Đề tài Nghiên cứu hệ thống ATM và ứng dụng ATM trong mạng cục bộ (ATM-LAN)

LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu về giao tiếp trao đổi thông tin đối với loài người trỏ nên không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày và nhu cầu ấy ngày càng tăng cùng với sự phát triển rất cao của trí tuệ loài người. Bắt đâu từ chiếc máy điện thoại, là một sự nhảy vọt lớn trong thông tin của loài người, con người dần dần tiến tới việc truyền dữ liệu chữ, truyền số liệu đi từ điểm này tới điểm khác. tiếp đó là việc truyền hình ảnh làm con người gắn bó với nhau hơn và bây giờ người ta muốn dùng tất cả các loại thông tin khác nhau như tiếng nói, hình ảnh, số liệu trong cùng một lúc( như cầu truyền hình) truyền từ một điểm đến nhiều điểm hoặc từ một điểm đến một điểm. Cứ mỗi lần như vậy, cùng với sự tiến bộ trong thông tin, những hệ thống thông tin cùng với sự cung cấp cho nó ngày càng lớn dần lên, nó đã và đang đặt ra những thách thức mới về mặt quản lý cho con người. Mạng dịch vụ tổ hợp số băng hẹp N - ISDN ra đời vào đầu những năm 80 như là một cứu cánh cho sự phát triển này. Nó cho phép một mạng có thể cung cấp tất cả các dịch vụ hiện có. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng nhanhvà đa dạng hoá của xã hội đòi hỏi phải cấp bách các dịch vụ truyền ảnh bao gồm cả ảnh tĩnh và ảnh động chất lượng cao và truyền số liệu, truyền file tốc độ siêu cao mà chúng yêu cầu tốc độ bít tới vài trăm Mb/s, thậm chí tới hàng chục Gb/s. Nói chung mạng ISDN băng hẹp không thể đáp ứng, thoả mãn được các yêu cầu bổ xung nêu trên. một mạng viễn thông thống nhất đáp ứng tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông và xử lý tin với tốc độ yêu cầu rất khác nhau từ một vài Kb/s đến hàng chục Gb/s, thậm chí hàng Tb/s gọi là mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) và chỉ có B- ISDN với có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện. Ngày nay một số giải pháp kỹ thuật đã được đề xuất nhằm cải thiện độ thực hiện của mạng viễn thông và tiến tới thực hiện B-ISDN. Trong số các Công nghệ thông tin khác nhau phải kể đến công nghệ quan trọng nhất đó là phương thức truyền không đồng bộ ( Asynchronous transfer Mode - ATM). ATM có thể ứng dụng trong các môi trường khác nhau như mạng LAN, mạng WAN, mạng công cộng, mạng cáp truyền hình. Do vậy ITU-T đã quyết định rằng kiểu truyền không đồng bộ ATM sẽ là phương pháp truyền cho mạng B-ISDN trong tương lai và đã đưa ra các khuyến nghị về ATM, đặt cơ sở cho mạng ATM cũng như phần lớn các tham số của nó. Tại Việt Nam hiện nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành Bưu chính Viễn thông, công nghệ ATM cũng đã bắt đầu được chú trọng nghiên cứu nhằm đáp ứng được những nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Bản đồ án này là một phần trong quá trình nghiên cứu, tìm tòi nhằm tiến tới nhanh chóng áp dụng công nghệ mũi nhọn này tại Việt Nam, nội dung chủ yếu là : nghiên cứu hệ thống ATM và ứng dụng ATM trong mạng cục bộ (ATM-LAN). Đề án gồm hai phần : Phần A: Trình bày lý thuyết chung về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM như đặc điểm chung, các dịch vụ, các tính toán để thiết lập tham số ATM, các giao thức ở các tiếp giáp khác nhau, chuyển mạch truyền dẫn. Phần B: Trình bày các ứng dụng của công nghệ ATM và đặc biệt là ứng dụng trong mạng ATM-LAN. Phần này tôi cố gắng trình bày trong phạm vi có thể về kiến thức mạng ATM-LAN, ứng dụng quan trọng của ATM là mô phỏng ATM-LAN. B-ISDN là một kỹ thuật rất mới, ATM- LAN cũng chưa được sử dụng rộng rãi do còn một số vấn đề cần giải quyết, do đó bản đồ án không tránh khỏi một số thiếu sót và nhiều vấn đề vẫn chưa được trình bày và giải quyết. Vì vật tôi rất mong được sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô và các bạn. MỤC LỤC Lời nói đầu. Phần I: Cơ sở lý thuyết chung về công nghệ chuyển tải không đồng bộ ATM. Chương I : ATM giải pháp cho các dịch vụ viễn thông băng rộng 1.1 Giới thiệu. 1.1.1 Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay. 1.1.2 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN 1.2 Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM. 1.2.1 Khái niệm cơ bản về ATM. 1.2.2 Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát triển của ATM Chưong II : Xây dựng các tham số cơ bản cho B-ISDN 2.1. Các tham số của hệ thống. 2.1.1.Tốc độ bit tự nhiên, tốc độ bit trung bình, tốc độ bit cực đại và tốc đọ truyền dịch vụ của mạng 2.1.2. Các tham số đặc trưng cho chất lượng mạng. 2.2. Lựa chọn kiểu truyền cho B-ISDN. 2.2.1. chuyển mạch kênh 2.2.2.chuyển mạch kênh đa tốc độ 2.2.3 chuyển mạch kênh tốc độ cao 2.2.4. chuyển mạch gói. 2.2.5. dạng truyền không đồng bộ ATM. 2.3. Tính toán các tham số cơ bản cho ATM. 2.3.1. Độ trễ. 2.3.2. Tỷ lệ lỗi. 2.4. Xác định độ dại cho tế bào ATM. 2.4.1. Lựa chọn giữa hai giải pháp độ dài cố định hay thayđổi 2.4.2. Lựa chọn kích thước của tế bào ATM. 2.5. Tóm tắt. Chương III : kỹ thuật mạng ATM 3.1. Mở đầu . 3.2. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN 3.3. Kỹ thuật liên kết mạng trong B-ISDN 3.3.1. Mô hình sắp xếp các lớp mạng của B- ISDN 3.3.2. Một số khái niệm có liên quan đến kênh ảo và đường ảo 3.3.3. Các ứng dụng của cuộc nối kênh ảo và đường ảo. 3.4. Cấu trúc tế bào ATM. 3.4.1.Số liệu nhận dạng kênh ảo VCD và đường ảo VPI. 3.4.2 Kiểu tế bào. 3.4.3 CLP 3.4.4HEC 3.4.5GFC 3.5 Nguyên lý chuyển mạch và báo hiệu trong ATM. 3.5.1 Nguyên lý chuyển mạch 3.5.2 Nguyên lý báo hiệu 3.6 Cấu trúc phân lớp của mạng ATM 3.6.1Tổng quan 3.6.2 Các lớp thấp trong B- ISDN 3.6.3 Các lớp cao trong B-ISDN 3.7 Mạng của người sử dụng và các vấn đề thông tin liên mạng 3.7.1Đặc điểm giao diện UNI 3.7.2Mô hình mạng CN 3.8 Tóm tắt Chương IV : hệ thống truyền dẫn trong ATM 4.1 Tổng quan 4.2 Các thiết bị truyền dẫn băng rông 4.2.1 Bộghép kênh SDH 4.2.2 Bộ phân kênh SDH 4.2.3 Bộ hân luồng thông tin đồng bộ 4.2.4 Bộ tập trung và bộ dãn ATM 4.2.5 Bộ nối xuyên ATM 4.2.6 Chuyển mạch ATM 4.2.7 Các khối dịch vụ 4.2.8 phần tử kết nối liên mạng IWU 4.3 Các chức năng truyền dẫn băng rộng 4.3.1 Tạo ra các tế bào ATM từ dong thông tin lên tục 4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM 4.3.3 Ghép kênh và tập trung dòng thông tin 4.3.4 Phân luồng và trung chuyển dòng tế bào 4.4 Mạng truyền dẫn SONET/SDH 4.5 Cấu trúc truyền dẫn băng rộng 4.5.1 Cấu trúc mạng địa phương Câu trúc mạng trung kế 4.6 Tóm tắt Phần B : tổng quan mô hình cấu trúc mạng băng rộng Chương V : tổng quan về mô hình mạng ATM 5.1 Cấu trúc mạng cục bộ 5.2 Phương tiện truyền 5.3 Quan hệ giữa phương tiện truyền và cấu trúc 5.4 Các giao thức điều khiển truy nhập phương tiện truyền 5.4.1Truy nhập ngẫu nhiên CSMA/CD 5.4.2Token BUS 5.4.3Token Ring 5.5 Kiến trúc ATM - LAN 5.6 Mô phỏng ATM - LAN Chương IV : Mô phỏng mạng ATM-LAN 6.1 Tổng quan 6.2 Kiến trúc giao thức 6.3 Mô phỏng LAN 6.3.1 Giới thiệu 6.3.2 Client và Server trên LAN mô phỏng 6.3.3 Toàn cục của mô phỏng LAN 6.3.4 Dạng khung LAN mô phỏng CHƯƠNG I : ATM GIẢI PHÁP CHO CÁC DỊCH VỤ VIỄN THÔNG BĂNG RỘNG 1.1Giới thiệu. 1.1.1.Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay. Cho đến nay các mạng viễn thông là các mạng chuyên dụng, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông để phục vụ dịch vụ đó. Ví dụ ; mạng telex : dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã 5 bit ( mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp ( từ 75 đến 300 bit/s ). Mạng điện thoại công cộng : còn gọi là mạng POTS ( plain old telephone service ), ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch qua hệ thống mạch điện thoại công cộng PSTN ( Public switched telephone network ) Mạng truyền số liệu bao gồm mạng truyền mạch gói để trao đổi giữa các máy tính dựa trên các thủ tục X25 và mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh X21. Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo 3 cách : truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV ( community antenna TV) bằng cáp đồng trục hoặc qua hệ thống vệ tinh, còn gọi hệ thống truyền hình trực tiếp DBS ( direct broadcast system ). Trong phạm vi cơ quan việc truyền số liệu giữa các máy tính được thực hiện bởi mạng cục bộ LAN ( local area network ) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, token bus và token ring Mỗi mạng trên được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác. Ví dụ : ta không thể truyền hệ thống nói qua mạng truyển mạch gói X25 vì trễ qua mạng này quá lớn. 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 mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là : Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng loại mạng . Thiếu mềm dẻo : sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh và tiến bộ trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mãnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu. Ngoài ra còn có nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán trước được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy rằng hệ thống hiện nay rất khó thích nghi yêu cầu của các dịch vụ khác trong tương lai. Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài nguyên. Vì tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng. 1.1.2.Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN Như đã nêu trên, yêu cầu có một mạng viễn thông duy nhất ngày càng trở nên bức thiết, chủ yếu là do các nguyên nhân sau : Các yêu cầu dịch vụ băng đang tăng lên Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyể mạch truyền dẫn ở tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực. Những tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu Sự phát triển của mạng ứng dụng phền mềm trong lĩch vực tin học và viễn thông. 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. So với các mạng khác, dịch vụ tổ hợp và mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm về mặt kinh tế, phát triển, thực hiện vận hành và bảo dưỡng. Sự cần thiết phải thoả mãn tính mền dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng, cũng như người quản trị mạng ( về mặt tốc độ truyền, chất lượng dịch vụ ). Khuyến nghị ITU -T121 đưa ra tổng quan về khả năng của B-ISDN như sau : B-ISDN cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch các cuộc nối cố định ( parmanent ) hoặc bán cố định ( Semi – parmanent ), các cuộc nối từ điểm tới điểm, hoặc từ điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu cố định. Cuộc nối trong B- ISDN phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện( Multimedia ), đơn phương tiện ( monomedia) theo kiểu hướng liên kết ( connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng B- ISDN là một mạch thông minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các cung cụ bảo dưỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạch rất hiệu quả. 1.2. Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM. 1.2.1. Khái niệm cơ bản về ATM. B-ISDN theo ITU-T dựa trên cơ sở truyền không đồng bộ ATM. Như vậy ATM sẽ là nền tảng của B- ISDN trong tương lai. Hình 1.1. Cấu trúc khung thời gian trong ATM Kênh1 Kênh2 Kênh n Kênh1 Kênh2 Kênhn Khe thời gian Kkung thời gian 125m Hình 1.1 : Cấu trúc khung thời gian trong STM Kênh1 Kênh5 Kênh1 Kênh1 Kênh5 Kênh1 Kênh không sử dụng Phần tiêu đề của tế bào ATM Phần thông tin của người sử dụng Hình 1.2 : cấu trúc luồng thông tin trong ATM Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ “ truyền “ bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch, do đó “ dạng truyền “ ám chỉ cả chế độ truyền dẫn và chuyển mạch thông tin trong mạng. Thuật ngữ “ không đồng bộ” giải thích cho một kiểu truyền trong đó các gói trong cùng một cuộc nối có thể lặp lại một cách bất thường như lúc chúng đựoc tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ. Để minh hoạ, hình 1.1 và 1.2 biểu diễn sự khác nhau giữa dạng truyền đồng bộ và dạng truyền không đồng bộ. Trong dạng truyền đồng bộ STM ( Synchronous transfer mode ), các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền ( Hình 1 ) trong khi ở 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 ( Hình 2). ATM còn có hai đặc điểm quan trọng Thứ nhất : 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 là cho trễ truyền và biến động trễ ( delay jitter) giảm đủ nhỏ đối với dịch vụ thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. Thứ hai : còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo ( Virtual path) 1.2.2.Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định 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. Sự phát triển các ý tưởng mới và khái niệm hệ thống . 1.2.2.1. Các tiến bộ về mặt công nghệ. Công nghệ bán dẫn : Công nghệ CMOS là công nghệ rất có triển vọng bởi độ tích hợp lớn, tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s, độ tiêu tốn năng lượng thấp. Công nghệ quang : Các đưòng truyền dẫn quang có các ưu điểm như : độ suy giảm thấp ( dẫn tói khoảng cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thước nhỏ, độ mền dẻo cơ học cao, tránh được nhiễu của trường điện từ, xác suất truyền lỗi thấp và không có nhiều xuyên âm. 1.2.2.2. Các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống. Các quan điểm mới vê hệ thống đựoc phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đó là hệ thống phải có độ mên dẻo thích hợp, độ rộng băng của hệ thống tuỳ thuộc cào yuê cầu của từng dịch vụ cụ thể, các dịch vụ thời gian thực đựoc truyền theo phương pháp truyền mạng gói. Các ý tưởng này phải thoả mãn hai chức năng chính của mạng đó là : 1 3 3 2 1 3 2 1 3 2 2 1 Điều khiẻn lỗi đầy đủ Nút chuyển mạch Đầu cuối Điều khiển lỗi đầy đủ Đầu cuôi Tính trong suốt về mặt nội dung ( Semantic transparency ). Tính trong suốt về nội dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng từ đàu phát tới đầu thu ( tức là sự chính xác về mặt nội dung ) Hình 1.3 : Điều khiển lỗi đầy đủ trên mọi liên kết của mạng Chuyển mạch gói Trong các mạng chuyển gói khi mới ra đời, chất lượng truyền số liệu còn thấp, 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 ( link by link ). Việc điều khiển lỗi nay được thực hiện bởi các thủ tục HDL ( Hight level Data Link control) bao gồm các chức năng : giới hạn khung ( frame delimiting ), đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi ( kiểm tra mã dư vòng CRC - Cyclic Redundancy Check ), sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại. Hình 1.3 trình bày thủ tục điều khiển lỗi đầy đủ của mạng chuyển mạch gói thông qua mô hình liên kết các hệ thống mở OSI. Ta thấy rằng quá trình điều khiển được thực hiện trên lớp 2. Ơ 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 rất nhiều thông tin làm ảnh hưỏng tới độ xử lý và độ tin cậy của hệ thống. 2a 2b 1 2a 1 2a 1 2b 2a 1 3 3 Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối đến đầu cuối) Đầu cuối Đầu cuối Điều khiẻn lỗi có giứa hạn Điều khiẻn lỗi có giứa hạn Hình 1.4 : Điều khiển lỗi có giới hạn ở mạng chuyển tiếp khung. 1b 2 1a 1b 1a 1b 1a 2 1b 1a 3 3 Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối đến đầu cuối) Đầu cuối Đầu cuối Hình 1.5 : chuyển mạch tế bào trong mạng ATM với các chức năng tối thiểu. Chức năng Chuyển mạch gói Chuyển tiếp khung ATM Truyền lại gói X - - Giới hạn khung X X - Kiểm tra lỗi X X - Bảng 1.1 : Các chức năng thực hiện ở nút mạng của X25 chuyển tiếp khung ATM. Đối với B- ISDN ý tưởng 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 điều khiển trong mạng được giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ ( full error control ) ở mạng chuyển gói X 25 xuống còn cực kỳ tối thiểu ở mạng ATM, do đó các nút ở ATM có độ phức tạp tối thiểu và vì thế có tốc độ truyền rất cao, có thể lên tới 600 Mbit/s ( Hình 1.5). Bảng 1.1 trình bày các chức năng được thực hiện ở tại nút mạng chuyển mạch gói thế hệ cũ và mạng chuyển mạch gói thế hệ mới ( phương pháp chuyển tiếp khung) của mạng ATM. Rõ ràng nút mạng ATM hầu như không phải xử lý thông tin điều khiển nào trong khi đó nút mạng của hệ thống chuyển gói thế hệ cũ phải xử lý rất nhiều thông tin. Độ trong suốt về mặt thời gian ( time transferency). Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi được truyền từ đầu phát tới đầu thu. Có thể phân biệt hai loại trễ : trễ do chuyển mạch và trễ do truyền 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. Do độ phức tạp của nút chuyển mạch, chúng chỉ có thể hoạt động ở tốc độ vừa và thấp. Mạng ATM chỉ cần các chức năng tối thiểu ở nút chuyển mạch , do đó nó cho phép truyền số liệu với tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến động giảm xuống còn vài trăm ms , do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợp chuyển mạch kênh. 1.3.Tóm tắt. Chương này đã trình bày các đặc điểm của các mạng viễn thông hiện hữu cũng như các hạn chế của chúng và nhu cầu dịch vụ băng rộngđang tăng lên. Từ đó vấn đề đặt ra là 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 mà 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 hỗ 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. Chương II : các tham số và đặc điểm cơ bản của B-ISDN. 2.1. các tham số của hệ thống. Sau đây sẽ trình bày một số tham số của các dịch vụ trong mạng băng rộng sau đó sẽ trình bày tới các tham số và tính toán về lỗi cũng như trễ trong mạng. Các tham số này rất quan trọng vì có thể dựa vào đó để đánh giá chất lượng mạng. 2.1.2 . Tốc độ tự nhiên, tốc độ trung bình, tốc độ bit cực đại và tốc độ truyền dịch vụ của mạng. Mạng băng rộng tương lai cần được truyền một số lượng lớn các dịch vụ, từ các dịch vụ tốc độ thấp như : đo lường từ xa, báo động từ xa, tiếng nói, fax, tới các dịch vụ tốc độ trng 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 vidio... Các dịch vụ này có tốc độ từ vài bit/s tới vài trăm Mbit/s, thời gian truyền từ vìa giây tới vài giờ ( Hình 2.1). Hình 2.1. Đặc điểm tốc độ thời gian truyền của các dịch vụ băng rộng. 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 ( the peak natural bit rate ) và tốc độ trung bình E(S(t)) được tính trong khoangr 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. Ta có công thức : S = max[s(t)] E[s(t)]= 1/T Tỷ lệ giữa E và S được gọi là đại lượng B ( Bustinss). B đặc trưng cho sự thay đổi của tốc độ dòng bit theo thời gian. Để minh hoạ cho 2 đại lượng E và S được thể hiện trên hình 2.2. B = S/ E[s(t)] S(t) (bit/s) S E[s(t)] 0 t(s) T Hình 2.2 : Đồ thị minh hoạ đại lượng S, S(t) và E. Rõ ràng tốc độ bit tự nhiên S(t) đối với mỗi phiên liênlạc, nhưng S và E(St)) như nhau đối với mỗi loại dịch vụ, bảng 2.1 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 Truền 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 Bảng 2.1 : Các đặc điểm tham số E và B của một số dịch vụ. Sau đây ta xét mối liên hệ giữa tốc độ truyền và tốc độ bit cực đại ( hay tốc độ truyền tự nhiên của dịch vụ ) và ảnh hưởng của nó đến chất lượng truyền. Từ hình 2.3 nhận thấy rằng, nếu tốc độ truyền nhỏ hơn tốc độ bit cực đại S thì chất lượng bịgiảm xuống do một số bit sẽ phải cắt bỏ để đảm bảo tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ phù hợp với tốc độ truyền. Tốc độ (bit/s) Phần bị giảm chất lượng truyền Tốc độ ruyền tren mạng Tốc độ truyền tự nhiên của dịch vụ 0 t(s) Hình 2.3 : Chất lượng giảm do tốc độ truyền nhỏ hơn tốc độ bit cực đại 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 2.4. Tốc độ (bit/s) tiêu phí độ rộng băng truyền Tốc độ truyền trên mạng Tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ 0 t(s) Hình 2.4 : Tiêu phí độ rộng băng truyền do tốc độ truyền lớn hơn tốc độ bit cực đại Qua hai thí dụ trên, có thể kết luận rằng cần phải lựa chọn tốc độ truyền thích hợp tuỳ theo yêu cầu dịch vụ. 2.1.2. Các tham số đặc trưng cho chất lượng mạng. Như đã trình bày ở 1.2.2.2 để truyền thông tin một cách tin cậy, mạng phải đảm bảo hai chỉ tiêu : Trong suốt về mặt nội dung. Trong suốt về mặt thời gian. 2.1.2.1 : Các tham số liên quan đến tính trong suốt về mặt nội dung. Tính trong suốt về mặt nội dung đảm boả cho mạng khả năng truyền thông tin một cáh chính xác từ nguồn tới đích với số lỗi cho phép. Truyền 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 tới các đích sai. Lỗi số liệu không được truyền đi ( not delivered data unit rate) : là lỗi khi số liệu không được truyền tới địa chỉ cho trước. Như vậy các loại lỗi trên đặc trưng cho tính thông suốt về mặt nội dung và gây ra một tỷ lệ lỗi tr nào đó, chúng có thể được định nghĩa bởi các tham số sau : Tỷ lệ lỗi bit : Được đặc trưng bằng tham số tỷ lệ bit lỗi BER ( bit error rate) : BER = Tổng số bit lỗi / Tổng số các bit được gửi đi Các bit lỗi có thể xảy ra riêng biệt ( lỗi đơn) hay xảy ra liên tục thành nhóm. Tỷ lệ lỗi gói : trong các mạng hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển mạng gói, một nhóm các lỗi có thể xẩy ra do một nhóm thông tin bị mất hoặc bị định đường nhầm ( misrouted). Tỷ lệ gói được đặc trưng bằng tham số tỷ lệ lỗi gói PER ( packet error rate ) : PER =Số gói bị lỗi/Tổng số gói được gửi Trong thực tế, lỗi gói thường xảy ra do hai nguyên nhân : các gói bị mất do định đường sai hoặc do tắc nghẽn ; được đặc trưng bằng tỷ lệ mất gói PLR (packet loss rate ) : PLR = Tổng số gói bị mất / Tổng số gói được gửi Các gói tới các đích không mong muốn nhưng các đích này lại chấp nhận chúng như các gói đúng. Đại lượng đặc trưng cho trường hợp này được gọi là tỷ lệ chèn gói PIR (packet insertion rate ) : PIR = Tổng số gói chèn vào đích nhầm/tổng số các gói được gửi đi Trong mạng các lỗi có thể xuất hiện ở phần truyền dẫn tại các bộ tập trung kênh hoặc tại nút chuyển mạch. 2.1.2.2 : Các tham số liên quan đến tính trong suốt về mặt thời gian. Độ trong suốt về mặt thời gian đảm bảo độ trễ đủ nhỏ cho các dịch vụ thông tin trên mạng, đặc biệt là các dịch vụ thời gian thực. Trong suốt về mặt thời gian được đặc trưng bởi hai tham số là trễ D và biến động trễ J ( delay jitter). Nói chung đội trễ D giữa đầu thu và đầu phát giữa các tế bào ATM có thể khác nhau được biểu thị bằng độ trễ cực đại DM và độ trễ cực tiểu Dm. Sự khác nhau giữa DM và Dm dẫn tới biến động trễ : J =DM-Dm. Chú ý : biến động trễ là độ trễ không đồng đều của các thông tin tới cùng một điểm cuối tại các thời điểm khác nhau. Nó dẫn tới việc khôi phục tiến hiệu không chính xác trong các dịch vụ yêu cầu thời gian thực. Theo ITU-T, nếu trễ giữa hai đầu cuối lớn hơn 25msthì phải lắp thêm các bộ khử tiếng vang. Tuy vậy trễ trong mạng phần lớn có giá trị xấp xỉ một giá trị trung bình Do nào đó, xác suất xảy ra trễ khác xa giá trị Do này rất nhỏ. Xác suất trễ 1 trễ D0 Hình 2.5 : Hàm mật độ trễ của các dịch vụ truyền trên mạng. Tham số trễ D lại chia thành hai loại gồm : Trễ truyền : Dt Trễ xử lý : Dp. Lúc đó D được tính : D = Dt + Dp Trễ Dt xảy ra tại các nút chuyển mạch và được cấu tạo vật lý của mỗi nút cũng như phương pháp xử lý thông tin cuả chúng. Theo ITU-T độ trễ trung bình trong chuyển mạch số phải nhỏ hơn 450 ms . Trong ATM, giá trị này còn bé hơn do tốc độ xử lý đã tưng lên đáng kể. Bảng 2.2 : Thể hiện tỷ lệ lỗi và trễ cho phép của các loại dịch vụ khác nhau Dịch vụ BER PLR PIR Trễ Thoại 10-7 10-3 10-3 25ms/500ms Truyền số liệu 10-7 10-6 10-6 1000ms Truyền hình quảng bá 10-6 10-8 10-8 1000ms Âm thanh chất lượng cao 10-5 10-7 10-7 1000ms Xử lý điều khiển từ xa 10-3 10-3 10-3 1000ms Bảng 2.2 : Tỷ lệ lỗi và trễ chấp nhận được đối với từng dịch vụ của mạng ATM. 2.2. lựa chọn kiểu truyền chuyển B-ISDN. Như đã trình bày trong 1.2.1 ITU-T chọn kiểu truyền không đồng bộ là dạng truyền cho B-ISDN truyền tương lai ; nguyên nhân để lựa chọn ATM như nền tảng củaB-ISDN ( đã giới thiệu sơ qua ở 1.1) sẽ rõ ràng hơn sau khi ta xem một hệ thống thông tin khác nhau. 2.2.1. Chuyển mạch kênh. Phương pháp chuyển mạch này đã được sử dụng từ lâu trong mạng điện thoại, nhày nay nó vẫn được sử dụng trong N- ISDN. Chuyển mạch kênh sử dụng phương pháp ghép kênh theo thời gian DTM ( time division multiplexing). Chuyển mạch kênh rất thiều phần mềm dẻo do các thông tin phải truyền theo một tấn số cố định dẫn tới giới hạn về mặt tốc độ và không thích hợp cho việc truyền các dịch vụ băng rộng có đặc điểm khác nhau. 2.2.2. chuyển mạch kênh đa tốc độ. Để khắc phục sự thiếu mền dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ trong chuyển mạch kênh, người ta đưa ra hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ MRCS ( Multirate circuit switching ). Các đường nối trong MRCS được chia thành 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. hệ thống chuyển mạch MRCS rất phức tạp do mỗi kênh cơ sở của một đường nối phải giữa đồng bộ với các kênh khác. Do đó ITU-T cũng không coi MRCS là giải pháp cho mạng băng rộng. 2.2.3. chuyển mạch kênh tốc độ cao. Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS ( Fast circuit suitching) chỉ được cung cấp khi thông tin được gửi đi và khi gửi xong 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 ( fast associated signalling) chư không nằm tiêu đề như trong chuyển mạch gói. Sự kết hợp giữa FCS và MRCS được gọi là hệ thống chuyển mạch nhanh đa tốc độ MRFCS ( Multirate fast circuit switching ). Tuy vậy nó cũng còn một vài nhược điểm, đặc biệt là phức tạp khi thiết kế và điều khiển một hệ thống như vậy, vì ở đây yêu cầu khả năng thiết lập và huỷ bỏ cuộc nối trong một khoảng thời gian rất ngắn. FCS và MRCS cũng không được lựa chọn làm giải pháp cho mạch băng rộng. 2.2.4. chuyển mạch gói. Để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được từ đầu cuối tới đầu cuối, cần có độ phức tạp của X25 nhằm xử lý lỗi và điều khiển luồng giữa các đường liên kết ( Link by link). Mặt khác những gói có độ dài khác nhau yêu cầu quản lý bộ đệm rất phức tạp do đó tốc độ hoạt động không cao. Trong X25 lớp hai sử dụng truy nhập đường liên kết bằng LAPB( balalced link access procedure ). LAPB được sử dụng để thực hiện các chức năng như nhận biết giới hạn khung ; chèn tách các bit chống lỗi, truyền lại các khung bị mất bằng thủ tục ARQ ( automatic repeat request) điều khiển luồng. Các hệ chuyển mạch gói sau này được cải tiến thành hai hệ thống thành chuyển mạch khung ( Frame switching) và chuyển tiếp khung (Frame relaying). Trong chuyển tiếp khung việc truyền lại các khung số liệu bị lỗi chỉ được truyền từ đầu cuối tới đầu cuối ( giữa các thiết bị đầu cuối người sử dụng). Tại nút mạng chỉ có chức năng phát hiện lỗi để huỷ bỏ các khung vì không cần thiết phải truyền các khung này, ngoài ra cũng không có chức năng điều khiển luồng hoặc phân kênh hợp kênh. Trong chuyển mạch khung, các chức năng phát hiện lỗi và điều khiển luồng vẫn còn giữa lại ở nút mạch do đó việc truyền lại khung và điều khiển luồng bằng cửa sổ trượt vẫn được thực hiện trên cơ sở các liên kết. Hai hệ thống chuyển mạch khung và chuyển tiếp khung có rất nhiều ưu điểm, tuy vậy chúng vẫn không có khả năng thực hiện các dịch vụ thời gian thực do trế lớp.’ 2.2.5.Dạng truyền không đồng bộ. Sau khi xem xét rất nhiều hệ thống khác nhau, cuối cùng ITU-T quyết định lấy ATM là mạng phục vụ cho các dịch vụ băng rộng bởi vì ATM thoả mãn được các yêu cầu đặt ra, các ưu điểm của nó là : Mềm dẻo và phù hợp với các dịch vụ trong tương lai. Có hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên. Chỉ sử dụng một mạng duy nhất cho tất cả các dịch vụ. ATM còn có các tên gọi khác như ATD( asynchronous time division ), IBCN ( intergrated broadband commulication network). 2.3. Tính toán các tham số cơ bản cho ATM. Như đã đề cập ở trên các tham số ở ATM đều được tính toán dựa trên cơ sở hai yêu chính là độ trong suốt về mặt thời gian đặc trưng bởi độ trễ và độ trong suốt về mặt nội dung, đặc trưng bởi tỷ lệ lỗi. 2.3.1. Độ trễ. Trễ khi truyền thông qua mạng ATM được quyết định bởi các phần khác nhau của mạng, mỗi phần đóng góp vào trễ tổng của mạng. Hình 2.7 trình bày trễ qua các khâu khá nhau của mạng. Chuyển mạchATM Mạng ATM Chuyển nạch ATM FD2+QD2 DD Chuyển mạchATM Chuyển nạch ATM FD2+QD2 DD Mạng đòng Bộ TD1 TD2 TD3 TD4 PD FD1+QD1 (a) Trễ trong mạng ATM thuần tuý TD1 TD2 TD3 TD4 PD FD1+QD1 (b) trễ trong mạng kết hợp giữa ATM và mạng đồng bộ Trong đó : Hình a: -PD : Trễ tạo gói -TD: trễ truyền -FD : Trễ chuyển mạch -QD: Trễ hàng đợi -DD: Trễ tháo gói Hình b: -FD: trễ của mạng đồng bộ Hình 2.7 : các loại trễ khác nhau trong mạng ATM. Trong mạng ATM thuần tuý, thông tin được đóng gói thành các tế bào và khôi phục thành các trạng thái đầu ở nơi nhận tin. Các tế bào được sử dụng khắp mọi nơi trên mạng. Ngựoc lại trong mạng kết hợp một phần của mạng hoạt động với tế bào phần khác hoạt động, với các khung thời gian. Các loại trễ bao gồm : - Trễ truyền ( TD) phụ thuộc vào khoảng cách điểm đầu và điểm cuối thông thường có giá trị từ 4-5 ms /km. Trễ tạo gói : ( PD) xảy ra khi các thông tin được đóng gói vào các tế bào. Trễ chuyển mạch cố định : (FD) xảy ra khi một tế bào ATM đi qua chuyển mạch, nó có giá trị cố định.’ Trễ hàng đợi (QD) trễ này có giá trị thay đổi xảy ra tại các hàng đợi trong hệ thống chuyển mạch. Trễ tháo gói : (DD) xảy ra tại đầu thu của mạng ATM và tại gianh giới giữa mạng ATM và mạng đồng bộ trong trường hợp kết hợp. Như vậy ta có thể tính toán trễ tổng cộng như sau : Trong mạng thuần tuý ATM : D1=STDi +SFDj + maxq¦QDj + PD Trong mạng kết hợp. D2=STDi +SFDj + maxq¦QDj + k.PD +SSD1 Trong đó : i: - Đoạn liên kết của đường truyền j: - Số chuyển mạch ATM k: - Số lần tạo gói / tháo gói giữa mạng ATM và mạng đồng bộ SD1- trễ trong các mạng đồng bộ Bảng 2.3: Trình bày trễ qua từng khâu trong mạng Tốc độ 150 Mbit/s 600 Mb/s Kích thước tế bào (byte) 16 32 64 16 32 64 TD(m) 4000 4000 4000 4000 4000 4000 FD(m) 64 128 256 16 32 64 QD(m) 200 400 800 50 100 200 PD(m) 2000 4000 8000 2000 4000 8000 SD(m) 900 900 900 900 900 900 D1(m) 6264 8528 12256 6166 8123 12364 D2(m) 9365 13828 21956 9016 13132 21364 2.3.2. Tỷ lệ lỗi. Cũng như các hệ thống khác các lỗi xảy ra trong ATM là do sự không hoàn hảo của hệ thống chuyển dẫn hoặc của hệ thống chuyển mạch. 2.3.2.1. Sự mất tế bào do lỗi ở phần tiêu đề. Lỗi truyền sẽ dẫn tới sự thay đổi không mong muốn các thông tin truyền. Nếu lỗi xảy ra ở phần số liệu của tế bào thì cả tế bào vẫn được truyền tới điểm cuối do ATM không có bất cứ một cơ chế chống lỗi nào khi truyền từ kiên kết tới liên kết. Nếu lỗi xảy ra ở phần tiêu đề thì chuyển mạch ATM sẽ không dịch nhầm phần tiêu đề này và sau đó tế bào có thể bị định đường sai. điều này xảy ra khi phần tiêu đề mang giá trị của một đường nối khác. Nếu phần tiêu đề mang một giá trị không tồn tại thì tế bào dẽ bị huỷ bỏ. Trong cả hai trường hợp đều có thể xảy ra lỗi nhân (multiplication error) do chỉ cần một bit trong phần tiêu đề cũng dẫn tới cả tế bào. Tỷ lỗi được gọi là B. 2.3.2.2. Sự mất tế bào do tràn hàng đợi. Do kích thước thích hợp của các hàng đợi trong mạng sự mất tế bào do tràn hàng đợi giảm xuống tơí giá trị chấp nhận được ,giá trị này khoảng 10-8. Việc tính toán kích thước hàng đợi được giảm nhẹ rất nhiều bởi tính chất hướng liên kết (connection - oriented))của ATM vì nó tạo khả năng đẻ mạng cho phép hoặc từ chối một cuộc nối nhỏ hơn hoặc lớn hơn tải con lại trong hàng đợi . 2.4:Xác đinh độ dài cho tế bào ATM Sau khi tính toán các tham số trễ và tỷ lệ nỗi ,ta đi đến tính toán kích thước của tế bào ATM ,cụ thể là lựa chọn các giải pháp :độ dài ttế bào là cố định hay thay đổi ra sao để cho trễ ,tỷ lệ nỗi cũng như độ phức tạp khi thực hiện là tối thiểu . 2.4.1Lựa chọn giưă 2giải pháp độ dài cố định hoặc thay đổi. 2.4.1.1: Về mặt hiệu xuất băng truyền Có hai quan điểm khác nhau về độ dài gói ,độ dài cố định hoặc thay đổi .Nhiều nhân tố khác nhau ảnh hưởng tới ưu điểm và nhược điểm của cả hai giải pháp nhưng các yếu tố quan trọng nhất cần phải xem xét khi lựa chọn 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 : h =Số byte thông tin /(Số byte thông tin + Số byte tiêu đề) Độ dài gói cố định :Trong trường hợp độ dài ATM cố định, hiệu suất băng truyền được tính theo công thức O: h = X/[(int (X/L))(L+H)] trong đó : L : Kích thước truyền số liệu của gói tính bằng byte. H : Kích thước phần tiêu đề. X : Tổng số byte thông tin hữu ích được truyền. Int(Z) : Phần nguyên của Z. Như vậy hiệu suất sẽ 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 : hFopt =L/(L+H) Người ta nhận thấy rằng hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào các byte thông tin hữu ích đựơc truyền đi, số byte thông tin hữu ích dài thì hiệu suất tối ưu càng dễ đạt được. Do luồng thông tin trong ATM gồm : tiếng nói, tín hiệu video, số liệu tốc độ cao lên hiệu suất gần đạt được 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 xung và phần tiêu đề bao gồm các “ cờ “ để nhận biết giới hạn gói một vài bit được trèn 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 : h = X/ (X+H+hv) Trong đó : hv là phần thông tin bắt buộc phải bổ xung thêm để báo hiệu độ dài gói thay đổi của gói ATM. Hiệu suất truyền của gói có độ dài thay đổi rất cao, với các gói có độ dài lớn hiệu suất này đạt gần tới 100%. Kết luận : Xét về mặt hiệu suất truyền nói chung gói có độ dài thay đểi tốt hơn là gói có độ dài cố định. Tuy nhiên khi xem xét trong từng trường hợp cụ thể, ưu thế này lại rất hạn chế do luồng thông tin của mạch 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./ 2.4.1.2. Về mặt tốc độ chuyển mạch và độ phức tạp. Độ phức tạp của việc thực hiện chuyển mạch đối với gói có độ dài cố định hay thay đổi phụ thuộc vào các chức năng của chúng cũng như các yuê cầu kỹ thuật tương ứng với các chức năng này. Hai nhân tố quan trọng nhất là tốc độ hoạt động và yêu cầu vềkích thước bộ nhớ hàng đợi. tốc độ hoạt động : Phụ thuộc vào các chức năng cần phải thực hiện và thời gian thực các chức năng đó. Xử lý phần tiêu đề : đối với các gói có độ dài cố định khoảng thời gian để xử lý phần tiêu đề là cố định. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, thời gian xử lý là không cố định và phụ thuộc vào độ dài gói. 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 trỏ lên 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 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 những 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. 2.4.1.3. trễ. Như ta đã biết trong mục 1.2.1 kích thước của gói ATM cần phải giới hạn để không phát sinh ra trễ trong mạng. Trễ tiếng nói sẽ rất lớn nếu kích thước gói lớn. 2.4.1.4. Kết luận. Trong mạng băng rộng nơi các ứng dụng chính được sử dụng là tiếng nói, tín hiệu video và gói số liệu lợi ích thu về hiệu suất truyền đối với các gói có kích thước thay đổi nhỏ hơn rất nhiều so với lợi ích thu được khi sử dụng các gói có kích thước cố định, nếu so sánh về mặt tốc độ hoạt động và độ phức tạp. Mặt khác nếu sử dụng tế bào có kích thước thay đổi thì độ dài của các tế bào này không những không thể tuỳ ý mà còn rất bị hạn chế để đảm bảo trễ nhỏ. Do đó vào năm 1988, ITU-T chọn giải pháp sử dụng tế bào ATM cố kích thước cố định. 2.4.2. lựa chọn kích thước của tế bào ATM. Sau khi đã quyết định sử dụng gói có độ dài cố định vấn đề đặt ra là chọn tế bào có kích thước bao nhiêu. kích thước củ tế bào sẽ ảnh hưởng tới các chỉ tiêu sau : Hiệu suất băng truyền. Trễ ( trễ tạo gói,trễ hàng đợi, trễ tháo gói, trễ chuyển mạch, trễ truyền dẫn...) Độ phức tạp khi thực hiện. 2.4.2.1.Hiệu suất băng truyền. Hiệu suất băng truyền được quyết định bởi tỷ lệ giữa kích thước phần tiêu đề và kích thước truyền dữ liệu càng dài thì hiệu quả càng cao ( xem 2.4.1.1.). 