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

Lời nói đầu

Hiện nay tất cả các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ra đời đều nhằm mục đích thơng 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 lợng dịch vụ
Trong bối cảnh hiện nay khi mà các công ty viễn thông ra đời ngày càng nhiều thì
các công ty lớn nh 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 nh ta có thể giảm đợc chi phí đầu vào đó thì có thể tăng đợc khả năng cạnh
tranh của doanh nghiệp.
Sự ra đời của VoIP của Vietell là một trong những phơng thức cạnh tranh nh 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 vợt trội nh là:
Chất lợng thoại tốt hơn
Tận dụng băng thông một cách mềm dẻo hơn dẫn đến tăng đợc hiệu quả sử dụng
băng thông.
Công nghệ ATM ra đời có thể giải quyết đợc vấn đề trên.
Thay vì nhợc điểm của phơng 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 ngời sử dụng cần đến nó. Khả năng đó giúp
cho nhà khai thác dịch vụ mạng có khả năng phục vụ đợc nhiều ngời 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.

chơng 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 đợc thiết kế cho mục đích chung. ATM là dị bộ vì các tế bào không đợc
phát định kỳ nh ở các khe thời gian dành cho số liệu trong chế độ truyền đồng bộ ( STM).


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

ATM đợc áp dụng cho nhiều loại hình dịch vụ, ví dụ tại diễn đàn ATM, công nghệ
ATM đợc áp dụng cho LAN và các công nghệ mạng t nhân.
ATM có thể xử lý cả lu lợng kết nối theo kiểu nối thông một cách trực tiếp hoặc thông
qua các lớp thích ứng, hoặc lu lợng 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 đợc 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 đợc truyền lần lợt ở kết nối ảo này.
ATM tạo điều kiện tốt cho việc tiêu chuẩn hoá cấu trúc mạng khi định nghĩa các phơng 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 lợng 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 đợc 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 đợc truyền trên
đờng truyền dẫn theo trình tự từ trái sang phải. Các tế bào đợc sắp xếp trên đờng 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 đợc 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 u tiên
Nhận dạng đờng dẫn ảo ( VPI) và Nhận dạng kênh ảo ( VCI) xác định nơi nhận.
Trờng điều khiển lu lợng 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 ngời sử dụng, số liệu báo hiệu
hay thông tin bảo dỡng.
Ưu tiên tổn thất tế bào ( CLP) chỉ thị mức u tiên tơng đối của tế bào . Trong các
khoảng thời gian ứ nghẽn các tế bào có mức u tiên thấp hơn bị loại trớc các tế bào
có mức u tiên cao hơn.
Kiểm tra lỗi đầu đề ( HEC) thực hiện kiểm tra và sửa lỗi của phần đầu đề. Tr ờng
tải trọng đợc truyền qua mạng nguyên vẹn không đợc 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 thớc
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 đ ợc cắt mảnh
thành nhiều gói nhỏ. Nhờ vậy, ATM có thể truyền tải lu lợng tóc độ bit cố định
( CBR) cho tiếng nói và video cùng với các lu lợng tốc độ thay đổi ( VBR) mặc dù
các lu lợng này có các gói rất dài trong cùng một mạng.

Page of 14

2


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

1.3 Nguyên lý hoạt động
Tài liệu trình bày thí dụ phân đoạn lu lợng của ngời sử dụng thành các tế bào,
chuyển mạch qua mạng và xử lý ở phần ngời sử dụng phía sau.
1.3.1 Thí dụ 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 đợc đánh địa chỉ bằng VPI, VCI và điền vào các trờng còn lại của đầu đề để đợc 05 byte. Kết quả nhận đợc các tế bào 53 byte từ các
nguồn: tiếng, video, số liệu văn bản. Vì các tế bào này đợc tạo ra từ các nguồn độc
lập nên có thể xảy ra sự 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 đợc ấn 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 thờng gặp nhiều
giá trị VCI trên một VPI.

