luận văn chuyển mạch kênh

Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Phần I
KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN MẠCH
A. Chuyển mạch kênh.
I. Giới thiệu chung.
Công nghệ chuyển mạch kênh là kĩ thuật chuyển mạch đảm bảo
việc thiết lập các đường truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin của một
quá trình thông tin giữa hai hay nhiều thuê bao khác nhau.
Chuyển mạch kênh được ứng dụng cho việc liên lạc một cách tức
thời mà ở đó quá trình chuyển mạch được chia ra một cách không có cảm
giác về sự chậm trễ (thời gian thực) và độ trễ biến thiên giữa nơi thu và
nơi phân phối tin hay ở bất kì phần nào của hệ thống truyền tin. Mạng
điện thoại là một ví dụ về ứng dụng chuyển mạch kênh.
II. Chuyển mạch kênh tín hiệu số.
Chuyển mạch kênh tín hiệu số là quá trình kết nối, trao đổi thông
tin các khe thời gian giữa một đoạn của tuyến truyền dẫn TDM (Time
Division Multiplexing) số. Có 2 cơ chế thực hiện chuyển mạch kênh tín
hiệu số:
+ Cơ chế chuyển mạch không gian số.
+ Cơ chế chuyển mạch thời gian số.
1. Tầng chuyển mạch không gian số.
Tầng chuyển mạch không gian số S (Space Switch Stage) cấu tạo từ
một ma trận chuyển mạch kích thước N đầu vào M đầu ra vật lý. Do đây
Hoàng Minh Hải Trang1
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
là hệ thống số nên mỗi đường vật lý chứa n kênh thời gian mà chúng
mang các tín hiệu PCM (Pulse Code Modulation).
Như vậy, để kết nối một khe thời gian bất kỳ nào trong một đường
PCM bất kỳ phía đầu vào của một khe thời gian tương ứng (nghĩa là có
cùng khe Ts) của một đường PCM bất kì phía đầu ra của ma trận thì một
điểm chuyển mạch thích hợp của ma trận chuyển mạch cần phải hoạt

động trong suốt thời gian của Ts đó và lặp lại với chu kì T=125µs trong
suốt quá trình tạo kênh.
Chuyển mạch không gian tín hiệu số thường thiết lập đồng thời một
số lượng lớn các cuộc nối qua ma trận với tốc độ tức thì trong một khung
tín hiệu 125µs, trong đó mỗi cuộc nối tồn tại trong thời gian của một khe
thời gian Ts. Ví dụ như trong một cuộc gọi điện thoại, có thể kéo dài
trong thời gian nhiều khung tín hiệu PCM. Do vậy, một kiểu điều khiển
theo chu kì đơn giản cho mỗi mẫu nối là cần thiết. Điều này có thể đạt
được nhờ một bộ nhớ RAM điều khiển cục bộ liên quan tới ma trận
chuyển mạch không gian.
2. Tầng chuyển mạch thời gian số.
Do cấu tạo và hoạt động của chuyển mạch tầng S chỉ thực hiện cho
các quá trình chuyển mạch có cùng chỉ số khe thời gian giữa luồng PCM
vào và đường PCM ra, nên trong trường hợp có yêu cầu trao đổi khe thời
gian giữa đầu vào và đầu ra khác nhau thì phải ứng dụng Tầng chuyển
mạch thời gian T (Time Switch Stage).
Nguyên lý cấu tạo của chuyển mạch tầng T gồm 2 thành phần
chính:
- Bộ nhớ tin S_Mem (Speak Memory).
- Bộ nhớ điều khiển C_Mem (Control Memory).
Hoàng Minh Hải Trang2
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
a. Chức năng cơ bản của S_Mem là để nhớ tạm thời các tín hiệu PCM
chứa trong mỗi khe thời gian phía đầu vào để tạo độ trễ thích hợp theo
yêu cầu mà nó có giá trị từ nhỏ nhất là 1 Ts tới cực đại là (n-1) Ts.
Nếu việc ghi các tín hiệu PCM chứa trong các khe Ts phía đầu vào
của tầng chuyển mạch T vào S_Mem được thực hiện một cách tuần tự thì
có thể sử dụng một bộ đếm nhị phân Module (n) cùng bộ chọn rất đơn
giản để điều khiển.
b. Chức năng của bộ nhớ C_Mem là dùng để điều khiển quá trình đọc

