Đánh giá hiệu suất của chuyển mạch ATM, sử dụng bộ đệm đầu vào

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ
vũ THỊ THUÝ HÀ
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
■
ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA CHUYEN mạch ATM,
■ ■
*

sử DỤNG BỘ ĐỆM ĐẦU VÀO
■ » •
Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
M ã số:
LUẬN VĂN THẠC SỶ KHOA HỌC
Người hướng dẫn :Ts Vũ Duy Lợi
! W i họcq Loc hã NOf ị
I ÎRtWGÎÀMTHÒMTỊN ïiilÎViL.N'j
I 6 1 I
H à nội, năm 2001
1
MỤC LỤC
Mở đầu 2
C h ươ n gl: Tổng quan về chuyển m ạch A TM 4
1.1 Giới thiệu chung 4
1.2 Cấu trúc tế bào ATM 6
1.3 Mẫu Iham chiếu B-ISD N 9
1.4 Cấu hình tổng quan hệ chuyển mạch ATM 15
Chươngll: Lý thuyết hàng đợi 2K
2.1 Giới thiệu chung
2.2 M ô hình đến sớm và mô hình đến muộn ^ *
2.3 Một số mô hình hàng đợi

2.3.1 Hệ thống hàng đợi Geom/G/1
2.3.2 Hệ thống hàng đợi Georrr' /G /l
2.3.3 Hệ Ihống hàng đợi Geom/Geom/1
2 .3 .4 Hệ thống hàng đợi G eon r' /D/l
2.3.5 Hệ thống hàng đợi M /D /l
33
39
42
49
53
54
54
58
ChươnglII: Phân tích đánh giá hiệu suất của chuyển mạch
A TM , sử (lùng bộ đệm đầu vào
3.1 Xây dựng mô hình
3.2 Chuyển m ạch ATM , ma trận NxN với 1 hộ đệm ở 1 cổng
đầu vào
3.3 Chuyển m ạch ATM , ma trận MxN với m bộ đệm ở 1 cổng
đầu vào
Phụ lục A
A. 1. Mội số hảng số liệu liên quan tới các đồ thị trong phần yg
nghiên cứu
A.2 Phân hố của tế bào HO L “fresh” 83
A .3 M ột số cấu trúc chuyển mạch thương mại tiêu hiểu cúa 1
£ 4
số hãng .
T ài liệu tham khảo g
5
T h u ậ t ngữ viết tát

8 7
K ế t luận
9 0
2
M Ở Đ ẨU
Công nghệ viễn thông đang có những bước phát triển tuyệt vời. Cùng với sự phát
triển của các ngành công nghệ khác như điện tử, tin học, quang học, công nghệ
viễn ihông đã và đang mang đến cho con người những ứng dụng trong tất cả lĩnh
vực: kinh tế, giáo dục, văn hoá, y học, thông tin quảng bá vv C ác quốc gia đều
coi Viễn thông-Tin học là một trong những nghành mũi nhọn và đầu tư thích
đáng để có được những thành tựu, những vị trí xứng đáng trong nghiên cứu và
ứng dụng thông lin, làm đòn bảy để kích thích sự phát triển của các ngành kinh
tế quốc dân kliác. Trong để tài này, tôi cũng xin giới thiệu một công nghệ viễn
thông mới đó là công nghệ truyền tải không đồng bộ A TM , đây là cơ sở của hệ
thống xa lộ thông tin trên toàn cầu, mạng số đa tích hợp băng rộng B-ISDN.
Phần để tài nghiên cứu đưực chia ra làm 3 chương.
Chương I giới thiệu tổng quan về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM . Đây
là I công nghệ được ITƯ chọn làm công nghệ cơ sở cho mạng số đa tích hợp
băng rộng B -ISD N . Công nghệ A TM không quan tâm thông tin là loại gì và nó từ
đâu đến. Đơn giản là A T M cắt bản tin thành các tế bào ATM có độ dài cố định
53 octet (48octet cho phần tải tin và 5 octet cho phần tiêu đề). Các tế bào được
ghép kênh không đồng bộ và được truyền theo phương thức hướng kết nối qua
các kênh ảo. Phần tải tin được truyền thông suốt, còn phần tiêu đề được dùng để
xác định và thiết lập kênh ảo.
Chưưng II trình bày m ột số mô hình hàng đợi dùng để mô hình hoá cho kiểu
chuyển m ạch A T M sử dụng bộ đệm đầu vào hoặc đầu ra trong các thành phần
chuyển mạch. M ô hình Geom /G/1 được dùng để mô hình hoá cho mạng chuyển
3
mạch sử dụng bộ đệm đầu vào. Mô hình Geom ' /D /l được dùng để mô hình hoá
cho mạng chuyến mạch đệm đầu ra.