Hình 1: Thông tin đa phơng tiện sử dụng ATM
1.3.2 Ví dụ chuyển mạch ATM

Page of 14

3


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

Minh hoạ chuyển mạch ATM đợc cho ở hình 2.
Kên
h1

K
ên
h2

K
ên
h3

Kê
nh
n-1

Kê
nh
n

Kên
h1

Kê

nh
2

Kê
nh
3

Kên
h n1

Kên
hn

125 micro s
Kênh1

-

-

Kênh5

Kênh1

Kênh7

Kênh5

Kênh1

Hình 2: Thí dụ chế độ truyền dị bộ ATM
Nguồn video đợc đa vào chức năng đóng gói, đợc gán địa chỉ nơi nhận D: VPI/VCI.
Luồng bit liên tục đợc 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 đợc ghép kênh theo thời gian trên các đờng truyền E3 hay SDH.
Chức năng đầu tiên của chuyển mạch ATM là phiên dịch địa chỉ lôgic thành các địa
chỉ vật lý tơng ứng với các cửa ra của chuyển mạch và địa chỉ ra lôgic VPI/VCI. Đầu
đề chuyển mạch bổ sung đợc 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 đợc phiên dịch
vào cổng C cho cổng ra vật lý 1.
Nguồn video có địa chỉ D đợc dịch vào địa chỉ E dành cho cổng 2.
Nguồn máy tính có địa chỉ B đợc dịch vào F dành cho cổng 1.
Chuyển mạch ATM sử dụng trờng địa chỉ nơi nhận vật lý để chuyển các tế bào ATM
đến các cửa vật lý tơng ứng và đờng 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 đa đến nơi
nhận thông tin qua chức năng lập chuỗi.
1.4 Chọn kích thớc 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 thớc 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 thớc tế bào, hiệu suất và thời gian trễ khi cắt mảnh.

Page of 14

4


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

Hình 3: Cấu trúc tế bào trong ATM.

1.5 Nguyên lý kết nối mạng ATM
Tồn tại 3 khái niệm ở ATM: Đờng truyền dẫn, Đờng 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 đờng dẫn truyền dẫn.
-

Một đờng truyền dẫn chứa một hay nhiều đờng dẫn ảo còn mỗi đờng dẫn ảo lại chứa
một hay nhiều kênh ảo. Nh vậy, nhiều kênh ảo có thể đợc đặt vào một đờng dẫn ảo.
Chuyển mạch có thể đợc thực hiện hoặc ở mức đờng truyền dẫn, hoặc đờng dẫn ảo,
hoặc kênh ảo.
Các mức u tiên hay việc chọn VCC có thể thay đổi cũng nh các mức u tiên giữa các
VP ở ATM. Hoàn toàn khả dĩ lập cấu hình một VCC bổ xung ngay lập tức và cho mức
u tiên cao nhất.
Khả năng chuyển mạch đến tận kênh ảo cũng giống nh hoạt động của các tổng đài t
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 ( đờng dẫn).Minh hoạvề chuyển mạch VP và VC có thể đợc xem dới đây:

Page of 14

5


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 đợc gọi là chuyển mạch VC vì nó giống nh các
chuyển mạch điện thoại.
Các mạng truyền dẫn sử dụng các máy nối chéo, thờng là các chuyển mạch phân chia
theo không gian.
Các thiết bị đấu nối các VP thờng đợc gọi là các máy đấu chéo VP tơng tự nh mạng
truyền dẫn.
Không phải bao giờ chuyển mạch các tế bào chỉ giới hạn đến chuyển mạch VC, cũng
nh không phải bao giờ các máy nối chéo chỉ giới hạn đến chuyển mạch VP.

Các kết nối đờng dẫn ảo ( VPC) và các kết nối kênh ảo ( VCC)
ở lớp ATM, ngời sử dụng đợc lựa chọn hoặc VPC hay VCC với định nghĩa nh sau:
-

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

Cả VPI và VCI đợc sử dụng để định tuyến tế bào qua mạng. Các giá trị VPI và VCI
phải duy nhất cho mỗi đờng 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.
hinh6:

Page of 14

6


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
Trên đờng truyền dẫn này có nhiều đờng truyền dẫn ảo. ở giao tiếp ngời sử dụng ATM
( ATM UNI), thiết bị đầu vào của chuyển mạch 1 cung cấp kênh video ở đờng dẫn ảo 1
( VPI 1) và kênh ảo 6 ( VCI 6).
Sau đó, kênh ảo này đợc định tuyến từ chuyển mạch 2 đến chuyển mạch 3 ở đờng dẫn
và kênh khác ( VPI 16 và VCI 8). Nh vậy các VPI và các VCI đợc gắn cho từng đờng
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. Chú 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 đợc 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 tơng 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 nh 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 thờng nh ở mạng điện thoại hiện tại.
Âm thanh chất lợng 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 lợng tiêu chuẩn hoặc độ phân giải cao
( HDTV)

Page of 14

7


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 phơng 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 hởng lớn lên mạng truyền số liệu. Các mạng máy tính thờng 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 c): có độ dài vào khoảng 10
Km để đấu nối các máy tính giữa các khuôn viên ( campus) ở vùng trung tâm dân c.
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 đợc 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 lợng lớn hơn 5
Gbit/s
Thiết bị tại nơi khách hàng ( CPE: Customer Premises Equipment)
Chuyển mạch Campus ( CA) có thể có thông lợng thấp hơn 5 Gbit/s

Page of 14

8


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 đợc 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 bộ 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 d ờng 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 t ATM ( PBX:
Private Branch Exchange) cũng có thể đợc 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, thờng đòi hỏi lu lợng lớn hơn 5 Gbit/s. Thờng thì chuyển mạch cơ vụ trung tâm chứa tất cả giao tiếp ATM (
UNI: Giao tiếp nút ngời 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 lợng thấp hơn 5Gbit/s
nhng 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. 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 đờng dây, phân đoạn và quản lý mạng mà HUB thực
hiện. Nhiều đôi dây xoắn của Ethernet và Token Ring ( trong một số trờng hợp FDDI) và