thông tin đã lưu trữ đệm tại S_Mem. C_Mem điều khiển quá trình đọc
một ô nhớ tương ứng thích hợp trong S_Mem. Như vậy, hiệu quả trễ của
tín hiệu PCM của C_Mem được xác định một cách rõ ràng bởi hiệu số
giữa các khe thời gian đọc và thời gian ghi tin PCM ở bộ nhớ S_Mem.
c. Cơ chế hoạt động của tầng T là quá trình ghi tín hiệu PCM vào
S_Mem được thực hiện một cách tuần tự, còn quá trình đọc tín hiệu PCM
từ S_Mem ra được thực hiện theo yêu cầu một cách ngẫu nhiên. Chế độ
làm việc như vậy của chuyển mạch tầng T gọi là "ghi tuần tự, đọc ngẫu
nhiên" (SWRR Sequencial Write Random Read).
Do thông tin phải truyền theo một tần số cố định nên chuyển mạch
kênh rất thiếu tính mềm dẻo dẫn tới giới hạn về mặt tốc độ và không thích
hợp cho việc truyền tin ở dịch vụ băng rộng.
3. Chuyển mạch kênh đa tốc độ.
Để thoả mãn hơn về tính mềm dẻo mà trong chuyển mạch kênh
không đáp ứng được thì ở đây người ta đưa ra chuyển mạch kênh đa tốc
độ (MRCS Multi Rate Circuit Switching). Các đường nối trong MRCS
chia ra n kênh cơ bản gồm các khung thời gian và các khe thời gian có độ
Hoàng Minh Hải Trang3
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
dài khác nhau, mọi cuộc liên lạc đều có thể xây dựng trên n kênh cơ bản
này.
Kênh cơ bản cho một cuộc nối là: một kênh 1024kbit/s, tám kênh
H1 có tốc độ 2048kbit/s, một kênh H4 có tốc độ 139,164kbit/s. MRCS rất
phức tạp do mỗi kênh khác nhau sao cho độ trễ truyền ở các kênh khác
nhau là như nhau, như vậy mới đảm bảo tính trong suốt về mặt thời gian.
Nhưng MRCS sử dụng tài nguyên không hiệu quả: Giả sử như mọi H1
đều bận thì không thể thiết lập thêm một kênh H1 nào khác mặc dù lúc đó
kênh H4 vẫn rỗi. Do đó ITU-T không coi MRCS là giải pháp cho B-
ISDN.
4. Chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS (Fast Circuit

Switching)
Chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS được cung cấp thông tin, sau
khi thông tin đó được gửi đi thì tài nguyên được giải phóng trở lại. Cũng
như ở chuyển mạch gói (sẽ nói đến sau), sự cung cấp tài nguyên này được
thiết lập mỗi lần gửi nhưng dưới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên
kết nhanh (Fast Associated Signalling) chứ không nằm ở phần tiêu đề như
ở chuyển mạch gói.
Khi thiết lập cuộc gọi, người sử dụng yêu cầu một độ rộng băng
bằng số nguyên lần độ rộng băng của kênh cơ bản. Hệ thống lúc này chưa
cung cấp tài nguyên mà nó ghi lại các thông tin chuyển mạch, thông tin về
độ rộng băng theo yêu cầu, thông tin về địa chỉ đích được chọn khi bên
bắt đầu gửi thông tin, hệ thống báo hiệu rằng bên phát có thông tin được
gửi đi theo yêu cầu chuyển mạch để phân phối tài nguyên ngay lập tức.
Do yêu cầu về khả năng thiết lập và huỷ bỏ cuộc nối trong một thời gian
Hoàng Minh Hải Trang4
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
ngẫu nhiên nên FCS không thích hợp cho B - ISDN vì độ phức tạp khi
thiết kế và điều khiển một hệ thống như vậy.
Hoàng Minh Hải Trang5
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
B. Kỹ thuật chuyển mạch gói.
1. Đặc điểm chung và phạm vi ứng dụng của chuyển mạch
gói.
Kỹ thuật chuyển mạch gói ngày nay đã trở thành một kỹ thuật rất
có tiềm năng và quan trọng trong lĩnh vực viễn thông vì nó cho phép các
nguồn tài nguyên viễn thông sử dụng một cách hiệu quả nhất.
Với các ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với chuyển mạch kênh (tín
hiệu truyền tuần tự nên thời gian thiết lập và giải phóng kênh có thể sẽ lâu
hơn rất nhiều so với thời gian truyền tin) là dữ liệu được chia thành các
gói tin nên thời gian truyền là rất ngắn, việc thiết lập và giải phóng kênh