2.4.2.2. Trễ. Trễ của hệ thống bao gồm một số loại trễ như trễ tạo gói,trễ hàng đợi, trễ tháo gói, trễ chuyển mạch, trễ truyền dẫn...như trình bày ở mục 2.3.1. Trễ tạo gói phụ thuộc vào kích thước của trường số liệu trong tế bào. Hình 2.9 thể hiện hiệu suất truyền đối với các tế bào có độ dài khác nhau ( so sánh giữa hai tế bào H = 4 và H= 5 ) cũng như trễ tạo gói của chúng ( so sánh giữa hai tốc độ truyền tiếng nói là 64 Kbit/s và 32Kbit/s). Trễ(ms) (h%) Hiệu suất băng truyền h4 (H=4) 2 100 4 90 h 4 (H=5) 80 8 70 16 60 8 16 32 64 128 Hình 2.9 : HIệu suất truyền và trễ toạ gói đối với các trường dữ liệu có độ dài khác nhau. Trễ hàng đợi bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ giữa độ lớn của trường dữ liệu L và độ lớn phần tiêu đề. Hình 2.9 thể hiện sự phụ thuộc của trễ hàng đợi và tỷ lệ L/H. Ta nhận thấy rằng trễ bé nhất khi L/H có giá trị từ 8 - 16 tướng ứng với kích thước của tế bào từ 32 + 4 byte tới 64 + 4 byte. Trễ tháo gói được quyết định bởi biến động trễ là nguyên nhân của trễ tổng của một vài hàng đợi. Trễ tháo gói cũng bị ảnh hưởng bởi độ dài của tế bào. Trễ hàng đợi (ms) 280 32+4 64+4 128+4 240 200 160 120 80 40 L/H 0 8 10 16 20 30 32 60 Trong đó : Hiệu suất tải 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 Hình 2.10 : Trễ hàng đợi phụ thuộc vào tỷ lệ L/H với các hiệu suất tải khác nhau. Trễ toàn mạng theo khuyến nghị Q161 của ITU-T cần phải được giới hạn sao cho giá trị của nó nhỏ hơn 25ms. Nếu tổng trễ lớn hơn giá trị này thì cần phải lắp thêm bộ khử tiếng vọng. Theo kết quả nghiên cứu của ITU-T độ dài tế bào có ảnh hưởng trực tiếp tới trễ : Đối với các tế bào có độ dài tương đối ngắn ( 32 byte hoặc nhỏ hơn) thì trễ tổng rất nhỏ. đối với các gói có độ dài trung bình ở khoảng giữa 32- 64 byte, phần lớn các trường hợp ta không cần bộ khử tiếng vọng. 2.4.2.3. Độ phức tạp khi thực hiện. Độ phức tạp của hệ thống phụ thuộc vào hai thông số cơ bản đó là tốc độ xử lý và dung lượng bộ nhớ cần thiết. P M 2 P 6400 4 3200 8 16 1600 32 M 8000 Kích thước tế bào 16 32 64 128 256 (byte) Trong đó: P : thời gian xử lý một tế bào (ms). M: kích thước bộ nhớ (bit). Hình 2.11 : Sự phụ thuộc của kích thước tế bào tới thời gian xử lý và kích thước bộ nhớ. Để giới hạn tỷ lệ mất tế bào, ta cần cung cấp một hàng đợi có kích thước đủ lớn. Vì vậy kích thước tế bào càng lớn thì kích thước hàng đợi cũng phải càng lớn. Mặt khác khi có một gói tới nút chuyển mạch thì phần tiêu đề của nó cũng cần phải được xử lý ngay trong khoảng thời gian một tế bào, do đó kích thước tế bào càng lớn thì việc thời gian dành cho việc thực hiện càng nhiều và tốc độ yêu cầu càng thấp. Thí dụ trên hình 2.11, đối với tế bào 16 byte, ta chỉ cần 8000 bit hàng đợi nhưng thời gian xử lý phải nhở hơn 1 ms . đối với tế bào 256 byte ta cần hơn 64000 bit cho một hàng đời nhưng thời gian xử lý cho phép hơn 15 . Tuy vậy, tốc độ không phải là vấn đề quan trọng nhất bởi vì công nghệ hiện nay cho phép xử lý rất nhiều thông tin trong khoảng thời gian 1ms , như vậy vấn đề chính là giới hạn bộ nhớ. 2.4.2.4. Kết luận. Các giá trị độ dài ở kích thước giữa 32 - 64 byte được ưa chuộng hơn cả. Sự lựa chọn này phụ thuộc vào ba thông số chính đã đề cập ở trên. Cuối cùng ITU-T đã đạt được một thoả hiệp sử dụng tế bào có trường số liệu 48 byte và 5 byte trường tiêu đề. 2.5. tóm tắt. Trong chương II, ta đã xem xét các tham số quan trọng của mạng ATM đó là các tham số liên quan đến lỗi và trễ. Từ các tham số này cũng như các yêu cầu về dịch vụ cụ thể người ta đã xem xét và lựa chọn các tham số truyền trong mạng ATM như độ dài hàng đợi, tốc độ xử lý, kích thước tế bào ATM. Cuối cùng ITU-T chọn giải pháp tế bào ATM kích thước cố định có độ dài 53 byte, trong đó trường số liệu dài 48 byte, phần tiêu đề dài 5 byte. Chương III: kỹ thuật mạng ATM. 3.1. Mở đầu. Sau khi xét các tham số quan trọng của mạng ATM ở chương II, chương III sẽ tiếp tục đề cập tới các kỹ thuật của ATM và các chức năng của từng lớp. ở đây còn đề cập đến cấu trúc của tế bào ATM, nguyên tắc chuyển mạch báo hiệu, chức năng vận hành giám sát bảo dưỡng OAM trong mạng ATM. 3.2. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN. TE LFC Các dịch vụbăngrông Các dịch vụ cho N-ISDN có tóc độ64 Kbps Chức năng báo hiệu Giữa các nút mạng LFC TE hoặc bộ cung cấpdịchvụ Báo hiệu người sử dụng tới người sử dụng ( hoặc từ người sử dụng tới mạng ) LFC ( local function capability) các chức năng được cung cấp bởi nút chuyển mạch của bộ. TE ( terminal equipment ) thiết bị đầu cuối. Hình 3.1. Các khả năng của B-ISDN. Các đặc điểm chính của hệ thống B-ISDN được ITU-T đưa ra trong khuyến nghị I.327, theo đó các khả năng về báo hiệu, truyền dẫn của B-ISDN bao gồm : Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng. Khả năng cung cấp các dịch vụ cho N-ISDN với tốc độ cơ sở là 64 Kbit/s. Cung cấp các thủ tục báo hiệu từ người sử dụng tới mạng. Cung cấp các thủ tục báo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng . Như đã phân tích phần tử số liệu được dùng trong ATM là các tế bào ATM. chúng có độ dài cố định là 53 byte. Tính toàn vẹn của chuỗi tế bào được đảm bảo khi truyền qua mạng ATM. nói cách khác các tế bào thuộc về cùng một kênh ảo luôn được truyền theo một thứ tự nhất định. ATM sử dụng kỹ thuật hướng liên kết. Một cuộc nối ở lớp ATM bao gồm một hoặc nhiều liên kết, mỗi liên kết được gán một số liệu nhận dạng không đổi trong suốt cuộc nối. Tuy vậy, ATM cũng cung cấp thủ tục cho các dịch vụ truyền số liệu không liên kết. Các thông tin báo hiệu của một cuộc nối sử dụng một kênh truyền khác với kênh truyền thông tin của cuộc nối đó, tức là nó sử dụng một số liệu nhận dạng khác. vì vậy báo hiệu trong ATM là báo hiệu ngoài băng. 3.3. kỹ thuật liên kết mạng trong B-ISDN. 3.3.1. mô hình sắp xếp các lớp mạng của B-ISDN. B- ISDN Các chức năng lớp cao Mạng truyềnATM Các chức năng Truyền dẫn lớpATM Các chức năng truyền dẫn vật lý Mức kênh ảo VC Mức đường ảo VP Mức đường truyền dẫn Mức nhóm tách số Mức phát Hình 3.2 : Cấu trúc phân lớp mạng của ATM. 3.3.1.1. Lớp vật lý. Trong kỹ thuật liên kết mạng, lớp vật lý bao gồm 3 mức : Mức đường truyền dẫn : mức đường truyền dẫn liên kết các phần tử có chức năng lắp ghép hoặc báo thông tin hữu ích trong hệ thống truyền dẫn, thông tin hữu ích cùng với các thông tin điều khiển tạo ra một khung truyền dẫn hoàn chỉnh. Mức nhóm, tách số : các phần tử mạng có nhiệm vụ nhóm hoặc tách dòng bit liên tục được móc nối với nhau ở mức này ( nhòm hoặc tách các khung truyền dẫn thành một dòng truyền). Mức phát : là một phần tử của mức nhóm/ tách số, nó có nhiệm vụ truyền tín hiệu giữa điểm kề nhau. 3.3.1.2. Lớp ATM. Lớp ATM bao gồm 2 mức : Mức kênh ảo : là mức có chức năng truyền đơn hướng các tế bào ATM tương ứng với một giá trị nhận dạng chung duy nhất VCI. Mức đường ảo : là mức có chức năng truyền đơn hướng các tế bào ATM thuộc về nhiều kênh ảo khác nhau nhưng lại có chung một giá trị nhận dạng đường ảo VPI. Trong một đường truyền dẫn có thể bao gồm vài đường ảo VP, trong mỗi VP có một vài kênh ảo VC. Mỗi VP và VC trong đường truyền dẫn đều có một giá trị VPI và VCI riêng, số các VP và VC phụ thuộc vào độ dài của VPI và VCI trong tiêu đề của tế bào ATM. Hình 3.3 thể hiện mối quan hệ giữa VP,VC và đường truyền dẫn. VP Đường truyễn dẫn VC VC VC VC VC VC VP Hình 3.3. Mối quan hệ giữa đường ảo, kênh ảo và đường truyền dẫn. 3.3.2. Một số khái niệm liên quan tới đường ảo, kênh ảo. 3.3.2.1. Đường ảo VP và kênh ảo VC. Như đã trình bày 3.3.1.2 3.3.2.2. Liên kết kênh ảo và liên kết đường ảo. Theo ITU-T “ liên kết kênh ảo là sự truyền đơn hướng các tế bào ATM giữa điểm mà tại đó các giá trị VCI được gán vào tế bào và điểm mà các giá trị đó bị thay đổi hoặc bị xoá “. “ Liên kết đường ảo là liên kết giữa hai điểm mà tại đó giá trị VPI được gán thay đổi chuyển xoá “. 3.3.2.3. Cuộc nối kênh ảo VCC và cuộc nối kênh ảo VPC. Cuộc nối kênh ảo . Cuộc nối kênh ảo VCC là tập hợp của một số liên kết kênh ảo. Theo định nghĩa của ITU-T : “ VCC là sự móc nối của các liên kết kênh ảo giữa hai điểm truy nhập vào lớp tương thích ATM “. Thực chất VCC là một đường nối logic giữa hai điểm dùng để truyền các tế bào ATM. Thông qua VCC, thứ tự truyền các tế bào ATM sẽ được bảo toàn. Có 4 phương pháp được sử dụng để thiết lập một quốc nối kênh ảo tại giao diện giữa người sử dụng và mạng : + Việc thiết lập và giải phóng đối với các cuộc nối được thực hiện thông qua các kênh dành sẵn mà không cần các thủ tục báo hiệu. Phương pháp này được áp dụng cho các cuộc nối cố định và bán cố định. + Qua các thủ tục báo hiệu trao đổi : phương pháp này sử dụng kênh báo hiệu trao đổi ảo để thiết lập hoặc giải phóng các kênh báo hiệu aỏ thông thường. Cuộc nối kết kênh ảo Lớp ATM Lớp vật lý Liên kết kênh ảo Khối kênh ảo (OAMF5) Cuộc nối đường ảo Liên kết đườngảo Khối đườngảo (OAMF4) Đường truyền dẫn Mức đường truyền dãn (OAMF3) Nhóm /tách số Mức nhóm tách số (OAMF2) Mức phát (OAMF1) Đầu cuối của từng lớp Điểm liên kết của cac lớp Hình 3.4 : trình bày mối liên hệ giữa các lớp mạng ATM qua cuộc nối đường ảo, cuộc nối kênh ảo... + Qua thủ tục báo hiệu giữa người sử dụng và mạng, các VCC báo hiệu được sử dụng để thiết lập hoặc giải phóng các cuộc nối kênh ảo từ đầu cuối tới đầu cuối. + Qua thủ tục báo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng : Nếu một VPC đã tồn tại giữa các giao diện VNI của hai người sử dụng thì một VCC nào đó trong VPC này có thể được thiết lập hoặc giải phóng thông qua VCC báo hiệu giữa hai người sử dụng này. Cuộc nối đường ảo : Cuộc nối đường ảo VPC là sự móc nối liên kết của một số đường ảo. VPC là sự liên kết hợp logic của các VCC. Trong một VPC, mỗi liên kết kênh ảo đều có một số liệu VCI riêng, tuy vậy những VC thuộc về các VP khác nhau có thể có các VCI giống nhau. Mỗi VC được nhận dạng (duy nhất) thông qua tổ hợp hai giá trị VPI và VCI. Có hai phương pháp được sử dụng để thiết lập cuộc nối đường ảo. + Thiết lập VPC không cần đến thủ tục báo hiệu. Việc thiết lập hoặc giải phóng một VPC được thực hiện qua kênh dành sẵn. ( trên cơ sở thuê bao). + Thiết lập VPC được điều khiển bởi người sử dụng hoặc mạng. Các giá trị VPI được cung cấp bởi thiết bị của người sử dụng hoặc các điểm cung cấp dịch vụ trong mạng. 3.3.3. các ứng dụng của các cuộc nối kênh ảo, đường ảo. Các VPC và VCC được sử dụng giữa : Người sử dụng và người sử dụng. Người sử dụng và mạng. Mạng và mạng. Các tế bào tương ứng một VPC và VCC sẽ được truyền qua mạng trên cùng một tuyến. Các VCC giữa người sử dụng và người sử dụng được dùng để mang thông tin người sử dụng và thông tin báo hiệu giữa hai đầu cuối. VCC giữa người sử dụng và mạng có thể được dùng để truy cập đến các chức năng nằm ở nút chuyển mạch địa phương có liên quan tới cuọc nối ( như báo hiệu tại giao diện UNI). VCC giữa các nút mạng dùng để mang các thông tin về quản lý lưu lượng mạng định tuyến và báo hiệu tại giao diện UNI. VPC liên kết những người sử dụng cung cấp cho họ những “ ống truyền dẫn”, tổ chức các VC sẽ phụ thuộc vào ống này. những VPC giữa người sử dụng và mạng được sử dụng để kết hợp những luồng thông tin từ người sử dụng tới các phần tử của mạng như chuyển mạch địa phương. VPC giữa mạng và mạng được sử dụng để tổ chức luồng thông tin của người sử dụng theo các sơ đồ định tuyến có sẵn cho việc chuyển mạch các tuyến hay thông tin quản lý mạng. 3.4. Cấu trúc tế bào ATM. Như đã biết đặc điểm của ATM là hướng liên kết. Do đó khác với mạng chuyển mạng gói, địa chỉ nguồn và đích, số thứ tự gói ( để sắp xếp lại thứ tự các gói) là không cần thiết trong ATM. Hơn nữa do chất lượng của đường truyền rất tốt nên các cơ chế chống lỗi trên cơ sở từ liên kết tới liên kết cũng được bỏ qua. ( xem 1.2.2.2.). Ngoài ra ATM cũng không cung cấp các cơ chế điều khiển luồng giữa các nút mạng do cơ cấu điều khiển cuộc gọi của nó. Vì vậy chức năng cơ bản còn lại của phần tiêu đề truyền tế bào ATM là nhận dạng cuộc nối ảo. Phần tế bào của tiêu đề có hai dạng : một dạng là các tế bào được truyền trên giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, dạng còn lại là dạng các tế bào được truyền giữa các nút chuyển mạch ( giữa NNI). Hình 3.5 và 3.6 thể hiện cấu trúc ATM ở giao diện NNI và UNI. 3.4.1. Số liệu nhận dạng kênh ảo VCI và đường ảo VPI. Do kênh truyền ATM có thể truyền với tốc độ từ vài Kbit/s tới vài trăm Mbit/s tại một thời điểm nào đó, do đó VCI được dùng để nhận dạng các kênh được truyền đồng thời trên đường truyền dẫn. Thông thường trên một đường truyền có hàng ngàn kênh như vậy vì thế VCI có độ dài 16 bit ( tướng ứng với 65535 kênh) 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 VPI VCI VCI VCI VCI PT CLP HEC Phần dữ liệu(48 byte) GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Phần dữ liệu (48byte) Hình 3.5: Cấu trúc tế bào Tại giao diện NNI Hình 3.6: Cấu trúc tế bào Tại giao diện UNI 1 1 2 2 Byte 3 3 4 4 5 5 Do mạng ATM có đặc điểm hướng liên kết nên mỗi cuộc nối được gắn một số liệu nhận dạng VCI tại thời điểm thiết lập. Mỗi giá trị VCI chỉ có giá trị tại từng liên kết từ nút tới nút của mạng. Khi cuộc nối kết thúc VCI còn có ưu