tổng quan về mạng NGN và các khả năng của mạng

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU
Mạng viễn thông thế hệ sau NGN được xem là một hướng đi tất yếu của ngành
viễn thông. Có 3 động lực cho sự phát triển của NGN.
Thứ nhất, sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin, viễn thông và đương
nhiên sự hội tụ của hai lĩnh vực nóng: Công nghệ thông tin, viễn thông dẫn tới sự ra
đời của các ứng dụng mới, công nghệ mới. Các đối thủ cạnh tranh, đặc biệt là những
doanh nghiệp mới tận dụng tối đa điều này để cung cấp các dịch vụ mới, nhiều tiện
ích.
Thứ hai, sự bùng nổ các công nghệ mới như nhận dạng giọng nói, chuyển đổi
từ ký tự sang giọng nói cũng là nguyên nhân thúc ép mạng truyền thống dần
nhường bước cho mạng NGN trong việc tích hợp các ứng dụng cao cấp hơn, vì mục
tiêu phục vụ tốt nhất cho người sử dụng.
Động lực thứ 3, những kỳ vọng về Internet bất kỳ ở đâu, bất kể lúc nào, dẫn tới
sự bùng nổ các phương tiện di động cá nhân có tính năng truy xuất thông tin, giải
trí…Mạng Internet sẽ là nguồn cung cấp thông tin còn mạng NGN sẽ là mạng trung
gian truyền tải.
Dưới đây ta sẽ tìm hiểu một cách tổng quan về mạng NGN và các khả năng
của mạng, từ đó để thấy được vai trò quan trọng của mạng này.
Xu hướng phát triển mạng viễn thông
Mạng viễn thông hiện nay đang trong giai đoạn chuyển dịch giữa công nghệ
thế hệ cũ với chuyển mạch kênh dần sang công nghệ thế hệ mới trên nền chuyển
mạch gói, điều đó không chỉ xảy ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong
các công ty khai thác dịch vụ chủ đạo cũng như các nhà khai thác mới.
Khái niệm mạng thế hệ sau (Next Generation Network – NGN) xuất hiện vào
cuối những năm 90 để đối mặt với một số vấn đề đang nổi lên trong viễn thông: sự
cạnh tranh giữa các nhà điều hành do sự gỡ bỏ các rào cản trong kinh doanh viễn
thông, sự bùng nổ của lưu lượng dữ liệu do nhu cầu sử dụng Internet tăng, nhu cầu
của người sử dụng ngày càng tăng đối với các dịch vụ đa phương tiện, dịch vụ di
động…Những yếu tố đó đã dẫn tới sự hội tụ của các mạng riêng biệt hiện tại (mỗi
mạng sử dụng các công nghệ truyền tải và điều khiển khác nhau) thành một mạng đa

dịch vụ thống nhất, dựa trên công nghệ chuyển mạch gói - mạng thế hệ sau.
Sự hội tụ này được thể hiện trong hình I.1, trong đó các mạng riêng biệt hiện
tại với hệ thống truy nhập, truyền tải và chuyển mạch riêng, cung cấp đơn dịch vụ như
mạng điện thoại PSTN/ISDN, mạng di động tế bào PLMN, mạng dữ liệu/IP và mạng
truyền hình cáp băng rộng CATV sẽ tiến tới hội tụ thành một mạng đa dịch vụ thống
nhất với các ứng dụng client/server và dựa trên một mạng xương sống - mạng chuyển
mạch gói.

Hình I.1. Sự phát triển của kiến trúc mạng
I.1 GIỚI THIỆU CHUNG
I.1.1. NGN là gì?
Khái niệm mạng thế hệ mới (NGN) là khái niệm mới được các nhà thiết kế mạng
sử dụng cho việc minh hoạ quan điểm của họ đối với mạng viễn thông tương lai. Tại
thời điểm đầu tiên trong chu kỳ nghiên cứu trong năm 2000, khái niệm NGN vẫn còn
rất “mờ”. Các quan điểm khác nhau về NGN được biểu diễn bởi các nhóm nghiên
cứu, các nhà khai thác, nhà sản xuất, và nhà cung cấp dịch vụ tại các cuộc hội thảo,
mong muốn tiến đến một hiểu biết chung về NGN và thiết lập tiêu chuẩn cho NGN.
Đó là nguyên nhân vì sao ITU đã quyết định bắt đầu tiến trình tiêu chuẩn hoá về NGN
theo mô hình dự án do nhóm nghiên cứu 13 chuẩn bị. Tại cuộc họp của SG 13 vào
tháng 1/2002, vấn đề NGN lại một lần nữa được đề cập đến, tập trung vào mối quan
hệ giữa cơ sở hạ tầng thông tin toàn cầu và NGN. Và cùng thời điểm, viện tiêu chuẩn
Viễn thông Châu Âu cũng thành lập nhóm nghiên cứu NGN với nhiệm vụ phải đề
xuất chiến lược chuẩn hoá của họ trong lĩnh vực NGN.
Có thể định nghĩa một cách khái quát mạng NGN như sau: Mạng viễn thông thế
hệ mới là một mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ gói để có thể
triển khai nhanh chóng các loại hình dịch vụ khác nhau dựa trên sự hội tụ giữa
thoại và số liệu giữa cố định và di động.
Đặc điểm quan trọng của mạng NGN là cấu trúc phân lớp theo chức năng và phân
tán các tiềm năng (intelligence) trên mạng. Chính điều này đã làm cho mạng mềm hoá
(progamable network) và sử dụng rộng rãi các giao diện mở API để kiến tạo các dịch