được diễn ra nhanh chóng.
Trên thế giới ngày nay, mạng chuyển mạch gói đang được sử dụng
chủ yếu cho các dịch vụ truyền thông số liệu giữa các máy tính. Tuy vậy,
chuyển mạch gói cũng đang thể hiện tính hiệu quả và tính hấp dẫn của nó
cho các dịch vụ viễn thông khác như điện thoại, video và các dịch vụ băng
rộng khác.
2. Những nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói.
Như đã biết, lưu lượng truyền số liệu mặc dù bao gồm một dải
rộng, các đặc tính của nó phụ thuộc vào nguồn số liệu khác nhau nhưng
nói chung, chúng đều được đặc trưng bởi độ dài bản tin tương đối ngắn
(<2000 bit) và thường có yêu cầu tốc độ trao đổi, truyền tin rất nhanh và
do đó thời gian truyền tin rất ngắn (<1s). Với thời gian truền tin ngắn như
vậy thì chuyển mạch kênh là không thích hợp bởi vì thời gian thiết lập và
giải phóng kênh có thể sẽ lâu hơn nhiều so với thời gian truyền tin.
Quan điểm của chuyển mạch gói dựa trên khả năng của các máy
tính số hiện đại, tốc độ cao tác động vào bản tin cần truyền sao cho có thể
Hoàng Minh Hải Trang6
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
chia cắt các cuộc gọi hoặc các các bản tin thành các phần nhỏ gọi là “gói
tin”. Tuỳ thuộc vào việc thực hiện và hình thức của thông tin mà có thể có
nhiều mức phân chia gói tin. Ví dụ một cách thực hiện phổ biến được áp
dụng của chuyển mạch gói hiện nay là bản tin của người sử dụng (User)
được chia thành các Segments và sau đó các Segments lại được chia thành
các gói (Packet) có kích thước chuẩn hoá. Hình 1 minh hoạ giao thức cắt
gói theo nguyên tắc nêu trên.
Segment 1 Segment 2 Segment n
Bản tin Transaction Message Độ dài L
Hình 1: Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói.
Các segment sau khi được chia cắt từ bản tin của người sử dụng
(khách hàng), sẽ được xử lý chuẩn hoá tiếp bằng cách dán "Đầu" (Leader)

và đuôi (Trailer). Như vậy, chúng chứa ba trường số liệu là:
• Đầu: chứa địa chỉ đích cùng các thông tin điều khiển mà mạng
yêu cầu, ví dụ: số thứ tự của Segment, mã kênh logic để tách các
thông tin khách hàng đã ghép kênh, đánh dấu Segment đầu tiên
và Segment cuối cùng của bản tin và nhiều thông tin khác liên
quan tới chức năng quản lý, điều khiển từ "Đầu cuối - tới - đầu
cuối" .
• Đối với các gói tin truyền qua mạng chuyển mạch gói còn phải
chứa các mẫu tạo khung để đánh dấu điểm đầu và điểm cuối của
mỗi gói tin. Tiêu đề (Header) của gói tương tự như "Đầu" của
Segment. Ngoài ra, nó còn có thêm các thông tin mà mạng
chuyển mạch yêu cầu để điều khiển sự truyền tải của các gói tin
qua mạng, ví dụ như thông tin cần bổ xung vào tiêu đề của gói là
địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự của gói và các khối số liệu
Hoàng Minh Hải Trang7
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
điều khiển để chống vòng lặp, quản lý QOS, suy hao, lặp gói
v v
Trường số liệu điều khiển lỗi CRC cho phép hệ thống chuyển mạch
gói phát hiện lỗi xảy ra trong gói nếu có, nhờ đó đảm bảo yêu cầu rất cao
về độ chính xác truyền tin.
Các gói tin sẽ được chuyển qua mạng chuyển mạch gói từ Node
chuyển mạch này đến Node chuyển mạch khác trên cơ sở "Lưu đệm và
phát chuyển tiếp", nghĩa là mỗi Node chuyển mạch sau khi thu một gói sẽ
tạm thời lưu giữ một bản sao của gói vào bộ nhớ đệm cho tới khi cơ hội
phát chuyển tiếp gói tới Node tiếp theo hay thiết bị đầu cuối của người sử
dụng được đảm bảo chắc chắn. Bởi vì mọi quá trình thông tin được cắt
nhỏ thành các gói giống nhau nên các bản tin dù dài hay ngắn đều có thể
chuyển qua mạng với sự ảnh hưởng lẫn nhau ít nhất và nhờ sự chuyển tải
các gói qua mạng gần như nhau được thực hiện trong thời gian thực nên

chuyển mạch có thể đáp ứng được yêu cầu hoạt động một cách nhanh
chóng kể cả khi có sự thay đổi mẫu lưu lượng hoặc sự hỏng hóc một phần
hay nhiều tính năng khác của mạng.


Hoàng Minh Hải Trang8
Gói tin cuối cùng
Segment
1
Segment
2
Segment
9
Segment
8
Segment
7
Segment
6
Segment
5
Segment
4
Segment
3
Bản tin của người sử dụng
1 72 8 1 82
Tiêu đề
Tải tin nội dung
1024 bit