điểm trong việc sử dụng trong các cuộc nối đa dịch vụ. Thí dụ trong dịch vụ điện thoại, truyền hình, âm thanh và hình ảnh sẽ được truyền trên hai kênh có VCI riêng biệt, do đó ta có thể bổ xung hoặc huỷ bỏ một dịch vụ trong khi đang thực hiện một dịch vụ khác. VPI được sử dụng để thiết lập cuộc nối đường ảo cho một số các kênh ảo VCC. VPI cho phép đơn giản hoá các thủ tục chọn tuyến cũng như quản lý nó có độ dài 8 bit hoặc 12 bit tuỳ thuộc tế bào ATM đang được truyền qua giao diện UNI hay NNI. Tổ hợp của VCI và VPI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗi cuộc nối. Tuỳ thuộc vào vị trí đối với hai điểm cuối của cuộc nối mà nút chuyển mạch ATM sẽ định đường dựa trên gía trị của VPI và VCI hay chỉ dựa trên gí trị VPI. Tuy vậy cần lưu ý rằng VCI và VPI chỉ có ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối. Chúng được sử dụng để chọn đường trên các chặng này được dễ dàng hơn. Do số VPI và VCI quá nhỏ nên chúng không thể được sử dụng như một số liệu nhận dạng toàn cục vì khả năng xảy ra hai cuộc nối được sử dụng ngẫu nhiên cùng một số VPI và VCI là sẽ rất cao. Để khắc phục người ta cho VCI và VPI là duy nhất trên mỗi đoạn liên kết. Trên từng đoạn liên kết này, hai nút chuyển mạch sử dụng VPI và VCI như số hiệu nhận dạng cuộc nối trên mỗi đoạn đó. Khi đã qua nút chuyển mạch, VPI và VCI nhận các giá trị mới phù hợp với đoạn tiếp theo. 3.4.2. Kiểu tế bào. PT là một trường gồm ba bit có nhiệm vụ phân biệt các kiểu tế bào khác nhau như : tế bào mang thông tin của người sử dụng, tế bào mang các thông tin về người giám sát, vận hành, bảo dưỡng. Nếu bit đầu PT có giá trị thì đây là tế bào của người sử dụng. Trong loại tế bào này bít số 2 báo hiệu tắc nghẽn trong mạng và bit 3 có chức năng báo hiệu cho lớp tương thích ATM AAL ( sẽ được trình bày ở 3.6.3). Nếu bit đầu của PT có giá trị bằng 1 thì đây là tế bào mang thông tin quản lý mạng. Hình 3.7 và bảng 3.1 trình bày cấu trúc trường PT. 0 0/1 0/1 Tế bào của người bit báo hiện lớp AAL Sử dụng Bit báo hiệu tắc nghẽn “1” nếu tắc nghẽn Hình 3.7 : các cấu trúc trường PT trong tế báo mang thông tin của người sử dụng. Bảng 3.1 : Cấu trúc trường PT trong tế bào mang thông tin OAM. Dạng bit Chức năng 100 Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới liên kết 101 Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới đầu cuối 110 Tế bào quản lý tài nguyên 111 Dành sẵn cho các chức năng sau này Ngoài ra còn có hai kiểu tế bào đặc biệt là tế bào không xác định và tế bào trống. Tế bào không xác định và tế bào trống đều có đặc điểm chung là chúng không mang thông tin người sử dụng. Tuy vậy tế bào trống chỉ tồn tại ở mức vật lý còn tế bào không xác định tồn tại cả ở cả mức ATM lẫn mức vật lý ( xem 3.6.1). Tế bào không xác định được gửi đi không có thông tin hữu ích dành sẵn trên đầu phát. 3.4.3. CLP. CLP là trường dùng để phan loại các trường nối khác nhau theo mức độ ưu tiên khi tài nguyên trong mm không còn là tối ưu nữa. Thí dụ trong trường hợp quá tải, chỉ có các cuộc nối với mức ưu tiên thấp oà bị mất thông tin. Có hai loại ưu tiên khác nhau là : ưu tiên về mặt nội dung và ưu tiên về mặt thời gian. Trong chế độ ưu tiên về mặt nội dung, các tế bào có độ ưu tiên cao hơn sẽ có xác suất mất gói ít hơn, còn trong chế độ ưu tiên về mặt thời gian, vài tế bào có thể có độ trễ trong mạng dài hơn các tế bào khác. Các mức ưu tiên có thể được ấn định trên cơ sở cuộc nối ( qua mỗi VCI hoặc VPI)hoặc trên ccơ sở mỗi tế bào. trong trường hợp thứ nhất các tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có một mức ưu tiên xác định. Trong trường hợp thứ hai, mỗi tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có các mức ưu tiên khác nhau. CLP có độ dài một bit. Giá trị bit này có thể được xác lập bởi khách hàng hoặc nhà cung cấp dịch vụ dùng cho mục đích điều khiển tắc nghẽn. Các tế bào trong đó CLP =0 có mức ưu tiên cao và CLP = 1 có mức ưu tiên thấp hơn. các tế bào có CLP =1 sẽ bị loại bỏ khi xảy ra tắc nghẽn trong mạng. 3.4.4. Trường hợp điều khiển lỗi tiêu đề HEC. Tám bit cuối cùng trong phần tiêu đề của tế bào là dùng cho trường điều khiển lôĩ tiêu đề HEC chứa mã dư vòng CRC. Mã này tính toán cho 5 bit tiêu đề. Đa thức sinh ở đây được dùng là đa thức : x8 + x2 + x + 1 . Đa thức này có thể sửa toàn bộ các lỗi đơn và phát hiện ra phần lớn các lỗi nhóm. Sửa lỗi HEC là cần thiết bởi vì tế bào trong khi truyền trên mạng nếu giá trị VPI/VCI của nó sai dẫn đến được truyền đi sai đĩa chỉ. Ngoài ra như trong SONET, HEC còn được dùng để phát hiện ra biên giới giữa từng tế bào. Thực ra cũng có hai cách xử lý với HEC. Cách thứ nhất : nếu phát hiện sai, tế bào sẽ bị loại bỏ. Cách thứ hai : là sửa lại bit bị lỗi. Thực ra thì việc dùng cách thứ nhất hoặc cách thứ hai phụ thuộc vào đường truyền. Nếu đường truyền là cáp quang thì cách thứ nhất có thể áp dụng thì sẽ không quá nhiều hoặc chỉ một bit lỗi. Nhưng đối với đường truyền cáp xoắn thông thường thì dùng cách thứ nhất có thể không mang lại kết quả tốt vì nhiễu có thể tác động đến một nhóm các bit. Do phần tiêu đề bị thay đổi theo từng chặng ( thay đổi VPI/VCI) nên CRC cần kiểm tra và tính toán lại với môĩ chặng. Đa thức sinh có thể sửa toàn bộ các lỗi đơn và phát hiện ra phần lớn các lỗi nhóm. 3.4.5. GFC. Ơ giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, phần tiêu đề có vài giao diện khác biệt so với giao diện NNI. Sự khác nhau căn bản nhất là trường VPI bị rút ngắn lại còn 12 bit ( so với 16 bit ở giao diện NNI) thay vào chỗ 4 bit của VPI là trường điều khiển luồng chung GFC. ( hình 3.6). Chức năng của GFC được nêu ra truyền khuyến nghị I-150 của ITU-T. Cơ chế của GFC cho phép điều khiển luồng các cuộc nối ATM ở giao diện LNI. Nó được sử dụng để làm giảm tình trạng quá tải trong thời gian ngắn có thể xảy ra trong mạng của người sử dụng. Cơ chế GFC còn dùng cho cả các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều điểm. Khi kết hợp mạng ATM với các mạng khác như DQDB (Distributed queue Dual Bus), SMDS( Switched Multi- megabit Data Service); GFC đưa ra 4 bit nhằm báo hiệu cho các mạng này, làm thế nào để hợp kênh các tế bào của các cuộc nối khác nhau. Mỗi mạng đều có một thủ tục truy nhập riêng, do đó hầu như mỗi mạng đều phải có một logic điều khiển tương ứng để hoặc GFC thành dạng các thủ tục truy nhập của riêng nó. Do đó trong trường hợp này, GFC thực chất là một bộ các giá trị chuẩn để định nghĩa các mức độ ưu tiên của ATM đối với các quy luật truy nhập vào các mạng khác nhau. Việc buộc phải sử dụng trường điều khiển luồng chung GFC là một nhược điểm cơ bản của ATM, đó là tảoa sự khác nhau giữa các tế bào tại giao diện UNI và NNI, vì vậy các thủ tục của ATM không phải là thủ tục đồng nhất. Trong mạng sử dụng các thủ tục đồng nhất, các thiết bị viễn thông có thể được lắp đặt vào bất kỳ một nơi nào trong mạng. Trong khi đó trong ATM, ta phải chú ý xem thiết bị được lắp đặt có thích hợp với giao diện đã cho hay không. 3.5. Nguyên lý chuyển mạch và báo hiệu trong ATM. 3.5.1. Nguyên lý chuyển mạch . Hình 3.8 : Cuộc nối kênh ảo thông qua nút chuyển mạch và bộ nối xuyên. Trong mối trường ATM, việc chuyển mạch các tế bào được thực hiện trên cơ sở các giá trị VPI và VCI. Như đã nói, các giá trị VPI, VCI nói chung chỉ có hiệu lực trên một đường liên kết. Khi tế bào tới nút chuyển mạch, gía trị của VPI hoặc cả VPI và VCI được thay đổi cho phù hợp với liên kết tiếp theo. Việc chuyển mạch chỉ thực hiện trên giá trị VPI được gọi chuyển mạch VP, nút nối xuyên hoặc bộ tập trung. Nếu thiết bị chuyển mạch thay đổi cả hai giá trị VPI và VCI ( các giá trị VPI và VCI thay đổi ở đầu ra) thì nó được gọi là chuyển mạch VC hoặc chuyển mạch ATM. T D1 A D2 B a1,x2 a2,y1 a1,x1 a1,x1 VPY =y1 VCI=a1 VCI=a2 VPX=x2 VPI=x1 VPI=y2 Cuộc nối kênh ảo VCC Trong đó : - D1,D2 : Bộ nối xuyên - T : Chuyển mạch ATM - A,B : Thiết bị đầu cuối Hình 3.8 Minh hoạ cuộc nối kênh ảo VCC thông thường. T là nút chuyển mạch nơi mà giá trị VPI và VCI bị thay đổi. A và B là hai thiết bị đầu cuối; D1 và D2 là các bộ nối xuyên, nơi chỉ thay đổi giá trị VPI ; ai, xn lần lượt là các giá trị VCI, VPI tương ứng. Hình 3.9 : Sơ đồ giải thích nguyên lý chuyển mạch VP. Hình 3.10 giải thích nguyên tắc chuyển mạch VC. 3.5.2. Nguyên lý báo hiệu 3.5.2.1. Tổng quan : B-ISDN sử dụng nguyên tắc báo hiệu ngoài băng giống như của N-ISND. Trong B-ISDN, kênh ảo VC là phương tiện logic để tách các kênh boá hiệu ra khỏi kênh người sử dụng . Người sử dụng có thể có các thực thể báo hiệu khác nhau được nối với hệ thống điều khiển quản lý cuộc gọi của mạng thông qua các VC riêng rẽ. 3.5.2.2. Các yêu cầu báo hiệu trong B-ISDN Báo hiệu của B-ISDN phải cung cấp và hỗ trợ cho các dịch vụ có tốc độ 64kbit/s của N-ISDN cũng như các dịch vụ băng rộng, như vậy có ngghĩa là báo hiệu của B-ISDN phải bao gồm các chức năng báo hiệu đã có của N-ISDN theo khuyến nghị Q-931 của ITU-T, ngoài ra cần phải có các chức năng báo hiệu mới. Các chức năng báo hiệu mới của ATM có nhiệm vụ: Thiết lập (hoặc thiết lập lại ) các tham số về lưu lượng của cuộc nối Đối với các cuộc gọi đa truyền thông (multi-media) một vài đường nối cần phải thiết lập giữa hai điểm để cùng một lúc truyền tiếng nói , hình ảnh và số liệu . Lúc này báo hiệu ATM cần phải có khả năng giải phóng một hoặc vài đường nối trong cuộc gọi đồng thời bổ sung các đường nối mới. Các chức năng được thực hiện ở chuyển mạch điạ phương của các đầu cuối tham gia vào cuộc gọi đó chứ không phải các nút chuyển mạch trung gian . Trong dịch vụ thông tin hội nghị, một vài cuộc gọi nhiều đường (multi-connection) cần phải thiết lập giữa vài điểm . Lúc này báo hiệu có nhiệm vụ thiết lập và giải phóng một cuộc gọi hội nghị cũng như bổ sung hoặc loại bỏ một thành viên nào đó. Ngoài ra trong ATM, các cuộc nối không đối xứng rất quan trọng ( thí dụ như truyền chương trình TV) do đó báo hiệu trong ATM cũng cần hỗ trợ cho các cuộc nối này. Chú ý: Cuộc nối không đối xứng là cuộc nối chỉ truyền số liệu theo một chiềuhoặc truyền tốc độ thấp ở một chiều và tốc độ cao trong chiều ngược lại. 3.5.2.3.Báo hiệu trên kênh ảo SVC (signaling virtual channel ) Các thông điệp báo hiệu trong ATM được truyền trên 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 được thể hiện trên bảng 3.2 Hình 3.2: Các kênh báo hiệu trên giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI Kiểu SVC Hướng Số SVC/UNI Kênh báo hiệu trao đổi 2 hướng 1 kênh SVC truyền thông chung Đơn hướng 1 kênh SVC truyền thông có lựa chọn Đơn hướng có thể một hoặc một vài kênh SVC từ điểm tới điểm 2 hướng một kênh trên mỗi điểm cuối báo hiệu Kªnh b¸o hiÖu trao ®æi (Meta - signalling SVC-MSVC) trªn mçi giao diÖn UNI cã mét kªnh MSVC. MSVC cè ®Þnh vµ ®­îc truyÒn theo hai h­íng. Nã lµ mét kiÓu kªnh qu¶n lý giao diÖn ®­îc sö dông ®Ó thiÕt lËp, kiÓm tra vµ gi¶i phãng c¸c kªnh SVC tõ ®iÓm tíi nhiÒu ®iÓm vµ c¸c SVC truyÒn th«ng cã lùa chän. Kªnh b¸o hiÖu tõ ®iÓm tíi ®iÓm (point to point SVC). Kªnh b¸o hiÖu ®iÓm tíi ®iÓm ®­îc dïng ®Ó thiÕt lËp ®iÒu khiÓn vµ gi¶i phãng c¸c cuéc nèi kªnh ¶o VCC cña ng­êi sö dông. Nã lµ kªnh b¸o hiÖu hai h­íng. Kªnh b¸o hiÖu truyÒn th«ng (broadcast SVC-BSVC) BSVC lµ kªnh b¸o hiÖu ®¬n h­íng (tõ m¹ng tíi ng­êi sö dông), nã ®­îc dïng ®Ó göi c¸c th«ng ®iÖp b¸o hiÖu cho tÊt c¶ c¸c ®iÓm cuèi nh­ trong tr­êng hîp SVC truyÒn th«ng chung (General Broadcast SVC) hoÆc cho mét sè ®iÓm cuèi ®­îc ®Þnh tr­íc trong tr­êng hîp truyÒn th«ng cã lùa chän (Selective Broadcast SVC). Ở truyền thông có lựa chọn, tín hiệu báo hiệu được 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 báo hiệu ảo được thiết lập từ trước (bởi MSVC). Trong cấu hình truy cập báo hiệu từ điểm tới nhiều điểm, một kênh báo hiệu trao đổi được xử lý để quản lý các SVC. Kênh báo hiệu trao đổi không được sử dụng trong trường hợp báo hiệu giữa các nút mạng. Trong trường hợp một ví dụ liên kết giữa hai nút mạng có chứa một số kênh ảo báo hiệu SVC thì các giá trị VCI bổ sung cho báo hiệu trên VP này sẽ được thiết lập từ trước (pre – established) 3.6.Cấu trúc phân lớp của mạng ATM 3.6.1 Mô hình tham chiếu thủ tục B-ISDN: Cấu trúc phân lớp logic