Luận văn nghiên cứu hệ thống ATM và ứng dụng ATM trong mạng cục bộ (ATM LAN)

Lời nói đầu
Nhu cầu về giao tiếp trao đổi thông tin đối với loài ngời trỏ nên không thể thiếu
trong cuộc sống hàng ngày và nhu cầu ấy ngày càng tăng cùng với sự phát triển rất
cao của trí tuệ loài ngời. Bắt đâu từ chiếc máy điện thoại, là một sự nhảy vọt lớn trong
thông tin của loài ngời, con ngời dần dần tiến tới việc truyền dữ liệu chữ, truyền số
liệu đi từ điểm này tới điểm khác. tiếp đó là việc truyền hình ảnh làm con ngời gắn bó
với nhau hơn và bây giờ ngời ta muốn dùng tất cả các loại thông tin khác nhau nh
tiếng nói, hình ảnh, số liệu trong cùng một lúc( nh cầu truyền hình) truyền từ một
điểm đến nhiều điểm hoặc từ một điểm đến một điểm. Cứ mỗi lần nh vậy, cùng với sự
tiến bộ trong thông tin, những hệ thống thông tin cùng với sự cung cấp cho nó ngày
càng lớn dần lên, nó đã và đang đặt ra những thách thức mới về mặt quản lý cho con
ngời.
Mạng dịch vụ tổ hợp số băng hẹp N - ISDN ra đời vào đầu những năm 80 nh là
một cứu cánh cho sự phát triển này. Nó cho phép một mạng có thể cung cấp tất cả các
dịch vụ hiện có. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và nhu
cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng nhanhvà đa dạng hoá của xã hội đòi hỏi phải
cấp bách các dịch vụ truyền ảnh bao gồm cả ảnh tĩnh và ảnh động chất lợng cao và
truyền số liệu, truyền file tốc độ siêu cao mà chúng yêu cầu tốc độ bít tới vài trăm
Mb/s, thậm chí tới hàng chục Gb/s. Nói chung mạng ISDN băng hẹp không thể đáp
ứng, thoả mãn đợc các yêu cầu bổ xung nêu trên. một mạng viễn thông thống nhất
đáp ứng tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông và xử lý tin với tốc độ yêu cầu rất khác
nhau từ một vài Kb/s đến hàng chục Gb/s, thậm chí hàng Tb/s gọi là mạng số liên kết
đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) và chỉ có B- ISDN với có khả năng cung cấp dịch vụ
đa phơng tiện. Ngày nay một số giải pháp kỹ thuật đã đợc đề xuất nhằm cải thiện độ
thực hiện của mạng viễn thông và tiến tới thực hiện B-ISDN.
Trong số các Công nghệ thông tin khác nhau phải kể đến công nghệ quan trọng nhất
đó là phơng thức truyền không đồng bộ ( Asynchronous transfer Mode - ATM). ATM
có thể ứng dụng trong các môi trờng khác nhau nh mạng LAN, mạng WAN, mạng
công cộng, mạng cáp truyền hình. Do vậy ITU-T đã quyết định rằng kiểu truyền
không đồng bộ ATM sẽ là phơng pháp truyền cho mạng B-ISDN trong tơng lai và đã
đa ra các khuyến nghị về ATM, đặt cơ sở cho mạng ATM cũng nh phần lớn các tham

số của nó.
Tại Việt Nam hiện nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành Bu chính Viễn
thông, công nghệ ATM cũng đã bắt đầu đợc chú trọng nghiên cứu nhằm đáp ứng đợc
những nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Bản đồ án này là một phần trong quá trình
nghiên cứu, tìm tòi nhằm tiến tới nhanh chóng áp dụng công nghệ mũi nhọn này tại
Việt Nam, nội dung chủ yếu là : nghiên cứu hệ thống ATM và ứng dụng ATM trong
mạng cục bộ (ATM-LAN).
Đề án gồm hai phần :
Khoa điện- điện tử

-1


Phần A: Trình bày lý thuyết chung về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM nh
đặc điểm chung, các dịch vụ, các tính toán để thiết lập tham số ATM, các giao thức ở
các tiếp giáp khác nhau, chuyển mạch truyền dẫn.
Phần B: Trình bày các ứng dụng của công nghệ ATM và đặc biệt là ứng dụng trong
mạng ATM-LAN. Phần này tôi cố gắng trình bày trong phạm vi có thể về kiến thức
mạng ATM-LAN, ứng dụng quan trọng của ATM là mô phỏng ATM-LAN.
B-ISDN là một kỹ thuật rất mới, ATM- LAN cũng cha đợc sử dụng rộng rãi do còn
một số vấn đề cần giải quyết, do đó bản đồ án không tránh khỏi một số thiếu sót và
nhiều vấn đề vẫn cha đợc trình bày và giải quyết. Vì vật tôi rất mong đợc sự góp ý và
giúp đỡ của các thầy cô và các bạn.

