Nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền dẫn ATM và công nghệ truyền số liệu tốc độ cao GPRS trên mạng TTDĐ GSMVMS

Lời nói đầu
Hiện nay tất cả các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ra đời đều nhằm mục đích
thương mại tức là thu lợi nhuận từ các dịch vụ viễn thông.
Do đó vấn đề cạnh tranh để tồn tại và phát triển là một vấn đề sống còn đối với
doanh nghiệp .
Một giải pháp để nâng cao khả năng cạnh tranh là giảm chi phí đầu vào và tăng
chất lượng dịch vụ
Trong bối cảnh hiện nay khi mà các công ty viễn thông ra đời ngày càng nhiều
thì các công ty lớn như VMS cần phải thay nhanh chóng thay đổi công nghệ để giảm chi
phí đầu vào và tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.
Nếu như ta có thể giảm được chi phí đầu vào đó thì có thể tăng được khả năng
cạnh tranh của doanh nghiệp.
Sù ra đời của VoIP của Vietell là một trong những phương thức cạnh tranh như
vậy để nhằn giảm giá thành dịch vụ và tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiêp.
Với tiềm năng của mình về vốn và về công nghệ VMS hoàn toàn có khả năng cho
ra đời các công nghệ mới hoàn hảo hơn công nghệ VoIP của VietTell
Đó là VoATM mà so với VoIP có các khả năng vượt trội như là:
Chất lượng thoại tốt hơn
Tận dụng băng thông một cách mềm dẻo hơn dẫn đến tăng được hiệu quả sử dụng
băng thông.
Công nghệ ATM ra đời có thể giải quyết được vấn đề trên.
Thay vì nhược điểm của phương pháp chuyển mạch kênh truyền thống là cấp một
khe thời gian cho một kênh thoại cố định công nghệ ATM dựa trên khả năng ghép kênh
thống kê cho phép cấp phát băng tần khi và chỉ khi người sử dụng cần đến nó. Khả năng
đó giúp cho nhà khai thác dịch vụ mạng có khả năng phục vụ được nhiều người sử dụng
hơn.
Trong khuôn khổ hạn hẹp của đề tài, không thể trình bày hết các khía cạnh liên
quan đến công nghệ ATM và GPRS.
Đề tài chỉ trình bày các khía cạnh liên quan đến việc triển khai và ứng dụng của
các công nghệ nói trên.

Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MẠNG DỰA TRÊN CƠ SỞ CÁC
HỆ THỐNG CHUYỂN MẠCH GÓI ATM
1. Nguyên lý cơ sở của ATM

1.1 Mục tiêu của ATM
Định nghĩa: Chế độ truyền dị bộ ( ATM) là công nghệ ghép kênh và chuyển mạch
theo các tế bào được thiết kế cho mục đích chung. ATM là dị bộ vì các tế bào không
được phát định kỳ nh ở các khe thời gian dành cho số liệu trong chế độ truyền đồng bộ
( STM).
- ATM được áp dụng cho nhiều loại hình dịch vụ, ví dụ tại diễn đàn ATM, công nghệ
ATM được áp dụng cho LAN và các công nghệ mạng tư nhân.
- ATM có thể xử lý cả lưu lượng kết nối theo kiểu nối thông một cách trực tiếp hoặc
thông qua các lớp thích ứng, hoặc lưu lượng không nối thông bằng cách sử dụng các
lớp thích ứng.
- Nối thông ảo ATM có thể công tác ở tốc độ bit không đổi hoặc ở tốc độ bit thay đổi.
Mỗi tế bào ATM được gửi vào mạng chứa thông tin địa chỉ cho phép thiết lập kết nối
ảo từ nơi phát đến nơi nhận. Sau đó các tế bào được truyền lần lượt ở kết nối ảo này.
- ATM tạo điều kiện tốt cho việc tiêu chuẩn hoá cấu trúc mạng khi định nghĩa các
phương pháp ghép kênh và chuyển mạch với SONET/STM làm nền tảng cho việc
truyền dẫn ở tốc độ rát cao.
- ATM cung cấp nhiều chế độ chất lượng dịch vụ ( QoS) để đáp ứng các yêu cầu khác
nhau về độ trễ và khả năng tổn thất.
- Bằng cách sử dụng các kết nối chuyển mạch ảo ( SVC) ATM cung cấp các dịch vụ
theo yêu cầu chế độ băng rộng ( Bandwith on Demand) và cả thâm nhập kiểu LAN
đến độ rộng băng có sẵn.
Kết luận: Viễn cảnh của ATM là toàn bộ mạng có thể được xây dựng bằng cách sử dụng
mạng ATM và các lớp ứng dụng của nó, khả năng cung cấp các dịch vụ nhắn tin nh:
+ Tiếng nói

+ Số liệu gói
+ Video
+ Hình ảnh
1.2 Tế bào ATM và truyền dẫn
Đơn vị sơ cấp của ATM là tế bào.
1.2.1 Tế bào ATM: Tiêu chuẩn ATM định nghĩa một tế bào có độ dài cố định
53 byte trong đó 05 byte đầu đề và 48 byte tải trọng. Các bit bên trong tế bào được truyền
trên đường truyền dẫn theo trình tự từ trái sang phải. Các tế bào được sắp xếp trên đường
truyền dẫn vật lý PDH/SDH: DS1, DS3 hay SONET của Bắc Mỹ, E1, E3 và E4 hay STM
của ETSI.
-

Toàn bộ thông tin được ghép kênh, chuyển mạch trong mạng ATM ở các tế bào có
độ dài cố định.
Đầu đề tế bào xác định nơi nhận, kiểu tế bào và mức ưu tiên

Page of 14

2


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
-

-

Nhận dạng đường dẫn ảo ( VPI) và Nhận dạng kênh ảo ( VCI) xác định nơi nhận.
Trường điều khiển lưu lượng chung ( GFC) cho phép máy ghép kênh điều khiển
tốc độ của thiết bị đâù cuối ATM.
Kiểu tải trọng ( PT) chỉ thị tế bào chứa số liệu của người sử dụng, số liệu báo hiệu

hay thông tin bảo dưỡng.
Ưu tiên tổn thất tế bào ( CLP) chỉ thị mức ưu tiên tương đối của tế bào . Trong các
khoảng thời gian ứ nghẽn các tế bào có mức ưu tiên thấp hơn bị loại trước các tế
bào có mức ưu tiên cao hơn.
Kiểm tra lỗi đầu đề ( HEC) thực hiện kiểm tra và sửa lỗi của phần đầu đề. Trường
tải trọng được truyền qua mạng nguyên vẹn không được kiểm tra và sửa lỗi. ATM
căn cứ trên các giao thức lớp cao hơn để kiểm tra và sửa lỗi cho phần này. Kich
thước cố định của các tế bào cho phép đơn giản việc thực hiện chuyển mạch và
ghép kênh ATM ở tốc độ cao.
Khi sử dụng ATM, các gói dài không gây trễ các gói nhỏ vì chúng được cắt mảnh
thành nhiều gói nhỏ. Nhờ vậy, ATM có thể truyền tải lưu lượng tóc độ bit cố định
( CBR) cho tiếng nói và video cùng với các lưu lượng tốc độ thay đổi ( VBR) mặc
dù các lưu lượng này có các gói rất dài trong cùng một mạng.