Đuôi CRC
Tiêu đề
Tải tin nội dung 368
bit
Đuôi CRC

Gói tin đầu
Mẫu tạo khung
Hình 2: Cấu trúc gói tin trong chuyển mạch Gói.
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Hình 3 minh hoạ nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch gói.
Các bản tin của khách hàng từ máy chủ gọi A sẽ không được gửi đi một
cách tức thì và trọn vẹn qua mạng tới máy bị gọi như trong mạng chuyển
mạch bản tin, mà sẽ được cắt và tạo thành các gói chuẩn ở Node chuyển
mạch gói nguồn PSW
S
. Mỗi gói sẽ được phát vào mạng một cách riêng rẽ
và độc lập, và chúng sẽ dịch chuyển về Node chuyển mạch gói đích PSW
D
theo một đường khả dụng tốt nhất tại bất kỳ thời điểm nào, đồng thời mỗi
gói sẽ được kiểm tra giám sát lỗi trên dọc hành trình. Tại PSW
D
các gói sẽ
được tái hợp lại để thành bản tin nguyên vẹn ban đầu rồi gửi tới thuê bao
B.
Hình 3: Mạng chuyển mạch gói
Ưu điểm nổi bật của chuyển mạch gói là kênh truyền dẫn chỉ bị
chiếm dụng trong thời gian thực sự truyền gói tin, sau đó kênh sẽ trở
thành rỗi và khả dụng cho các gói tin của các thiết bị đâud cuối số liệu
khác. Ngoài ra, nhiều gói tin có thể được truyền một cách đồng thời và có

thể theo các tuyến hoàn toàn khác nhau, nhờ đó mà chuyển mạch gói có
thể sử dụng một cách triệt để, hoàn toàn các tính năng truyền dẫn của hệ
thống.
Hoàng Minh Hải Trang9
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Nguyên tắc cơ bản của trường chuyển mạch gói được minh hoạ trên
hình 4:
Bus
điều
khiển



Buffer
Hình 4: Nguyên tắc trường chuyển mạch gói.
Số liệu đến và các gói điều khiển được phân phối vào các bộ đệm
mà tại đó chúng được kiểm tra (check) và giám sát lỗi. Sau đó, chúng
được tạm thời lưu trữ lại để sẵn sàng chuyển vào Bus điều khiển hoặc
được diễn giải bởi bộ điều khiển (Controller) để tạo ra các tác động điều
khiển. Gói số liệu vào có thể được truyền vào Bus số liệu dạng nối tiếp
hoặc song song và sau đó được chuyển tới bộ đệm đầu ra bởi bộ điều
khiển mà nó xác nhận được địa chỉ của gói chứa trong trường tin định
hướng.
Hoàng Minh Hải Trang10
Buffer
Bộ nhớ
Controller
Bộ nhớ
Controller
Số liệu vào và

các gói điều
khiển
Số liệu vào và
các gói điều
khiển
Buffer
BUS số liệu
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
C. ATM
Năm 1988, khi ITU-T (Internatinal Telecommunication Union-
Telecommunication Standard Sector) đưa ra khuyến nghị đầu tiên về
mạng B-ISDN ( Broadband Intergrated Service Digital Network) đồng
thời xác định kiểu truyền cho nó là ATM.
ATM lần đầu tiên được nghiên cứu tại hai trung tâm CNET ( của
France Telecom) và Bell lab (của AT&T) vào năm 1983. Sau đó tiếp tục
nghiên cứu phát triển tại Alcatel Bell (của Antwerp) năm 1984. Đến nay
công nghệ ATM đang được nghiên cứu với hy vọng được triển khai tại
nhiều quốc gia trên thế giới.
I. Sự ra đời của ATM.
- Đối với kĩ thuật chuyển mạch thì cả chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói, bao gồm cả chuyển mạch kênh/gói nhanh đều không đáp ứng
được yêu cầu B-ISDN nhưng nếu kết hợp được cả hai kỹ thuật này thì
hoàn toàn có thể đáp ứng tốt cho các yêu cầu nêu ra.
- Đối với kỹ thuật truyền dẫn thì chế độ truyền tải đồng bộ STM
(Synchronous Transfer Mode) rất lãng phí tài nguyên thời gian. Vậy phải
đổi mới chuyển sang ATM và ghép kênh thống kê.
Từ các yêu cầu của B-ISDN, sự lựa chọn chế độ truyền tải
( Transfer Mode) là rất quan trọng, do vậy trong các khuyến nghị về B-
ISDN của ITU-T đã nêu rõ chế độ truyền tải cần phải có các khả năng xử
lý sau:

Hoàng Minh Hải Trang11
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
1. Tốc độ cao tại UNI (User Network Interface) cho cả
N-ISDN (Narrow-Interface Service Digital Network) (tốc độ
thấp và B-ISDN, tốc độ cao).
2. Cho cả hai kiểu lưu lượng khác nhau :
- Kiểu dòng (stream: cho điện thoại & video)
- Kiểu bó ( burst: cho số liệu tương tác)
3. Hiệu quả sử dụng cao nguồn tài nguyên của mạng.
4. Yêu cầu có tính nhạy cảm cao về chất lượng đối với độ
trễ( thời gian thực) và tổn thất bits.
5. Các nhu cầu hiện chưa thấy rõ trong tương lai.
Về kỹ thuật chuyển mạch hiện thời, đang sử dụng phổ biến hai loại
chuyển mạch: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với chế độ truyền
tải đồng bộ STM ( Synchronous Transfer Mode). Nói chung các kỹ thuật
này không thể đáp ứng được đồng thời cả 5 yêu cầu trên của mạng băng
rộng B-ISDN.
Nhược 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 STM (Synchronous Time
Divission Multiplexing) . STDM thực hiện ghép kênh đồng bộ với đồng
hồ hệ thóng vì các khung tín hiệu phải bố trí sắp xếp theo một thứ tự cố
định và lặp lại theo một chu kì hoàn toàn xác định bởi đồng hồ hệ thống
như hình 5
Hoàng Minh Hải Trang12
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
A 1 2 3
B