Chương III đánh giá hiệu suất của chuyển mạch ATM , sử dụng bộ đệm đầu vào
trong chuyển mạch, ma trận chuyển mạch M xN( non-blocking). Để đánh giá
hiệu suấl của chuyển mạch này, dùng mô hình hàng đợi Geom/G/1 để mồ hình
hoá. Trong phần nghiên cứu dựa vào lý thuyết xác suất và lý thuyết hàng đợi để
tính toán các tham số ảnh hưởng tới hiệu suất của chuyổn m ạch như : Thông
lượng của hệ thống, thời gian trễ trung bình, thời gian đợi trung hình trong hàng
đợi, xác suất mất tế bào vw . Từ đó đưa ra các đổ thị biểu diễn mối quan hệ của
các giá trị đó với tốc độ đầu vào Ả. Trong phần này cũng đưa ra khái niệm hàm
công suất, dựa vào hàm này ta có thể tìm điểm đạt hiệu suất tối ưu nhất của hệ
thống, với các yêu cầu đặt ra.
4
CHƯƠ NG I
TỔNG QUAN VỂ CHUYỂN m ạch ATM
1.1 Giới thiệu chung
Khi môi trưởng của xã hội thông tin hoàn thiện, thì mạng giao tiếp Ihông tin
băng rộng B-ISDN cần thiết phải tỏ ra thích nghi với các tính năng như tốc độ
cao, hăng rộng, đa phưưng tiện. Và vì vậy phải tính đến việc thiết lập mạng
ihông tin tốc độ siêu cao ở tầm quốc gia.
Mạng thồng tin băng rộng B-ISDN được phát triển bằng cách mở rộng khả
năng của mạng ISDN đang tồn tại với mục đích trang bị them các loại Ưn hiệu
băng rộng và nhờ ảnh hưởng của tiêu chuẩn truyền dẫn quang đồng bộ
(SON ET). Phương pháp truyền thông ISDN được đưa vào ứng dụng trong
mạng B-ISDN . Mục đích chính của mạng B-ÏSDN là kết hợp các tín hiệu liên
tục thời gian thực và nhóm các tín hiệu dữ liệu nhờ cách phân bố hăng rộng từ
nhóm các dịch vụ băng hẹp như giám sát từ xa các thiết bị truyền số liệu điện
thoại , FA X, đến các dịch vụ băng rộng bao gồm điện thoại thấy hình , hội
nghị truyền hình , truyền ảnh với độ chính xác cao, truyền số liệu tốc độ cao
và truyền hình ảnh . Như vậy cần có hệ thống xử lý hiệu suất để điều khiển
các dịch vụ khác nhau. Để đáp ứng tốt mọi yêu cầu của mạng B-ISDN, ITU đã
chọn công nghệ truyền tải không đồng bộ-ATM là công nghệ cơ sở cua mạng

B-1SDN.
Nguyên lý CƯ hản của công nghệ ATM là kết hợp các ưu điểm của 2 mạng
chuyển mạch truyền thống đã tồn tại từ rất lâu đó là : Chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói. Chuyổn mạch ATM sử dụng phương thức ghép kênh ihống
kê (ghép kênh theo thời gian không đồng bộ A TDM ). Công nghệ truyền tải
không đồng bộ ATM chia dữ liệu thành các gói nhỏ có kích thước như nhau
gọi là tế bào (cells) và truyền tải theo phương thức hướnu kết nối sao cho sự
truyền tải thông tin dịch vụ được thực hiện bởi việc thiết lập kênh ảo . Mội
khi kênh ảo được thiết lập cuộc nối được gán tên và khi giải phóng cuộc nối
5
thì tên bị xoá bỏ. Công nghệ ATM không phân biệt thông tin là cái gì và nó từ
đâu đến, đưn giản là nó cắt thành các tế hào có kích thước cố định , dán tiêu
đề cho các tế bào, sao cho có thổ định hướng tới được đích mong muốn, đảm
hảo các yêu cầu trong suốt về thời gian và trong suốt về nội dung , đồng thời
quán lý được nó trong quá trình truyền tin.
Tiêu đề của tế bào chứa rất ít chức năng. Nhờ vậy có thể xử lý một cách nhanh
nhất. Hình 1.1 minh hoạ các nguồn tin đến với các tốc độ khác nhau được cắt
thành các tế bào có kích thước hoàn toàn bằng nhau. Các tế bào này sẽ được
đổ vào một đường ống truyền dẫn khổng lồ và trộn tất cả các tế bào lừ mọi
nguồn theo một cách tối ưu cho việc truyền tải chúng trong ống . Việc tối ưu
hoá được thực hiện nhờ kỹ thuật ghép kênh thống kê ATDM ( Các tế bào được
đệm vào hàng đợi sau đó Ĩ
1
Ó được đọc theo một thuật toán thích hợp FIFO ).
Cổng nghệ truyền tải khônç đổng bộ ATM cho phép truyền các kiểu lưu lượng
khác nhau: V oice, Audio,V ideo,Text,Data v v Tất cả các kiểu lưu lượng đó
được ghép kênh và chuyển mạch đồng thời trong một mạng thống nhất.
C á c tính năng ưu việt của A TM
• Các tố bào có kích thước cố định và cấu trúc phần tiêu đề đơn giản.
• Sử dụng kỹ thuât ghép kênh không đồng bộ ( ATDM ),

• Thông tin người dùng được truyền qua kênh nối ảo và theo phương Ihức
hướng đấu nối (connection oriented).
• Thống kê cho mọi kiểu lưu lượng.
• Gán độ rộng băng rất linh động , mềm dẻo.
• Giảm các mạng riêng.
• Giao diện tốc độ cao để chuyển mạch(50Mbps đến 2.4G bps), với tốc độ
chuyển mạch có thể đạt tới tốc độ 80Gbps ở mạng đường trục.
• Bảo vệ đầu tư của mạng hiện có nhờ kết nối với mạng ATM mới
6
• Tiết kiệm giá thành quản lý vận hành và báo dưỡng nhờ công nghệ cao và
đồng nhất.
ồn« dẫn
số
khổng lồ
155Mbps
622Mbps
1.2Gbps
2.4Gbôs
H ình 1.1 Tạo tế bào và ghép kênh A TM
1.2 C ấu trúc tê bào A T M
T ế bào A TM là khối truyền tin cư bản trong phương pháp truyền tin ATM . Tế
bào ATM có kích cỡ cố định là 53 octets (bytes) bao gồm 5 octet (bytes) dành
cho phần tiêu đề và 48 octets (bytes) dành cho phần tái tin. Các bít trong tế
hào được truvền qua đường truyền dẫn ( như mô tả ở hình l .2).
Đ irờ ng truyền dần
Hình 1.2 Khuôn dạnu tế bào ATM
7
Phấn tiêu đề ATM được chia thành các phần điều khiển chung cho luồng tín
hiệu G FC (General Flow Control ), phần tín hiệu xác định luồng ảo (VP), xác
định kênh ảo (VCI ), loại tải (PT), tín hiệu xác định tế bào ưu tiên C LP và tín