1.3 Nguyên lý hoạt động
Tài liệu trình bày thí dụ phân đoạn lưu lượng của người sử dụng thành các tế bào,
chuyển mạch qua mạng và xử lý ở phần người sử dụng phía sau.
1.3.1 Thí dô ATM đơn giản
Máy công tác có 1 card giao tiếp ATM để cắt mảnh luồng số liệu thành các đoạn
48 byte. Sau đó tế bào ATM được đánh địa chỉ bằng VPI, VCI và điền vào các
trường còn lại của đầu đề để được 05 byte. Kết quả nhận được các tế bào 53 byte
từ các nguồn: tiếng, video, số liệu văn bản. Vì các tế bào này được tạo ra từ các
nguồn độc lập nên có thể xảy ra sù tranh chấp các khe thời gian cho tế bào ở card
giao tiếp với máy công tác. Nhằm tránh điều này,ba kiẻu thông tin trên được Ên
định các nối thông kênh ảo: VCI=1 cho số liệu tiếng, VCI=2 cho tiếng, VCI=3
cho video và VPI=0 chung cho cả ba. Đây là một ví dụ đơn giản, trong thực tế
thường gặp nhiều giá trị VCI trên một VPI.

Page of 14

3


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

Hình 1: Thông tin đa phương tiện sử dụng ATM
1.3.2 Ví dụ chuyển mạch ATM
Minh hoạ chuyển mạch ATM được cho ở hình 2.
Kªn
h1

K
ªn
h2

K
ªn
h3

Kª
nh
n-1

Kª
nh
n

Kª
nh
2

Kªn
h1

Kª
nh
3

Kªn
h n1

Kªn
hn

125 micro s
Kªnh1

Kªnh5

Kªnh1

Kªnh7

Hình 2: Thí dụ chế độ truyền dị bộ ATM
Page of 14

4

Kªnh5

Kªnh1


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
-

-

Nguồn video được đưa vào chức năng đóng gói, được gán địa chỉ nơi nhận D:
VPI/VCI. Luồng bit liên tục được chia thành các tế bào có độ dài cố định bao gồm
đầu đề và tải trọng phần tô đậm. Tốc độ của luồng video lớn hơn tốc độ của luồng bit
liên tục DS3 có các địa chỉ lôgic nơi nhận A và máy tính tốc độ cao đóng gói trực tiếp
có địa chỉ là B. Các nguồn nói trên được ghép kênh theo thời gian trên các đường
truyền E3 hay SDH.
Chức năng đầu tiên của chuyển mạch ATM là phiên dịch địa chỉ lôgic thành các địa
chỉ vật lý tương ứng với các cửa ra của chuyển mạch và địa chỉ ra lôgic VPI/VCI. Đầu
đề chuyển mạch bổ sung được gắn vào đầu của mỗi tế bào vào.
Tại hình 5.a có 3 kết nối điểm tới điểm. E3 có địa chỉ A, địa chỉ này được phiên dịch
vào cổng C cho cổng ra vật lý 1.
Nguồn video có địa chỉ D được dịch vào địa chỉ E dành cho cổng 2.
Nguồn máy tính có địa chỉ B được dịch vào F dành cho cổng 1.
Chuyển mạch ATM sử dụng trường địa chỉ nơi nhận vật lý để chuyển các tế bào
ATM đến các cửa vật lý tương ứng và đường truyền dẫn liên kết với nó. các đấu nối
tốc độ bit không đổi ( CBR) ( ví dụ video và E3) sau đó loại bỏ các địa chỉ lôgic và
đưa đến nơi nhận thông tin qua chức năng lập chuỗi.
1.4 Chọn kích thước tải trọng

Hội nghị ATM có nhiều bàn luận về kích cỡ của tế bào tiêu chuẩn ATM, vấn đề chọn
tải trọng 32 byte hay 64 byte. Kích thước 48 byte là dung hoà giữa hai quan điểm trên.
Việc chọn đầu đề 5 byte cũng là sự cân nhắc giữa 3 và 8 byte. Tại hình 3 miêu tả sự cân

nhắc giữa kích thước tế bào, hiệu suất và thời gian trễ khi cắt mảnh.

Hình 3: Cấu trúc tế bào trong ATM.

Page of 14

5


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

1.5 Nguyên lý kết nối mạng ATM
Tồn tại 3 khái niệm ở ATM: Đường truyền dẫn, Đường dẫn ảo ( VP), Kênh ảo
( VC). Ba khái niệm này tạo nên các khối kiến trúc cơ sở của ATM.

Hình 4: Quan hệ giữa VC, VP và đường dẫn truyền dẫn.
-

Một đường truyền dẫn chứa một hay nhiều đường dẫn ảo còn mỗi đường dẫn ảo lại
chứa một hay nhiều kênh ảo. Nh vậy, nhiều kênh ảo có thể được đặt vào một đường
dẫn ảo.
Chuyển mạch có thể được thực hiện hoặc ở mức đường truyền dẫn, hoặc đường dẫn
ảo, hoặc kênh ảo.
Các mức ưu tiên hay việc chọn VCC có thể thay đổi cũng nh các mức ưu tiên giữa
các VP ở ATM. Hoàn toàn khả dĩ lập cấu hình một VCC bổ xung ngay lập tức và cho
mức ưu tiên cao nhất.
Khả năng chuyển mạch đến tận kênh ảo cũng giống nh hoạt động của các tổng đài tư
nhân hay tổng đài nhánh công cộng ( PBX) hay chuyển mạch điện thoại trong mạng
điện thoại. Ở chuyển mạch PBX, có thể chuyển mạch từng kênh trong một nhóm
trung kế ( đường dẫn).Minh hoạvề chuyển mạch VP và VC có thể được xem dưới

đây:

Page of 14

6


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

Chuuyển mạch VP
Hình 4: Chuyển mạch(VC switch) và nối chéo(cross conect)
-

Các thiết bị thực hiện kết nối VC được gọi là chuyển mạch VC vì nó giống nh các
chuyển mạch điện thoại.
Các mạng truyền dẫn sử dụng các máy nối chéo, thường là các chuyển mạch phân
chia theo không gian.
Các thiết bị đấu nối các VP thường được gọi là các máy đấu chéo VP tương tự nh
mạng truyền dẫn.
Không phải bao giờ chuyển mạch các tế bào chỉ giới hạn đến chuyển mạch VC, còng
nh không phải bao giờ các máy nối chéo chỉ giới hạn đến chuyển mạch VP.

Các kết nối đường dẫn ảo ( VPC) và các kết nối kênh ảo ( VCC)
Ở líp ATM, người sử dụng được lựa chọn hoặc VPC hay VCC với định nghĩa nh sau:
-

Các kết nối đường dẫn ảo ( VPC): được chuyển mạch chỉ trên cơ sở giá trị của nhận
dạng đường dẫn ảo ( VPI). Người sử dụng VPC có thể Ên định các VCC trong suốt
đối với VPI vì chúng đi theo cùng tuyến.
Các kết nối kênh ảo ( VCC): được chuyển mạch trên cơ sở kết hợp các giá trị VPI và

nhận dạng kênh ảo.