C
A
B
C
Hình 5: So sánh STDM và ATM
Mỗi khe thời gian T
Si
của một khung (frame) được gán cho một
kênh liên lạc ch cố định trong suốt thời gian của quá trình thông tin do
vậy thường xảy ra rất lãng phí nguồn tài nguyên vì kênh đã gán dành
riêng cho một quá trình thông tin thì dù nó không được sử dụng tích cực
đi chăng nữa (khi không có tinh để truyền) cũng không thể dùng cho các
quá trình thông tin khác.
Khác với chế độ ghép kênh đồng bộ, trong kĩ thuật ghép kênh
không đồng bộ ATDM (Asynchronous Time Divission Multiplexing)
Ở ATDM không còn nhiệm vụ gán khe thời gian (Ts) cho các quá
trình thông tin cụ thể nữa mà cứ có bất cứ khe thời gian Ts 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 tinh chuẩn của một 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, kinh hoạt, hiệu qủ cao với mọi
kiểu dịch vụ, mọi tốc độ bits và kiểu lưu lượng khác nhau.
Hoàng Minh Hải Trang13




S
T
D

M




A
T
D
M
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Giải pháp mới kết hợp các ưu điểm, khắc phục các chược điểm của
cả hai kỹ thuật chuyển mạch kênh và chuyển mạch và sử dụng ATDM sẽ
có khả năng đáp ứng tốt mọi yêu cầu của B-ISDN là vấn đề then chốt của
công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer
Mode).
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 qua tới một cuộc nối
khi đó nó 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 phảt có một khe thời gian dành riêng xác định, vì máy thu STM
không thể khôi phục được thông tin chứa trong các khe thời gian khác.
Tóm lại, 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. ATM là
một công nghệ cho mọi môi trường LAN, GAN, PSTN .v.v Một nguyên
nhân nổi bật nhất đó là ATM được lựa chon làm công nghệ chuyển
mạchvà truyền dẫn chung cho mọi dịch vụ B-ISDN tương lai, cho các

dịch vụ hiện chưa biết rõ và nó kết hợp cả chuyển mạchkênh và chuyển
mạch gói. Do vậy, điều khiển các kiểu lưu lượng với các đặc tính rất khác
nhau trong một mạng thống nhất.
Các tính năng ưu việt chủ yếu 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, mềm dẻo.
Hoàng Minh Hải Trang14
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
• Giảm các mạng riêng.
• Bảo vệ đầu tư của mạng hiện có nhờ kết nối chúng với mạng
ATM mới.
• Tốc độ truy cập mạng cao (155Mbt/s-16 Gbt/s)
• Tiết kiệm giá thành OA&M ( Operation Administrantion and
Maintenance) nhờ công nghệ cao và đồng nhất.
II. 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 như trong giao thức X25, các gói tin có phần tiêu
đề khá phức tạp, kích thước gói 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 khá 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”( ATM cell) nó được chuẩn hoá
kích thước và format sao 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 nhỏ 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, dán tiêu đề
(Header) 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. Mỗi tế
bào này, theo ITU-T đưa ra, có kích thước là 53 byte, trong đó 5 byte
dành cho phần tiêu đề, 48 byte là trường thông tin( phần tải tin)
Hoàng Minh Hải Trang15
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
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
cùng chung một nguồn tín hiệu. Biện pháp này được thực hiện bằng thông
tin được mang ở mào đầu của thế bào.
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 (như không có điều khiển
lỗi như trong chuyển mạch gói).
Trong mạng ATM, các tế bào được giữ nguyên thứ tự trong quá
trình truyền, khi thu các tế bào ở phần thu có thứ tự giống như ở phần
phát.
Tóm lại : ATM là chế độ truyền tải các gói tin không đồng bộ, nó
khác chế độ chuyển mạch gói nhưng nói chung ATM có các đặc tính đặc
trưng cơ bản của chuyển mạch gói, đồng thời ATM cũng có các đặc tính
trễ và tốc độ cao như công nghệ chuyển mạch kênh (vì kích thước gói nhỏ
và tiêu đề đơn giản hơn chuyển mạch gói nhiều).
ATM được chọn là giải pháp chìa khoá cho B-ISDN. ATM cho
phép hoạt động một cách không đồng bộ giữa clock thu và clock phát. Sự
Hoàng Minh Hải Trang16
Trường thông
tin