được sử dụng trong ATM đựa trên mô hình tham chiếu liên kết các hệ thống mở OSI. Mô hình ATM sử dụng khái niệm các lớp và các mặt phẳng riêng rẽ cho từng chức năng riêng biệt như chức năng dành cho người sử dụng, chức năng điều khiển quản lý mạng. Khái niệm này được gọi là mô hình tham chiếu thủ tục B-ISDN (B-ISDN protocol refrence model hay B-ISDN- PRM). B-ISDN- PRM có cấu trúc phân lớp từ trên xuống, bao gồm các chức năng truyền dẫn, chuyển mạch, các thủ tục báo hiệu và điều khiển, các ứng dụng và dịch vụ. Mô hình tham chiếu thủ tục B-ISDN bao gồm 3 mặt phẳng được trình bày như trên hình 3.11, các mặt phẳng đó là: mặt phẳng quản lý, mặt phẳng của người sử dụng và mặt phẳng điều khiển (hay báo hiệu) Mặt phẳng quản lý: Bao gồm 2 chức năng chính là chức năng quản lý lớp (layer management) và chức năng quản lý mặt phẳng (plane management) tất cả các chức năng liên quan tới toàn bộ hệ thống (từ đầu cuối tới đầu cuối) đều nằm ở mặt phẳng quản lý. Nhiệm vụ của nó là tạo sự phối hợp làm việc giữa những mặt phẳng khác nhau. Trong khi chức năng quản lý mặt phẳng không có cấu trúc phân lớp thì chức năng quản lý lớp lại đưọc chia thành các lớp khác nhau nhằm thực hiện các chức năng quản lý có liên quan tới các tài nguyên và thông số nằm ở các thực thể có thủ tục (như báo hiệu chẳng hạn). Đối với mỗi lớp, quản lý lớp xử lý dòng thông tin OAM tương ứng, sẽ được trình bày trong 3.8.2 Mặt phẳng người sử dụng: Nhiệm vụ của mặt phẳng này là để truyền thông tin của người sử dụng từ điểm A tới điểm B trên mạng. Tất cả các cơ chế có liên quan như điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn, chống lỗi đều thực hiện ở mặt phẳng này, nó cũng có cấu trúc phân lớp, mỗi lớp thực hiện một chức năng riêng biệt liên quan đến việc cung cấp dịch vụ cho người sử dụng. Mặt phẳng điều khiển (hoặc báo hiệu): Mặt phẳng điều khiển cũng có cấu trúc lớp. Mặt phẳng này có nhiệm vụ thực hiện các chức năng điều khiển đường nối (connection control) và cuộc gọi (call control). Chúng thực hiện các chức năng báo hiệu có liên quan tới việc thiết lập, giám sát và giải phóng đường nối hoặc cuộc gọi. 3.6.2: Cấu trúc chức năng của ATM Cấu trúc tham chiếu chức năng của ATM chỉ ra các chức năng được thực hiện bởi mạng của mỗi lớp cụ thể trên B-ISDN- PRM. Bảng 3.3 trình bày các chức năng đó: Q u ả n l ý m ạ n g Các lớp cao hơn A A L CS Nhận /gửi các PDU tới các lớp cao hơn và tạo dạng CS – PDU Kiểm tra sự khôi phục chính xác các CS-PDU Phát hiện sự mất các tế bào của CS-PDU Cung cấp một vài chức năng AAL trong phần tiêu đề CS – PDU Chèn một vài tế bào bổ sung vào CS – PDU Điều khiển luồng, gửi các thông điệp trả lời hoặc yêu cầu truyền lại các tế bào lỗi SAR Tạo các tế bào từ CS-PDU, khôi phục các CS-PDU từ tế bào Tạo ra trường kiểu đoạn như BOM, COM, EOM, SSM Kiểm tra mã dư vòng CRC của trường dữ liệu của tế bào Tạo ra 2 byte tiêu đề và 2 byte cuối của SAR-PDU ATM Điều khiển luồng chính Tạo ra hoặc tách phần tiêu đề của tế bào Đọc và thay đổi phần tiêu đề tế bào Thực hiện phân kênh/hợp kênh các tế bào Lớ p Lớp vật lý Lớp con hội tụ truyền Thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống Tạo và kiểm tra mã HEC Nhận biết giới hạn tế bào Biến đổi dòng tế bào thành các khung phù hợp với hệ thống truyền dẫn Phát/khôi phục các khung truyền dẫn Lớp con đường truyền vật lý Đồng bộ bit Thu phát số liệu Bảng 3.3: Chức năng các lớp của B-ISDN Ở đây: AAL là lớp tương thích ATM PDU: đơn vị số liệu thủ tục CS: Lớp con hội tụ truyền dẫn SAR: Lớp con tạo và tháo tế bào 3.6.2. Các lớp thấp trong B-ISDN 3.6.2.1. Chức năng lớp vật lý: Lớp vật lý được chia thành hai lớp con đường truyền vật lý và lớp con hội tụ truyền 3.6.2.1.1. Lớp con đường truyền vật lý là lớp thấp nhất, các chức năng của nó hoàn toàn phụ thuộc vào môi trường vật lý cụ thể. Lớp này cung cấp các khả năng truyền dẫn bit, noá cũng làm nhiệm vụ mã hoá đường truyền và nếu cần thiết thực hiện biến đổi quang điện. Lớp con PM còn có nhiệm vụ đồng bộ bit. Trong chế độ hoạt động bình thường, các bit đồng bộ trên đường truyền thường dựa vào các bit đồng bộ thu được qua giao diện, tuy vậy hệ thống cũng có thể sử dụng hệ thống đồng bộ riêng của mình. Mạng B-ISDN trong tương lai sẽ chủ yếu sử dụng các đường truyền dẫn là cáp quang, kể cả mạng trung kế và mạng truy nhập ATM. Các tế bào của người sử dụng, các tế bào báo hiệu và OAM (trừ tế bào OAM ở lớp vật lý) có tốc độ là 149,760 Mb/s trong trường hợp giao diện 155,520 Mb/s. Đối với giao diện 622,080 Mbit/s, tốc độ thực tế của dòng thông tin hữu ích là 599,040 Mb/s (bằng 4 lần 149,760 Mb/s ) 3.6.2.1.2 Lớp con hội tụ truyền (transmission convergence – TC) Lớp con hội tụ truyền là lớp con thứ hai thuộc về lớp vật lý. Nó có 5 chức năng sau: Khi thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống (call rate decoupling). Khi không có các tế bào chứa thông tin hữu ích, tế bào không xác định hoặc tế bào OAM ở mức vật lý thì các tế bào trống sẽ được truyền trên các đường truyền để cho tốc độ dòng các tế bào phù hợp với tốc độ truyền dẫn cho trướccủa đường truyền. Mỗi octec của tế bào trống trong phần trường thông tin sẽ là 01101010, cấu trúc của phần tiêu đề của tế bào trống được thể hiện trong bảng 3.4 octet1 octet 2 octet3 octet 4 octet 5 0000000 00000000 00000000 00000001 Mã HEC Bảng 3.4: Cấu trúc phần tiêu đề của tế bào trống Tạo và kiểm tra mã HEC: ở đầu phát, mã HEC được xác định bởi 4 octet đầu trong phần tiêu đề của tế bào ATM, kết quả tính toán được đưa vào octet thứ 5 . Giá trị HEC là phàn dư cho phép chia môđun 2 của tích 4 octet đầu tiên nhân X8 với đa thức sinh X8 + X2 +X +1. Đa thức sinh trên có khả năng sửa các lỗi bit đơn và phát hiện lỗi chùm ở tiêu đề của tế bào. 2 khả năng này được sử dụng ở đầu thu theo giản đồ trạng thái được mô tả ở hình 3.12. Bình thường đầu thu được đặt ở chế độ sửa sai. Khi phát hiện ra một lỗi đơn trong tiêu đề của tế bào ATM thì lỗi này sẽ được sửa. Nếu xuất hiện lỗi nhóm thì cả tế bào sẽ bị huỷ. Trong cả hai trường hợp, sau khi tìm ra được lỗi đơn hoặc lỗi chùm, hệ thống tự động chuyển qua chế độ phát hiện lỗi. Ở trạng thái này, khi có lỗi đơn hoặc lỗi chùm xuất hiện thì tế bào sẽ bị huỷ. Hệ thống duy trì ở chế độ phát hiện lỗi cho tới khi không tiếp tục phát hiện ra tế bào lỗi nữa, lúc đó nó sẽ tự động quay trở lại chế độ sửa sai Chế độ sửa sai Chế độ phát hiện lỗi phát hiện ra lỗi (gói bị huỷ) Phát hiện ra lỗi nhóm (gói lỗi bị phá huỷ) Không phát hiện thấy lỗi phát hiện ra lỗi đơn(sửa sai) không có lỗi Nhận biết giới hạn tế bào (cell delimition): chức năng này cho phép bên thu nhận biết giới hạn của một tế bào. Sự nhận biết này dựa trên cơ sở sự tương quan của các bit tiêu đề và mã HEC tương ứng. Trong cơ chế nhận biết giới hạn tế bào, đầu tiên trạng thái HUNT thực hiện việc kiểm tra từng bit của tiêu đề tế bào vừa nhận được, nếu luật mã hoá HEC được tuân thủ, có nghĩa là tế bào không bị lỗi thì hệ thống hiểu rằng phần tiêu đề đã được nhận dạng đúng và chuyển sang trạng thái PRESYNCH. Ở PRESYNCH hệ thống thực hiện kiểm tra liên tục mã HEC của các tế bào liên tiếp. Nếu ở lần liên tiếp mã HEC được nhận biết là đúng thì hệ thống chuyển sang trạng thái SYNCH, nếu không nó trở lại trạng thái HUNT. Từ trạng thái SYNCH, hệ thống lại quay về HUNT nếu tìm ra a lần liên tiếp mã HEC sai (xem hình 3 vấn đề đặt ra là làm sao nhận biết được điểm bắt đầu của tế bào) Hình 3.13: Cơ chế nhận biết giới hạn khung HUNT PRESYNCH SYNCH HEC đúng Kiểm tra từng bit Kiểm tra từng tế bào HEC sai a lần mã HEC a lần mã HEC sai đúng Biến đổi dòng tế bào thành các khung truyền dẫn (transmission frame adaption). Tại đầu phát , chức năng này có nhiệm vụ làm cho dòng tế bào tới từ các lớp trên thích ứng với các cấu trúc khung số liệu được sử dụng trong hệ thống truyền dẫn. Tại đầu thu, dòng tế bào được khôi phục lại từ các khung truyền dẫn. Các hệ thống truyền dẫn thường được dùng là hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH và hệ thống truyền dẫn dựa trên cơ sở các tế bào. Chức năng dưới cùng trong lớp con TC là phát và khôi phục các khung truyền dẫn. Nó có nhiệm vụ tạo ra các khung truyền dẫn và ghép các tế bào ATM vào những khung này. Kích thước khung truyền dẫn phụ thuộc vào tốc độ truyền. Tại đầu thu các khung truyền dẫn được nhận biết và khôi phục lại. Từ các khung này ta có thể khôi phục lại dòng tế bào ATM. Cấu trúc các khung truyền có thể khác nhau tuỳ thuộc vào từng hệ thống truyền dẫn cụ thể. Trong chế độ truyền SDH các tế bào ATM được đóng vào các khung truyền gọi là “container”, phần đầu của các “container” này chứa các thông tin điều khiển. Hình 3.14a minh hoạ khung SDH ở giao diện 155,520 Mbit/s. SOH AU4-PTR SOH B3 C2 G1 F2 H4 Z3 Z5 J1 Z4 3 byte 1 byte 5 byte 9 octet 261 octet STM-1 Trong phương pháp truyền khung trên cơ sở tế bào, các tế bào ATM được truyền liên tục mà không tuân theo các khung thời gian như kiểu truyền đồng bộ. Trên đường truyền, cứ nhiều nhất sau 26 tế bào hữu ích lại có một tế bào ở lớp vật lý được chèn vào, mục đích là để làm dòng tế bào truyền phù hợp với tốc độ bit đã cho của giao diện. Tỷ lệ 26 : 27 tương ứng với tỷ lệ 149,760 Mbit/s :155,520 Mbit/s và 599,040 Mbit/s : 622,080 Mbit/s do đó nó đáp ứng được yêu cầu về tính tương thích với đường truyền (xem hình 3.14b) k<=26 Tế bào lớp vật lý 1 2 .......... k Tế bào lớp vật lý 2 tế bào ở lớp vật lý Hình 3.14b : Cấu trúc giao diện dựa trên cơ sở tế bào 3.6.2.2. Chức năng lớp ATM: Điều khiển luồng chung (GFC) : như đã trình bày, chức năng điều khiển luồng chung GFC chỉ có ở giao diện giữa mạng và người sử dụng UNI. Nó cung cấp các thủ tục điều khiển luồng thông tin tới từ mạng của người sử dụng CN (customer network )hoặc từ các thuê bao. GFC còn có thể được sử dụng để giảm bớt tình trạng quá tải tức thời của mạng. Tạo và tách trường tiêu đề của tế bào: Chức năng này được thực hiện ở điểm kết thúc hoặc bắt đầu của dòng thông tin lớp ATM. Tại đầu phát sau khi nhận được phần dữ liệu 48 byte từ lớp AAL, phần tiêu đề sẽ được ghép vào trường dữ liệu này trừ byte HEC. Các giá trị VPI và VCI sẽ được tạo ra dựa trên số liệu nhận dạng của điểm truy nhập dịch vụ SAP (Service Access Point). Tại đầu thu trường tiêu đề được tách ra khỏi tế bào ATM, chỉ có trường thông tin 48 byte được gửi tới lớp AAL. Tại đây, giá trị VPI và VCI được dùng để nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ. Đọc và thay đổi giá trị VPI, VCI: Thay đổi giá trị VPI và VCI là chức năng cơ bản của chuyển mạch ATM. Nó được thể hiện ở nút chuyển mạng hoặc nối xuyên trong mạng. Trong nút nối xuyên, mỗi giá trị VPI của tế bào đến đầu vào sẽ nhận được một giá trị mới ở đầu ra, giá trị VCI được giữ nguyên. Mặt khác tại nút chuyển mạch ATM, cả VPI và VCI đều được thay đổi. Phân kênh và hợp kênh các tế bào: Tại đầu phát các tế bào thuộc về kênh ảo VC và đường ảo VP khác nhau sẽ được hợp kênh thành một dòng tế bào duy nhất. Tại đầu thu, dòng tế bào ATM được phân kênh đường ảo độc lập để đi tới thiết bị thu. 3.6.3.Lớp cao trong B-ISDN: 3.6.3.1.Chức năng và phân loại AAL: Lớp AAL có nhiệm vụ tạo ra sự tương thích giữa các dịch vụ được cung cấp bởi lớp ATM với các lớp cao hơn. Thông qua lớp AAL, các đơn vị số liệu thủ tục PDU ở các lớp cao hơn được chia nhỏvà đưa vào trường dữ liệu của tế bào ATM. AAL được chia nhỏ thành hai lớp con là lớp con thiết lập và tháo tế bào SAR (Segmentation and Reassembly) và lớp con hội tụ (Convergence sublayer). Chức năng chính của SAR là chia các PDU của lớp cao hơn thành các phần tương ứng với 48 byte của trường dữ liệu trong tế bào ATM tại đầu phát. Tại đầu thu SAR lấy thông tin trong trường dữ liệu của tế bào ATM để khôi phục lại các PDU hoàn chỉnh. Lớp con SC phụ thuộc loại dịch vụ. Nó cung cấp các dịch vụ của lớp AAL cho các lớp cao hơn thông qua điểm truy nhập dịch vụ SAP (Service Access Point). Để giảm thiểu các thủ tục của lớp AAL, ITU-T chia AAL thành 4 nhóm khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm của chúng. Sự phân nhóm các lớp AAL này chủ yếu dựa trên 3 tham số là: mối quan hệ về mặt thời gian, tốc độ bit và dạng truyền (hay kiểu liên kết ). Bảng 