Cả VPI và VCI được sử dụng để định tuyến tế bào qua mạng. Các giá trị VPI và VCI
phải duy nhất cho mỗi đường truyền dẫn ( TP). Nh vậy TP giữa hai thiết bị của mạng
( thí dụ giữa hai tổng đài ATM) sử dụng các VPI và VCI một cách độc lập. Mỗi tổng đài
đặt một VPI và một VCI vào lên một VPI và một VCI ra.
Page of 14

7


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
hinh6:
Trên đường truyền dẫn này có nhiều đường truyền dẫn ảo. Ở giao tiếp người sử dụng
ATM ( ATM UNI), thiết bị đầu vào của chuyển mạch 1 cung cấp kênh video ở đường
dẫn ảo 1 ( VPI 1) và kênh ảo 6 ( VCI 6).
Sau đó, kênh ảo này được định tuyến từ chuyển mạch 2 đến chuyển mạch 3 ở đường
dẫn và kênh khác ( VPI 16 và VCI 8). Nh vậy các VPI và các VCI được gắn cho từng
đường truyền trong mạng.
Sau cùng, chuyển mạch 3 phiên dịch VPI 16 vào VPI 1 và VCI 8 trên VCI 16 thành
VCI 6 trên VCI 1. Chó ý là VPI và VCI ở nơi nhận phải giống nh VPI và VCI nơi phát.
Chuỗi phiên dịch VPI/VCI qua các chuyển mạch có thể được xem nh một địa chỉ của
mạng khi thực hiện ngoại suy của mô hình lớp 3 OSI.
2. Các dịch vụ mà ATM sẽ cung cấp trong tương lai

Mạng viễn thông hiện tại phát triển đến mạng thông tin băng rộng liên kết cho phép
phục vụ tất cả các dịch vụ mà khách hàng yêu cầu từ tốc độ bit vài kbit/s đến vài trăm
Mbit/s hoặc cao hơn nữa. Công nghệ ATM sẽ là giải pháp tốt cho mạng như vậy. Các
dịch vụ mà mạng ATM đem lại chính là các dịch vụ của mạng viễn thông băng rộng liên
kết, bao gồm tất cả các dịch vụ sau:

 Tiếng thoại thông thường nh ở mạng điện thoại hiện tại.
 Âm thanh chất lượng cao ( giống nh truyền thanh HIFI hiện tại)
 FAX
 Điện thoại có hình ( Videofone)
 Truyền hình hội nghị ( Tele-conferencing)
 Truyền hình quảng bá với chất lượng tiêu chuẩn hoặc độ phân giải cao
( HDTV)

Page of 14

8


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

Hình 6: Một số mô hình kết nối đối với mạng ATM.
Tóm lại, công nghệ ATM cho phép liên kết tất cả các dịch vụ vào một mạng
duy nhất và đây là một tiền đề để phát triển mạng truyền thông đa phương tiện. Một số
dịch vụ băng rộng mà chỉ có ATM mới đáp ứng tốt. Đề tài không đi sâu trình bày nội
dung mã hoá tốc độ bít thay đổi và mô hình truyền hình phân lớp, chủ yếu đi phân tích
ngay đối với ứng dụng ATM trong truyền số liệu.
2.1 Ứng dụng công nghệ ATM cho truyền số liệu
Mạng ATM có ảnh hưởng lớn lên mạng truyền số liệu. Các mạng máy tính thường gặp
hiện nay bao gồm:
LAN ( Local Area Network: Mạng cục bộ): có độ dài vào khoảng 100 m cho phép
đấu nối các máy tính trong một toà nhà.
 CAN ( Campus Area Network: Mạng vùng nhỏ hay khuôn viên): có độ dài khoảng
1.0 Km cho phép dấu nối các máy tính giữa nhiều toà nhà trong một khuôn viên.
 MAN ( Metropolitan Area Network: Mạng trung tâm dân cư): có độ dài vào khoảng
10 Km để đấu nối các máy tính giữa các khuôn viên ( campus) ở vùng trung tâm dân

cư.
 WAN ( Wireless Area Network: Mạng vùng rộng): có có độ dài vào khoảng 100 Km
đến 1000 Km để đấu nối máy tính trong một quốc gia.
 GAN ( Global Area Network : Mạng toàn cầu): có độ dài từ 1000 Km đến 10.000 Km
đấu nối các máy tính giữa các quốc gia.
Các mạng LAN có tốc độ từ vài Kbit/s đến Mbit/s và đang triển khai ở tốc độ Gbit/s.
Công nghệ ATM được áp dụng cho ba phần tử cơ bản sau đây của mạng máy tính:


-

Tổng đài hay cơ vụ trung tâm ( CO: Central Office) có thể có thông lượng lớn hơn 5
Gbit/s
Thiết bị tại nơi khách hàng ( CPE: Customer Premises Equipment)
Chuyển mạch Campus ( CA) có thể có thông lượng thấp hơn 5 Gbit/s

Page of 14

9


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

Hình 7 : Một ví dụ về mạng CAMPUS VOD
Ngoài ra, công nghệ ATM cũng được sử dụng cho các bộ trung tâm ( HUB), định tuyến
( ROUTER) và cầu ( BRIDGE).
Hình 6 cho thấy vai trò của chuyển mạch CO và chuyển mạch CPE hay CAMPUS.
Bắt đầu từ nơi ở của khách hàng, các bọ định tuyến ATM hay bé trung tâm ATM cho
phép các bộ khách hàng ( C: Client) và các bộ cung cấp dịch vụ ( S: Server) liên lạc với
nhau trong một mạng ảo. Chuyển mạch ATM nội hạt kết nối các bộ định tuyến vào một

dường trục. Các máy công tác ( WS) và các Server có thể kết nối trực tiếp với chuyển
mạch ATM nội hạt để tạo nên một nhóm công tác có khả năng thực hiện cao. Các tổng
đài tư ATM ( PBX: Private Branch Exchange) cũng có thể được đấu nối để thâm nhập
đến các dịch vụ số liệu và tiếng.

Các chuyển mạch cơ vụ trung tâm
Các chuyển mạch cơ vụ trung tâm là trụ cột của một mạng ATM, thường đòi hỏi lưu
lượng lớn hơn 5 Gbit/s. Thường thì chuyển mạch cơ vụ trung tâm chứa tất cả giao tiếp
ATM ( UNI: Giao tiếp nút người sử dụng). Các chuyển mạch ATM-CO thiết lập các cuộc
gọi cho các chuyển mạch CPE giống nh các chuyển mạch CO thiết lập cuộc gọi cho các
PBX.
Các chuyển mạch ATM Campus
Các chuyển mạch này nhỏ hơn các chuyển mạch CO, có thông lượng thấp hơn
5Gbit/s nhưng chúng cung cấp nhiều giao tiếp không có ở các chuyển mạch CO nh: LAN
( thí dụ: Ethernet và Token Ring), MAN ( thí dụ: FDDI và DQDB), SNA, X25 và tiếng.

Page of 14

10


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
Một số chuyển mạch còn đảm bảo chuyển đổi giao thức, mô phỏng LAN và kết nối mạng
ảo.

ATM HUB
HUB là thiết bị trung tâm để kết nối các trạm trong mạng LAN theo cấu hình topo
dạng sao bằng các đôi dây xoắn ( một đôi dây cho phát và một đôi dây cho thu). Hình 7
cho thấy chức năng tập trung các đường dây, phân đoạn và quản lý mạng mà HUB thực
hiện. Nhiều đôi dây xoắn của Ethernet và Token Ring ( trong một số trường hợp FDDI)

và trong tương lai đôi dây xoắn ATM đến các máy công tác, được đấu nối đến HUB.
Thực tế, HUB cho phép các nhà quản lý Ên định tiềm năng của mạng cho từng người sử
dụng ( chẳng hạn một đoạn Ethernet). HUB thường được áp dụng ở dạng phân cấp để tập
trung sự thâm nhập của nhiều người sử dụng đến tiềm năng dùng chung nh đến một
Server hay mét Router ( hình 7).