m
mào
đầu
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
khác nhau giữa clock thu và clock phát có thể được thực hiện một cách dễ
dàng bằng cách đưa vào hoặc trích ra những tế bào rỗng hay tế bào không
được gán. Một trong các đặc tính quan trọng của ATM là nó đảm bảo
truyền dẫn/ chuyển mạch cho mọi dịch vụ với mọi kiểu lưu lượng yêu cầu
cho một môi trường chung.
III. Ứng dụng ATM trong mạng B-ISDN
Theo khuyến nghị ITU-T, các dịch vụ ứng dụng ATM được phân
loại một cách rộng rãi thành dịch vụ truyền thống và dịch vụ phân phối.
Dịch vụ truyền thống và dịch vụ phân phối lại được phân nhỏ theo bảng
sau.
Dựa vào bảng ta thấy ứng dụng dịch vụ mạng B-ISDN là rất cần
thiết với cuộc sống con người. Tất cả đều phục vụ cho con người. Để có
được các ứng dụng đó thì mạng băng rộng phải đáp ứng một số lượng lớn
các dịch vụ khác nhau. Các dịch vụ này đến được với người sử dụng phải
bằng phương tiện truyền tải. Đó chính là phương thức truyền không đồng
bộ ATM.
Dịch vụ Kiểu thông
tin
Các mẫu dịch vụ Các mẫu ứng dụng dịch vụ
Dịch vụ
Hình ảnh
chuyển động
Điện thoại truyền
hình
Giáo dục mua bán, quản
cáo từ xa

Hội nghị truyền hình Giáo dục mua bán
Hoàng Minh Hải Trang17
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
1. Dịch vụ
tương tác
qua lại
có âm thanh
kèm theo
Giám sát hình ảnh Bảo vệ từ xa, canh phòng
giao thông
Âm thanh Chương trình đa
ngôn ngữ
Truyền dẫn các chương
trình đa ngôn ngữ
Truyền dẫn thông tin
số tốc độ cao
Truyền dẫn tốc độ cao
giữa các mạng LAN/MAN
Truyền file dung
lượng lớn
Truyền file dữ liệu
Xử lý từ xa tốc độ
cao
Điều khiển ứng dụng thực
như chuông bỏo, kiểm tra.
Sao chép từ xa tốc
độ cao
Truyền dẫn văn bản,
hỡnhvẽ
2. Dịch vụ

gửi thông
tin
Tài liệu Dịch vụ liên lạc
bằng hình ảnh
Các hình ảnh đặc biệt
trong y học, khảo cổ học.
Hình ảnh có
âm thanh
chuyển động
Dịch vụ thư tín
truyền hình
Tài liệu Dịch vụ thư tín tài
liệu
Truyền hình
3. Dịch vụ
lấy thông
tin
Văn bản, dữ
liệu hình vẽ,
hình ảnh
tĩnh, hình
ảnh động.
Văn bản truyền hình
Dịch vụ khôi phụ
hình ảnh
Giải trí, học tập
Dịch vụ khôi phục
tài liệu
Khôi phục tài liệu tại các
trung tâm thông tin

Dịch vụ
phân
phối
1. Dịch vụ
người sử
dụng
Hình ảnh âm
thanh
Dịch vụ phân phối
thông tin
Phân phối chương trình
Phân phối Tivi theo
yêu cầu,theo cước
phí
Hình ảnh văn
bản
Phân phối tài liệu In ấn điện tử, báo chí điện
tử
Dữ liệu Phân phối thông tin
tốc độ cao
Phân phối dữ liẹu không
bị giới hạn
2. Người
sử dụng
có thể
điều khiển
được
Văn bản,
hình ảnh
tĩnh, âm

thanh
Tất cả cỏc kờnh
truyền thanh, truyề
hình, tạp chí bằng
truyền hình
Học tập giáo dụcquảng
cáo, mua bán, khôi phục
tin tức từ xa
Phần II
Hoàng Minh Hải Trang18
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
PHƯƠNG THỨC TRUYỀN TẢI KHÔNG
ĐỒNG BỘ ATM
<Asynchronous Transfer Mode>
I. Tóm lược khái quát nguyên lý cơ bản của ATM
ATM đã được chọn là phương thức truyền tải cho B-ISDN. Phương
thức này đảm bảo cung cấp dung lượng truyền dẫn linh hoạt, chung cho
tất cả các loại dịch vụ do các đặc tính độc lập với tốc độ truyền dẫn và cấu
trúc số liệu của dịch vụ được truyền đi, và điều đó có nghĩa là cần phải có
một số chức năng bổ cung cho phù hợp đối với các dịch vụ trước khi các
dịch vụ này được đưa vào sử dụng trong mạng ATM.
II. Mô hình giao thức chuẩn :
Hình 6: Mô hình giao thức chuẩn B-ISDN và các lớp chức năng.
B-ISDN có mô hình giao thức dựa theo mô hình 7 lớp của OSI
(hình 6). Ở mô hình này, sử dụng khái niệm của các mảng để thể hiện các
nhóm yêu cầu đề cập tới.
Hoàng Minh Hải Trang19
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Mô hình giao thức chuẩn B-ISDN bao gồm mảng - khách hàng,
mảng - điều khiển và mảng - quản lý