Page of 14

9


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
trong tơng lai đôi dây xoắn ATM đến các máy công tác, đợc đấu nối đến HUB. Thực tế,
HUB cho phép các nhà quản lý ấn định tiềm năng của mạng cho từng ngời sử dụng
( chẳng hạn một đoạn Ethernet). HUB thờng đợc áp dụng ở dạng phân cấp để tập trung sự
thâm nhập của nhiều ngời sử dụng đến tiềm năng dùng chung nh đến một Server hay một
Router ( hình 7).

Hình 7: Cấu
HUB,SWITCH,ROUTER

trúc

mạng

sử

dụng

Các HUB bậc cao nhất thờng đợc 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

Page of 14

10


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
một ngời sử dụng đợc bổ sung, thay đổi hay chuyển chỗ từ một văn phòng này đến một
văn phòng khác thì ngời quản lý có thể thực hiện các biện pháp để bổ sung, thay đổi hay
chuyển chỗ ngời sử dụng này.
Cầu ATM ( Bridge)
Cầu là một hệ thống trung gian đợc sử dụng để kết nối hai mạng LAN sử dụng các
giao thức LAN giống nhau. Cầu hoạt động nh 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)

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 đợc đấu cầu ( chẳng hạn
Ethernet) và mô phỏng các chức năng đấu cầu của giao thức đợc 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 đợc 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 đợc 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.

Page of 14

11


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
Router kết nối các giao thức khác nhau bằng cách định tuyến và chuyển đổi giao thức.
Router có thể kết nối các môi trờng ( cặp dây xoắn, cáp đồng trục, cáp quang) khác nhau
thông qua việc chuyển đổi môi trờng.
Router có thể xử lý các dịch vụ định hớng theo nối thông hoặc không theo nối thông.
Các Router thờng đợc kết nối bằng các mạch ảo hoặc thực. Router có phần mềm rất phức
tạp, hiện hớng tới sản xuất mạch cứng chuyên năng để tăng thông lợng. 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 đờng nối giữa các Router trong một mạng hay các
đờng 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 đợc 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 đợc cho ở hình 9.

Hình 9: Thí dụ mạng Campus

Page of 14

12


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

2.2 Video theo yêu cầu ( VOD- Video on Demand)
2.2.1 Khái lợc:
Ngày nay, truyền hình là phơng 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), ngời sử dụng có nhiều khả năng lựa chọn linh hoạt các chơng
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 chơng
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 đợc khả năng cạnh tranh này là nhờ áp
dụng những thành tựu mới của công nghệ viễn thông điện tử:
- Hàng năm dung lợng của đĩa cứng tăng gấp đôi nhng giá cả không thay đổi và xu hớng này tiếp tục duy trì trong tơng 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 đợc việc truyền tải TV ở tốc độ bit từ 1.5 Mbit/s đến
8 Mbit/s. ở tốc độ nén này có thể lu 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 đợc gọi là
ADSL ( đờng dây thuê bao không đối xứng).
- 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 tơng 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 hớng. 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 ngời sử dụng ngoài VOD còn truyền tải
tất cả các dịch vụ khác nhờ vậy mạng đạt đợc 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 đợc trình bày trong phần này đảm bảo dịch vụ VOD tơng
tác đợc 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.

Page of 14

13


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

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

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 ( Bộ cung cấp dịch vụ video)
Là nguồn cung cấp tất cả các chơng trình video mà khách hàng có thể yêu cầu. Chơng
trình video có thể đợc nén trớc ( ở thời gian không thực) và đợc lu giữ trên một bộ nhớ
ngoài truy nhập ngẫu nhiên, thờng là đĩa cứng, nhng trong tơng lai có thể nhớ trên bộ nhớ
bán dẫn khi giá cả hợp lý. Đối với chơng 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 ngời sử dụng. Các chơng trình video MPEG đợc biến đổi vào các tế bào ATM
và đợc 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 lợng
Server. Ngoài ra, một bộ Server có thể có th viện video lu 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 chơng 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
trớc.
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