vụ mà không phụ thuộc nhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và khai thác mạng.
Đặc điểm và khả năng của mạng NGN
Với sự hội tụ mạng chuyển từ tích hợp các mạng đơn dịch vụ theo chiều dọc sang
mạng đa dịch vụ cấu trúc theo các lớp ngang, mạng NGN có những đặc điểm và khả
năng chính như sau:
• Một trong các đặc tính chính của NGN là tách riêng các dịch vụ và mạng, cho
phép đưa chúng ra một cách riêng biệt và phát triển độc lập. Do đó trong các
cấu trúc NGN đưa ra có sự phân chia rõ ràng giữa các chức năng của dịch vụ
và các chức năng truyền tải. NGN cho phép cung cấp cả các dịch vụ đang tồn
tại và các dịch vụ mới không phụ thuộc vào mạng và kiểu truy nhập được sử
dụng.
• NGN sẽ phải cung cấp các năng lực (cơ sở hạ tầng, các giao thức ) để có thể
tạo ra, phát triển và quản lý tất cả các loại dịch vụ đã hoặc sẽ có. Các dịch vụ
trên có thể là Multimedia (audio, visual, audiovisual…), Unicast, Boadcast,
nhắn tin, dịch vụ truyền dữ liệu đơn giản, yêu cầu/ không yêu cầu thời gian
thực, nhạy cảm với trễ hay chấp nhận trễ, hoặc yêu cầu độ rộng băng thông
khác nhau từ vài kbit/s tới hàng trăm Mbit/s. Trong mạng NGN các dịch vụ tuỳ
biến theo khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ ngày càng quan trọng.
NGN sử dụng giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programme
Interface) để hỗ trợ việc tạo, cung cấp và quản lý các dịch vụ.
• Trong NGN, các thực thể chức năng điều khiển hoạt động, các phiên, các tài
nguyên, phân phát dịch vụ, bảo mật, có thể được phân tán khắp cơ sở hạ tầng
mạng bao gồm cả các mạng đang tồn tại và mạng mới. Mạng NGN liên kết
hoạt động với các mạng đang tồn tại như PSTN, ISDN và GSM qua các
Gateway.
• NGN hỗ trợ cả các thiết bị đầu cuối nhận biết NGN và các dịch vụ đang tồn tại.
Vì thế, các thiết bị kết nối tới NGN bao gồm các thiết bị thoại tương tự, máy
fax, các thiết bị ISDN, điện thoại di động tế bào, đầu cuối SIP,
• Đối với việc chuyển các dịch vụ thoại tới cơ sở hạ tầng NGN, chất lượng dịch
vụ liên quan tới các dịch vụ thời gian thực (đảm bảo băng thông, độ trễ, độ mất

gói ) cũng như vấn đề bảo mật, NGN cần cung cấp cơ chế đối với các thông
tin nhậy cảm khi qua cơ sở hạ tầng của nó, để bảo vệ chống lại việc sử dụng
gian lận các dịch vụ được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ và bảo vệ bản
thân cơ sở hạ tầng của nó trước sự tấn công từ bên ngoài.
• Mạng NGN sẽ hỗ trợ tính di động chung (generalized mobility). Ngày nay, các
mạng cố định và di động cung cấp nhiều dịch vụ tương tự nhau cho người sử
dụng. Tuy nhiên, họ vẫn được xem là các khách hàng khác nhau với cấu hình
dịch vụ khác nhau và không có cầu nối giữa các dịch vụ khác nhau đó. Một đặc
điểm nổi bật khác của mạng NGN đó là tính di động chung, nó cho phép cung
cấp nhất quán các dịch vụ cho người sử dụng. Điều này có nghĩa là người sử
dụng sẽ được xem là duy nhất khi họ sử dụng các công nghệ truy nhập khác
nhau, với bất cứ loại thiết bị nào.
• Tuy nhiên, mạng NGN cũng gặp phải các vấn đề khó khăn như việc chuyển
các dịch vụ thoại sang hạ tầng NGN, vấn đề QoS liên quan đến các dịch vụ
thoại thời gian thực (đảm bảo về băng thông, trễ, mất gói…) cũng như việc
đảm bảo an ninh, bảo mật.
Những đặc điểm và khả năng này của mạng NGN có ảnh hưởng trực tiếp và
đặt ra nhiều yêu cầu mới đối với hệ thống quản lý mạng NGN. Sự hội tụ của nhiều
mạng khác nhau một mặt làm tăng sự phức tạp và thách thức trong quản lý mạng và
dịch vụ như phải quản lý nhiều phần tử mạng phân tán với công nghệ và nhà cung cấp
khác nhau, phải đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối cho các loại dịch vụ khác
nhau, vấn đề tương quan lỗi, tính cước, an ninh… đều phức tạp hơn. Mặt khác, sự
tách biệt giữa mạng và dịch vụ, giữa chức năng kết nối truyền tải và chức năng điều
khiển dịch vụ cho phép đơn giản hơn việc quản lý mạng nhờ dữ liệu liên quan đến
cuộc gọi và các dữ liệu logic phức tạp khác được tập trung, triển khai nhanh các loại
hình dịch vụ khác nhau.
Hiện nay, có nhiều hãng cung cấp thiết bị đưa ra các mô hình khác nhau nhằm
thỏa mãn các yêu cầu của mạng NGN: Alcatel với E10MM, Ericsson với ENGINE,
Siemens với SURPASS…
I.1.2. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG

