ATM-HUB, ATM-TA hoặc ATM Modul, số lượng WS làm chức năng Server, số lượng các loại thiết bị đầu cuối ATM. Từ đó có thể lập dự án công trình thử nghiệm trên cơ sở phương án kỹ thuật về mạng ATM thử nghiệm đã đề xuất ờ hình trên.
4.3. TÓM LẠI:
Việc xây dựng mạng viễn thông ATM thử nghiệm cung cấp các dịnh vụ B.ISDN là bước đi ban đầu cần thiết để chuẩn bị cho việc phát triển mạng viễn thông cung cấp dịch vụ đa phương tiện ở thế kỷ sau, phù hợp với xu thế toàn cầu về viễn thông.
Cấu hình mạng ATM thử nghiệm trên là cấu hình hợp lý, bởi nó là cấu hình tối thiểu và khả thi.
Là cấu hình tối thiểu, nhưng đủ để triển khai nhiều dịch vụ B.ISDN.
Là cấu hình khả thi vì nó là tương đối hiện thực, bởi lẽ Viện KHKT Bưu Điện đã có tổng đài ATOMIS-5E và một số thiết bị phụ trợ khác. Ngoài ra cũng có đơn vị khác có tổng đài ATM cỡ nhỏ của nhà công nghiệp khác cung cấp, cũng có thể tổ chức mạng thử nghiệm theo cấu hình nói trên.
Với cấu hình mạng ATM thử nghiệm như vậy, có thể triển khai ở khu đô thị khoa học Nghĩa Đô, nhằm xây dựng ở Việt Nam một khu vực đi trước về công nghệ và dịch vụ viễn thông đa phương tiện như các nước khác đã thực hiện, để chuẩn bị cho viễn thông ở thế kỷ 21.