Page of 14

14

Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
tin đã đợc 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 ngời cung cấp dịch vụ đợc 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 chơng
trình đợc 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 cớc, quản lý đăng ký, tiếp thị
chơng 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
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 đờng 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 đợc nối đến máy TV hay đầu
video và bộ điều khiển từ xa cho phép ngời xem kết nối đến nguồn video và quét để chọn
lựa phim hay các nội dung nh: 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
đờng 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 ngợc đến Video Server. Tín hiệu tới đợc giải điều chế phụ thuộc vào mạng
thâm nhập bằng thiết bị quang/điện, bộ giải điều chế QAM hay ADSL để đợc tín hiệu số

cho việc khôi phục luồng video số bị nén. Luồng số này đợc đa đến khối giải nén ( thờng
là các bộ giải mã MPEG1 hay 2) để đợc biến đổi vào tín hiệu tơng tự và đa 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 ngời 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 lợc
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 đợc tổ chức theo các gói có đầu đề và tải trọng.
Đầu đề chứa thông tin về địa chỉ và đợc 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 tơng ứng
- ấn định cửa ra vật lý cho các gói số liệu.
Mỗi gói số liệu ở đầu vào với một đầu đề tơng ứng sẽ có một đầu đề mới và chiếm một
khe thời gian nhất định ở một cửa ra vật lý đợc xác định bởi bảng phiên dịch. Các khe thời
gian không ấn 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:

Page of 14

15


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

-

Điểm đến điểm ( Các gói đầu đề ở một đầu vào với các gói đầu đề ở một đầu ra t ơng
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 tơng đối giống chuyển mạch ATM. Các
cấu trúc chuyển mạch ATM chịu tác động trực tiếp của hai yếu tố chính sau:
- 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 đa 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 ( thờng đợc
gọi là ATM Central Office: Tổng đài trung tâm) hay các chuyển mạch t ( 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 đợc định nghĩa nh một môi trờng ( phơng 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 lợng phục vụ QoS đảm bảo theo đúng qui định ( QoS thờng 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 đợc đấu đến đầu ra nào. Quyết định này dựa trên thông tin báo hiệu mà
chuyển mạch thu đợc hay thông tin do ngời khai thác thiết lập trên cơ sở bán vĩnh cửu.
Chất lợng phục vụ của phần này thờng đợc xác định bằng: thời gian thiết lập cuộc gọi,
thời gian giải phóng cuộc gọi,
ở chuyển mạch ATM, các tế bào ATM đợc 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 đợc kết

hợp với các quá trình: tập trung, mở rộng, ghép kênh và phân kênh ch olu lợng ATM. ý
nghĩa của các chức năng đợc miêu tả nh sau:
- Chuyển mạch: Là sự truyền tải thông tin từ một kênh ATM lôgic vào đến một kênh
ATM lôgic ra đợc lựa chọn trong số nhiều kênh lôgic ra. Kênh lôgic ATM đợc đặc trng bởi:
+ Đầu vào/ra vật lý đặc trng bởi số cửa ra vật lý.
+ Một kênh lôgic ở cửa vật lý đặc trng bởi nhận dạng kênh ảo ( VCI) và/hoặc nhận
dạng đờng dẫn ảo ( VPI).
Để đảm bảo chức năng chuyển mạch, cả hai nhận dạng kênh/đờng dẫn đều phải đợc lập
quan hệ với nhận dạng kênh/đờng dẫn ra. Hai chức năng này phải đợc cài đặt trong
chuyển mạch ATM. Có thể so sánh hai chức năng này với các chức năng đợc 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 một khung cố định dợc thay
thế bằng việc nhận dạng kênh ảo. Không còn tồn tại việc ấn định trớc khe thời gian nên
để giải quyết sự tranh chấp một khe thời gian của hai hay nhiều kênh lôgic đợc giải quyết
bằng sự sắp hàng ( queuing) cho các tế bào ATM trớc khi đa nó ra ngoài. Chức năng sắp
hàng là chức năng quan trọng của các chuyển mạch ATM.
Tập trung/Ghép kênh
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 lợng nhỏ hơn các đầu ra.

Page of 14

16


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

Mở rộng/ Phân kênh
Thao tác đơn giản nhất của một chuyển mạch ATM rất đơn giản nhận đợc 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 đợc chỉ ra bởi các giá trị VPI và VCI mới .

Hình 11: Nguyên lý chuyển mạch ATM
-

Các tế bào ATM đợc chuyển mạch vật lý từ một đầu vào I i đến một đầu ra Oj. Đồng
thời một giá trị đầu đề đầu vào đợc phiên dịch sang một giá trị đầu đề đầu ra .
- ở mọi đờng vào và đờng ra các giá trị đầu đề là duy nhất, nhng trên các đờng 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 đờng vào I1 đều đợc chuyển mạch đến đầu ra O1 và dầu đề của chúng đợc phiên dịch
( chuyển đổi) vào giá trị M. Tất cả các tế bào có đầu đề A ở đờng vào In cũng đợc
chuyển đến O1 nhng 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 ( O 1), chuyển mạch không thể đồng thời đa ra hai tế bào
này cùng một lúc. Để giải quyết vấn đề này, chuyển mạch phải có bộ nhớ đệm để lu
giữ các tế bào cha 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 lu
giữ các tế bào ATM dự định đến đồng thời cùng một đầu ra.
Tổng kết lại, ba chức năng cơ bản đợc thực hiện ở một chuyển mạch ATM là:
- Định tuyến ( chuyển mạch không gian)
- Sắp hàng
- Phiên dịch đầu đề.