hiệu kiểm tra lỗi phần tiêu đề HEC. ATM qui định 2 định dạng của tiêu đổ đó
là :
UNI- Khuôn dạng liêu đề trên giao diện Người dùng- mạng
NNI - Khuôn dạng tiêu đề trên giao diện Mạng-M ang
SỐ hít đành cho UNI và NNI khác nhau, số lượng và vị trí của các bít tương
ứng được chỉ ra trong hình 1.3
• Phần G FC : Dùng để chỉ giao điện của môi trường dịch vụ , ngoài ra nó
còn dùng để làm giảm độ rung pha của các dịch vụ có tốc độ bít không đổi
CBR ,chỉ định dung lượng đồng nhất đối với dịch vụ có tốc độ hít thay đổi
V BR và điều khiển mức độ quá tải của dòng V BR . Các chức năng như vậy
đòi hỏi khả năng kiểm soát đối với cấu trúc UNI của cấu hình mạng: hình
sao , đường vòng , loại đơn tuyến hoặc sự kếl hợp của các loại cấu hình
này.
• VCI: Khái niệm kênh ảo trong A TM là rất quan trọng: G ọi là kênh ảo vì
nỏ chỉ tồn tại vật lý khi cẩn th iế t, lức là chỉ trong thời gian thực sự truyền
tái các tế bào ATM. Còn kênh vật lý đóng vai trò như một “đường ống”
khổng ]ồ chung cho mọi nguồn tin. VCI gọi là nhận dạng kênh ảo được sử
dụnc, để thiết lập các cuộc nối sử dụng các bảng biên dịch ở các hệ chuyển
mạch ATM . Các kênh được thiết lập giữa các VCI đầu vào và VCI đẩu ra
được gọi là một kết nối ảo.
• VPI: Nhận dạng đường ảo được sứ dụng tưưng tự như VCI dùng để thiết
lập đường nối ảo từ đổu cuối đến đầu cuối cho một nhóm nhiều kênh ảo .
Một đưòíníì ảo có thể có nhiều kênh ảo như minh hoạ trong hình 1.4
• PT : Kiểu trường tin người dùng. Dùng để phân biệt các thông tin như
thông tin người sử dụng, số liệu báo hiệu hoặc thông tin về bảo dưỡng.
8
• C LP: Độ ưu tiên tổn thất tế bào. Dùng để chi khả năng cho phép hoặc
không cho phép mất cuộc gọi trong trường hợp mạng quá tải . Các tế bào
có mức độ ưu tiên thấp CLP = ỉ có thể sẽ bị loại bỏ tuỳ thuộc vào điều kiện
cụ thế của mạng tại thời điểm đang xét.

• H EC :Điểu khiên lỗi tiêu đề( byte kiểm tra chu kỳ thặng dư-CRC). Nó
được dùng để phát hiện và sửa lỗi cho phần tiêu đề của tế bào ATM .
GFC (4)
VPI (8)
VPI
VCI (16)
VCI
v a
PT(3) CLP(l)
H E C ( 8 )
VPĨ (1 2 )
VPI
VCI
VCI
V CI (16)
PT(3)
C L P (l)
H E C ( 8 )
Hình 1.3 UNI NNI
V
c
V
c
V
c
V
c
V
c
V

c
Đường truyền dẫn
MiiSl
■ ;
VP
____________
îx&ï&totëïM : -■ l ‘.Vỉ ■ -
Ị ■
H ìn h l.4 M ối quan hệ giữa V C,VP và đường
truyền dẫn
9
1.3 M ỏ hình tham chiếu giao thức B-ISD N
Mặt bằng quàn lý

—X
/ ộ
Giao thức của lớp Giao thức củalớp
mức cao
Lớp thích ứng ATM
mức cao
cr
Lớp ATM
Lớp ATM
H ình 1.5 Mô hình tham chiếu giao
thức ATM /BỈSDN
ITU đã đưa ra mổ hình Iham chiếu giao thức của mạng B-ISDN bao gồm mặt
bằng quản lý, mặt bằng dieu khiển và mặt bằng khách hàng như chỉ trong hình
1.5. M ặt hằng quản lý được chia thành quản lý mặt bằng và quản lý lớp. Giao
thức của mặt bằng điều khiển và mặt bằng khách hàng được phàn loại tiếp
thành lớp mức cao. Lớp thích ứng ATM (AA L), lớp ATM và lớp vật lý.

