Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 3 ppt

Chương 3: Các loại tế bào ATM
Thuật ngữ tế bào chỉ được sữ dụng tại lớp vật lý và lớp ATM.
Có các loại tế bào sau đây:
a) Tế bào tại lớp vật lý:
+ Tế bào trống (Idle Cell):
lá tế bào do lớp vat lý chèn vào
hoặc tách ra từ dòng tế bào của lớp ATM để phù hợp với tốc độ
vật lý của môi trường truyền dẫn.

+ Tế bào hợp lệ (Valid Cell) : là tế bào có phần mào
đầu không có lỗi hoặc đã được sữa lỗi. Tế bào này sẽ được
truyền đi trên mạng.
+ Tế bào không hợp lệ (Invalid Cell): là tế bào có phần
header bò lỗi mà không sửa được. Tế bào này sẽ bò loại bỏ bởi
lớp vật lý.
b) Tế bào ở lớp ATM:
+ Tế bào được chỉ đònh (Assigned Cell):
là tế bào có mang
thông tin dòch vụ của lớp ATM.


Hình mô tả nguyên lý chuyển mạch VP và VC.
+ Tế bào không chỉ đònh (Unassigned Cell): là tế bào không
mang thông tin dòch vụ của lớp ATM . Tế bào này được đưa
xuống lớp vật lý khi lớp ATM không có dữ liệu truyền.
Như vậy ta thấy có sự trùng lắp về chức năng giữa tế bào
trống và tế bào không chỉ đònh.Cả hai loại tế bào này đều được
dùng để phối hợp tốc độ giữa dòng tế bào và kênh truyền dẫn
khi không có dữ liệu ATM. ITU_T trong khuyến nghò I.321 đặt
chức năng phồi hợp tốc độ ở lớp vật lý và dùng tế bào trống.
Trong khi đó ATM Forum lại đặt chức nang này tại lớp ATM và

VPI7
VCI1

VCI2

VCI3
VCI4
Chuyển mạch
VPI5
VPI1
VPI6
VCI4
VCI3
VCI1
VCI2
VPI8
VPI9
VPI10
VCI1
VCI2
VCI1
VCI2
VCI1
VCI2
VCI1
VCI2
Chuyển mạch
VPI2
VPI3
VPI4

Chuyển mạch
dùng tế bào không chỉ đònh. Đây là một trong những điểm
không tương thích mức thấp giữa hai hai thống chuẩn hóa.
2.1.2 Mô hình giao thức chuẩn cho ATM:
Việc xây dựng mô hình giao thức chuẩn cho B-ISDN
nói chung và ATM nói riêng dựa theo mô hình bảy lớp OSI. Cấu
trúc của nó như hình sau:

Mô hình giao thức chuẩn cho ATM
Ở đây mô hình sữ dụng khái niệm của các mặt phẳng để thể
hiện các nhóm yêu cầu cần đề cập tới,bao gồm ba loại mặt
phẳng:
MẶT PHẲNG
ĐIỀU KHIỂN
MẶT PHẲNG
NGƯỜI SỬ DỤNG
MẶT PHẲNG QUẢN LÝ
QUẢN LÝ MẶT PHẲNG
QUẢN LÝ LỚP
LỚP BẬC CAO LỚP BẬC CAO
LỚP TƯƠNG THÍCH ATM(AAL)
LỚP ATM
LỚP VẬT LÝ
+ Mặt phẳng quản lý (Management Plane): có hai
chức năng chính là quản lý lớp và quản lý mặt phẳng.Tất cả các
chức năng liên quan đến toàn bộ hệ thống bao gồm cả việc phối
hợp các mặt phẳng được thực hiện bởi chức năng quản lý mặt
phẳng. Chức năng này không có cấu trúc phân lớp.
Quản lý lớp có cấu trúc phân lớp có cấu trúc phân lớp tương
ứng với các lớp trong mặt phẳng người sữ dụng. Chức năng này