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

Page of 14

17


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

Kết cấu ( FABRIC) chuyển mạch:
Kết cấu hay fabric chuyển mạch bao gồm các khối cơ sở cấu thành chuyển mạch đợc kết
nối theo một cấu hình tôpô đặc biệt. Nh vậy, fabric chuyển mạch đợc định nghĩa khi cấu
hình tôpô của nó đợc xác định và khi các khối cơ sở cấu thành chuyển mạch đợc 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 đợc 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 phơng 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).
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 tơng lai phải có khả năng chuyển mạch một số lợng 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 phơng ( Multicast)
Broadcast đợc định nghĩa là khả năng cung cấp thông tin từ một nguồn phát đến tất
cả các nơi nhận. Multicast đợc định nghĩa là khả năng cung cấp thông tin từ một nguồn

Page of 14

18


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
phát đến nhiều nơi nhận ( đợc chọn). Các chuyển mạch ATM trong tơng lai phải đảm bảo
cả hai khả năng trên. Các chức năng trên thờng cần thiết cho các dịch vụ nh:
- Th điện tử
- Thâm nhập đến th viện video
- Phân phối chơng trình truyền hình.
Các phơng tiện quảng bá, đa phơng nói trên có thể không chỉ cần thiết cho một số đờng trung kế đến nhiều thuê bao mà còn cho một số đờng thuê bao đến nhiều đờng thuê
bao. Chẳng hạn, một thuê bao gửi th điện tử đến 7 thuê bao khác qua mạng ATM, hay một
thuê bao yêu cầu dịch vụ th viện truyền hình tại nhà và thuê bao này đợc đấu nối đến
mạng qua một đờng 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 đợc đặc trng bởi thông lợng,
xác xuất chặn nối thông, tỷ số bit lỗi và trễ chuyển mạch. Tuy nhiên
ở môi trờng ATM hai thông số quan trọng nữa đợc đựac trng là:
- Xác xuất thất lạc các tế bào hay bị đa nhầm vào các kết nối khác
- Rung pha trễ ( Jitter)
Cũng nh ở các chuyển mạch STM, ở các chuyển mạch ATM thông lợng 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 đợc thông lợng 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 đợc thực hiện trong các
chuyển mạch hiện thời và tơng lai. Một số chuyển mạch sẽ là lai ghép các kết cấu nói
trên, thờng thì một kết cấu chuyển mạch lớn sẽ đợc 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

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

OC
19

Page of 14

IC

OC


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

Hình 12: Một số kết cấu chuyển mạch đơn giản
Mỗi kết cấu đợc mô tả ở các mặt:
- Độ phức tạp,
- Tốc độ tổng cực đại,
- Khả năng mở rộng,
- Mức độ đảm bảo khả năng đa phơng,
- Mức độ chặn và các thuộc tính khác.
Kiểu BUS đơn ở hình 12 là kiểu đơn giản nhất. Nhiều cửa đợc nối đến một BUS
( BUS này có thể là một tầm mạch nhiều dây song song). Tốc độ tổng của BUS này thờng
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 lợc đệm để điều khiển mức chặn. Đa phơng 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 đợc sự phân chia BUS nhng 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
bằng với chuyển mạch BUS đơn. Thế hệ cũ của kết cấu này chỉ có thể nhận các tế bào từ
số lợng 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 phơng
pháp khác là sử dụng trọng tài để đảm bảo rằng cửa ra không nhận đồng thời quá nhiều tế
bào, nhng điều này đòi hỏi đệm ở đầu vào và tăng thêm độ phức tạp. Kiểu chuyển mạch
này hiển nhiên có khả năng đa phơng vì mỗi đầu vào đợc 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 phơng, để đạt đợc 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 cờng thờng 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 đa
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

Page of 14

20

Tự định tuyến
tăng cờng
Cao
1 - 200 Gbit/s
Tốt nhất
Kém
Thấp


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

3.3.2 Các phơng pháp xếp hàng ở chuyển mạch ATM
Có những phơng 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

Hình 13: Chuyển mạch với bộ đệm ở trung tâm
ở phơng pháp xếp hàng này, các bộ đệm cho các hàng không đợc dành riêng cho đầu vào
hay đầu ra mà dùng chung cho cả hai đầu. Mỗi tế bào đầu vào sẽ đợc lu trữ trực tiếp ở
bảng trung tâm. Mỗi đầu ra sẽ chọn tế bào dự định đa đến nó từ hàng trung tâm làm việc
theo nguyên lý FIFO. Phải đảm bảo rằng các đầu ra biết đợc 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 đợc xếp chung vào một hàng. Điều đó có
nghĩa là bộ nhớ trung tâm có thể đợc 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. Phơng pháp
này có u điểm là dễ phát triển đến kích thớc lớn nhng có nhợc điểm là khó cung cấp các
chức năng khác nh:
- Xếp hàng u tiên
- Các bộ đệm lớn và đa phơng.
Xếp hàng ở đầu vào