1.3.1 Chức năng của từng mặt bằng
a/M ặt bằng k hách hàng: Cung cấp các chức năng như vân chuyển các luồng
thông tin khách hàng, điều khiển dòng tin, sửa lỗi, w
b/M ặt bằng điều khiển :Cung cấp chức năng kết nối và điều khiển cuộc gọi .
Nói cách khác, mặt bằng điều khiển cung cấp các chức năng liên quan đến
thiết lập cuộc gọi, giám sát cuộc gọi, giải phóng cuộc gọLvv. Ngoài ra nó có
thể cung cấp các chức năng điều khiển để thay đổi các đặc tính của dịch vụ
đối với đường kết nối đã được thực hiện.
c/M ặt bằn g quản lý: M ặt bằng quản lý cung cấp chức năng giám sát mạng
viễn thông liên quan đến thông tin khách hàng và truyền thông tin điều khiển .
Nó được phân loại thành chức năng quản lý mặt bằng và chức năng quản lý
10
lớp. Chức năng quản lý mặt bằng điều khiổn tổng thể hệ thống hằng cách can
thiệp vào giữa các mặt bằng, và chức năng điều khiển. Quản lý lớp cung cấp
việc điều hành liên quan đến nguồn và tham số của giao thức tương ứng .
Ngoài ra nó còn điều khiển dòng thông tin đối với các lớp cấu thành.
1.3.2 Chức năng của các lớp trong mô hình tham chiếu B-ISDN
Lớp
Phân lớp
Các chức năng
Lớp bậc cao ■ Chức năng lớp bậc cao
Lớp thích ứng
A TM (A AL)
(H ình 1.5)
K ết hợp
* Chức năng kết hợp
Phân định và kết
hợp
■ Chức năng phân chia và kết
hợp lại

Lớp ATM
(hình 1.6)
■ Điều khiển lưu lượng chung
■ Tạo và tách thông tin tiêu đề
- Dịch các tế bào VPI/VCI
■ Ghép các tế bào ATM với
luồng ảo và kênh ảo khác
nhau để tạo ncn dòng tế bào
tổng hợp. Ngược lại nó thực
hiện lách tế bào
11
Lớp vật lý K ết hợp chuyển
đổi
■ Phân chia tốc độ tế bào
■ Tạo và xác định tín hiệu HEC
trong phần tiêu đề của tế bào
A TM
■ Nhận dạng biên tế bào
■ Tạo và xác định khung truyền
dẫn
■
Môi trường vật lý * Chức năng thông tin thời gian
bít
■ Chức năng tương ứng môi
trường vật lý.
B ản g 1.6 Chức năng của các lớp trong mô hình tham chiếu
1.3.2.1 Lớ p vật lý : Được tạo nên bởi lớp con môi trường vật lý PM và lớp
con kết hợp truyền dẫn TC. Nó thực hiện các chức năng sau:
• Chức năng môi trường vật lý: Chức năng PM có liên quan tới môi trường
vật lý để truyền dẫn như sợi quang, phần tử phát quang, phần tử nhận

quang, bộ nốivv
• Chức năng thông tin thời gian bít: Chức năng này chuyển đổi luồng bít dữ
liệu thành dạng sóng phù hợp với môi trường truyền dẫn và ngược lại, đưa
vào hoặc lấy ta các thông tin về thời gian của bít, và thực hiện mã hoá và
giải mã đường truyền. Như vậy thông tin được chuyển từ phân lớp môi
trường vật lý sang phân lớp kết hợp truyền dẫn bao gồm dòng bít /mã dữ
liệu và thông tin thời gian tương ứng.
• Chức năng tạo và nhận dạng khung : Chức năng này tạo ra hoặc xác định
khung truyền dẫn. Trong trường hựp Iruyền dẫn trên cơ sở các tế bào
ATM , chức năng này không cần vì không có các khung truyền dẫn riêng
12
biệt. Tuy nhiên, trong trường hợp truyền dẫn SDH (Synchronous Digital
Hierarchy-hệ thống truyền dẫn phân cấp số đồng bộ) cần phải có khung
STM -n và trong trường hợp truyền dẫn dựa trên khuyến nghị G .702 cần
phải có khung tín hiệu DS-3.
• Chức năng ihích ứng khung truyền dẫn: Ghép các dòng tế bào ATM vào
những khoáng với tải phù hợp của khung truyền dẫn hoặc lấy lại dòng các
tế bào ATM từ khung truyền dẫn. Điều này đòi hỏi đối với trường hợp
truyền dẫn trên cơ sở SDH hay trên cơ sử khuycn nghị G 702
• Chức năng nhận dạng biên tế bào : X ác định khung của các tế bào ATM
irong dòng các tế bào ATM . Nó thực hiện việc ngẫu nhiên hoá đối với
hướng phát, xác định, và khẳng định đường biên của tế bào ATM và thực
hiện việc giải ngẫu nhiên theo hướng ngược lại.
• Chức năng lạo và xác nhận tín hiệu HEC: Theo hướng phát nó tạo tín hiệu
H EC nhờ 4octet trong phần tiêu đề của A TM và đưa nó vào octet thứ 5.
Theo hướng ngược lại, nó kiểm tra tính thích hợp của tín hiệu HEC đối với
lín hiệu nhận được trong cùng 1 quá trình và hỏ qua tế bào nếu phát hiện ra
lỗi không sửa được.
• Chức năng phân định tốc độ tế bào : Ghép them các tế bào rỗi vào các tế
bào ATM với các thông tin phù hợp đổ tạo ra tốc độ tế bào bằng với dung