Page of 14

11


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

Hình 7: Cấu
HUB,SWITCH,ROUTER

trúc

mạng

sử

dụng

Các HUB bậc cao nhất thường được chọn là cấu trúc trụ cột xây dựng trên cơ sở ATM
và đảm bảo tốc độ truy nhập cao đến các tài nguyên nh: Router hay các chuyển mạch.
Nếu một người sử dụng được bổ sung, thay đổi hay chuyển chỗ từ một văn phòng này
đến một văn phòng khác thì người quản lý có thể thực hiện các biện pháp để bổ sung,
thay đổi hay chuyển chỗ người sử dụng này.
Cầu ATM ( Bridge)

Cầu là một hệ thống trung gian được sử dụng để kết nối hai mạng LAN sử dụng các
giao thức LAN giống nhau. Cầu hoạt động như một bộ lọc địa chỉ, thu nhận các gói từ
một mạng LAN khác và chuyển các gói này đến mạng LAN đó. Cầu ATM không thay
đổi nội dung của các gói và cũng không bổ sung thêm vào các gói này. Cầu ATM làm
việc ở lớp 2 trong mô hình OSI ( hình 8)

Page of 14

12


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
Hình 8: Các lớp của mô hình OSI
Các chuyển mạch Campus hiện nay có khả năng thực hiện đấu cầu cho các giao thức
LAN ở ATM. Các thiết bị cầu ATM biến đổi một giao thức được đấu cầu ( chẳng hạn
Ethernet) và mô phỏng các chức năng đấu cầu của giao thức được rút gọn này. Các chức
năng này bao gồm cả khả năng tự học và tự sửa.
Định tuyến ATM ( Router)
Router là một thiết bị kết nối hai mạng con có thể giống nhau hoặc không giống nhau.
Router sử dụng giao thức giữa các mạng ở lớp 3 trong mô hình OSI. Router xử lý nhiều
giao thức, vì vậy nó có thể phải xem xét kỹ các chuỗi tế bào ATM để thực hiện chức
năng này.
Router có chức năng chính là phát hiện các địa chỉ của các thiết bị được đấu nối đến
mạng các router bằng một giao thức định tuyến bên trong hay thậm chí địa chỉ của các
thiết bị đấu nối đến một mạng của các mạng sử dụng giao thức định tuyến bên ngoài.
Các gói được định tuyến trên cơ sở địa chỉ nơi nhận, đôi khi cả địa chỉ nguồn hay
thậm chí cả đặc tính định tuyến giữa hai đầu cuối.
Router kết nối các giao thức khác nhau bằng cách định tuyến và chuyển đổi giao
thức. Router có thể kết nối các môi trường ( cặp dây xoắn, cáp đồng trục, cáp quang)
khác nhau thông qua việc chuyển đổi môi trường.

Router có thể xử lý các dịch vụ định hướng theo nối thông hoặc không theo nối
thông. Các Router thường được kết nối bằng các mạch ảo hoặc thực. Router có phần
mềm rất phức tạp, hiện hướng tới sản xuất mạch cứng chuyên năng để tăng thông lượng.
Bằng cách sử dụng một số giao thức đặc biệt Router có thể phát hiện sự thay đổi cấu hình
topo và đảm bảo định lại tuyến động.
Router có thể liên tục giám sát các đường nối giữa các Router trong một mạng hay
các đường nối với các mạng khác bằng một thủ tục đặc biệt.
Router hiện đại cung cấp mô phỏng ATM LAN, giao tiếp ATM, các Card trung kế,
các khả năng chuyển mạch ATM. Các ATM Router vừa thực hiện chức năng của các
thiết bị thâm nhập vừa làm chức năng của chuyển mạch. Với chức năng thiết bị thâm
nhập chúng tiếp nhận nhiều giao thức và định tuyến các giao thức này đến cửa khác hoặc
biến đổi chúng thành các tế bào ATM để chuyển thành các tế bào ATM để chuyển tải
trên mạng ATM. Chúng cũng có thể định tuyến các gói LAN đến các chuyển mạch ATM
qua các giao tiếp tổng đài số ( DXI: Digital Exchange Interface) sau đó biến đổi gói XI
vào các tế bào ATM. ATM Router cũng có khả năng chuyển mạch các tế bào ATM giữa
các Card giao tiếp ATM.
Các thiết bị HUB, BRIDGE, ROUTER có thể hoặc hoạt động riêng rẽ hoặc được kết
hợp trong cùng một thiết bị. Bridge đảm bảo hỗ trợ lớp 1 và 2, Router và HUB đảm bảo
lớp 1,2 và 3. Thiết bị cổng ( Gateway) đấu nối các mạng với nhau đảm bảo các lớp từ 1
đến 7 của mô hình OSI.
Thí dụ về mạng Campus được cho ở hình 9.

Page of 14

13


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

Hình 9: Thí dụ mạng Campus

2.2 Video theo yêu cầu ( VOD- Video on Demand)
2.2.1 Khái lược:
Ngày nay, truyền hình là phương tiện truyền thông mở rộng nhanh hơn điện thoại
và máy tính cá nhân. Một trong số các dịch vụ là cung cấp nhiều kênh TV hơn ở mạng
truyền hình cáp ( CATV), người sử dụng có nhiều khả năng lựa chọn linh hoạt các
chương trình truyền hình. Mặt khác, công nghệ hiện nay cho phép các hãng khai thác
viễn thông cung cấp dịch vụ video theo yêu cầu ( khả năng linh hoạt nhất cho phép lựa
chọn chương trình phim ở thời điểm thích hợp nhất) bằng thế mạnh cạnh tranh của mình
tại giá cả cạnh tranh với kinh doanh cho thuê băng video. Có được khả năng cạnh tranh
này là nhờ áp dụng những thành tựu mới của công nghệ viễn thông điện tử:
- Hàng năm dung lượng của đĩa cứng tăng gấp đôi nhưng giá cả không thay đổi và xu
hướng này tiếp tục duy trì trong tương lai. Thời gian truy nhập không ngừng giảm.
- Bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn nén hình mới ( thí dụ tiêu chuẩn MPEG: Moving
Picture Expert Group) có thể đạt được việc truyền tải TV ở tốc độ bit từ 1.5 Mbit/s
đến 8 Mbit/s. Ở tốc độ nén này có thể lưu trữ toàn bộ một bộ phim ở vài Gbyte.
- Kỹ thuật xử lý số tín hiệu cho phép truyền tải từ 1.5 Mbit/s đến 8 Mbit/s trên đôi dây
thoại xoắn hiện có trong khoảng cách từ 1.5 km đến 5 km. Công nghệ này được gọi là
ADSL ( đường dây thuê bao không đối xứng).

Page of 14

14


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
-

Các kỹ thuật xử lý số và điều chế cho phép truyền tải tốc độ từ 15 Mbit/s đến 50
Mbit/s trên một kênh TV tương tự có dải thông 6 Mhz ở mạng cáp đồng trục hay vô

tuyến.
Hệ thống ATM cho phép chuyển mạch mọi tốc độ bit dến nhiều khách hàng đồng
thời. Hiện có hai khuynh hướng. Một là, mạng ATM sẽ thực hiện truyền thẳng từ đầu
cuối này đến đầu cuối kia. hai là, mạng ATM làm nhiệm vụ tryền tải đến nút thâm
nhập. Giải pháp thứ nhất linh hoạt hơn và cho phép người sử dụng ngoài VOD còn
truyền tải tất cả các dịch vụ khác nhờ vậy mạng đạt được tất cả dịch vụ cũng nh có thể
thực hiện trao đổi qua lại.