Trong quá trình phát triển, các động lực thúc đẩy sự tiến bộ của kỹ thuật viễn
thông là:
- Công nghệ điện tử với xu hướng phát triển hướng tới sự tích hợp ngày càng
cao của các vi mạch.
- Sự phát triển của kỹ thuật số.
- Sự kết hợp giữa truyền thông và tin học, các phần mềm hoạt động ngày càng
hiệu quả.
- Công nghệ quang làm tăng khả năng tốc độ và chất lượng truyền tin, chi phí
thấp…
Những xu hướng phát triển công nghệ đan xen lẫn nhau và cho phép mạng lưới
thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai.
Với sự gia tăng cả về số lượng và chất lượng của các nhu cầu dịch vụ ngày
càng phức tạp từ phía khách hàng đã kích thích sự phát triển nhanh chóng của thị
trường công nghệ điện tử-tin học-viễn thông.
Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn
nhau nhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong
tương lai. Thị trường viễn thông trên thế giới đang đứng trong xu thế cạnh tranh và
phát triển hướng tới mạng viễn thông toàn cầu tạo ra khả năng kết nối đa dịch vụ trên
phạm vi toàn thế giới.
Xu hướng phát triển công nghệ điện tử-viễn thông-tin học ngày nay trên thế
giới được ITU thể hiện một cách tổng quát trong hình vẽ sau đây (Hình I.2). Các dịch
vụ thông tin được chia thành hai xu thế:
- Hoạt động kết nối định hướng (Connection Oriented Operation).
- Hoạt động không kết nối (Connectionless Operation).
Các cuộc gọi trong mạng viễn thông, PSTN, ISDN là các hoạt động kết nối
định hướng, các cuộc gọi được thực hiện với trình tự: quay số-xác lập kết nối-gửi và
nhận thông tin-kết thúc. Với chất lượng mạng tốt, các hoạt động kết nối định hướng
luôn luôn đảm bảo chất lượng dịch vụ thông tin. Công nghệ ATM cho phép phát triển
các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ.
Hình I.2. Các xu hướng phát triển trong công nghệ mạng (ITU TSB)

Khác với các cuộc gọi quay số trực tiếp theo phương thức kết nối định hướng,
các hoạt động thông tin dựa trên giao thức IP như việc truy nhập Internet không yêu
cầu việc xác lập trước các kết nối, vì vậy chất lượng dịch vụ có thể không được đảm
bảo. Tuy nhiên, do tính đơn giản, tiện lợi với cho phí thấp, các dịch vụ thông tin theo
phương thức hoạt động không kết nối phát triển rất mạnh theo xu hướng nâng cao
chất lượng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ thông tin theo phương thức
kết nối định hướng.
Hai xu hướng phát triển này dần tiệm cận và hội tụ với nhau tiến tới ra đời
công nghệ ATM/IP, đó là nguồn gốc động lực cho ra đời và phát triển các công nghệ
mạng mới như MPLS.
Sự phát triển mạnh mẽ của nhu cầu dịch vụ và các công nghệ mới tác động
trực tiếp đến sự phát triển của cấu trúc mạng (Hình I.3).

ạớ


Môi trường viễn thông
QoS không được đảm bảo QoS được đảm bảo



Hoạt động kết nối định hướng
Hoạt động không kết nối
Song hướng
Hình I.3. Xu hướng phát triển mạng và dịch vụ
Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay là giai đoạn chuyển dịch giữa công nghệ
thế hệ cũ (chuyển mạch kênh) sang dần công nghệ thế hệ mới (chuyển mạch gói),
điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong các công
ty khai thác dịch vụ, trong cách tiếp cận của các nhà khai thác thế hệ mới khi cung
cấp dịch vụ cho khách hàng.

Các dịch vụ
hiện nay của
mạng hiện tại
Các dịch vụ
hiện nay của
mạng hiện tại
Các dịch vụ
phát triển tiếp
theo của mạng
hiệnệạ
Các dịch vụ
phát triển tiếp
theo của mạng
hiệnệạ
Các dịch vụ phát
triển tiếp theo
của mạng thế hệ
sau
ếệ
Các dịch vụ phát
triển tiếp theo
của mạng thế hệ
sau
ếệ
Các dịch vụ
hiện nay của
mạng thế hệ
Các dịch vụ
hiện nay của
mạng thế hệ

Sự phát triển mạng
Sự phát triển dịch
dịch vụ
ẽ

…
IEC và LEC
truyền thống
CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ ATM
2.1. GI ỚI THIỆU CHUNG VỀ ATM
2.1.1. Khái niệm về ATM.
ATM là phương thức truyền không đồng bộ kỹ thuật chuyển mạch gói chất
lượng cao. Có phương thức truyền tải định hướng, chuyển gói nhanh dựa trên ghép
không đồng bộ phân chia theo thời gian.
Trong kiểu truyền không đồng bộ tồn tại hai thuật ngữ:
* Thuật ngữ “ truyền ” bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch trong 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 thông, trong đó các
gói tin trong cùng một cuộc nối có thể lặp đi lặp lại một cách bất thường như chúng
được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ.
ATM đã kết hợp tất cả những lợi thế của kỹ thuật chuyển mạch trước đây vào
một kỹ thuật truyền thông duy nhất. Sử dụng các gói cố định gọi là các tế bào, nó có
thể truyền tải một hỗn hợp các dịch vụ bao gồm thoại, hình ảnh, số liệu, có thể cung
cấp các băng thông theo yêu cầu. ATM có thể loại trừ được các “nút cổ chai” thường
xảy ra ở các mạng LAN và WAN hiện nay.
Công nghệ ATM xuất hiện với mạng diện rộng, đa dịch vụ băng rộng, tốc độ
cao. Nhờ các công nghệ ATM, ta có thể kết hợp các dịch vụ B-ISDN khác nhau, đó là
những dịch vụ băng rộng, băng hẹp khác nhau cùng tồn tại trong mạng viễn thông có
cùng một kích cỡ tế bào ATM.