lượng của hệ thống truyền dẫn hoặc loại bỏ các tế bào rỗi để tách các tế
hào dữ liệu.
1.3.2 .2 Lớp A T M : Đ ộc lập với lớp vật lý và cung cấp các chức năng sau:
• Chức năng ghép tách tế bào : Ghép các tế bào ATM với các luồng ảo và
kênh ảo khác nhau để tạo nên dòng tế bào lổng hợp, ngược lại tách các tế
bào . Trong khi đó , các tế bào ghép khổng nhất thiết phải là dòng tín hiệu
liên tục
13
• Chức năng chuyển đổi lố bào V PI/VC I: Chức năng này được yêu cầu đối
với các hệ chuyển mạch ATM nó ghép các giá trị mới vào các giá trị trong
trường V PI/VCI.
• Chức năng tạo và nhận dạng phần tiêu đề của tế bào: Chức năng này được
dùng cho điểm xác định lớp ATM để tạo và nhận dạng 4 octet đầu của tín
hiệu ghép đầu tế bào A TM . Nó ghép các thông tin nhận được từ lớp bậc
cao đến các trường lương ứng để tạo ra tín hiệu ghép đầu tế bào và thực
hiện quá trình ngược lại để nhận dạng tín hiệu ghép đầu . Neoài ra nó dịch
tín hiệu nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ SAPI thành VPI và VCI.
• Chức năng điều khiển dòng chung : điều khiển việc truy nhập và dòng
thông tin trong UNI( giao diện người (iùng-m ạng).Trong trường hợp này
thông tin điều khiển dòng được chuyển vào các tế bào chỉ định và khổng
chỉ định.
1.3.2.3LỚP thích ứng AAL
Được phân chia thành phân lớp kết hợp c s và phân lớp chia và kếl hợp SA R.
c s tạo ra các thông tin dịch vụ khách hàng bậc cao trong khối dữ liệu giao
lliức PDƯ và ngược lại . Phân lớp SAR chia PDƯ đổ tạo ra vùng thông tin
khách hàng của tế bào ATM và ngược lai. Chức năng lớp thích ứng ATM phụ
thuộc vào loại dịch vụ mức cao. Theo tiêu chuẩn ITƯ -T các loại A A L được
gọi là A A L 1-4 tương ứng với 4 loại dịch vụcúa mạng B-ISDN
(classA ,clasB,classC ,classD )( Bảng 1.7). Tuy nhiên A A L -3 và A A L-4 đưực
kết hợp lại A A L3/4 và A A L-5 được thêm vào cho các thông tin tốc độ cao.

A AL1-5 thực hiên các chức năng sau:
• AAL1
s Chuyển SDƯ (Service Data Unit) của cùng 1 tốc độ hít theo cùng một tốc
độ.
s Chuyển thông tin thời gian thực giữa phát và thu.
s Chỉ thị việc xác nhận lỗi hoặc không phát hiện lỗi
14
• AA L2
S Chuyên SDU theo tốc độ bít thay đổi.
'S Chuyển thông tin thời gian thực giữa phát và thu.
s Chí thị việc xác nhận lỗi hoặc không phát hiện lỗi
• A A L3/4
s Cung cấp dịch vụ loại c và D lừ A A L-SA P đến A AL-SAPs.
s Chuyển nhờ phương thức kết nối hoặc không kết nối
• A A L5
s Đơn giản hoá chức năng A A L3/4
'S Truyền tốc độ cao
Lớp dịch vụ
Thuộc tính Lớp A Lớp B Lớp c Lớp D
Tính thời gian
ihực giữa nguồn
và đích
Yêu cầu Không yêu cầu
Tốc độ bít
Không
thay đổi
Thay đổi
Phương thức đấu
nối
Hướng kết nối

Không kết nối
Các loại AA L
AAL1
AAL2 A A L3/4 hoặc
AA L5
A A L 3/4 hoặc
A A L5
Các ví dụ D S1,E1,
N x64kbs
Packed,
Video,
Audio
Frame relay
X .25
IR SM D S
Bảng 1.7 Các loại dịch vụ ATM/B-ISDN
15
Điểm truy nhập dịch vụ
AAL(AAL-SẢP)
SAR-PDU
Ý
_________
Ỷ
______________
__
________________________________ J
_
Điểm truy nhập dịch vụ
(ATM-SAP)
H ình 1.8 M ô hình phân lớp giao

thứcAAL
1.4 Cấu hình tổng quan hệ chuyển mạch ATM
1.4.1 Yèu cầu đôi với hệ chuyển mạch ATM
Các hệ thống chuyển m ạch gói và chuyển mạch kênh đã được phát triển cho
mạng truyền số liệu, mạng thoại/viđeo truyền thống , không thể đáp ứng được
các dịch vụ của mạng băng rộng B-ISDN. Công nghệ chuyển m ạch ATM được
ITƯ chọn làm công nghệ cơ sở cho mạng B-ISDN. Mạng B-ISD N lại yêu cầu
rất cao về tính mém dẻo , đa năng, chất lượng và hiệu quả kinh tế trong việc
truyền tải thông tin và cung cấp các dịch vụ cho khách hàng . Vì vậy hệ
chuyển mạch không đồng bộ ATM phải đáp ứng một số các yêu cầu sau:
16
• Hệ chuyển mạch ATM phải có khả năng là xử lý tốc độ cao, dung lưựng
lớn, chất lượng truy nhập cao và việc điều khiển quá trình chuyổn mạch
dễ dàng và đơn giản.
• Phải có khả năng ghép thống kê các luồng tế bào ATM qua hệ chuyển
mạch ATM . Đồng thời phải có khả năng thực hiện nhanh việc xử lý tốc
độ lồi b ít, trễ., theo yêu cầu dịch vụ trong các hệ chuyển mạchATM. Với
các khái niệm về V PI/VCI và đường dẫn băng rộng khổng lồ, việc thực
hiện các chức năng chuyển mạch nói chung có thể kết hợp tốt nhất cả 2
cơ chế xử lý phần cứng (HW ) và phần mềm (SW ), trong đó chú trọng
tăng cường xử lý phần cứng và giảm nhẹ cơ chế xử lý phần mềm để tăng
tốc độ và hiệu quả xử lý toàn bộ.
• Hệ thống chuyổn mạch ATM phải đáp ứng được yêu cầu,là quá trình xử
lý tế bào phải thực hiện xong trong phạm vi 1 msec trôn mỗi nút , trong
trường hựp xử ]ý thông tin CBR (tốc độ bít cố định ) là 1()'9 trên mỗi n ú t,
và trong trường hợp xử lý thông tin V BR ( tốc độ bít thay đổi) tỷ lệ tổn
thất tế hào cỡ 1 0 7 trên mỗi nút phải được đảm bao chác chắn .
• Phải đảm bảo sự hỗ trợ có hiệu quả của truy nhập điểm - đa điểm Irong
hệ thống chuyển mạch, sự hỗ trợ của chức năng phân nhóm kênh được sử
dụng nhằm mục đích liên kết các cổng chuyển mạch và nhóm chúng lại,