Page of 14

21


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

Hình 14 : Chuyển mạch với bộ đệm ở đầu vào
Đối với phơng pháp này, vấn đề tranh chấp cùng một khe thời gian ở cùng một cửa của
hai hay nhiều tế bào ở đầu vào đợc giải quyết ở ngay đầu vào. Mỗi đầu vào đợc trang bị

một bộ đệm riêng cho phép nó lu giữ các tế bào cho đến khi lôgic trọng tài quyết định có
thể phục vụ bộ đệm này. Khi này môi trờng 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. Phơng pháp này đơn giản nhng có nhợc điểm là nếu đầu hàng ( Head of Line - HOL) không
thể chuyển mạch đợc quan chuyển mạch thì tất cả các tế bào sau sẽ bị trễ. Hiện tợng này
đợc gọi là chặn HOL. Quá trình chặn đợc miêu tả nh sau. Tế bào đầu vào i đợc chọn để đa
ra đầu ra p, nếu ở cùng thời điểm này tế bào đầu vào j cũng dự định đợc đa ra đầu ra p thì
nó bị dừng cùng với tất cả các tế bào đứng sau nó trong hàng. Giả sử tế bào thứ hai trong
hàng đầu vào j đợc dự định đa ra đầu ra q và đầu ra này hiện đang rỗi thì tế bào này cũng
không thể đợc phục vụ vì tế bào đứng trớc nó bị chặn. Môi trờng truyền tải của chuyển
mạch có các hàng ở đầu vào trong khoảng thời gian một tế bào có thể truyền đợc p tế bào
( p nhỏ hơn hoặc bàng số đầu vào N cho phép) từ p đầu vào đến p đầu ra. Mặc dù phơng
pháp này đơn giản nhng bị hạn chế tổng lu lợng chỉ bằng 50-60% tốc độ cửa vào, nên
không phù hợp đối với nhiều ứng dụng và thờng đợc sử dụng kết hợp với các phơng pháp
khác.
Xếp hàng ở đầu ra

Hình 15 : Chuyển mạch với bộ đệm ở đầu ra

Phơng pháp xếp hàng ở đầu ra dựa trên nguyên tắc các tế bào của các đầu vào khác nhau
dự định đa đến cùng một đầu ra có thể đợc 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 đợc đặt ở mỗi đầu ra của từng phần tử chuyển mạch. Mỗi đầu ra có 1 bộ đệm
Page of 14

22


Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
riêng cho phép nó lu giữ nhiều tế bào truyền đến trong thời gian một tế bào. Về nguyên
tắc, nhiều tế bào có thể đa 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 trờng 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 phơng pháp xếp hàng đầu ra/đệm chung. Về lý thuyết, hai phơng
pháp xếp hàng đầu ra và xếp hàng đầu ra/đệm chung là hai phơng pháp tối u nhất vì
chúng đạt đợc thông lợng cao nhất với kích thớc nhớ đệm cho các tế bào nhỏ nhất. Thực
tế, các chuyển mạch ATM sử dụng kết hợp các phơng pháp xếp hàng nói trên.
3.3.3 Thí dụ kết cấu chuyển mạch
Xét chuyển mạch Banyuan làm thí dụ . Mạng chuyển mạch này thuộc loại đợc gọi là các
mạng kết nối đa tầng ( Multistage Interconnnection Networks- MIN). Kết cấu này thuộc
loại tự định tuyến với các hàng ở đầu ra. Trên hình 13, mạng chuyển mạch bao gồm 3
tầng, mỗi tầng chứa 4 phần tử chuyển mạch 2x2, các bộ đệm ( các hàng) đợc đặt ở đầu ra
của mạng. Nguyên lý làm việc của kết cấu chuyển mạch này nh sau:
- Trớc khi đi vào kết cấu chuyển mạch, cửa ra của một tế bào đợc xác định bằng các
nhận dạng kênh ảo và đờng dẫn ảo. Cửa ra này đợc xác định bằng nhãn định tuyến ở
dạng cơ số 2 đợc gắn vào đầu mỗi tế bào.
- Mỗi phần tử của mạng chuyển mạch thực hiện diễn giải 1 bit của nhãn đầu đề nh sau:
Nếu bit này bằng "1" thì chuyển mạch tế bào đến đầu ra 1 ( phía trên), còn nếu bit này
bằng "0" thì chuyển mạch tế bào đến đầu ra 0 ( phía dới).
ình dới tả đờng truyền qua chuyển mạch của hai tế bào có cùng một địa chỉ đầu ra. Nhãn
định tuyến của mỗi tế bào là 100 nên ở tầng thứ nhất của chuyển mạch chúng đợc chuyển
đến đầu ra 1 của phần tử chuyển mạch, ở tầng thứ hai và thứ ba chúng đ ợc chuyển đến
đầu ra 0 của chuyển mạch. Vì hai tế bào này có cùng một đầu ra đợc xác định bởi cùng
một nhãn định tuyến nên một tế bào phải xếp hàng ở bộ đệm sau tế bào kia trớc khi ra
ngoài chuyển mạch.