có nhiệm vụ quản lý các thực thể trên các lớp và thực hiện các
dòch vụ vận hành, quản lý và bảo dưỡng (OAM).
+ Mặt phẳng người sữ dụng (User Plane): có chức năng
truyền các thông tin của người sử dụng và các thủ tục có liên
quan như điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn và khắc phục
lỗi.
+Mặt phẳng điều khiển (Control Plane): thực hiện các chức
năng điều khiển, thiết lập và quản lý kết nối thông qua các thủ
tục báo hiệu .
Mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển được cấu
trúc thành các lớp .Trong đó, ba lớp dưới là các lớp. Trong đó,ba
lớp dưới là các lớp: lớp vật lý , lớp ATM và lớp tương thích
ATM (AAL-ATM Adaption Layer). Lớp dưới cùng là lớp vật ly,ù
lớp này chủ yếu liên quan đến việc truyền tải các thông tin
dưới dạng bit và tế bào. Lớp tiếp theo là lớp ATM, có chức
năng xử lý các tế bào như: chuyển mạch/đònh tuyến và
tách/ghép kênh. Lớp ALL thực hiện các chức năng phụ thuộc
dòch vụ, đồng thời thực hiện sự liên kết lớp ALL với lớp bậc
cao. Lớp bậc cao bao gồm các chức năng không có ở các lớp
phía dưới.
Lớp ATM và lớp vật lý lại được chia thành các lớp phụ, với
các chức năng được tóm tắt trong bảng chức năng các lớp sau:
Tiếp theo sẽ giải thích cụ thể chức năng của các lớp.
2.1.2.1 Lớp ATM:
Các chức năng của lớp ATM liên quan chặt chẽ đến các
trường điều khiển trong phần tiêu đề của các tế bào ATM. Do
vậy trước hết ta đề cập đến cấu trúc của tế bào ATM.
ATM
VẬT LÝ
TC

PM
SAR
LỚP PHÂN LỚP CHỨC NĂNG
LỚP BẬC CAO
CS
AAL
Mô tả thuộc tính dòch vụ
Phân tách và tổ hợp tế bào
Điều khiển luồng chung(GFC)
Tạo & tách Header
Thông dòch giá trò VPI/VCI
Ghép và tách tế bào
Các chức năng lớp bậc cao
Phối hợp tốc độ
Thích ứng với khung truyền dẫn
Tạo và khôi phục khung truyền dẫn
Môi trường vật lý
Ta đã biết rằng tế bào ATM có kích thước nhỏ, chiều dài cố
đònh gồm 53 bytes trong đó 48 bytes dữ liệu và 5bytes tiêu đề.
Kích thước nhỏ có tác dụng giảm thời gian trễ tại các bộ đệm
và chiều dài cố đònh làm tăng hiệu quả chuyển mạch; điều này
có ý nghóa lớn vì ATM là mạng có tốc độ cao. Phần mào đầu
dùng để đònh tuyến tế bào và được cập nhật bằng các giá trò
nhận dạng mới tại các nút chuyển mạch. Trường thông tin được
truyền thông suốt qua mạng và không hề thay đổi trong quá
trình truyền tải. Có hai cấu trúc tế bào ATM: một dùng cho UNI
và một dùng cho NNI. Hai cấu trúc này giống nhau hoàn toàn ở
vùng dữ liệu, chỉ khác nhau ở một số trường trong phần tiêu đề
như hình sau :
Trong đó :

+ GFC_Generic flow Control: điều khiển luồng chung gồm
4 bit : 2 bit dùng cho điều khiển và 2 bit dùng làm tham số.
GFC chỉ áp dụng cho UNI trong cấu hình điểm-điểm và tham
gia vào việc điều khiển lưu lượng theo hướng từ khách hàng về
phía mạng.
+ VPI/VCI_ Vitual Path /Chanel Identifier: nhận diện
đường / kênh ảo gồm 24 bit (8 bit VPI và 16 bit VCI) đối với
UNI và 28 bit (12 bit VPI và 16 bit VCI) đối với NNI. Đặc tính
cơ bản của ATM là chuyển mạch xảy ra trên cơ sở giá trò
VPI/VCI của các tế bào, khi chuyển mạch dựa trên giá trò VPI
GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PT
CLP
HEC
Bit 8
Bit 1
Byte 1
Byte 5
VPI
VCI
VCI
VCI
PT
CLP
HEC