2.2.2 Cấu trúc của mạng VOD
Cấu trúc của mạng VOD được trình bày trong phần này đảm bảo dịch vụ VOD tương
tác được chuyển mạch từ đầu cuối này đến đầu cuối kia. Hệ thống bao gồm thiết bị cung
cấp dịch vụ ( Server), các phần tử của mạng chuyển mạch băng rộng, tổ chức thâm nhập
và thiết bị ở nơi khách hàng ( CPE). Các phần tử chính của cấu trúc mạng VOD cho trên
hình 10.

Hình 10: Cấu trúc mạng VOD với ATM đầu cuối đến đầu cuối.

Page of 14

15


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
CPE có thể hoạt động ở các kiểu sơ đồ nén tín hiệu và các yêu cầu độ rộng dải thông
khác nhau.
Video Server ( Bé cung cấp dịch vụ video)
Là nguồn cung cấp tất cả các chương trình video mà khách hàng có thể yêu cầu.
Chương trình video có thể được nén trước ( ở thời gian không thực) và được lưu giữ trên
một bộ nhớ ngoài truy nhập ngẫu nhiên, thường là đĩa cứng, nhưng trong tương lai có thể
nhớ trên bộ nhớ bán dẫn khi giá cả hợp lý. Đối với chương trình trực tiếp, Server cũng có

thể là thiết bị nén thời gian thực. Video Server cung cấp bản sao của tín hiệu video theo
yêu cầu qua mạng ATM đến người sử dụng. Các chương trình video MPEG được biến
đổi vào các tế bào ATM và được truyền qua mạng ATM. Một bộ Server hay một tập hợp
các bộ này thuộc sở hữu của một nhà cung cấp dịch vụ hoặc thuộc sở hữu chung của
nhiều nhà cung cấp dịch vụ hoạt động trên cùng một mạng. Bên cạnh đó, hãng khai thác
mạng cũng có thể sở hữu các bộ Server, khi đó nhà khai thác mạng có thể cho các nhà
cung cấp video thuê dung lượng Server. Ngoài ra, một bộ Server có thể có thư viện video
lưu trữ hệ thống các bộ phim ở dạng nén.
Mạng ATM
Mạng ATM đảm bảo kết nối các phần tử mạng khác nhau trong cấu trúc VOD. Mạng
truyền tải cả báo hiệu và số liệu chương trình, trong đó số liệu ở thời gian thực hay ở tốc
độ theo yêu cầu. Có thể sử dụng đồng thời chế độ điểm đến điểm hay điểm đa điểm trong
mạng ATM. Ngoài ra, mạng ATM cũng có thể truyền các dịch vụ khác nh đã nêu ở phẩn
trước.
Quản lý mạng
Chức năng quản lý mạng bao gồm các hệ thốngđiều hành ( các bộ quản lý phần tử) cần
thiết để khai thác và quản lý mạng VOD từ đầu cuối này đến đầu cuối kia. Hệ thống điều
hành liên lạc với các phần tử khác nhau của mạng qua các giao tiếp và các mô hình thông
tin đã được chuẩn hoá phù hợp với các tiêu chuẩn TMN ( Mạng quản lý viễn thông) hay
TNA ( Câú trúc mạng thông minh viễn thông).
Cổng dịch vụ và trung tâm khai thác dịch vụ
Cổng dịch vụ đảm bảo giao tiếp cho khách hàng để định vị và kết nối đến bộ Server
từ một người cung cấp dịch vụ được chọn. Một cổng dịch vụ quản lý một nhóm khách
hàng. Khi mật độ khách hàng tăng, có thể bổ sung thêm các cổng dịch vụ. Cổng dịch vụ
có thể là một phần tử mạng riêng ( chẳng hạn ở cấu trúc mạng thông minh) hay kết hợp
cùng với các phần tử mạng khác ( chẳng hạn Video Server hay chuyển mạch ATM).
Trung tâm khai thác dịch vụ cho phép các nhà cung câp dịch vụ quản lý tập chương
trình được phân phối trên một tập hợp các Server. Ngoài ra, nó đảm bảo các chức năng
khai thác dịch vụ liên quan đến từng nhóm khách hàng nh: tính cước, quản lý đăng ký,
tiếp thị chương trình. Các trung tâm khai thác dịch vụ cũng có thể là một phần tử mạng

riêng lẻ hay kết hợp cùng với Video Server.
Mạng thâm nhập

Page of 14

16


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
Mạng thâm nhập bao gồm các tổ chức thâm nhập khác nhau từ mạng ATM đến thiết
bị tại nơi khách hàng ( CPE), nghĩa là: các bộ ghép kênh thâm nhập, các giao tiếp với
dây đồng/ cáp đồng trục/ cáp quang và các kết cuối mạng. Tồn tại các mạng thâm nhập
khác nhau: từ cáp quang trong các cấu hình điểm đến điểm hay điểm đa điểm ADSL trên
các đôi dây xoắn hiện có. Ngoài ra, cũng có thể là các đường vô tuyến mặt đất hoặc vệ
tinh.
Thiết bị tại nơi khách hàng ( CPE)
CPE bao gồm các hộp đặt ( STB: Set Top Box) trên máy được nối đến máy TV hay
đầu video và bộ điều khiển từ xa cho phép người xem kết nối đến nguồn video và quét để
chọn lựa phim hay các nội dung như: câu chuyện mới, phần mềm, các trò chơi hay các
ứng dụng mua bán tại nhà Các phần tử chính của thiết bị đặt trên máy là: bộ thu phát/ giải
điều chế đường dây ( ADSL, cáp quang), khối giải nén ( MPEG-2), giao tiếp kênh hồi
tiếp và bộ kích màn hình. Bộ thu phát tín hiệu tới từ mạng thâm nhập và cho phép phát
thông tin điều khiển ngược đến Video Server. Tín hiệu tới được giải điều chế phụ thuộc
vào mạng thâm nhập bằng thiết bị quang/điện, bộ giải điều chế QAM hay ADSL để được
tín hiệu số cho việc khôi phục luồng video số bị nén. Luồng số này được đưa đến khối
giải nén ( thường là các bộ giải mã MPEG1 hay 2) để được biến đổi vào tín hiệu tương tự
và đưa lên màn hình. Hộp để trên máy chứa bộ vi xử lý để quản lý các khối phần cứng
khác nhau bao gồm cả quản lý điều khiển từ xa, tạo ra giao tiếp đồ hoạ cho người sử
dụng trên màn hình và trao đổi các giao thức với cổng dịch vụ, Server và mạng.
3. Chuyển mạch ATM băng rộng