3.4 trình bày sự phân loại này Bảng 3.4: Bảng phân loại các nhóm AAL Nhóm A Nhóm B Nhóm C Nhóm D Mối quan hệ thời gian giữa nguồn và đích Có yêu cầu Không yêu cầu Tốc độ truyền Không đổi Thay đổi Kiểu liên kết Hướng liên kết Không liên kết Nhãm A (m« pháng chuyÓn m¹ch kªnh): phôc vô c¸c dÞch vô yªu cÇu thêi gian thùc, tèc ®é truyÒn kh«ng ®æi kiÓu truyÒn h­íng liªn kÕt. C¸c dÞch vô thuéc vÒ lo¹i nµy th­êng lµ tiÕng nãi vµ tÝn hiÖu video cã tèc ®é kh«ng ®æi. Nhãm B: Lµ c¸c dÞch vô thêi gian thùc, tèc ®é truyÒn thay ®æi, kiÓu truyÒn h­íng liªn kÕt. C¸c dÞch vô cña nã th­êng lµ tÝn hiÖu audio vµ video cã tèc dé thay ®æi. Nhãm C: lµ c¸c dÞch vô kh«ng yªu cÇu thêi gian thùc tèc ®é truyÒn thay ®æi, ph­¬ng ph¸p truyÒn h­íng liªn kÕt vµ b¸o hiÖu. Nhãm D: Bao gåm c¸c dÞch vô kh«ng yªu cÇu thêi gian thùc, tèc ®é thay ®æi, kiÓu truyÒn kh«ng liªn kÕt. §­îc sö dông cho c¸c dÞch vô truyÒn sè liÖu kh«ng liªn kÕt. Dùa vµo ph©n lo¹i trªn ITU - T ®­a ra mét vµi kiÓu AAL. Sau ®©y ta sÏ lÇn l­ît xem xÐt tõng lo¹i. 3.6.3.2. C¸c lo¹i AAL 3.6.3.2.1: AAL kiÓu 1 AAL kiÓu 1 phôc vô cho c¸c dÞch vô thuéc nhãm A bëi v× nã thu hoÆc ph¸t c¸c ®¬n vÞ sè liÖu dÞch vô SDU (Service data unit) cña líp trªn ë thêi gian thùc víi tèc ®é truyÒn kh«ng ®æi. C¸c chøc n¨ng c¬ b¶n cña AAL 1 bao gåm ph©n t¸ch vµ t¹o l¹i (Segmentation and reassembly ) th«ng tin cña ng­êi sö dông, xö lý trÔ truyÒn vµ t¹o tÕ bµo, xö lý lçi khi mÊt hoÆc chÌn nhÇm tÕ bµo, kh«i phôc ®ång bé ë ®Çu thu, ph¸t hiÖn lçi ë tr­êng th«ng tin ®iÒu khiÓn tÕ bµo vµ kh«i phôc l¹i cÊu tróc th«ng tin t¹i bªn nhËn. Líp con SAR: 4 bit 4 bit 47 byte SN SNP Tr­êng d÷ liÖu cña SAR – PDU C SC CRC P Tiêu đề SAR – PDU C: bit CSI Hình 3.15: Dạng SAR – PDU của AAL kiểu 1 Đơn vị số liệu thủ tục SAR - PDU gồm có 48 byte. Octet đầu tiên là trường thông tin điều khiển thủ tục PCI. PCI bao gồm 4 bit chỉ thứ tự SN (sequence number) và 4 bit mã chống lỗi SNP (sequence number protection ) cho SN. Trường SN lại được chia nhỏ thành bit báo hiệu lớp con hội tụ CSI (Convergence Sublayer Indication) và 3 bit đếm thứ tự SC (Sequence counted). Hình 3.15 thể hiện dạng SAR- PDU của AAL 1. Giá trị SC tạo ra khả năng phát hiện các tế bào bị mất hoặc truyền nhầm. Bit CSI có thể được sử dụng để truyền thông tin đồng bộ hoặc các thông tin về cấu trúc dữ liệu. Trường SNP chứa mã CRC để phát hiện và sửa lỗi cho SN, bit cuối cùng là bit P (parity) kiểm tra chẵn lẻ cả 7 bit đầu của PCI. Lớp con CS: Các chức năng lớp con CS hoàn toàn phụ thuộc vào dịch vụ, bao gồm mộtt số chức năng cơ bản như xử lý giá trị trễ tế bào, xử lý các tế bào bị mất hoặc chèn nhầm sửa lỗi theo cơ chế FEC, khôi phục đồng bộ theo phương pháp đánh dấu thời gian dư đồng bộ SRTS (Synchronous residual time stamp ). Trong phương pháp STRS, mối thời gian dư (residual time stamp), được sử dụng để đo đạc và mang thông tin về độ khác nhau giữa đồng hồ đồng bộ chung lấy trong mạng và đồng hồ của thiết bị cung cấp dịch vụ. 3.6.3.2.2. AAL kiểu 2 AAL kiểu 2 sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ thay đổi được truyền theo thời gian thực (thuộc về nhóm B). Các chức năng của AAL 2 vẫn chưa được định nghĩa rõ ràng. Tuy vậy có thể cho rằng AAL 2 được phát triển từ AAL 1, nó có các chức năng sau: Trao đổi số liệu có tốc dộ thay đổi giữa các lớp cao hơn với lớp ATM, xử lý trễ tế bào, phân tách và khôi phục lại thông tin cho người sử dụng, xử lý các loại lỗi tế bào cũng như tách tín hiệu đồng bộ đầu thu. 3.6.3.2.3. AAL kiểu 3/4 AAL kiểu 3/4 được phát triển từ AAL 3 (phuục vụ cho các dịch vụ loại C) và AAL 4 (phục vụ cho các dịch vụ loại D). Ngày nay 2 kiểu AAL trên hợp lại thầnh AAL 3/4 thoả mãn các dịch vụ thuộc loại C và D. Hình 3.16 là cấu trúc chính của AAL 3/4 trong đó lớp con CS được chia thành 2 phần là phần chung CPCS (common part CS ) và phần phụ thuộc dịch vụ SSCS (service specific CS). SSCS CS CPCS SAR SAR -SAP: điểm truy cập dịch vụ -CS: lớp con hội tụ -AAL 3/4 cung cấp 2 kiểu dịch vụ cơ bản là dịch vụ kiểu thông điệp (message mode service) để truyền các số liệu được đóng thành khung (như các khung HDLC) và dịch vụ kiểu dòng bit để truyền số liệu ở tốc độ thấp với yêu cầu trễ nhỏ AAL - SDU CS - PDU 48 octet SAR-PDU số liệu Phần đuôi của CS - PDU Khối đệm Phần tiêu đề của SAR – PDU Phần tiêu đề của CSPDU Phần đuôi của SAR – PDU Không sử dụng Hình 3.17: Dịch vụ kiểu thông điệp 48 octet Hình 3.18: Dịch vụ kiểu dòng bit Trong dịch vụ kiểu thông điệp, một đơn vị số liệu dịch vụ AAL - SDU được truyền trong một hoặc vài SAR - PDU lại được tạo ra từ các CS - PDU này. Hình 3.17 minh hoạ phương pháp này. Trong dịch vụ kiểu dòng bit, một vài AAL - SDU có kích thước cố định được truyền trong một CS - PDU (hình 3.15) Hai thủ tục hoạt động đẳng cấp (peer to peer )được sử dụng cho cả hai kiểu dịch vụ trên, đó là hoạt động có bảo đảm (assured operation) và hoạt động không bảo đảm (none - assured operation). Trong hoạt động có bảo đảm, các AAL - SDU bị mất hoặc có lỗi sẽ được truyền lại. Ở hoạt động không bảo đảm không có việc truyền lại gói. Lớp con SAR: Nói chung các CS - PDU có độ dài thay đổi, vì vậy SAR – PDU bao gồm 44 octet là số liệu của CS - PDU. 4 octet còn lại được dành cho các trường thông tin điều khiển. Trường kiểu đoạn ST (Segment type) có độ dài 2 bit, nó chỉ ra loại của CS - PDU có chứa trong SAR - PDU như : phần đầu của CS - PDU BOM (beginning of message), phần cuối EOM (End of message) và các CS - PDU đơn SSM (single - segment message). Chỉ thị độ dài trường thông tin LI (length indicator) chỉ ra số octet của CS - PDU có chứa trong trường dữ liệucủa SAR - PDU. LI có độ dài 6 bit. Ngoài ra trong SAR- PDU còn có trường số thứ tự gói SN (sequence number) dài 4 bit. Mỗi khi nhận được SAR - PDU thuộc về một cuộc nối, giá trị của SN lại tăng lên một đơn vị. Phát hiện lỗi là chức năng thứ hai của lớp con SAR. Trường chống lỗi CRC dài 10 bit thực hiện việc kiểm tra lỗi bit trong SAR - PDU. Giá trị CRC được tính cho trường tiêu đề, trường dữ liệu, LI. Lớp con SAR còn có khả năng phát hiện các gói SAR - PDU bị mất hoặc chèn nhầm. Chức năng thứ 3 của SAR là đồng thời phân kênh hoặc hợp kênh các CS -PDU của các cuộc nối đơn ở mức ATM. Chức năng này sử dụng trường số liệu nhận dạng hợp kênh MID (Multiplexing Indetifier )dài 10 bit. Các SAR - PDU với số liệu nhận dạng MID khác nhau sẽ thuộc về các CS - PDU riêng biệt. Việc phân/hợp kênh phải được thực hiện trên cơ sở từ đầu cuối tới đầu cuối. Những đường nối lớp ATM bao gồm các cuộc nối lớp AAL khác nhau sẽ được xử lý như một thực thể đơn. Hình 3.19 trình bày cấu trúc khung SAR - PDU của AAL 3/4. ST SN MID Trường thông tin của SAR-PDU LI CRC 2bit 4bit 10bit 44 octet 6bit 10bit Phần tiêu đề SAR - PDU Phần đuôi SAR-PDU SAR - PDU Hình 3.19. Dạng SAR - PDU của AAL 3/4 - Lớp con CS: CPI Btag Basize Trường thông tin của CPCS-PDU PAD AL Etag Length 8bit 8bit 16bit PhÇn tiªu ®Ò SAR - PDU PhÇn ®u«i SAR-PDU SAR –PDU H×nh 3.20. CÊu tróc cña CPCS – PDU cña AAL 3/4 Nh­ ®· biÕt, líp con CS ®­îc chia thµnh 2 phÇn lµ phÇn chung CPCS vµ phÇn phô thuéc dÞch vô SSCS. Chøc n¨ng n¨ng vµ cÊu tróc cña SSCS hiÖn t¹i vÉn ch­a râ rµng, nã ®ßi hái cßn ph¶i nghiªn cøu thªm. PhÇn CPCS truyÒn c¸c khung sè liÖu cña ng­êi sö dông víi ®é dµi bÊt kú trong kho¶ng tõ 1 octet ®Õn 65535 octet. C¸c chøc n¨ng cña CPCS n»m trong 4 octet ë phÇn tiªu ®Ò (header) vµ 4 octet phÇn ®u«i (tailer). Tr­êng chØ thÞ phÇn chung CPI (Common part indicator) ®­îc sö dông ®Ó qu¶n lý phÇn cßn l¹i cña tiªu ®Ò vµ phÇn ®u«i. Tr­êng nh·n hiÖu ®Çu Btag (beginning tag) vµ nh·n hiÖu kÕt thóc Etag (Ending tag) cho phÐp t¹o nªn sù liªn kÕt mét c¸ch chÝnh x¸c gi÷a phÇn tiªu ®Ò vµ phÇn ®u«i cña khung. Tr­êng kÝch th­íc bé ®Öm cung cÊp BA size (Bufer Allocation Size) b¸o hiÖu cho dÇu thu bé ®Öm kÝch th­íc tèi ®a cÇn thiÕt ®Ó nhËn CPCS - SDU. Tr­êng ®Öm PAD (padding) ®¶m b¶o sao cho tr­êng d÷ liÖu cña CPCS - SDU lµ mét sè nguyªn lÇn cña 4 octet do ®ã nã cã ®é dµi tõ 0 octet ®Õn 3 octet. Tr­êng s¾p xÕp AL(Aligment) ®­îc sö dông ®Ó s¾p xÕp phÇn ®u«i 32 bit cña CPCS - PDU. Tr­êng ®é dµi (length) chØ ra ®é dµi tr­êng d÷ liÖu. H×nh 3.20 minh ho¹ cÊu tróc CPCS - PDU cña AAL kiÓu 3/4 3.6.3.2.4. AAL kiÓu 5: AAL kiÓu 5 phôc vô cho c¸c dÞch vô cã tèc ®é thay ®æi, kh«ng theo thêi gian thùc. Còng gièng nh­ AAL 3/4, AAL 5 ®­îc sö dông chñ yÕu cho c¸c nhu cÇu truyÒn sè liÖu. Tuy vËy, ITU - T ®­a ra kiÓu 5 nh»m môc ®Ých gi¶m ®é dµi tr­êng th«ng tin ®iÒu khiÓn thñ tôc (PCI - bao gåm phÇn tiªu ®Ò vµ phÇn ®u«i). AAL 5 cã c¸c chøc n¨ng vµ thñ tôc nh­ AAL3/4. §iÓm kh¸c nhau chÝnh cña hai lo¹i nµy lµ AAL 5 kh«ng ®­a ra kh¶ n¨ng ph©n hîp kªnh, do ®ã nã kh«ng cã tr­êng MID. AAL 5 chñ yÕu sö dông cho b¸o hiÖu trong m¹ng ATM. Líp con SAR: Líp con SAR chÊp nhËn c¸c SDU cã ®é dµi lµ mét sè nguyªn lÇn cña 48 octet ®­îc göi xuèng tõ CPCS. Nã sÏ kh«ng bæ sung thªm c¸c tr­êng th«ng tin ®iÒu khiÓn (nh­ phÇn tiªu ®Ò vµ phÇn ®u«i) vµo c¸c SDU võa nhËn ®­îc. SAR chØ thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng ph©n t¸ch (sementation) ë ®Çu ph¸t vµ t¹o l¹i gãi ë ®Çu thu. §Ó nhËn biÕt ®­îc ®iÓm b¾t ®Çu vµ kÕt thóc cña SAR - PDU. AAL 5 sö dông tr­êng AUU. AUU n»m trong tr­êng PT (payload type - xem 3.4.2). Ở tiêu đề của tế bào ATM, giá trị AUU = 1 chỉ ra điểm kết thúc, trong khi AUU = 0 chỉ ra điểm bắt đầu hoặc tiếp tục của SAR - SDU Lớp con CS: Trường thông tin của CPCS - PDU PAD UU CPI Length CRC 0-47octet 8bit 8bit 16bit 32bit Phần đuôi của CPCS-PDU SAR – PDU H×nh 3.21. CÊu tróc CPCS - PDU cña AAL5 PhÇn CPCS cung cÊp chøc n¨ng truyÒn khung sè liÖu cña ng­êi sö dông víi ®é dµi bÊt kú tõ 1 octet tíi 65535 octet. Thªm vµo ®ã, trong CPCS - PDU cßn cã tr­êng UU (CPCS user to user indication) dµi 1 octet mang th«ng tin CPCS cña ng­êi sö dông. Tr­êng ®é dµi length chØ ra ®é dµi cña phÇn d÷ liÖu trong CPCS - PDU. Mçi CRC dµi 32 bit ®­îc sö dông ®Ó chèng lçi. H×nh 3.2.1 thÓ hiÖn cÊu tróc cña CPCS - PDU cña AAL 5. 3.7. M¹ng cña ng­êi sö dông vµ vÊn ®Ò th«ng tin liªn m¹ng: 3.7.1. §Æc ®iÓm cña giao diÖn B-ISDN UNI H×nh 3.22 m« t¶ cÊu h×nh cña giao diÖn B-ISDN UNI. Nã bao gåm: C¸c khèi chøc n¨ng: Bao gåm thiÕt bÞ kÕt cuèi m¹ng B - NT1 (Broadband network termination 1), thiÕt bÞ kÕt cuèi m¹ng B - NT2 (Broadband network termination 2) vµ thiÕt bÞ ®Çu cuèi b¨ng réng B - TE 1 (Broadband terminal equipment 1) §iÓm truy nhËp: Tb vµ Sb B-TE1 B-NT2 B-NT1 Mạng côngcộng MạngCN Tb Sb UNI Hình 3.22 : Cấu hình giao diện UNI B-NT1 chỉ thực hiện các chức năng truyền dẫn liên quan tới đường truyền. B-NT2 có thể là tổng đài cơ quan hoặc mạng ATM - LAN, chúng thực hiện các chức ăng như phân hợp kênh và chuyển mạch các tế bào ATM. Mạng CN chính là nơi sử dụng dùng để truy cập vào mạng công cộng thông qua thiết bị đầu cuối của mình. Nó trùng với khối chức năng B-NT2 (đôi khi cả BNT1) 3.7.2.Mô hình mạng CN Khuyến nghị I.413 của ITU - T đưa ra các cấu hình vật lý khác nhau cho CN (hình 3.23). Hình 3.23a minh hoạ cấu hình hình sao trong đó thiết bị đầu cuối được nối trực tiếp vào B-NT2 ở B-NT2 được sử dụng như hệ thống tập trunghoặc phân phối. Ngoài ra, ITU - T còn đưa ra một số cấu hình mạng CN mới trong đó các thiết bị đầu cuối được nối trực tiếp vào một kênhdùng chung (trong hình 3.23b,c,d). Ưu điểm chính của các mô hình kênh dùng chung cần phải có thêm các chức năng để truy cập đường truyền. Trong ATM, những chức năng này được thực hiện qua các thủ tục trong trường điều khiển luồng chính GFC. Cơ chế GFC cung cấp khả năng truy cập một cách công bằng và có trật tự vào kênh chung cho các thiết bị đầu cuối B-TE B-TE B-TE B-NT2 B-NT1 BNT2 B-TE B-TE B-TE B-TE B-TE B-TE BNT1 B-TE B-TE B-TE BNT2 BNT1 B-TE B-TE B-TE B-TE BNT2 BNT1 3.8. Tóm tắt : Chương 3 trình bày tất cả các khái niệm cơ bản nhất để xây dựng nên mạng ATM. Ta đã xem xét mô hình liên kết mạng B-ISDN và các khái niệm liên quan tới cuộc nối (VCC,VPC,VC...). Nguuyên tắc báo hiệu và chuyển mạch cấu trúc tế bào ATM. Mô hình tham chiếu ATM - PRM và chức năng của từng lớp trong mô hình quy chiếu này được đặc biệt chú ý trong chương 3 vì nó thể hiện cụ thể cách thức hoạt động của ATM. CHƯƠNG 4: HỆ THÔNG TRUYỀN DẪN 4.1.Tổng quan Chương này xem xét phương pháp truyền thông tin trên mạng truyền dẫn băng rộng .Như đã biết trong môi truờng chuyển mạch ATM,thông tin đuợcđóng gói thành các tế bào 53 byte, Tuy nhiên ở mạng truyền dẫn băng rộngATM ,không phải tất cả các thông tin ở dạng tế bào bởi vì mạng truyền dẫn băng rộng phải được thiết kế sao cho dòng thông tin của các hệ thống đồng bộ đang tồn tại cũng có thể được truyền trên cùng một mạng với luồng thông tin ATM. Nhiệm vụ chính của mạng truyền dãn này là truyền các thông tin từ nguồn tới đích với trễ và xác suất lỗi tối thiểu. Để hoàn thành nhiệm vụ trên ,chúng có các chức năng sau: Tạo ra các tế bào ATM từ các dòng thông tin liên tục , Truyền các tế bào ATM và thông tin của các hệ thống truyền dẫn đồng bộ STM(Synchronous Tranfer Mode) đang tồn tại . Ghép kênh và phân kênh dòng tế báo cũng như dòng thông tin số đồng bộ hiện tại. Phân luồng và trung chuyển( cross- connecting) dòng tế bào ATM và các dònh thông tin đồng bộ . Chuyển mạch tế báo và các thông tin của hệ thống đồng bộ STM hiện hữu. Để đáp ứng được các chức năng trên , ITU-T đã chọn mạng các quang đồng bộ SONET và hệ thống phân cấp số đòng bộ SDH làm cơ sở cho mạnh truyền dẫn B_ISDN,tuy vậy chúng không phải là hệ thống truyền dẫn duy nhất trong mạng ATM. Các hệ thống truyền dẫn dóng vai trò thực sự quan trọng trong B_ISDN,rát nhiều tiến bộ đạt được lĩnh vực chuyển mạch ,các mạng thông minh… là nhờ sự cải tiến hệ thống truyền dẫn . Một trong các cải tiến này là áp dụng của các quang và các thiết bị truyền dẫn quang. 