sự sử dụng dung lượng lớn của hệ thống chuyển mạch A TM ( V í dụ : vượt
quá 1024 X 1024 ) và sự hỗ trợ của các dịch vụ vận chuyển ATM mới như
A BR ( Tốc độ bít khả dụng ) và ƯBR ( Tốc độ bit không xác định ). Do
mạng chuyển mạch A TM nhất thiết phải hỗ trợ cho dịch vụ phân tán như
V D T mà người ta chờ đợi rằng nhu cầu của dịch vụ này sẽ tăng lên một
cách mạnh mẽ nôn nó nhất định phải có chức năng truy nhập điểm - đa
điểm. Đ ể đạl được mục tiêu này, hệ thống chuyển mạch ATM cẩn phải
có chức năng sao chép tế bào ngay trong hệ thống chuyển mạch ATM .
17
1.4.2 C ác khối chức nãng trong chuyển m ạch A T M
Chuyển mạch ATM rất giống chuyển m ạch gói. Điểm khác nhau căn bản
giữa chuyển mạch gói và ATM là tốc độ chuyển mạch. T ốc độ chuyển mạch
ATM có Ihể đạt được rất cao. Hệ thống chuyển mạch ATM có cấu trúc bao
gồm các khối chức năng: Giao diện chuyển mạch (module đầu vào và module
đầu ra), cơ cấu chuyển mạch tế bào, điều khiển tiếp nhận đấu nối (CAC) và
quản lý chuyển mạch (SM )( hình 1.7 ).
Hình 1.9 Cấu trúc lổng quan của chuyển mạch ATM
IM : Module đẩu vào (Input M odule) OM : Module đổu ra (Output Module)
CAC: Điều khiển tiếp nhận đấu nối (Connection Admission Control)
SM : Quản lý chuyển mạch (Switch Management)
SONETrM ạng quang đồng bộ( Synchronous Optical Network)
1.4.2.1 G iao diện chuyển m ạch : Có chức năng thích ứng các thiết bị truy
nhập giữa các đường truyền dẫn ngoại vi với cơ cấu chuyển mạch nếu cần.
Ngoài ra nó còn có chức năng đồng bộ tế bào, biên dịch tiêu đề và ghép tách
các thông tin định hướng tế hào ATM .
• Module đầu vào thực hiện các chức năng: Kiểm tra lỗi phần tiêu đề
(HEC), gán và biên dịch giá trị VPI/VC I, xác định cổng đẩu ra đích,
V - U f 1 5 & -
/
18

chuyển các tế bào háo hiệu đến khối điều khiển tiếp nhận đấu nối (CAC)
và các tế hào OAM đến khối quản ly chuyổn mạch,hổ sung các thông tin
định hướng và giám sál cuộc gọi.
• Module đầu ra: Tách và xử ỉý các thông tin định hướng và giám sát, tạo
trường HEC, biên dịch giá trị VPI/VC I, trộn các tế bào từ CAC và SM với
luồng tế hào ra, biến đổi luồng tín hiệu số thành tín hiệu quang.
1.4.2.2 Điều khiển tiếp nhận đấu nối (C A C ): CAC là 1 chức năng phần
mềm irong chuyển mạch ATM, nó có trách nhiệm xác định yêu cẩu đấu nối
được chấp nhận hay không được chấp nhận. Chức năng của CAC
• Thực hiện chức năng thiết lập, thay đổi, giải phóng kết nối kênh ảo,
đường ảo.vv ,
• Giao thức báo hiệu mức cao, giao diện với mạng báo hiệu.
• Đàm phán với khách hàng về vấn đề về lưu lượng, yêu cầu kết nối cuộc
gọi mới cùng với thông số kết nối mới(VPCs/VC C s).
• Thương lượng lại với khách hàng để thay đổi kết nối VPCs/VCCs.
• Nếu yêu cầu được chấp nhận CAC xác định tham số UPC/NPC, tạo tuyến
, và định vị tài nguyên . Định vị tài nguyên bao gồm độ rộng băng tần ,
không gian bộ đệm và các tài nguyên chyển mạch bên trong.
• Quyết định chấp nhận hoặc không chấp nhận yếu cầu kết nối
VPCs/VCCs.
1.4.2.3 Q uản lý chuyển m ạch (SM ):
• Điều khiển luồng O A M của lớp vật lý , OAM của lớp ATM
• Quản lý cấu hình của các thành phần chuyển mạch
• Quản lý an loàn cho cơ sở dữ liệu chuyển mạch
• Quản lý lỗi
• Quản lý hoạt động, quản lý tính toán
19
• Quản lý hiệu suất mạng, quản lý lưu lượng, quản lý mạng-khách
hàng vv
1.4.2 .4 C ơ cấu chuyển m ạch tế bào: Thực hiện chức năng truyền tế bào giữa