3.1 Tóm lược
Tổng quát, có thể phân chia chuyển mạch thành các loại sau:
- Chuyển mạch theo không gian
- Chuyển mạch theo thời gian
- Chuyển mạch theo tần số
- Chuyển mạch theo địa chỉ.
Ở loại chuyển mạch theo địa chỉ, số liệu được tổ chức theo các gói có đầu đề và tải trọng.
Đầu đề chứa thông tin về địa chỉ và được sử dụng trong việc quyết định chuyển mạch tại
từng nút chuyển mạch. Các bảng phiên dịch ở các chuyển mạch thực hiện hai thao tác:
- Phiên dịch ( chuyển đổi) giá trị đầu đề vào thành một giá trị đầu đề ra tương ứng
- Ên định cửa ra vật lý cho các gói số liệu.
Mỗi gãi số liệu ở đầu vào với một đầu đề tương ứng sẽ có một đầu đề mới và chiếm một
khe thời gian nhất định ở một cửa ra vật lý được xác định bởi bảng phiên dịch. Các khe
thời gian không Ên định cho các gói số liệu nên có thể xảy ra tranh chấp khe thời gian
của các gói số liệu khác nhau. Để tránh điều này, các gói số liệu phải xếp hàng ở bộ nhớ
đệm đầu ra. Thực tế, có thể thực hiện các nối thông sau:
- Điểm đến điểm ( Các gói đầu đề ở một đầu vào với các gói đầu đề ở một đầu ra tương
ứng)
- Điểm đa điểm ( Gói đầu đề ở một đầu vào với các gói đầu đề ở một đầu ra)
- Đa điểm điểm ( Các gói đầu đề ở nhiều đầu vào với gói đầu đề ở một đầu ra)
Xét về mặt nào đó thì chuyển mạch theo địa chỉ tương đối giống chuyển mạch ATM. Các
cấu trúc chuyển mạch ATM chịu tác động trực tiếp của hai yếu tố chính sau:

Page of 14

17


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

-

Tốc độ chuyển mạch cao ( 150 Mbit/s đến 600 Mbit/s)
Mang tính thống kê

Hiện nay, nhiều hãng viễn thông trên thế giới đưa ra nhiều loại tổng đài ATM khác
nhau từ các kích cỡ nhỏ ( bốn cửa vào, bốn cửa ra) đến các kích cỡ lớn ( hàng ngàn cửa
vào và cửa ra). Các chuyển mạch này có thể là các chuyển mạch công cộng ( thường
được gọi là ATM Central Office: Tổng đài trung tâm) hay các chuyển mạch tư ( ATM
LAN). ở đây sẽ đề cập một vài loại cấu trúc chuyển mạch điển hình.
Mỗi chuyển mạch ATM bao gồm hai phần cơ bản:
- Phần truyền tải
- Phần điều khiển.
Chủ yếu đi sâu nghiên cứu phần truyền tải.
Mạng truyền tải được định nghĩa như một môi trường ( phương tiện) vật lý chịu
trách nhiệm truyền tải chính xác thông tin ( ở đây là các tế bào ATM) từ một đầu vào
ATM đến một đầu ra ATM với chất lượng phục vụ QoS đảm bảo theo đúng qui định
( QoS thường là mức độ tổn thất tế bào, trễ tế bào, tỷ số bit lỗi, rung pha trễ tế bào ).
Phần đièu khiển của chuyển mạch là phần điều khiển mạng truyền tải. Nó quyết định
đầu vào nào được đấu đến đầu ra nào. Quyết định này dựa trên thông tin báo hiệu mà
chuyển mạch thu được hay thông tin do người khai thác thiết lập trên cơ sở bán vĩnh cửu.
Chất lượng phục vụ của phần này thường được xác định bằng: thời gian thiết lập cuộc
gọi, thời gian giải phóng cuộc gọi,
Ở chuyển mạch ATM, các tế bào ATM được truyền tải từ một đầu vào ( trong số
nhiều đầu vào) đến một hay nhiều đầu ra. Chuyển mạch từ đầu vào đến đầu ra có thể
được kết hợp với các quá trình: tập trung, mở rộng, ghép kênh và phân kênh ch olưu
lượng ATM. Ý nghĩa của các chức năng được miêu tả như sau:
- Chuyển mạch: Là sự truyền tải thông tin từ một kênh ATM lôgic vào đến một kênh
ATM lôgic ra được lựa chọn trong số nhiều kênh lôgic ra. Kênh lôgic ATM được đặc
trưng bởi:

+ Đầu vào/ra vật lý đặc trưng bởi số cửa ra vật lý.
+ Một kênh lôgic ở cửa vật lý đặc trưng bởi nhận dạng kênh ảo ( VCI) và/hoặc
nhận dạng đường dẫn ảo ( VPI).
Để đảm bảo chức năng chuyển mạch, cả hai nhận dạng kênh/đường dẫn đều phải được
lập quan hệ với nhận dạng kênh/đường dẫn ra. Hai chức năng này phải được cài đặt trong
chuyển mạch ATM. Có thể so sánh hai chức năng này với các chức năng được áp dụng
cho các tổng đài số cho tiếng ( các hệ thống STM).
Một chuyển mạch ATM thực hiện hai chức năng chính. Chức năng thứ nhất của
chuyển mạch ATM có thể so sánh với chức năng chuyển mạch không gian. Chức năng
thứ hai có thể so sánh với sự chuyển đổi khe thời gian ở chuyển mạch thời gian. Ở các hệ
thống chuyển mạch ATM, việc nhận dạng khe thời gian trong mét khung cố định dược
thay thế bằng việc nhận dạng kênh ảo. Không còn tồn tại việc Ên định trước khe thời gian
nên để giải quyết sự tranh chấp một khe thời gian của hai hay nhiều kênh lôgic được giải
quyết bằng sự sắp hàng ( queuing) cho các tế bào ATM trước khi đưa nó ra ngoài. Chức
năng sắp hàng là chức năng quan trọng của các chuyển mạch ATM.
Tập trung/Ghép kênh

Page of 14

18


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
Khái niệm ghép kênh ATM muốn nhấn mạnh đến sự hội nhập thống kê các kênh ảo
ATM khác nhau vào một luồng ATM. Khi nói tới tập trung, muốn nhấn mạnh sự giảm số
đầu vào đến một lượng nhỏ hơn các đầu ra.
Mở rộng/ Phân kênh
Thao tác đơn giản nhất của một chuyển mạch ATM rất đơn giản nhận được một tế bào
thông qua một kết nối với một giá trị VCI hoặc là VPI đến một giá trị kết nối để định ra
cổng ra của kết nôí đó và các giá trị VPI/VCI mới và sau đó truyền tế bào này theo một

kết nối khác mà được chỉ ra bởi các giá trị VPI và VCI mới .

Hình 11: Nguyên lý chuyển mạch ATM
-

Các tế bào ATM được chuyển mạch vật lý từ một đầu vào I i đến một đầu ra Oj. Đồng
thời một giá trị đầu đề đầu vào α được phiên dịch sang một giá trị đầu đề đầu ra β.
- Ở mọi đường vào và đường ra các giá trị đầu đề là duy nhất, nhưng trên các đường
khác nhau có thể có các đầu đề nh nhau. Từ hình vẽ cho thấy tất cả các tế bào có đầu
đề A ở đường vào I1 đều được chuyển mạch đến đầu ra O 1 và dầu đề của chúng được
phiên dịch ( chuyển đổi) vào giá trị M. Tất cả các tế bào có đầu đề A ở đường vào I n
cũng được chuyển đến O1 nhưng đầu đề của chúng nhận giá trị P.
- Khi hai tế bào ở hai đầu vào khác nhau (I 1 và In) đến chuyển mạch ATM cùng một lúc
và dự định ra cùng một đầu ( O1), chuyển mạch không thể đồng thời đưa ra hai tế bào
này cùng một lúc. Để giải quyết vấn đề này, chuyển mạch phải có bộ nhớ đệm để lưu
giữ các tế bào chưa thể phục vụ. Đây là vấn đề điển hình của chuyển mạch ATM vì
nó phải ghép chung các tế bào một cách thống kê. Nh vậy phải đảm bảo các hàng để
lưu giữ các tế bào ATM dự định đến đồng thời cùng một đầu ra.
Tổng kết lại, ba chức năng cơ bản được thực hiện ở một chuyển mạch ATM là:
- Định tuyến ( chuyển mạch không gian)
- Sắp hàng
- Phiên dịch đầu đề.