1> Mô hình giao thức chuẩn
Trong mô hình giao thức chuẩn, các mảng – khách hàng ( dùng cho
truyền tải thông tin khách hàng ) và mảng điều khiển ( dùng cho truyền tải
thông tin khách hàng) và các mảng điều khiển ( dùng cho các chức năng
về điều khiển cuộc gọi và điều khiển kết nối) được cấu trúc thành các lớp.
• Ba lớp phía dưới là các lớp:
+ Lớp vật lý.
+ Lớp ATM.
+ Lớp tương thích- ATM (ATM – Adaptation Layer).
Chức năng các lớp:
- Lớp vật lý là lớp dưới cùng và chủ yếu là lớp liên quan tới việc
truyền tải các thông tin ở dưới dạng bit và tế bào.
- Lớp ATM là lớp tiếp theo, có chức năng xử lý các tế bào:
chuyển mạch/ định truyến
ghép kênh/ phân kênh
- Lớp AAL: thực hiện các chức năng phụ thuộc dịch vụ, đồng thời
thực hiện việc liên kết lớp AAL với các lớp bậc cao.
• Lớp bậc cao bao gồm các chức năng không có ở các lớp phía dưới.
Tương tự như trong mô hình OSI, các thuộc tính của từng lớp trong
mô hình giao thức chuẩn B-ISDN hoàn toàn độc lập với nhau.
2> Mảng - quản lý:
Hoàng Minh Hải Trang20
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Cung cấp các chức năng về giám sát mạng và được chia thành quản
lý mảng và quản lý lớp.
+ Quản lý mảng thực hiện các chức năng quản lý hệ thống và phối
hợp các mảng với nhau.
+ Quản lý lớp thực hiện các chức năng liên quan tới nguồn thông
tin và các tham số của các thực thể giao thức tại mỗi lớp.
Dưới đây là bảng các chức năng trong mô hình giao thức ATM

Lớp ATM và lớp vật lý tiếp tục được chia thành các lớp phụ với
các chức năng được minh hoạ trong bảng 7
Chức năng quản lý lớp bao trùm lên tất cả các lớp.
Lớp / Lớp phụ Chức năng
Q
U
Lớp bậc cao Các chức năng lớp bậc cao
Lớp tương thích ATM (AAL)
Lớp phụ CS (đồng quy)
Lớp phụ SAR (phõn tỏch/tổ hợp)
Miêu tả thuộc tính dịch vụ
Phõn tỏch/tổ hợp tế bào
Lớp ATM Điều khiển luồng chung GFC
Tạo/tỏch mào đầu tế bào
Thông dịch giá trị VPI/VCI
Ghép và tách tế bào
Lớp vật lý
Lớp phụ TC (đông quy truyền dẫn)
Lớp phụ PM (môi trường vật lý)
Thích ứng tốc độ tế bào
Tạo/xỏc nhận mào đầu tế bào
Mô tả tế bào
Tương thích khung truyền
dẫn
Tạo/tỏi tạo khung truyền dẫn
Tái tạo xung nhịp
Môi trường vật lý
Bảng 7: Các chức năng trong mô hình giao thức ATM.
III. Cấu trúc phân bậc của giao thức ATM:
Hoàng Minh Hải Trang21

Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Do lớp ATM là lớp quan trọng nhất liên quan tới việc truyền tải
thông tin qua mạng nên lớp ATM được phân tích đầu tiên.
1> Lớp ATM:
ATM sử dụng các kết nối ảo trong việc truyền tải thông tin và các
kết nối này được chia ra làm hai mức: mức đường ảo (Virtual Path) VP và
mức kênh ảo (Virtual Chanel) VC. Việc phân chia hai mức để truyền tải
tín hiệu là một trong những đặc tính quan trọng nhất của ATM.
a> Ghép và tách tế bào:
Tại phần phát, chức năng ghép tế bào thực hiện tổ hợp các tế bào từ
các đương ảo (VP) và kênh ảo (VC) khác nhau thành một luồng tế bào.
Tại phần thu, chức năng tách tế bào thực hiện phân chia các tế bào
về các đường ảo và các kênh ảo thích ứng.
Thông dịch giá trị nhận dạng đường ảo VPI ( Virtual Path
Indentifier) và nhận dạng kênh ảo VCI ( Virtual Chanel Identifier) của tế
bào.
Thông tin định truyền tại nút chuyển mạch
Hoàng Minh Hải Trang22
Đầu vào Đầu ra
Cổng VPI VCI Cổng VPI
VCI