VPI
Bit 8
Bit 1
Byte 1
Byte 5
CẤU TRÚC HEADER TẠI UNI
CẤU TRÚC HEADER TẠI NNI
thì được gọi là kết nối đường ảo và khi dựa trên cả hai giá trò
VPI/VCI thì gọi là kết nối kênh ảo.
+ PT_Payload- Type: Kiểu thông tin gồm 3 bit dùng để chỉ
thò thông tin được truyền là thông tin khách hàng hay thôn g tin
mạng. Nếu bit đầu tiên bằng 0 cho biết tế bào mang thông tin
của người sử dụng, bằng 1 cho biết tế bào mang thông tin khai
thác và bảo dưỡng (OAM) ở lớp ATM.
Bit thứ 2 để chỉ thi tắc nghẽn hướng đi EFCI (Explicit
Forward Congestiom Indication). Bit thứ 3 được dùng bởi AAL5
để đánh dấu tế bào cuối cùng của thông điệp (message). Các
giá trò và ý nghóa của 3 bit PT được liệt kê trong bảnh sau :
+ CLP_Cell Loss Priosity: ưu tiên tổn thất tế bào gồm 1 bit.
Các tế bào có CLP=0 có mức ưu tiên cao và CLP=1 có mức ưu
tiên thấp hơn. Các tế bào có CLP=1 sẽ bò loại bỏ khi tắc nghẽn
trong mạng.
+ HEC _ Header Error Check: kiểm tra lỗi tiêu đề gồm 8
bit. Trường này được xử lý ở lớp vật lý và có thể được dùng để
sửa các lỗi bò 1 lỗi bit hoặc để phát hiện các lỗi bò nhiều lỗi bit.
Giải thuật để xác đònh giá trò của HEC như sau: 4 byte header
được viết dưới dạng đa thức theo biến x rồi nhân với x
8
sau đó
chia cho đa thức sinh G(x)=x

8
+x
2
+x+1; phần đa thức dư sẽ được
000 Thông tin của người sử dụng,EFCI=0,AAL5=0
001 Thông tin của người sử dụng,EFCI=0,AAL5=1
010 Thông tin của người sử dụng,EFCI=1,AAL5=0
011 Thông tin của người sử dụng,EFCI=1,AAL5=1
100 Thông tin OAM trên từng đoạn
101 Thông tin OAM đầu cuối-đầu cuối
110 Tế bào cấp phát tài nguyên.
111 Dành riêng
Giá trò PT Ý nghóa
chuyển về chuỗi 8 bit, thực hiện cộng modul2 chuỗi này với
01010101 ta sẽ được gia trò của HEC.
Tiếp theo là các chức năng cơ bản của lớp ATM. Tất cả các
chức năng này đều do phần header cung cấp.
+ Ghép và tách tế bào: Tại phần phát chức năng ghép tế
bào sẽ thực hiện việc tổ hợp các tế bào từ các đường ảo (VP) và
các kênh ảo (VC) khác nhau thành một luồng tế bào. Tại phần
thu, chức năng tách tế bào sẽ thực hiện phân chia các tế bào về
các đường ảo và các kênh ảo phù hợp.
+ Thông dòch giá trò nhận dạng đường ảo (VPI) và nhận
dạng kêng ảo (VCI) của tế bào:
Mỗi một VP và VC có một giá
trò nhận dạng khác nhau dùng để phân biệt với các VP và VC
khác. Các nút chuyển mạch sẽ sử dụng những giá trò này để xác
đònh các kết nối và đồng thời sử dụng các thông tin đònh tuyến
tại thời điểm thiết lập kết nối để đònh hướng các tế bào đến các
cổng ra thích hợp. Các nút chuyển mạch thay đổi các giá trò VPI