Page of 14

19


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

Một số thuật ngữ liên quan đến cáu trúc của các chuyển
mạch ATM

Kết cấu ( FABRIC) chuyển mạch:
Kết cấu hay fabric chuyển mạch bao gồm các khối cơ sở cấu thành chuyển mạch được
kết nối theo một cấu hình tôpô đặc biệt. Nh vậy, fabric chuyển mạch được định nghĩa khi
cấu hình tôpô của nó được xác định và khi các khối cơ sở cấu thành chuyển mạch được
định nghĩa.
Khối cơ sở cấu thành chuyển mạch
Khối cơ sở cấu thành chuyển mạch là khối cơ sở để cấu trúc thành một fabric chuyển
mạch. Khối cơ sở này còn được gọi là phần tử chuyển mạch. Các phần tử chuyển mạch
giống nhau sẽ tạo nên một fabric chuyển mạch.
Hệ thống chuyển mạch
là mọi phương tiện để chuyển mạch các tế bào ATM: có thể là phần tử chuyển mạch hoặc
fabric chuyển mạch.
3.2 Các yêu cầu đối với chuyển mạch
Chuyển mạch ATM phải có khả năng phục vụ:
-

Các tốc độ bit khác nhau nh: từ vài Kbit/s đến vài trăm Mbit/s
Tốc độ bit thay đổi hoặc cố định
Trong suốt ngữ nghĩa ( tỷ lệ tổ thất tế bào, tỷ lệ bit lỗi)
Trong suốt thời gian ( trễ, rung pha trễ).

Page of 14

20


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

3.2.1 Tốc độ thông tin
Do tốc độ thông tin của các dịch vụ khác nhau rất khác nhau nên các tổng đài ATM
băng rộng tương lai phải có khả năng chuyển mạch một số lượng lớn các tốc độ thông tin.
Các tốc độ bit này có thể thay đổi từ vài Kbit/s ( điều khiển từ xa) đến hàng trăm Mbit/s
( truyền hình phân giải cao)
3.2.2 Quảng cáo ( Broadcast), Đa phương ( Multicast)
Broadcast được định nghĩa là khả năng cung cấp thông tin từ một nguồn phát đến tất
cả các nơi nhận. Multicast được định nghĩa là khả năng cung cấp thông tin từ một nguồn
phát đến nhiều nơi nhận ( được chọn). Các chuyển mạch ATM trong tương lai phải đảm
bảo cả hai khả năng trên. Các chức năng trên thường cần thiết cho các dịch vụ nh:
- Thư điện tử
- Thâm nhập đến thư viện video
- Phân phối chương trình truyền hình.
Các phương tiện quảng bá, đa phương nói trên có thể không chỉ cần thiết cho một số
đường trung kế đến nhiều thuê bao mà còn cho một số đường thuê bao đến nhiều đường
thuê bao. Chẳng hạn, một thuê bao gửi thư điện tử đến 7 thuê bao khác qua mạng ATM,
hay một thuê bao yêu cầu dịch vụ thư viện truyền hình tại nhà và thuê bao này được đấu
nối đến mạng qua một đường thuê bao ATM của mình ( mạch vòng thuê bao).
3.2.3 Khả năng thực hiện
Khả năng thực hiện của một chuyển mạch STM chủ yếu được đặc trưng bởi thông
lượng, xác xuất chặn nối thông, tỷ số bit lỗi và trễ chuyển mạch. Tuy nhiên
ở môi trường ATM hai thông số quan trọng nữa được đựac trưng là:
- Xác xuất thất lạc các tế bào hay bị đưa nhầm vào các kết nối khác
- Rung pha trễ ( Jitter)
Còng nh ở các chuyển mạch STM, ở các chuyển mạch ATM thông lượng và tỷ lệ lỗi bit
chủ yếu quyết định bởi công nghệ và kích cỡ cuả hệ thống. Bằng cách sử dụng công nghệ
tốc độ cao nh CMOS, BICMOS ( Bigular CMOS) hay ECL ( Emitter Couple Logic), tốc
độ có thể đạt đến hàng trăm mbit/s với tỷ số bít lỗi cho phép. Có thể đạt được thông
lượng cao hơn bằng các cấu trúc tôpô hợp lý.

3.3 Các mô hình chuyển mạch
3.3.1 Các cấu trúc chuyển mạch
Một số kết cấu chuyển mạch hay các fabric chuyển mạch được thực hiện trong các
chuyển mạch hiện thời và tương lai. Một số chuyển mạch sẽ là lai ghép các kết cấu nói
trên, thường thì một kết cấu chuyển mạch lớn sẽ được sử dụng để kết nối một kết cấu
chuyển mạch nhỏ hơn để tạo nên một fabric chuyển mạch chung lớn hơn. Minh hoạ bằng
hình vẽ 12 sau đây

Page of 14

21


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

OC

OC
Hình 12: Một số kết cấu chuyển mạch đơn giản
Mỗi kết cấu được mô tả ở các mặt:
- Độ phức tạp,
- Tốc độ tổng cực đại,
- Khả năng mở rộng,
- Mức độ đảm bảo khả năng đa phương,
- Mức độ chặn và các thuộc tính khác.
IC

Kiểu BUS đơn ở hình 12 là kiểu đơn giản nhất. Nhiều cửa được nối đến một BUS
( BUS này có thể là một tầm mạch nhiều dây song song). Tốc độ tổng của BUS này
thường vào khoảng 1 đến 10 Gbit/s. Cấu trúc này không phức tạp vì chỉ cần giải quyết sự
phân chia BUS kết hợp với chiến lược đệm để điều khiển mức chặn. Đa phương dễ dàng
thực hiện vì tất cả các cửa đều dùng 1 BUS chung.
Chuyển mạch đa BUS mở rộng khái niệm BUS đơn bằng cách sử dụng BUS quảng
bá cho từng cửa vào. Điều này loại bỏ được sự phân chia BUS nhưng lại tăng thêm các
yêu cầu kiểm soát chặn đối với các đầu ra. Nói chung mỗi BUS làm việc ở tốc độ hơi lớn
hơn tốc độ của Card cửa ( từ 100 đến 600 Mbit/s). Độ rộng dải thông chuyển mạch ngang