ATM cũng chấp nhận loại dịch vụ kết nối trong đó kênh ảo được tạo ra để
truyền các thông tin dịch vụ. ID kết nối được chỉ định khi thiết lập kênh và ID được
giải phóng khi kết thúc kết nối. Trình tự ATM của các tế bào ATM của kênh ảo được
tạo nên bởi chức năng của lớp ATM và thông tin báo hiệu cho việc thiết lập kết nối,
được truyền đi theo các tế bào ATM khác nhau.
2.1.2. Các đặc điểm của ATM.
ATM truyền tải theo phương thức không đồng bộ, tức là các thông tin được
truyền từ đầu phát tới đầu thu một cách không đồng bộ và được thể hiện như sau:
thông tin xuất hiện tại đầu vào của hệ thống được nạp vào các bộ nhớ đệm, sau đó
chúng được chia nhỏ thành các tế bào và truyền tải qua mạng. ATM có hai đặc điểm
quan trọng là:
• Thứ nhất: ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là tế
bào ATM (ATM cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ
truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các 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: ATM còn có một đặc điểm rất quan trọng là nhóm một vài
kênh ảo thành một đường ảo mhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
Phương thức truyền tải trong ATM gần giống với phương thức chuyển mạch
gói. Và nó có một số đặc điểm khác với chuyển mạch gói như sau:
• Để phù hợp với việc truyền tín hiệu thời gian thực thì ATM phải đạt độ
trễ đủ nhỏ, tức là các tế bào phải có độ dài ngắn hơn các gói thông tin trong
chuyển mạch gói.
• Các tế bào có đoạn mào đầu nhỏ nhất nhằm tăng hiệu quả sử dụng vì
các đường truyền có tốc độ rất cao.
• Để đảm bảo độ trễ đủ nhỏ thì các tế bào được truyền ở những khoảng
thời gian xác định, không có khoảng trống giữa các tế bào.
• Trong ATM thứ tự các tế bào ở bên phát và bên thu phải giống nhau
(đảm bảo nhất quán về thứ tự).
Những đặc điểm này giúp cho mạng ATM có sự mền dẻo và linh hoạt vì nó có

thể tạo ra sự tương thích về mặt tốc độ truyền của các tế bào (tốc độ của thông tin) và
tốc độ của thông tin được tạo ra (tốc độ thay đổi nguồn tín hiệu).
ATM có thể điều khiển tất cả các kiểu lưu lượng: Voice, Audio, Video, Text,
Data , được ghép kênh và chuyển mạch trong một mạng chung. Trong mạng ATM
độ rộng băng có thể gán lại trong thời gian thực cho bất kì kiểu lưu lượng khác nhau
nào theo yêu cầu, có thể thấy rằng đây là một công nghệ cho mọi môi trường LAN,
GAN, PSTN Đây là nguyên nhân nổi bật làm cho ATM được lựa chon làm công
nghệ chuyển mạch và truyền dẫn chung cho các dịch vụ trong mạng B-ISDN.
Các tính năng ưu việt của ATM và môi trường ATM là:
• Ghép kênh không đồng bộ (ATDM) và thống kê cho mọi kiểu lưu
lượng.
• Gán độ rộng kênh rất linh hoạt và mềm dẻo.
• Giảm các mạng riêng.
• Chấp nhận mạng hiện có nhờ kết nối chúng với mạng ATM mới.
• Tốc độ truy cập cao (155 Mbt/s – 16 Gbt/s)
• Tiết kiệm giá thành OA&M (Operation Administrantion and
Maintenance) nhờ công nghệ cao và đồng nhất.
Bản chất của ATM là liên kết truyền các tế bào với các thông tin được tạo ra và
ATM cung cấp khả năng ghép kênh “thống kê” với đường truyền. Do đó trong ATM
đã tận dụng được dung lượng truyền dẫn trong các thời điểm có “hoạt động thấp” của
nguồn thông tin với thay vì truyền đi các tế bào “không có ích”, là các tế bào truyền đi
trong khoảng thời gian này, sẽ có các nguồn thông tin khác nhau được thay thế. Trong
trường hợp có nhiều nguồn thông tin được thay đổi (VBR) truyền đi trên cùng một
đường truyền thì khả năng ghép kênh “thống kê” là rất cao.
Tế bào ATM có kích thước cố định và kết hợp với ghép kênh, giúp cho việc tổ
hợp nhiều nguồn tín hiệu khác nhau trên một đường truyền được dễ dàng, từ đó các
nhà khai thác có thể cung cấp nhiều dịch vụ cho khách hàng trên cùng một đường
truyền.
Tuy nhiên ATM không phải không có nhược điểm:
_ Thời gian tổ hợp tế bào và trễ biến động tế bào.

_ Trễ biến động tế bào sinh ra bởi các giá trị trễ khác nhau tại những điểm chuyển
mạch và các thiết bị tách/ghép kênh, dẫn đến khoảng cách các tế bào bị thay đổi.
Trong tín hiệu thoại sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều nếu xảy ra trễ này.