Page of 14

23


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

Hình 16: Thí dụ chuyển mạch ATM
4. Phát triển mạng

4.1 Các phơng pháp phát triển mạng
Có nhiều chiến lợc và hoạch định khác nhau để đa các dịch vụ ISDN băng rộng vào
mạng viễn thông công cộng với mục đích cuối cùng là phát triển đến một mạng toàn cầu
cung cấp tất cả các dịch vụ. Để đa ATM vào mạng, cần quy hoạch mạng tốt khi xem xét
đến các mạng và các dịch vụ hiện có, tuổi thọ các mạng này cũng nh ảnh hởng của chúng
lên ngời sử dụng đầu cuối. Sự phát triển các dịch vụ là vấn đề cơ bản vì mục tiêu cuối
cùng của phát triển mạng là đạt đợc một mạng phục vụ đợc tốt các yêu cầu của khách
hàng cần mua nó.
Phạm vi thời gian đa vào cũng quan trọng. Thời gian phụ thuộc vào khả năng sẵn sàng
của các dịch vụ mới, công nghệ hỗ trợ, các sản phẩm dịch vụ này và điều quan trọng nhất
là nhu cầu đối với các dịch vụ. Nhu cầu này chịu ảnh hởng mạnh mạnh mẽ của chính sách
cớc, đặc biệt đối với các khách hàng nhà riêng hay thơng gia nhỏ. Để giảm sự tăng giá
thành đối với cả ngời sử dụng lẫn nhà khai thác thì cần có một chiến lợc tổng hợp liên kết
tất cả các dịch vụ, thiết bị và mạng hiện có.
Một điểm quan trọng nữa là có thể phát triển các phần khác nhau của mạng một
cách riêng rẽ. Chẳng hạn mạng thâm nhập ở một vùng địa lý nào đó có thể phát triển hoàn
thiện đến mục tiêu trớc khi mạng quốc gia phát triển đến mục tiêu này, có nghĩa, tất cả
các dịch vụ sẽ đợc thực hiện bởi các đờng thâm nhập ATM, nhng các dịch vụ băng hẹp đợc kết nối bởi các cổng đến của các mạng ATM hiện có.
4.2 Các phơng pháp đa ATM vào mạng
Tồn tại ba phơng pháp đa ATM vào mạng băng rộng:
- Phơng pháp thay thế
- Phơng pháp ốc đảo

- Phơng pháp chồng lấn.
Cần nhấn mạnh rằng mỗi phơng pháp chỉ thể hiện giai đoạn đầu đa ATM vào mạng, mạng
đích là mạng ATM băng rộng liên kết truyền tải tất cả các dịch vụ qua tất cả các nớc. Xét
chi tiết qua từng phơng pháp đa ATM vào mạng.
Phơng pháp thay thế
Bao gồm việc thay thế tất cả các mạng hiện có trong một vùng địa lý đặc thù bằng mạng
băng rộng. Phơng pháp này cần một cổng trong mỗi ốc đảo ATM nối đến các mạng hiện
có xung quanh.
Phơng pháp ốc đảo
Bao gồm việc đa vào mạng ATM mang các dịch vụ băng rộng ỏ một vùng đặc thù nhng
vẫn duy trì các dịch vụ băng hẹp ở mạng hiện có. Bằng phơng pháp này có thể đa các dịch
vụ băng rộng vào các vùng tài chính chính ở các thành phố trên toàn bộ một nớc mà
không cần cản trở các dịch vụ hiện có của chúng. Mặc dù những ngời sử dụng ở mỗi vùng
có khả năng kết nối băng rộng, nhng những ngời khác nhau ở các ốc đảo khác nhau
không có khả năng này và chỉ có thể kết nối đến các mạng băng hẹp qua các cổng.
Phơng pháp chồng lấn
Các dịch vụ băng rộng đợc cung cấp cho các ngời sử dụng trên toàn bộ vùng ( trên toàn
bộ quốc gia) chồng lấn lên các mạng hiện có. Phơng pháp này cho phép cung cấp các dịch
vụ băng rộng cho nhiều ngời sử dụng trên một vùng rộng lớn hơn nhng nó có thể dẫn đến
đờng thâm nhập đến chuyển mạch tập trung quá dài.
Tựu chung lại, phơng pháp ốc đảo hấp dẫn đối với các hãng khai thác hoạt động trong
môi trờng tự do hoá đòi hỏi dẫn đầu trong việc tiếp thị. Phơng pháp chồng lấn dễ chấp
thuận bởi các nhà khai thác lấy quan điểm đầu t cho mạng mình là chủ đạo. Địa lý của
một vùng và tính chất kinh doanh cũng là yếu tố quan trọng. Trong thực tế, có lẽ sẽ sử
dụng kết hợp các phơng pháp trên. Chẳng hạn, chồng lấn các bộ nối chéo để đảm bảo phủ
Page of 14