và VCI bằng các giá trò mới phù hợp với kết nối đầu ra. Trong
thực tế còn xảy ra trường hợp gia trò VPI thay đổi và VCI không
đổi. Sơ đồ miêu tả chức năng của các giá trò VPI và VCI tại nút
chuyển mạch như sau:
+ Tạo và tách mào đầu tế bào: các chức năng này được thực
hiện tại những điểm có kết cuối của lớp ATM. Tại phía phát
chức năng tạo mào đầu sẽ được thực hiện sau khi nhận trường
dữ liệu tế bào từ lớp AAL để tạo ra mào đầu tế bào tương ứng,
riêng giá trò điều khiển lỗi mào đầu (HEC) được tính toán và
chèn vào ở lớp vật lý. Mào đầu kết hợp với trường thông tin tạo
thành tế bào ATM. Tại phía thu, chức năng tách mào đầu được
thực hiện để tách phần mào đầu tế bào ra khỏi tế bào ATM và
gửi trường thông tin của tế bào cho lớp AAL.
+ Điều khiển luồng chung (GFC): chức năng điều khiển
luồng chung chỉ có tại giao diện người sử dụng và mạng (UNI)
nó phục vụ việc điều khiển luồng tín hiệu từ người sử dụng vào
mạng. Chức năng này cho phép khách hàng có thể tham gia vào
việc điều khiển lưu lượng tùy thuộc vào các loại chất lượng dòch
vụ (QOS) khác nhau theo hướng từ người sử dụng về phía mạng
nhưng không tham gia được theo hướng ngược lại. Thông tin
GFC không được truyền tải qua tất cả các thành phần mạng. Đối
với mạng riêng của người sử dụng, GFC có thể được dùng để
phân chia dung lượng giữa các thiết bò đầu cuối và đã được áp
dụng trong các mạng LAN sử dụng công nghệ ATM.
2.1.2.2 Lớp vật lý:
Đầu vào Đầu ra
Cổng VPI VCI

N a b

Thông tin đònh tuyến
Cổng VPI VCI
M x y
Cổng ra M
Cổng vào N
VPIa, VCIb
VPIx, VCIy
Lớp vật lý chia thành hai lớp TC (Transmission
Convergence)- phân lơp hội tụ truyền dẫn, PM (Physical
Medium)-phân lớp môi trường vật lý.
2.1.2.2.1 Phân lớp PM:
Phân lớp PM có chức năng về môi trường truyền tải và dung
lượng truyền dẫn bao gồm cả việc truyền tải bit và đồng bộ bit,
mã hóa đường truyền và biến đổi điện- quang.
Trong lớp PM giao diện truyền dẫn điệm có tốc độ 155,52
Mbit/s sử dụng mã CMI, giao diện truyền dẫn quang có tốc độ
từ 155,52Mbit/s đến 622,08Mbit/s.
2.1.2.2.2 Phân lớp TC:
TC thực hiện các chức năng liên quan đến việc biến đổi
luồng thông tin tế bào ATM sang luồng thông tin các khối số
liệu dưới dạng bit để có thể thực hiện phát và thu tín hiệu trong
môi trường vật lý, gồm các công việc: thích ứng khung truyền
dẫn, đồng bộ tế bào, kiểm tra header, chèn và tách tế bào trống.
+Thích ứng với khung truyền dẫn: có hai phương thức để
truyền tế bào trên mạng ATM là sử dụng các khung truyền dẫn
hiện có và truyền tế bào trực tiếp; các chức năng này chỉ cần
thiết khi sử dụng cấu trúc khung.
- Truyền tế bào trên các khung truyền dẫn hiện có: tế
bào ATM có thể truyền trên bất kỳ hệ thống truyền dẫn nào
(SDH và PHD) bằng cách ánh xạ từng byte của tế bào ATM vào