Page of 14

22


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
bằng với chuyển mạch BUS đơn. Thế hệ cũ của kết cấu này chỉ có thể nhận các tế bào từ
số lượng hạn chế các đầu vào ở cùng một thời điểm để cấu trúc có khả năng mở rộng.
Đối với các chuyển mạch nhỏ, mọi đầu ra có thể nhận đồng thời mọi đầu vào. Một

phương pháp khác là sử dụng trọng tài để đảm bảo rằng cửa ra không nhận đồng thời quá
nhiều tế bào, nhưng điều này đòi hỏi đệm ở đầu vào và tăng thêm độ phức tạp. Kiểu
chuyển mạch này hiển nhiên có khả năng đa phương vì mỗi đầu vào được đấu quảng bá
đến tất cả các đầu ra.
Các kết cấu chuyển mạch tự định tuyến kết cấu bên trong phức tạp hơn. Các chuyển
mạch này không hỗ trợ đa phương, để đạt được khả năng này cần quá trình xử lý đặc biệt.
Nếu mạng tự định tuyến hoạt động cùng tốc độ với các cửa vào thì độ chặn có thể cao.
Một kết cấu tự định tuyến tăng cường thường sử dụng các ma trận bên trong làm việc ở
tốc độ cao hơn hay sử dụng nhiều đấu nối giữa các phần tử chuyển mạch. Bảng 1 sau đây
đưa ra các tổng kết đặc tính của các kết cấu nói trên
Đặc tính

BUS đơn

Đa BUS

Tự định tuyến

Độ phức tạp
Tốc độ tổng cực đại
Khả năng mở rộng
Hỗ trợ điểm đa điểm
Mức độ chậm

Thấp
1 - 10 Git/s
Khó
Tốt
Thấp

Trung bình
1 - 10 Git/s
Dễ hơn
Tốt
Thấp Trung bình

Cao
1 - 200 Gbit/s
Tốt
Kém
Trung bình

Bảng 1: Các đặc tính chuyển mạch ATM
3.3.2 Các phương pháp xếp hàng ở chuyển mạch ATM
Có những phương pháp xếp hàng sau đây ở chuyển mạch ATM:
- Xếp hàng trung tâm ( bên trong).
- Xếp hàng ( queuing) ở đầu vào
- Xếp hàng ở đầu ra
Sau đây đi sâu phân tích từng loại xếp hàng.

Xếp hàng trung tâm

Page of 14

23

Tự định tuyến
tăng cường
Cao
1 - 200 Gbit/s

Tốt nhất
Kém
Thấp


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
Hình 13: Chuyển mạch với bộ đệm ở trung tâm
Ở phương pháp xếp hàng này, các bộ đệm cho các hàng không được dành riêng cho đầu
vào hay đầu ra mà dùng chung cho cả hai đầu. Mỗi tế bào đầu vào sẽ được lưu trữ trực
tiếp ở bảng trung tâm. Mỗi đầu ra sẽ chọn tế bào dự định đưa đến nó từ hàng trung tâm
làm việc theo nguyên lý FIFO. Phải đảm bảo rằng các đầu ra biết được các tế bào dự định
đến nó. Việc viết vào đọc ra từ bộ nhớ trung tâm không phải chỉ đơn giản theo nguyên
tắc FIFO, vì các tế bào đến các nơi nhận khác nhau đềi được xếp chung vào một hàng.
Điều đó có nghĩa là bộ nhớ trung tâm có thể được đánh địa chỉ ngẫu nhiên. Tuy nhiên các
hàng lôgic phải tuân thủ nguyên tắc FIFO. Do các tế bào có thể viết vào và đọc ra từ bộ
nhớ ở các vị trí ngẫu nhiên nên cần phải có một bộ phận điều hành bộ nhớ khá phức tạp.
Phương pháp này có ưu điểm là dễ phát triển đến kích thước lớn nhưng có nhược điểm là
khó cung cấp các chức năng khác nh:
- Xếp hàng ưu tiên
- Các bộ đệm lớn và đa phương.
Xếp hàng ở đầu vào

Hình 14 : Chuyển mạch với bộ đệm ở đầu vào
Đối với phương pháp này, vấn đề tranh chấp cùng một khe thời gian ở cùng một cửa của
hai hay nhiều tế bào ở đầu vào được giải quyết ở ngay đầu vào. Mỗi đầu vào được trang
bị một bộ đệm riêng cho phép nó lưu giữ các tế bào cho đến khi lôgic trọng tài quyết định
có thể phục vụ bộ đệm này. Khi này môi trường truyền tải của chuyển mạch sẽ truyền các
tế bào ATM từ các hàng của đầu vào đến đầu ra mà không xảy ra tranh chấp bên trong.
Phương pháp này đơn giản nhưng có nhược điểm là nếu đầu hàng ( Head of Line - HOL)
không thể chuyển mạch được quan chuyển mạch thì tất cả các tế bào sau sẽ bị trễ. Hiện

tượng này được gọi là chặn HOL. Quá trình chặn được miêu tả như sau. Tế bào đầu vào i

Page of 14

24


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
được chọn để đưa ra đầu ra p, nếu ở cùng thời điểm này tế bào đầu vào j cũng dự định
được đưa ra đầu ra p thì nó bị dừng cùng với tất cả các tế bào đứng sau nã trong hàng.
Giả sử tế bào thứ hai trong hàng đầu vào j được dự định đưa ra đầu ra q và đầu ra này
hiện đang rỗi thì tế bào này cũng không thể được phục vụ vì tế bào đứng trước nó bị
chặn. Môi trường truyền tải của chuyển mạch có các hàng ở đầu vào trong khoảng thời
gian một tế bào có thể truyền được p tế bào ( p nhỏ hơn hoặc bàng số đầu vào N cho
phép) từ p đầu vào đến p đầu ra. Mặc dù phương pháp này đơn giản nhưng bị hạn chế
tổng lưu lượng chỉ bằng 50-60% tốc độ cửa vào, nên không phù hợp đối với nhiều ứng
dụng và thường được sử dụng kết hợp với các phương pháp khác.

Xếp hàng ở đầu ra

Hình 15 : Chuyển mạch với bộ đệm ở đầu ra

Phương pháp xếp hàng ở đầu ra dựa trên nguyên tắc các tế bào của các đầu vào khác
nhau dự định đưa đến cùng một đầu ra có thể được chuyển mạch trong khoảng thời gian
một tế bào. Tuy nhiên do mỗi đầu ra chỉ có thể phục vụ một tế bào nên để tránh sự tranh
chấp một bộ đệm được đặt ở mỗi đầu ra của từng phần tử chuyển mạch. Mỗi đầu ra có 1
bộ đệm riêng cho phép nó lưu giữ nhiều tế bào truyền đến trong thời gian một tế bào. Về
nguyên tắc, nhiều tế bào có thể đưa đến đồng thời tất cả các đầu vào dự định kết nối với
một đầu ra. Để không một tế bào nào bị mất trong môi trường chuyển mạch khi đi đến
đầu ra, việc chuyển mạch phải thực hiện ở tốc độ lớn hơn tốc đọ của các đầu vào N lần.

Hệ thống cũng phải có khả năng viết N tế bào vào hàng trong khoảng thời gian một tế
bào. Chuyển mạch này không cần lôgic trọng tài vì tất cả các tế bào đều có thể đến hàng
của mình. Điều khiển hàng thực hiện trên nguyên tắc FIFO.
Ngoài ra, tồn tại phương pháp xếp hàng đầu ra/đệm chung. Về lý thuyết, hai phương
pháp xếp hàng đầu ra và xếp hàng đầu ra/đệm chung là hai phương pháp tối ưu nhất vì
chúng đạt được thông lượng cao nhất với kích thước nhớ đệm cho các tế bào nhỏ nhất.
Thực tế, các chuyển mạch ATM sử dụng kết hợp các phương pháp xếp hàng nói trên.
3.3.3 Thí dụ kết cấu chuyển mạch

Page of 14

25