các khối chức năng(tạo tuyến cho các tế bào số liệu, tế bào háo hiệu, tế bào
quản lý). Cấu trúc bao gồm : hộ tập trung/dãn , bộ ghép/tách kênh, ma trận
chuyển mạch ( đệm và tạo tuyến).
a/Bộ tập trung :
Thực hiện chức năng sắp xếp lại các luồng lưu lưựng có tốc độ Ihấp thành
luồng có tốc độ bít cao sao cho ma trận chuyển mạch có thổ thực hiện chuyển
mạch với mọi lốc độ tại giao diện chuyổn mạch chuẩn. Các bộ ghép kênh sẽ
được sử dụng khi ma trận chuyển mạch có tốc độ cao hơn so với giao diện
chuyển mạch. Khi đó các tế bào ATM từ nhiều giao diện chuyển mạch được
ghép thành một luồng tế bào ATM phía đầu ra của bộ ghép kênh mà nó có tốc
độ bít phù hợp các yêu cầu của ma trận chuyển mạch.
b/Ma trận chuyển mạch:
Luồng tế bào ATM đầu vào sẽ được chuyổn qua ma trận để đạt tới các địa chí
đầu ra, theo yêu cầu định hướng của tế bào. Nếu cùng thời điểm của 1 khc
thời gian có nhiều tế bào đến và có cùng địa chí cổng ra, ihì nó sẽ phải được
lưu ở bộ đệm trước khi lạo tuyến. Do đó ma trận chuyển mạch sẽ bao gồm 2
thành phần : bộ đệm và chuyển mạch tạo tuyến để đưa tế bào đến từ 1 đầu vào
và đi ra 1 cổng thích hợp. Có một số cơ chế chuyển mạch : Chuyển m ạch
dùng chune hộ nhớ, chuyển mạch dùng chung môi trường môi giới, chuyển
mạch trôn cơ sơ trang bị hộ đệm , chuyển mạch ma trận không gian.
1.4.3 Ma trận chuyển mạch .
1.4.3.1 Chuyển mạch trên cơ sở trang bị bộ đệm
Bộ đệm là rất cần thiết cho các kiến trúc của chuyển mạch A TM . V í dụ nếu 2
tế bào có cùng địa chỉ cổng đầu ra đi đến tầng chuyển mạch cuối cùng tại
cùng lkhe thời gian, thì hiện tượng tranh giành cổng đầu ra sẽ xảy ra, để giải
20
quyếl hiện lượng này thì phái dùng bộ đệm. Vị trí và kích Ihước của bộ đệm
ảnh hưởng rất nhiều tới hiệu suất của hệ thống chuyển m ạch. Tuỳ theo vị trí
của vùng đệm này mà chuyển mạch ATM có thể được phân loại chi tiết hơn:
chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu vào, kiểu vùng đệm đẩu ra, kiểu vùng đệm

đầu vào / đầu ra, kiểu vùng đệm dùng chung vv
a/ Chuyên mạch kiểu vùng đệm đầu vào.
Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu vào là chuyển mạch với vùng đệm được đặt
ở cuối đầu vào của nó. M ỗi đầu vào có bộ đệm riêng để nhớ đệm các tế bào
ATM đến cho tới khi mạch điều khiển quyết định tế bào nào được phục vụ(Ví
dụ: nguyên tắc phục vụ tuần tự FIFO ) ( H ìnhl.lO a).
Đối với kiểu chuyển mạch này nếu lại thời điểm của 1 khe thời gian mà có
nhiều tế bào cùng muốn tạo tuyến tới cùng ] địa chỉ đầu ra thì sẽ gây ra hiện
lượng chặn HOL, tấl cả các tế bào ở phía sau sẽ bị trễ . Vì vậy hiệu suất của
mạng chuyển mạch này không cao, thông lượng chỉ đạt khoảng 50 đến 60%
so với tốc độ của cổng.
Hình 1.10 (a) Bộ đệm đầu vào
b/ Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu ra
Chuyển m ạch kiểu vùng đôm đầu ra, được trang bị phần đệm trên phần cuối
của đầu ra, có thổ thiết lập các đường riêng biệt mà không gây cản trở các
cổng khác nằm giữa phần cuối đẩu vào và phần cuối đầu ra và làm cho hiện
tưựng chặn H O L không xảy ra. Do vậy, nó có lợi thế hơn chuyển mạch kiểu
21
vùng đệm đầu vào trong quá trình íhực hiện, nhưng việc thực hiện hàng phần
cứng phức tạp hơn.( Hình l.lO b )
Hình 1.10 (b) Bộ đệm đầu ra
c/Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu vào / đầu ra
Đối với chuyển mạch có kiểu đẩu vào / đầu ra này thì phần cuối của cả đầu
vào và đầu ra đều có vùng đệm. Chuyển mạch SPAN ET do G T E phát triển là
chuyển mạch thuộc lại này. Qúa trình thực hiện ở đây không có gì khác so
với chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu ra. ( Hình 1 .l()c)
Hình 1.10 (c) Bộ đệm dầu vào/ra
<J/ Chuyển mạch kiểu vùng đệm dùng chung
Hình 1.10 (d) Bộ đệm đầu ra dùng
chung trong