 !"#$ %&' ($ %&' $)"

Hình 2.1 Mô tả sự biến đổi trễ của tế bào
2.1.3. Cấu trúc tế bào ATM
Cấu trúc một tế bào ATM

6
52
53
PhÇn mang th«ng tin dÞch vô
Information Section
PhÇn tiªu ®Ò
Header Section
Byte
1
2
3
4
5
8
7 6 5 4 3 2 1
Hình 2.2 Cấu trúc một tế bào ATM
Đặc điểm của ATM là hướng liên kết nên khác với chuyển mạch gói là địa chỉ
nguồn, đích và số thứ tự các gói tin là không cần thiết. ATM cũng không cung cấp cơ
chế điều khiển luồng giữa các nút mạng nhưng có khả năng nhóm một vài kênh ảo

thành một đường ảonhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng hơn. Vì vậy chức
năng cơ bản của phần tiêu đề trong tế bào ATM là nhận dạng các cuộc nối ảo.
Dựa vào cấu trúc phân cấp ATM theo sơ đồ:
Hình 2.3 Cấu trúc phân cấp ATM
Tương ứng với hai cấp giao diện trên, người ta đưa hai dạng cấu trúc phần tiêu
đề tương ứng:
+ Cấu trúc phần tiêu đề giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI.
+ Cấu trúc phần tiêu đề giao diện giữa các nút mạng NNI.


Hình 2.4 Cấu trúc tiêu đề tế bào ATM
ạ$*$
ộ$
ạ$*$
ộ$

+%,ệ$ữ-."ạ$/
ạ$0$
ạ$0$
-ạ"ế
ốử,ụ$
-ạ"ế
ốử,ụ$
-ạ"ế
ốử,ụ$
-ạ"ế
ốử,ụ$
1
+%,ệ"ạ$2- $/à
3Cấu trúc tế bào ATM tại UNI

%4 5
5 5
5
5  
6
ầ"$7$ủ$ườ
ử,ụ$89:;
<9=>?8@AB

B
A
@
8
?
C
C
C
C
C
C
?@
<;
5
5 5
5
5  
6
ầ"$7$ủ$ườ
ử,ụ$89:;
<9=>?8@AB

B
A
@
8
?
C
C
C
C
C
C
?@
<;
3Cấu trúc tế bào ATM tại NNI
Ý nghĩa các trường trong phần tiêu đề.

_ GFC ( General Flow control) là trường điều khiển luồng chung. Trường
này chỉ dùng cho giao diện UNI trong cấu hình Điểm - Điểm, có độ dài gồm 4 bit,
trong đó 2 bit dùng cho điều khiển và 2 bit dùng làm tham số. Cơ cấu này đã được
tiêu chuẩn hóa.
_ VPI (Virtual Path Identyfier) và VCI ( Virtual Channel Identyfier) là hai
trường định tuyến cho các tế bào trong quá trình chuyển mạch:
Với UNI thì có 8 bit VPI và 16 bit VCI.
Với NNI thì có 12 bit VPI và 16 bit VCI.

_ Hai trường này ghi nhận dạng luồng ảo và kênh ảo. Đặc tính cơ bản của ATM là
chuyển mạch xảy ra trên cơ sở giá trị trường định tuyến:
Nếu chuyển mạch xảy ra trên VPI thì gọi là kết nối đường ảo.
Nếu chuyển mạch xảy ra trên VPI và VCI thì gọi là kết nối kênh ảo.

_ PT ( Payload Type) là trường tải thông tin để xác định xem tế bào này mang
thông tin khách hàng hay thông tin điều khiển. Nó cũng xác định quá tải của tế bào
thông tin khách hàng. Trường này có ở cả hai giao diện và có độ dài 3 bit.

_ CLP ( Cell Loss Prioryti) là trường ưu tiên bỏ tế bào dùng để chỉ ra khả năng cho
phép hoặc không cho phép bỏ các tế bào khi có hiện tượng quá tải xảy ra.
Nếu các tế bào có CLP = 0 thì có mức ưu tiên cao
Nếu các tế bào có CLP = 1 thì có mức ưu tiên thấp
Trường này chỉ nhận hai giá trị “0” hoặc”1” nên có độ dài 1 bit và tồn tại ở cả hai
giao diện.
_ HEC (Heacler Error Check) là trường kiểm tra lỗi phần tiêu đề. Trường này có độ
dài 8 bit. Nó dùng để phát hiên lỗi ghép bit và sửa lại cho đúng các lỗi ghép bit đơn
đó. Công việc này được thực hiện ở lớp vật lý.
2.1.4. Kỹ thuật ghép kênh trong ATM
Nhựoc điểm cơ bản của STM là lãng phí khả năng truyền tải của hệ thống và
khó xử lý đồng thời tất cả các dịch vụ yêu cầu (thậm chí không thể xử lý được) có tốc
độ dòng bit rất khác nhau.
Khảo sát sơ bộ kỹ thuật dùng trong chế độ truyền tải đồng bộ STM là kỹ thuật
ghép kênh theo thời gian đồng bộ STDM (Synchronous Time Divission Multiplexing).
STDM thực hiện ghép kênh đồng bộ với đồng bộ hệ thống vì các khung tín hiệu phải
bố trí sắp xếp theo một thứ tự cố định và lặp lại theo một chu kỳ hoàn toàn xác định
bởi đồng hồ hệ thống .
Mỗi khe thời gian Tsi của một khung được gán cho một kênh liên lạc cố định
trong suốt thời gian của quá trình thông tin, do vậy thường xảy ra lãng phí nguồn tài
nguyên vì kênh đã gán dành riêng cho một quá trình thông tin thì cho dù nó không
được sử dụng (khi không có thông tin để truyền) cũng không thể dùng cho các quá
trình thông tin khác.