4.2 Các hệ thống truyền dãn băng rộng Hệ thống truyền dẫn âm thanh ATM bao gồm rất nhiều thiết bị khác nhau ,mỗi thiết bị thực hiện một chức năng truyền dẫn nhấtđịnh.Sau đây sẽ trình bày một số loại thiết bị truyền dẫn băng rộng. Bộ ghép kênh SDH 155,520Mb/s 1 p*155,520Mb/s STM-1 MUX STM-n 155,520Mb/s Bộ ghép kênh SDH có p đầu vào và 1 đàu ra duy nhất như trên hình . Các nhánh ở đầu vào vào có thể có tốc độ khác nhau .Đầu ra có tốc độ bằng tổng tốc độ của các nhánh dầu vào .Các bộ ghép kênh cũng có thể được kết hợp với nhau thành nhiều tầng để ghép nhiều loại kênh có tốc độ khác nhau ở một đầu thành một kênh tốc độ cao ở đầu ra. 4.2.2.Bộ phân kênh SDH Bộ phân kênh SDH thực hiện chức năng ngược lại với bộ ghép kênh . Nó phân kênh một đồng bộ dòng thông tin đơn đầu vào thành p đầu ra ứng với các đầu vào của bộ ghép kênh SDH. 155,520Mb/s P*155,520 Mb/s 1 STM-1 STM-1 DEMUX 155,520Mb/s p STM-1 Bộ phân luông thông tin đồng bộ ( Synchronous transport Signal Cross-connect) Bộ phân luồng thông tin đồng bộ có p đầu vào và p đầu ra như hình vẽ . Bộ phân luồng có khả năng nối một đầu vào với một hoặc nhiều đầu ra tức là nó có thể gửi các tín hiệu từ một đầu vào tới những đầu ra khác nhau . Chức năng chính của nó là nhóm những luồng thông tin từ các nhánh đầu vào có cùng địa chỉ đích thành một luồng thông tin duy nhất đưa chúng tới các đầu ra thích hợp . 1 1 2 Bộ phân luồng p thông tin đồng bộ p Bộ phận tập trung ( ATM concentror) và bộ dãn ( ATM expender) Bộ phận tập trung ATM có p đầu vào và một đầu ra , nó nhận các tế bào ATM tại các đầu vào với tốc độ khác nhau . Tất cả các tế bào trống đều bị loại bỏ . Các tế bào ATM hữu ích nằm ở bộ đệm đầu vào cho tới khi chúng được trộn với nhau ở những tế bào nhánh khác thành một dòng duy nhất ở đầu ra . Tốc độ ở đầu ra phụ thuộc vào đặc điểm của luồng thông tin các nhánh đầu vào và mức độ tập trung các nhánh đó của bộ tâp trung . Như vậy tốc độ đầu ra luôn nhỏ hơn tổng tốc độ các nhánh đầu vào . Bộ dãn ATM thực hiện chức năng nguợc với bộ tập trung . Dòng ATM ở đầu vào được tách thành các luồng thông tin khác nhau và được chèn các tế bào trống để tái tạo lại các đầu ra tương ứng . 4.2.4 Bộ nối xuyên ATM ( ATM Cross-connect) Bộ nối xuyên có p đầu vào và q đầu ra . Nhiệm vụ chính của nó là phân hoặc ghép luồng các đường ảo VP (xem 3.3.2.1) ở đàu vào và đưa chúng tới các đầu ra thích hợp. Việc phân / ghép luồng này dựa trên giá trị VPI của các tế bào,do đó bộ nối xuyên còn được gọi là chuyển mạch VP.Bộ nối xuyên ATM còn thực hiện chức năng loại bỏ tế bào trống ra khỏi dòng thôngtin đầu vào ( đây cũng là chức năng của bộ tập trung ) . 4.2.5 Chuyển mạch ATM Cấu trúc chuyển mạch đã được trình bày ở chương 3 , tuy vậy trong thực tế chuyển mạch ATM còn bao gồm bộ tập trung ,bộ dãn ,bộ ghép kênh và phân kênh để làm cho dòng tế bào và đầu ra thích hợp với tốc độ bên trong đã được xác định trước . Tại đầu vào ,phần tiêu đề của các tế bào ATM được kiểm tra để định đường đầu ra thích hợp. Thông tin ở phân tiêu đề được sử dụng như một con trỏ trong bảng truyền đạt , bảng này chứa các thông tin định đường cho tế bào . Nút chuyển mạch ATM 1 2 p p Hình 4.1. Nút chuyển mạch ATM 4.2.6 Các khối dịch vụ Các khối dịch vụ là một phần của mạng , chúng thực hiện các chức năng của các lớp cao hơn lớp ATM như lớp AAL,mặt phẳng điều khiển ( xem 3.6.1) . Dưới đây là một số khối dịch vụ điển hình : - Khối dịch vụ thu nhận các thông điệp báo hiệu , thực hiện các chức năng xử lý cuộc gọi và điều khiển bảng ma trận chuyển mạch . Khối dịch vụ phục vụ cho việc truyền số liệu không liên kết ( Connectionless data service) có tốc độ cao ,chúng thực hiện các chức năng tạo và tháo gói , kiểm tra phần tiêu đề gói lớp 3 và định đường cho các gói tới đích cần thiết hoặc tới một khôí dịch vụ số liệu không liên kết khác. Cầu phân phối (Multicast bridge) thu nhận tế bào từ một đầu vào ,nhân bản các tế bào này và gửi chúng tới nhiều đích khác nhau . 4.2.7 Phần tử kết nối liên mạng IWU (Interworking Unit) Phần tử kết nối liên mạng IWU có nhiệm vụ kết nối các mạng khác nhau vào mạng B-ISDN. Thông thường nó thực hiện các chức năng biến đổi các thủ tục của mạng hiện hữu cho phù hợp với các thử tục của mạng băng rộng. 4.3 Các chức năng truyền dẫn băng rộng Sau đây ta sẽ xem xét chi tiết các chức năngđã được trình bày ở 4.1 4.3.1 Tạo ra các tế bào ATM ừ dòng thông tin liên tục Thông thường các thiết bị đầu cuối băng rộng gửi vào kênh truyền thông tin đã được đóng thành các tế bào ATM dài 53 byte . Trong trường hợp này không cần bổ xung các chức năng đóng gói . Tuy vậy việc tạo gói cần thiết khi kết nối các thiết bị thông tin không phải là ATM vào mạng băng rộng .Lúc này bộ chế tạo tế bào ATM sẽ cắt kênh truyền đồnh bộ STM ( Synchronous Transfer Mode) thành nhiều mẩu nhỏ thích hợp với trường thông tin của tế bào ,nó cũng làm các thông tin dạng chuyển mạch gói phù hợp với kích thước tế bào ATM . Sự chuyển đổi này thường được thực hiện ở thiết bị kết cuối mạng B-ISDN ( xem 3.7.1.1) hoặc bất kỳ ở đâu trong mạng băng rộng ,nơi có liên kết với một mạng không ATM. Ngược lại ,ta cũng cần có những thiết bị tháo gói để chuyển các tế bào ATM thành dòng thông tin thường . Hình 4.2 thể hiện việc tháo và tạo tế bào tại B-NT2. Sn Tn B-NT1 S hoặc R B-NT2 Bộ tạo / tháo tế bào ATM Hình 4.3 Sử dụng bộ tạo / tháo tế bào tại B-NT2 4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM 4.3.2.1 Các tiêu chuẩn của hệ thống truyền dẫn Về nguyên tắc ,tế bào ATM có thể được truyền trên hệ thống truyền dẫn khác nhau.ITU-T đã định nghĩa 2 chế độ truyền dẫn tại giao diện người sử dụng- mạng ,đó là chế độ truyền dẫn SDH và chế độ truyền dẫn dựa trên cơ sở tế bào ATM(xem3.6.2.1.2), điển hình là hệ thống phân cấp số cân đồng bộ PDH, được định nghĩa trong khuyến nghị G.703 của ITU-T. Hệ thống PDH hoạt động ở tốc độ 2,3,34,140 Mb/s theo tiêu chuẩn CHÂU ÂU hoặc 1,5 và 45 Mb/s theo tiêu chuẩn BĂC MY. Các giao diện của hệ thống truyền dẫn phải luôn tuân theo chuẩn đã vạch ra bởi ITU-T. Những giao diện khác nhau sẽ được sử dụng vào loại dịch vụ được truyền , tốc độ và lưu lượng truyền tại các thuê bao hoặc nút truy nhập ở chuyển mạch địa phương . Tại mạng trung kế và đường dài, các giao diện như nhau cùng được sử dụng để truyền tiếng nói ,số liệu hình ảnh, mỗi loại giao diện lại có phương thức truyền khác nhau ( về mặt khung truyền ,cách truyền là cáp quang hoặc điện và mã đường truyền) . Bảng 4.4 Minh hoạ các giao diện của hệ thống truyền dẫn băng rộng. Tªn giao diÖn Tèc ®é truyÒn KiÓu tÝn hiÖu T1 1,544Mbit/s §iÖn DS3 45,76Mbit/s §iÖn OC1 51,84 Mbit/s §iÖn OC3 155,52Mbit/s Quang OC12 622,08Mbit/s Quang OC24 1,244Mbit/s Quang OC48 2,488Mbit/s Quang OC192 9,6Mbit/s Quang 4.3.2.2 §ång bé m¹ng Nh­ ®· tr×nh bµy trong 3.6.2.1.2 cã hai hÖ thèng sÏ ®­îc øng dông réng r·i trong kü thuËt truyÒn dÉn ATM lµ hÖ thång truyÒn dÉn trªn c¬ së tÕ bµo vµ hÖ thèng truyÒn dÉn ®ång bé mµ ®iÓn h×nh lµ m¹ng SONET/SDH. M¹ng truyÒn dÉn dùa trªn c¬ së tÕ bµo ATM cÇn ph¶i cã kh¶ n¨ng ®ång bé tõng bit c÷ng nh­ ®ång bé c¶ tÕ bµo . T¹i mçi ®Çu vµo cña bé ghÐp kªnh hoÆc nót chuyÓn m¹ch ATM cÇn ph¶i cung cÊp c¸c tÝn hiÖu ®ång bé ®éc lËp ®Ó ®ång bé tÕ bµo ë ®Çu vµo víi hÖ thèng bªn trong .Khi giíi h¹n kho¶ng c¸ch cùc ®¹i gi÷a mét chu kú con lµ 26 tÕ bµo ( xem 3.6.1.2) , ®é lÖch ®ång bé gi÷a ®ång hå bªn ngoµi vµ ®ång hå bªn trong sÏ ®­îc ®iÒu chØnh ( tÕ bµo OAM møc vËt lý mang c¸c th«ng tin ®ång bé ngoµi ) . trªn nguyªn t¾c ,mét ®­êng truyÒn dÉn trong hÖ thèng truyÒn nµy kh«ng nh¸t thiÕt ph¶i ®ång bé víi c¸c ®­êng truyÒn dÉn kh¸c. Ng­îc l¹i trong c¸c m¹ng truyÒn dÉn ®ång bé cña B-ISDN tÝn hiÖu ®ång bé m¹ng ph¶i ®­îc t¹o ra tõ nh÷ng nguån ®ång hå tin cËy vµ æn ®Þnh .TÊt c¶ c¸c phÇn tö trong m¹ng ®Òu ®­îc ®ång bé trùc tiÕp tõ mét ®ång hå ®¬n .Tuy v©y do kh«ng thÓ cã ®­êng liªn kÕt trùc tiÕp tõ nguån ®ång hå ®¬n ®ã tíi mçi phÇn tö trong m¹ng nªn th«ng tin ®ång bé cña mét nót m¹ng th­êng ®­îc lÊy tõ nót kÒ víi nã .Nót m¹ng nµy tíi l­ît nã l¹i chuyÓn tÝn hiÖu ®ång bé tíi nót tiÕp theo ,nh­ vËy toµn bé thiÕt bÞ trong m¹ng ®Òu ®­îc ®ång bé.Bëi v× ®ång hå lµ phÇn tö rÊt quan träng trong c¸c m¹ng truyÒn dÉn ®ång bé nªn cÇn ph¶i cã mét nguån kh¸c dù tr÷. Trong B-ISDN ,mçi nót m¹ng cÇn cã kh¶ n¨ng nhanh chãng chuyÓn sang sö dông nguån ®ång bé dù tr÷ trong tr­êng hîp nguån chÝnh bÞ háng hay thiÕt bÞ bÞ mÊt ®ång bé trong mét kho¶ng thêi gian ng¾n. Th«ng th­êng nguån ®ång bé dù tr÷ n»m ngay bªn trong nót m¹ng .H×nh 4.5 minh ho¹ mét vÝ dô ®ång bé trong m¹ng B-ISDN Nguồn đồng hồ dự trữ Nguồn đồng hồ dự Mguồn dồng hồ dự Nguòn đồng hồ dự trữ Thiếtbị Núttruynhập Nút mạng Nút mạng Nút Thiết đầu mạngATM ATM Truy bị cuối nhập đầu Nguồng đồng ATM cuồi Hồ chính Đường cung cấp nguồn đồng bộ chính Đường cung cấp nguồn đồng bộ dự trữ Hình 4.5:Cung cấp đồng bộ cho mạng truyền dẫn ATM 4.3.3 Ghép kênh tập trung dòng thông tin Trong bộ ghép kênh SDH các tế bào trống không được loại khỏi luồng thông tin đầu vào ,như vậy có nghĩa là bộ ghép không có chức năng xử lý các “container” SDH mang tế bào ATM( xem 3.6.2.1.2).Hình 4.6 trình bày một bộ ghép kênh SDH. 155,520Mb/s 1 STM-1 Bộ tập trung 155,520Mb/s ATM STM-1 155,520Mb/s P STM-1 Hình 4.6. Bộ tập trung ATM Ngược lại bộ tập trung ATM ,tất cả các tế bào trống đều được tách ra khỏi dòng tế bào mang thông tin có ích .Vì vậy dung lượng thôngtin tại đầu ra của bộ tập trung ATM nhỏ hơn tổng dung lượng thông tin đầu vào , điều này được minh hoạ trên hìng 4.6. Bộ tập trung ATM tháo các tế bào ATM ra khỏi khung truyền dẫn ( trên hìng vẽ là khung STM-1).Loại bỏ những tế bào trống hoặc bị lỗi sau đó ghép các tế bào mang thông tin hữu ích vào khung STM-1 . Trong thí dụ trên hình 4.6 tỷ lệ tập trung là 1/p,tuy vậy tỷ lệ này chỉ đúng với số p nhỏ (cho tới 8) và tốc độ truyền của dòng thông tin hữu ích tại mỗi nhánh không quá 20 Mb/s . 4.3.4 Phân luông và trung chuyển dòng tế bào Dường dây thuê bao Luồng A Luồng B Đường dây thuê bao Chuyển mạch địa phương Nút nối xuyên ATM Hình 4.7. Phân luồng thông tin ở nút nối xuyên Chức năng phân luông thông tin và trung chuyển dòng tế bào được thực hiện ở nút nói xuyên .cũng như chuyển mạch ATM ,nút nối xuyên có thể có dễ dàng liên kết các kênh ảo VC , đường ảo VP ở đầu vào với các VC,VP ở đầu ra và do đó cho phép thiết lập các cuộc nối kênh ảo VCC và cuộc nối đường ảo VPC qua mạng (xem 3.3.2.3) . Nó còn thực hiện các chức năng vận hành ,quản lý ,bảo dưỡng OAM cần thiết ở lớp vật lý và lớp ATM . Bộ nối xuyên có thể được sử dụng trong mạng truy nhập để phân t