2 2
Chuyển mạch có vùng đệm dùng chung hao gồm những kiểu cấu hình sau :
kiểu chuyổn Iĩiạch có vùng đệm dùng chung chỉ nằm trong phần chuyển
mạch ví dụ như chuyổn mạch banyan có vùng đệm, clos ha tầng; kiểu chuyển
mạch có phần đệm dùng chung nằm ở phần cuối của đầu ra bên ngoài ( hình
1.1 Od) ví dụ chuyển mạch Prelude hoặc Hitachi; và kiểu chuyển m ạch có
phần đệm dùng chung nằm trên phần cuối của cả đầu vào và đầu ra như
chuyển mạch Sunshine.
1-4.3.2 Chuyển m ạch dùng chung bộ nhớ
H ìn h l.lỉ Cấu trúc cơ hản của chuyển mạch bộ nhớ dùng chung
Hình 1.11 mô tả cấu trúc cơ bản của kiểu chuyển mạch bộ nhớ dùng chung. Ớ
đây các tế bào đến được ghép kênh theo trình lự và đưa vào biến đổi lừ dạng
nối tiếp thành song song, sau đó viết tuần tự vào hộ nhớ chung.Thiết bị điều
khiển dựa vào phẩn tiêu đề để quyết định tế bào nào được đọc ra khỏi bộ nhớ.
Các tế hào sau khi ra khỏi bộ nhớ được phân kênh, và biến đổi từ song song
Ihành nối tiếp để đưa đến cổng đầu ra.
Trong phương pháp bộ nhớ dùng chung, N cổng đầu ra lần lượt được xử lý
một cách tuần tự trong một khoảng thời gian cần thiết cho việc xử lý một tế
bào, và lại cùng thời điểm đỏ, các thành phần của bộ nhớ sẽ có dải băng rộng
mà có khá năng đưa ra cùng một lúc N cổng đầu ra. Do đó, khi thừa nhận tốc
23
độ liên kết đầu vào / đầu ra là V thì tốc độ xử !ý của bộ nhớ tối ihiổu là 2NV
hoặc lớn hơn. Như vậy, trong thực tế , bộ nhớ được xây dựng theo phương
pháp chia nhỏ bit một cách đồng thời nhằm mục đích khắc phục giới hạn về
tốc độ xử lý của bộ nhớ. Khi đó, nc'u xcm xcl lại các đặc trưng của bộ nhớ
dùng chung , thì hiệu suất có thổ tăng lên được tới 100 % và sự ihực hiện đầy
đủ của nó là có thể được với một lượng nhỏ bộ nhớ. Ngoài ra, nó còn cố thể
khai thác danh sách kết nối riêng biệt một cách phù hợp với mức độ ưu tiên
huỷ bỏ các tế bào. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một vài nhược điểm :
Kích thước của thành phần chuyển mạch được bổ sung, do giới hạn về tốc độ

của bộ nhớ là nhỏ(Thông thường là nhỏ hơn 8 X 8 ) và có sự khác nhau rất lớn
về mặt thực hiện, phụ thuộc vào tỷ lệ mà với nó , một bộ nhớ dùng chung
được sử dụng chung cho mỗi cổng. Hơn nữa, sự tổn ihất tế bào sẽ tăng lên trên
cổng đầu vào bao gồm một lượng nhỏ lưu lượng khi nhiều kiổu lưu lượng
không giống nhau được ghép cho mỗi cổng đầu vào hoặc khi nó yêu cầu bộ
điều khiển trung tâm có khả năng diều khiển đồng thời cổng đầu vào / đầu ra.
Nlìừng ví dụ điển hình cho việc sử dụng hô thống này là tổng đài Predule
được phát tridn hởi CN ET của Pháp và tổng đài Hitachi của N hật.
1.4.3.3 C huyển m ạch m ôi trường dùng chung
s/p
N
s/p
T
D
M
b
u
s
- >
AF FIFO
>
p/s
AF
- >
FIFO
h *
P/S
N
H ìn h l.1 2 Cấu trúc cơ bản của chuyển mạch dùng chung
môi trường môi giới

TDM bus:Bus ghép kênh theo thời gian
AF: Bộ loc đi a chỉ
24
FIFO : Hàng đợi làm việc Ihco nguyên lý tuẩn tự ( vào trước ra trước )
S/P: Bộ biến đổi nối tiếp / song song
Theo kiểu chuyển mạch này, các tế bào có thể tạo tuyến qua môi trường
chung giống như : mạch vòng (ring), bus, bus kép. Trong hình 1.12 đưa ra bus
ghép kênh theo thời gian(TD M ). Tâ't cả các tế bào đến từ các đường vào và
được ghép kênh một cách đồng bộ vào môi Irường chung tốc độ cao có băng
lẩn bằng N lần tốc độ của các đường đơn lẻ. Môi trường ra được kết nối với TD
bus qua một giao diện cấu tạo bởi hộ lọc A F và hàng đợi FIFO đầu ra. Bộ lọc
địa chỉ A F xác định các tố hào trong TD bus có được sắp xếp vào hàng đợi nào
hay không (dựa vào nhãn lạo tuyến ). Nguyên tắc đưa các tế hào vào hàng đợi
có thể làm việc theo nguyên tắc FIFO . TD-bus phải có độ rộng băng lần bằng
N lần tốc độ của các đường vào đưn lẻ.
1.4.3.4 Chuyển m ạch liên kết nối hoàn toàn
ị
1 N
H ình l.13 Cấu trúc cơ bản của Chuyển mạch liên kết nối hoàn toàn
Chuyên mạch liên kết nối hoàn toàn được cấu tạo từ N bus đầu vào kiểu
quảng bá, N bus đẩu ra kiểu nhân bản. Các tế đến là đươc phái quảng bá trên
tất cả các bus khác nhau đến tất cả các cổng đầu ra. Bộ lọc địa chỉ sẽ chuyển
các tế bào đến cổng đẩu ra thích hợp. Theo kiểu chuyển mạch này thì bộ lọc