C
B

A
A
B
C
A1
A3
B1 B2
C2 C3
A1
A3
B1 B2
C2 C3
A1 B1 B2
C2 A3
C3
A1 B1 B2 C2 A3
C3
STDM
ATDM
Hình 2.5 So sánh STDM và ATDM
Khác với chế độ ghép kênh đồng bộ, trong kỹ thuật ghép kênh không đồng bộ
ATDM (Asynchronous Time Divission Multiplexing) không còn nhiệm vụ gán khe
thời gian cho các quá trình thông tin cụ thể nữa mà cứ có bất kỳ khe thời gian nào rỗi
thì ATDM ghép gói tin cần truyền vào. Nói cách khác, ATDM đã thực hiện kỹ thuật
ghép kênh thống kê, nghĩa là các gói tin chuẩn của nguồn tin có thể ghép vào đồng
thời nhiều khe thời gian có chỉ số khe khác nhau và do vậy ATDM đạt được độ mềm
dẻo, linh hoạt, hiệu quả cao với nhiều kiểu dịch vụ, ở mọi tốc độ bit và kiểu lưu lượng
khác nhau.
Giải pháp kết hợp các ưu điểm, khắc phục các nhược điểm của kỹ thuật chuyển
mạch kênh và chuyển mạch gói, sử dụng ATDM sẽ có khả năng đáp ứng tốt các yêu

cầu trong B-ISDN là vấn đề chủ yếu của công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM.
Như đã trình bày, thuật ngữ “truyền” bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và
chuyển mạch trong mạng, mạng ATM có khả năng chỉ gửi số liệu liên quan tới một
cuộc nối khi nó có thực sự có số liệu cần truyền và không có khe thời gian gán riêng
cho cuộc nối đó. Điều này hoàn toàn khác so với cơ chế “đồng bộ” khi ứng với cuộc
nối cần phải có một khe thời gian dành riêng xác định, vì máy thu STM không thể
khôi được thông tin chứa trong các khe thời gian khác.
2.1.5. Nguyên lý cơ bản của ATM
Nguyên lý cơ bản của ATM là kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh với
chuyển mạch gói và ATDM. Trong công nghệ kỹ thuật chuyển mạch gói, ví dụ trong
giao thức X.25 các gói tin có phần tiêu đề khá phức tạp, kích thước khá lớn và không
chuẩn hoá độ dài gói tin. Như vậy có nghĩa là xử lý ở chuyển mạch gói tương đối khó,
kích thước lớn nên độ trễ lớn, xử lý và truyền dẫn chậm đồng thời khó quản lý quá
trình.
Khắc phục nhược điểm này của chuyển mạch gói ở ATM người ta tạo ra các
gói tin gọi là “tế bào ATM”, nó được chuẩn hoá khích thước và định dạng cho phù
hợp nhất, dễ quản lý nhất, hiệu quả nhất và tiêu đề đơn giản nhất.
Thật vậy đôi khi cách tốt nhất để quản lý lượng thông tin lớn là chia thành các
gói tin nhỏ nhờ vậy dễ quản lý hơn. ATM không quan tâm thông tin là cái gì và nó từ
đâu đến. Đơn giản là ATM cắt bản tin cần phát thành các tế bào ATM có kích thước
nhỏ và bằng nhau, gán tiêu đề cho các tế bào sao cho có thể định hướng chúng tới
được đích mong muốn, đảm bảo các yêu cầu trong suốt quá trình truyền tin. Mõi tế
bào này theo ITT-T đưa ra kích thước là 53 byte, trong đó có 5 byte tiêu đề và 48 byte
trường thông tin. Trường thông tin mang thông tin của khách hàng và phần tiêu đề gọi
là “mào đầu” mang thông tin mạng như thông tin định tuyến.
Vì đi trên cùng một đường truyền nên có thể có nhiều tế bào từ các nguồn tín
hiệu khác nhau ghép lại với nhau tạo nên một luồng tế bào có chung một nguồn tín
hiệu. Việc này được thực hiện bằng thông tin ở mào đầu của tế bào.

D0$7$

E
FG
Hình 2.6 Cấu trúc nguyên lý dạng tế bào.

Với trường thông tin thì được truyền tải thông suốt qua mạng ATM và không
bị xử lý trong quá trình vận chuyển (không có điều khiển lỗi như trong chuyển mạch
gói).
Tóm lại: ATM là chế độ truyền tải các gói tin không đồng, nó khác chế độ
chuyển mạch gói nhưng nói chung ATM có đặc trưng của chuyển mạch gói đồng thời
cũng có các đặc tính trễ và tốc độ cao như cônng nghệ chuyển mạch kênh (vì kích
thước nhỏ và tiêu đề đơn giản hơn chuyển mạch gói nhiều).
2.1.6. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM
Theo mô hình tham chiếu liên kết hệ thống mở OSI (Open System
Interconnection ) của tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO ( International Standrd
Organization ). Mỗi hệ thống mở đều có các hệ thống con được sắp xếp theo thứ tự.

§êng truyÒn vËt lý
Líp cao nhÊt
Líp N+1
Líp N
Líp N-1
Líp thÊp
nhÊt
HÖ thèng A HÖ thèng B
.
.
.
.
.
.

Hình 2.7 Mô hình phân lớp OSI


Thùc thÓ
N+1
Thùc thÓ N Thùc thÓ N
Thùc thÓ
N+1
Giao thøc ®¼ng cÊp
N
Giao thøc ®¼ng cÊp
N+1
Líp sö dông
dÞch vô
Líp cung
cÊp dÞch vô
PDU
N-PDU
Hình 2.8 Mối quan hệ giữa các thực thể và các lớp trong OSI
Một PDU lớp N bao gồm thông tin điều khiển giao thức PCI ( Protocol Control
Information ) lớp N và số liệu tới từ lớp N+1 thông tin điều khiển trao đổi giữa các
thực thể lớp N.