24

Nghiên cứu triển khai công nghệ ATM và GPRS trên mạng MOBIFONE
mạng quốc gia cho các "đờng thuê" có thể đợc sử dụng cho giai đoạn đầu cùng với việc
bổ sung các ốc đảo chuyển mạch ATM cho các cuộc gọi khi yêu cầu các dịch vụ băng
rộng tăng.
Để đặt ra chiến lợc phát triển mạng ngời ta thờng phân loại khách hàng thành các
nhóm, tơng ứng với các nhóm này sẽ có các chiến lợc phát triển mạng khác nhau. Sau
đây đề cập chiến lợc phát triển mạng cho một số loại khách hàng.
4.3 Cáp quang trong mạng thâm nhập cho khách hàng doanh nghiệp
Đối với các doanh nghiệp nhỏ và khách hàng nhà riêng, nhu cầu thấp nên ta không phân
tích tại đây. Yêu cầu chủ yếu để đa vào ISDN băng rộng là việc cung cấp một đờng thâm
nhập đến khách hàng. Đối với các khách hàng doanh nghiệp vừa và lớn, dự kiến rằng sẽ
cần có một đờng nối sợi quang giữa khách hàng và ISDN băng rộng. Đối với doanh
nghiệp lớn, đờng này có thể kết nối trực tiếp đến tổng đài nội hạt, nhng đối với doanh
nghiệp vừa, đờng này có thể đợc nối qua khối kéo xa ( Remote Unit). Sau đây trình bày
ba phơng pháp cung cấp các dịch vụ ( cho các dịch vụ hiện có cũng nh băng rộng). Tơng
ứng với từng phơng pháp là cách phát triển đến mạng đích.
Thâm nhập băng rộng cách biệt
Phơng pháp này các dịch vụ ISDN băng rộng đợc cung cấp cho khách hàng trên các đờng
thâm nhập cách biệt đến tổng đài nội hạt ATM. Không xảy ra trở ngại gì đến các dịch vụ
hiện có.
Các u điểm của phơng pháp này:
- Giá khởi đầu thấp
- Sớm thu lợi nhuận
- Phát sinh phần cứng mới tối thiểu
- Không ảnh hởng lên mạng băng hẹp
- Cho phép sớm đa vào kết nối ATM đầu cuối đầu cuối
-

Các nhợc điểm của phơng pháp này:
Liên kết thấp nhất hiữa các dịch vụ hiện có và dịch vụ mới triển khai

Không làm đơn giản việc khai thác và bảo dỡng mạng
Sau khi đã lắp đặt, khách hàng có thể từ bỏ dịch vụ băng hẹp của mình và chuyển đến
dịch vụ băng rộng.

Thâm nhập ghép kênh
Phơng pháp này sử dụng một đờng thâm nhập duy nhất đến khách hàng để mang cả thông
tin băng hẹp và băng rộng. Trớc khi đa đến khách hàng lu lợng tổng đợc phân kênh để
khách hàng nhận đợc dịch vụ băng hẹp hiện có. Có hai kỹ thuật ghép kênh: Ghép kênh
quang học ( ở mức vật lý) và ghép kênh ATM ( ở lớp ATM).
Với phơng pháp ghép kênh quang, các dịch vụ băng hẹp và băng rộng sẽ đựoc truyền
ở các bớc sóng khác nhau trên sợi quang của đờng truyền thâm nhập. Có thể coi rằng kỹ
thuật này rất gần với thâm nhập cách biệt. Nếu phân kênh đợc thực hiện tại hãng khai thác
thì khách hàng không biết đây là kiểu thâm nhập cách biệt hay ghép kênh.
Với ghép kênh ATM, tất cả các dịch vụ sẽ đợc truyền tải bằng ATM và lu lợng băng
hẹp đợc phân tách trớc khi đa dến khách hàng. Thiết bị ghép kênh trong trờng hợp này
phải thực hiện sự thích ứng cần thiết để truyền tải các dịch vụ băng hẹp ở ATM. Phơng
pháp này gần với đích hơn phơng pháp ghép kênh quang vì có thể thay thế thiết bị phân
kênh ở đầu cuối tổng đài bằng một đấu nối kết hợp đến tổng đài ATM nh là một bớc tiến
trên lộ trình phát triển.
Ưu điểm:
- Giá thành khởi đầu trung bình
- Thu lợi nhuận nhanh
- Sớm đa vào kết nối ATM đầu cuối đầu cuối

Page of 14

25