vùng Payload của khung truyền dẫn. Thường thì kích thước của
khung không phù hợp với kích thước tế bào nên trong phương
thức truyền này không thể đồng bộ ở mức tế bào.
- Truyền trực tiếp tế bào: phương thứ này dùng một luồng
tế bào liên tục không có cấu trúc khung. Các thông tin vận hành
bảo dưỡng OAM mức vật lý có thể được truyền đi trên cùng một
luồng bằng cách dùng các tế bào có header đặc biệt. Các tế bào
OAM mức vật lý có thể được chèn vào luồng tế bào bằng nhiều
cách; một cách điển hình là tạo thành khung theo đó cứ 26 tế
bào mang thông tin thì đến một tế bào OAM. Nếu tốc độ vật lý
là 155 Mbit/s, thì tốc độ dữ liệu sẽ là:
(155x26)/(26+1)= 147,60 Mbit/s
Ngoài ra, tế bào OAM cũng có thể được chèn vào luồng
thông tin khi có yêu cầu.
+ Chèn và tách tế bào trống: Khi không có tế bào thông tin
hoặc OAM cần truyền, TC sẽ chèn vào các tế bào trống để giữ
cho tốc độ luồng tế bào luôn tương ứng với tốc độ truyền dẫn. Ở
phía thu các tế bào trống sẽ được tách bỏ. Các tế bào trống có
phần header là cố đònh (các bit VPI, VCI và PT bằng 0, CLP=1),
còn vùng thông tin chứa chuỗi 01101010 liên tục.
+ Đồng bộ tế bào (cell delineation): chức năng này được
thực hiện trên trường HEC dùng để phân biệt ranh giới của các
tế bào (đồng bộ tế bào) dựa vào quy luật mã hóa của trường
CRC. Quy trình đồng bộ như sau:
Ngay sau khởi tạo, phía thu ở trạng thái HUNT. Ở trạng thái
này dòng tế bào sẽ được kiểm tra từng bit để tìm mã HEC đúng.
Tiền đồng
bộ(PRESY
NCH)
Tìm kiếm

(HUNT)
Đồng bộ
(SYNCH)
Kiểm tra từng bit
Kiểm tra từng cell
HEC đúng liên tiếp a
lần
HEC sai
liên tiếp b
lần
HEC sai
HEC đúng
Kiểm tra từng cell
Sau khi phát hiện được mã HEC đúng phía thu sẽ chuyển sang
trạng thái PRESYNCH, tại đây giá trò HEC được kiểm tra theo
từng cell. Nếu phát hiện được liên tiếp a tế bào đúng thì qúa
trìng chuyển sanh trạng thái đồng bộ và xem như đã đồng bộ.
Nếu không tìm được a tế bào liên tục đúng thì quay về trạng
thái HUNT và tiến hành tìm lại. Sau khi đã tìm được đồng bộ
nếu phát hiện liên tiếp b tế bào có HEC sai thì được xem là mất
đồng bộ và phải quay về trạng thái HUNT để đồng bộ lại.
Thông thường a được chọn là 6 và b được chọn là 7. Trên
thực tế, với a=6 và giao tiếp ở tố độ 155 Mbit/s hệ thống sẽ ở
trạng thái SYNCH trên một năm ngay cả khi BER=10
-4
và chất
lượng đường truyền ở mức lỗi như trên thì hệ thống cần khoảng
10 tế bào (cỡ 28
s) để đồng bộ lại.
+ Kiểm tra lỗi tiêu đề: chức năng này có nhiệm vụ kiểm tra

lỗi cho 4 byte đầu của header dùng mã CRC. Cơ chế sửa lỗi
header được trình bày như hình trang bên.
Sau khi khởi tạo phía thu sẽ ở chế độ sửa lỗi, khi phát hiện 1
lỗi đơn thì lỗi này sẽ được sửa và sau đó chuyển sang chế độ
phát hiện lỗi. Ở chế độ phát hiện lỗi tất cả các tế bào mà mào
đầu bò lỗi sẽ bò hủy bỏ; còn khi kiểm tra mào đầu mà không có
lỗi phần thu sẽ tự động chuyển sang chế độ sửa lỗi.
Phát hiện lỗi
(loại bỏ cell)
Sửa
lỗi
Phát
hiện
lỗi
Phát hiện lỗi nhóm
(loại bỏ cell)
Không phát hiện lỗi
(không xử lý)
Phát hiện lỗi đơn
(sửa lỗi)
Không phát
hiện lỗi
(không xử lý)
Chức năng sửa lỗi và phát hiện lỗi có tác dụng tránh được
các lỗi bit đơn và làm giảm xác suất gửi các tế bào có lỗi ở mào
đầu.