PDU líp N+1
SDU líp N+1
PDU líp N+1
PCI líp N
Líp N+1
Líp N
Hình 2.9 Các kiểu đơn vị số liệu và quan hệ giữa chúng

2.1.7. Lựa chọn độ dài cho tế bào.
2.1.7.1. Lựa chọn độ dài cố định hoặc thay đổi.
Việc lựa chọn độ dài tế bào cố định hay thay đổi được quyết định sau khi cân
nhắc các ưu nhược điểm của những phương án này thông qua một loạt các yếu tố như
hiệu suất băng truyền, trễ, tốc độ và độ phức tạp tại nút chuyển mạch.
• Về mặt hiệu suất băng truyền.
Ta có công thức chung để tính hiệu suất băng truyền:

Số byte thông tin
n = ———————————————
Số byte thông tin + Số byte tiêu đề
* Trường hợp độ dài gói cố định:
Trong trường hợp độ dài tế bào ATM cố định, hiệu suất băng truyền được tính
theo công thức:
X
n
F
= ———————
X
(int — )( L + H)
L
Trong đó:
n
F
: Hiệu suất băng truyền của tế bào có độ dài cố định.
L: Kích thước trường số liệu của gói tính bằng byte.
H: Kích thước phần tiêu đề tế bào.
X: Tổng số byte thông tin hữu ích được truyền đi.
Int(z): Phần nguyên của z.
Như vậy hiệu suất sẽ là tối ưu khi toàn bộ thông tin được truyền đi chia hết cho

kích thước trường thông tin:

X X
— = int —
L L
Lúc đó giá trị hiệu suất băng truyền sẽ là:

L
n
Fopt
= ———
L + H
Người ta nhận thấy rằng hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào các byte thông tin hữu ích
được truyền đi. Số byte thông tin càng nhiều 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
nên hiệu suất gần đạt được giá trị tối ưu, kể cả khi sử dụng tế bào có độ dài cố định.
* Trường hợp độ dài gói thay đổi:
Đối với gói có độ dài thay đổi, các thông tin bổ sung vào phần tiêu đề bao gồm
các “cỡ” để nhận biết giới hạn gói, một vài bit được chèn thêm vào để nhận biết các
cỡ chính xác. Ngoài ra còn phải cộng thêm vào phần đầu khung phần báo hiệu độ dài
gói, lúc đó hiệu suất là:
X
n
v
= —————
X + H + h
v
Trong đó h
v
là phần thông tin bắt buộc phải bổ sung thêm để báo hiệu độ dài

thay đổi của gói ATM. Hiệu suất truyền của gói có độ dài thay đổi là rất cao, với các
gói có độ dài lớn hiệu suất này đạt gần tới 100%.
• Về mặt tốc độ chuyển mạch và độ phức tạp.
Độ phức tạp của việc chuyển mạch các gói có độ dài cố định hay thay đổi phụ
thuộc vào những chức năng mà chúng cần thực hiện cũng như yêu cầu kỹ thuật tương
ứng với các chức năng này. Hai yếu tố quan trọng nhất là: tốc độ hoạt động và yêu
cầu về kích thước bộ nhớ của hàng đợi.
* Tốc độ hàng đợi: Phụ thuộc vào số lượng các chức năng cần thực hiện và
thời gian thực hiện các chức năng đó.
* Xử lý phần tiêu đề: Đối với các gói có độ dài cố định, khoảng thời gian cần
thiết để xử lý phần tiêu đề là cố định. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, thời
gian xử lý này không cố định mà phụ thuộc vào độ dài của gói, thông thường tốc độ
xử lý cần lớn hơn rất nhiều mới đạt được tốc độ truyền tin như trong trường hợp gói
có độ dài cố định. Kích thước càng nhỏ thì yêu cầu tốc độ xử lý càng lớn. Bảng thể
hiện tốc độ xử lý cần thiết trong hai trường hợp ở tốc độ 150 Mb/s. Ta thấy là tốc độ
trong trường hợp độ dài gói thay đổi yêu cầu lớn hơn rất nhiều so với trường hợp độ
dài gói cố định.
* 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 cũng trở nên phức tạp hơn.
* Yêu cầu về kích thước hàng đợi: Trong trường hợp độ dài gói cố định, yêu
cầu về kích thước hàng đợi phụ thuộc vào tải và tỷ lệ mất gói tải, tỷ lệ mất
gói tải càng lớn thì thì yêu cầu hàng đợi cũng phải càng lớn. Trong trường hợp gói có
độ dài thay đổi, tính toán kích thước hàng đợi phức tạp hơn nhiều và sẽ phụ thuộc vào
độ dài gói. Đơn giản nhất là định kích thước hàng đợi tương ứng với gói có độ dài lớn
nhất, lúc đó kích thước hàng đợi sẽ trở nên lớn hơn rất nhiều so với trường hợp gói có

độ dài cố định. Việc tính toán kích thước hàng đợi một cách tối ưu trong trường hợp
này sẽ rất khó khăn.
Kết luận:
Sau khi đối chiếu với yêu cầu về tốc độ hoạt động và kích thước hàng đợi, giải
pháp gói có kích thước cố định là hợp lý nhất đối với các dịch vụ băng rộng.