P a b Q x
y
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
VPIa, VCIb
Cổng vào P
VPIx, VCIy
Cổng ra Q

Hình 8: Sơ đồ miêu tả chức năng các giá trị VPI, VCI
Mỗi một đường ảo và một kênh ảo có một giá trị nhận dạng khác
nhau dùng để phân biệt với các đường ảo và kênh ảo khác. Các nút
chuyển mạch sử dụng những giá trị này để xác định các kết nối, đồng thời
sử dụng các thông tin định tuyến tại thời điểm thiết lập kết nối để định
hướng các tế bào đến các cổng ra thích hợp.
Các nút chuyển mạch thay đổi các giá trị VPI và VCI bằng các giá
trị mới phù hợp với kết nối đầu ra. (Hình 8). Trong thực tế có thể xảy ra
trường hợp VPI thay đổi và VCI không thay đổi.
b> Tạo /tách mào đầu tế bào :
Các chức năng này được thực hiện tại những điểm có kết cuối của
lớp ATM. Tại phần phát, chức năng tạo mào đầu tế bào sau khi nhận
trường thông tin tế bào từ lớp AAL sẽ tạo ra mào đầu tế bào tương ứng, từ
giá trị điều khiển lỗi mào đầu HEC( Header Error Control) được tính toán
và được chèn vào ở lớp vật lý.
Mào đầu kết hợp với trường thông tin thành tế bào ATM
c> Điều khiển luồng chung (GFC: Generic Flow Control)
Hoàng Minh Hải Trang23
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Chức năng này chỉ có tại giao diện khách hàng - mạng UNI(User -
Network - Interface), phục vụ điều khiển luồng tín hiệu từ khách hàng vào
mạng. Chức năng này giúp khách hàng có thể tham gia vào việc điều
khiển lưu lượng phụ thuộc vào các loại chất lượng dịch vụ QOS (Quality
Of Service) khác nhau theo hướng khách hàng về phía mạng nhưng không
tham gai được theo hướng mạng về phía khách hàng. Thông tin GFC
không được truyền tải qua tất cả thành phần mạng.
Đối với mạng riêng của khách hàng, GFC có thể được dùng nhằm
phân chia dung lượng giữa các thiết bị đầu cuối và đã được áp dụng trong
các mạng LAN (Local Area Network) sử dụng công nghệ ATM
d> Giao diện khách hàng - mạng (UNI) và giao diện giữa các nút

mạng NNI (Network Node Interface
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
Dạng phần đầu tế bào tại UNI Dạng phần đầu tế bào tại
NNI
GFC : điều khiển luồng chung.
VPI : nhận dạng đường ảo.
VCI : nhận dạng kênh ảo.
PT : dạng thông tin tải.
CPL : ưu tiên tổn thất tế bào.
HEC : điều khiển lỗi phần đầu tế bào.
Hình 9: Dạng phần đầu tế bào ATM
Hoàng Minh Hải Trang24
VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
Đồ án tốt nghiệp Điện tử viễn thông – ĐT97-4
Cấu trúc mào đầu ATM ở giao diện chuẩn UNI và NNI được miêu
tả trong hình 9.
Giao diện UNI là giao diện nằm giữa thiết bị khách hàng và tổng
đài ATM đầu tiên.
Giao diện NNI nằm giữa các tổng đài ATM trong cùng một mạng
hoặc giữa mạng với mạng. Đối với các mạng riêng, giao diện ATM-UNI
có thể nằm tại các điểm chuẩn R&S. Đối với các mạng công cộng, giao
diện ATM-UNI có thể nằm tại các điểm chuẩn T&U.

e> Cấu trúc tế bào ATM
Tế bào ATM có kích thước nhỏ, chiều dài của tế bào cố định là 53
byte (Octet) trong đó 48 octet là trường thông tin và 5 octet đầu là mào
đầu. Do có kích thước nhỏ nên giảm thời gian trễ tại các bộ đệm và chiều
dài cố định làm tăng hiệu quả chuyển mạch, điều này có tác dụng rất lớn
vì ATM là mạng có tốc độ cao.
Mào đầu dùng để định tuyến tế bào và được cập nhật với các giá trị
nhận dạng mới tại các nút chuyển mạch.
Trường thông tin được truyền thông suốt qua mạng, không hề bị
thay đổi trong quá trình truyền tải.
Có hai cấu trúc tế bào được định nghĩa :
Một dùng cho UNI và một dùng cho NNI
Tương tự có hai loại mào đầu tế bào, gồm các trường (trong hình vẽ 9)
* Trường GFC: gồm 4 bits: 2 bit dùng cho điều khiển
2 bit dùng làm tham số
Hoàng Minh Hải Trang25