• Trễ.
Kích thước của gói trong ATM cần phải giới hạn để không phát sinh ra trễ
trong mạng. Trễ tiếng nói sẽ rất lớn nếu kích thước gói lớn. Hình … minh hoạ một
Multiplexer hợp kênh các đường truyền số liệu khác nhau vào bộ chuyển mạch, các
gói số liệu trong trường hợp này có kích thước thay đổi. Đầu vào phía trên là một mẫu
tiếng nói được truyền cho thời gian thực, đầu vào phía dưới là một gói số liệu rất dài.
Do mẫu tiếng nói tới sau gói số liệu một chút nên phải đợi số liệu truyền xong mới tới
lượt nó được truyền tới đầu ra. Nếu gói số liệu quá dài thì mẫu tiếng nói sẽ bị trễ đáng
kể. Ngược lại, nếu sử dụng các tế bào nhỏ và cố định thì trễ sẽ giảm xuống tới một giá
trị chấp nhận được.

I n p u t
O u t p u t
I n p u t
I n p u t
I n p u t
O u t p u t
a
b
M U X
M U X

Hình 2.10. a) Gói có kích thước nhỏ bị trễ sau gói lớn.
b) Gói có kích thước bé và cố định trong ATM đảm bảo trễ đủ

nhỏ.
• Kết luận.
Trong mạng băng rộng, các ứng dụng chính được sử dụng là tiếng nói, tín hiệu
video, số liệu gói. Lợi ích thu được về mặt 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 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 có kích thước cố định.
2.1.7.2. 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 của tế bào sẽ ảnh hưởng tới các chỉ tiêu sau:
+ Hiệu suất băng truyền.
+ Trễ (trễ tạo gói, trễ hàng đợi, trễ tháo gói, biến động trễ…).
+ Độ phức tạp khi thực hiện.
• Hiệu suất băng truyền.
Hiệu suất băng truyền được quyết định bởi tỷ lệ giữa kích thước phần tiêu đề
và kích thước trường dữ liệu. Kích thước trường dữ liệu càng lớn thì hiệu suất càng
cao. (đã trình bày ở 7.1.1).
• Trễ.
+ Trễ tạo gói: Phụ thuộc vào kích thước trường dữ liệu trong tế bào thể hiện ở hình…
hiệu suất truyền đối với các tế bào có độ dài khác nhau (so sánh 2 tế bào có H=5 và
H=4) và trễ tạo gói của chúng (so sánh giữa 2 tốc độ truyền tiếng nói 64Kb/s và
32Kb/s).

2 9 0
1 0 0
T r Ô ( m s )
H i Ö u s u Ê t b ¨ n g t r u y Ò n
§ é d µ i t r  ê n g s è l i Ö u ( b y t e )

D ( 3 2 K / b i t )
( % )
( H = 4 )
4
( H + 5 )
5

Hình 2.11. Hiệu suất truyền và trễ tạo gói đối với trường số liệu có độ dài khác.
+ Trễ hàng đợi: Bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ giữa độ lớn của trường số liệu L và độ
lớn trường tiêu đề H.
Hình 2.12 thể hiện sự phụ thuộc của trễ hàng đợi và tỷ lệ L/H. Ta nhận thấy trễ
bé nhất khi L/H có giá trị từ 8 - 16, tương ứng với kích thước tế bào từ 32+4 byte tới
64+4 byte.

T r Ô h µ n g ® î i ( s )
0
4 0
8 0
1 2 0
1 6 0
2 0 0
2 4 0
2 8 0
8
1 0 2 0 3 0
1 6 3 2 6 0
L / H
3 2 + 4 6 4 + 4 1 2 8 + 4
H i Ö u s u Ê t t ¶ i
0 . 8 5

0 . 8 0
0 . 7 5
0 . 7 0
0 . 6 5

Hình 2.12 Trễ hàng đợi phụ thuộc vào tỷ lệ L/H với các hiệu suất tải khác nhau.
+ 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 tế bào. Trễ toàn
mạng theo khuyến nghị Q.161 của ITU-T cần phải được giới hạn sao cho giá trị của
nó nhỏ hơn 25 ms. Nếu tổng trễ lớn hơn giá trị này thì cần phải lắp thêm bộ khử tiếng
vang. Theo kết quả nghiên cứu của ITU-T, độ dài của 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, do đó trong hầu hết các trường hợp đều không cần bộ khử tiếng vang.
• Đối với các tế bào có độ dài lớn (hơn 64 byte) thì trễ tăng lên đáng kể, do đó
lúc này sẽ có hai giải pháp: lắp bộ khử vang cho hầu hết các cuộc thoại. Đối
với các cuộc thoại, ta chỉ điền một phần của trường số liệu để giảm trễ, tuy vậy
phương pháp này làm giảm hiệu suất truyền.
• Đối với các gói có độ dài trung bình trong khoảng 32 ữ 64 byte, phần lớn các
trường hợp ta đều không cần sử dụng bộ khử tiếng vang nếu số nút chuyển
mạch, số lần chuyển giữa mạng ATM và mạng đồng bộ, khoảng cách truyền
không quá lớn.
• 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. Để giới hạn tỷ lệ mất tế bào, ta cần phải 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 cần phải được sử lý ngay trong khoảng thời gian một tế bào, do đó kích thước
tế bào càng lớn thì thời gian dành cho việc thực hiện càng nhiều và tốc độ yêu cầu
càng thấp.

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 1às, như vậy vấn đề chính là giới
hạn bộ nhớ.
• Kết luận.
Các giá trị độ dài ở kích thước giữa 32 byte và 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
lựa chọn giải pháp tế bào ATM với kích thước cố định có độ dài 53 byte, trong đó
phần trường dữ liệu là 48 byte, phần tiêu đề là 5 byte.