Khoa điện- điện tử

-2


Mục lục

Lời nói đầu.
Phần I: Cơ sở lý thuyết chung về công nghệ chuyển tải không đồng bộ ATM.
Chơng I : ATM giải pháp cho các dịch vụ viễn thông băng rộng
1.1 Giới thiệu.
1.1.1 Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay.
1.1.2 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN
1.2 Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM.
1.2.1 Khái niệm cơ bản về ATM.
1.2.2 Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát
triển của ATM
Chong II : Xây dựng các tham số cơ bản cho B-ISDN
2.1. Các tham số của hệ thống.
2.1.1.Tốc độ bit tự nhiên, tốc độ bit trung bình, tốc độ bit cực
đại và tốc đọ truyền dịch vụ của mạng
2.1.2. Các tham số đặc trng cho chất lợng mạng.
2.2. Lựa chọn kiểu truyền cho B-ISDN.
2.2.1. chuyển mạch kênh
2.2.2.chuyển mạch kênh đa tốc độ
2.2.3 chuyển mạch kênh tốc độ cao
2.2.4. chuyển mạch gói.
2.2.5. dạng truyền không đồng bộ ATM.
2.3. Tính toán các tham số cơ bản cho ATM.
2.3.1. Độ trễ.
2.3.2. Tỷ lệ lỗi.
2.4. Xác định độ dại cho tế bào ATM.
2.4.1. Lựa chọn giữa hai giải pháp độ dài cố định hay thayđổi
2.4.2. Lựa chọn kích thớc của tế bào ATM.
2.5. Tóm tắt.
Chơng III : kỹ thuật mạng ATM
3.1. Mở đầu .

3.2. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN
3.3. Kỹ thuật liên kết mạng trong B-ISDN
3.3.1. Mô hình sắp xếp các lớp mạng của B- ISDN
3.3.2. Một số khái niệm có liên quan đến kênh ảo và đờng ảo
3.3.3. Các ứng dụng của cuộc nối kênh ảo và đờng ảo.
3.4. Cấu trúc tế bào ATM.
3.4.1.Số liệu nhận dạng kênh ảo VCD và đờng ảo VPI.
3.4.2 Kiểu tế bào.
3.4.3 CLP
3.4.4HEC
Khoa điện- điện tử

-3


3.4.5GFC
3.5 Nguyên lý chuyển mạch và báo hiệu trong ATM.
3.5.1 Nguyên lý chuyển mạch
3.5.2 Nguyên lý báo hiệu
3.6 Cấu trúc phân lớp của mạng ATM
3.6.1Tổng quan
3.6.2 Các lớp thấp trong B- ISDN
3.6.3 Các lớp cao trong B-ISDN
3.7 Mạng của ngời sử dụng và các vấn đề thông tin liên
mạng
3.7.1Đặc điểm giao diện UNI
3.7.2Mô hình mạng CN
3.8 Tóm tắt
Chơng IV : hệ thống truyền dẫn trong ATM
4.1 Tổng quan

4.2 Các thiết bị truyền dẫn băng rông
4.2.1 Bộghép kênh SDH
4.2.2 Bộ phân kênh SDH
4.2.3 Bộ hân luồng thông tin đồng bộ
4.2.4 Bộ tập trung và bộ dãn ATM
4.2.5 Bộ nối xuyên ATM
4.2.6 Chuyển mạch ATM
4.2.7 Các khối dịch vụ
4.2.8 phần tử kết nối liên mạng IWU
4.3 Các chức năng truyền dẫn băng rộng
4.3.1 Tạo ra các tế bào ATM từ dong thông tin lên tục
4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM
4.3.3 Ghép kênh và tập trung dòng thông tin
4.3.4 Phân luồng và trung chuyển dòng tế bào
4.4 Mạng truyền dẫn SONET/SDH
4.5 Cấu trúc truyền dẫn băng rộng
4.5.1 Cấu trúc mạng địa phơng
4.5.2 Câu trúc mạng trung kế
4.6 Tóm tắt

Phần B : tổng quan mô hình cấu trúc mạng băng rộng
Chơng V : tổng quan về mô hình mạng ATM
5.1 Cấu trúc mạng cục bộ
5.2 Phơng tiện truyền
5.3 Quan hệ giữa phơng tiện truyền và cấu trúc
Khoa điện- điện tử

-4

5.4 Các giao thức điều khiển truy nhập phơng tiện truyền
5.4.1Truy nhập ngẫu nhiên CSMA/CD
5.4.2Token BUS
5.4.3Token Ring
5.5 Kiến trúc ATM - LAN
5.6 Mô phỏng ATM - LAN
Chơng IV : Mô phỏng mạng ATM-LAN
6.1 Tổng quan
6.2 Kiến trúc giao thức
6.3 Mô phỏng LAN
6.3.1 Giới thiệu
6.3.2 Client và Server trên LAN mô phỏng
6.3.3 Toàn cục của mô phỏng LAN
6.3.4 Dạng khung LAN mô phỏng

Khoa điện- điện tử

-5


Chơng I : ATM giải pháp cho các dịch vụ viễn thông băng rộng

1.1Giới thiệu.
1.1.1.Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay.
Cho đến nay các mạng viễn thông là các mạng chuyên dụng, ứng với mỗi loại dịch vụ
thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông để phục vụ dịch vụ đó.
Ví dụ ;
mạng telex : dùng để gửi các bức điện dới dạng ký tự đã đợc mã 5 bit ( mã
Baudot). Tốc độ truyền rất thấp ( từ 75 đến 300 bit/s ).
Mạng điện thoại công cộng : còn gọi là mạng POTS ( plain old telephone service ),

ở đây thông tin tiếng nói đợc số hoá và chuyển mạch qua hệ thống mạch điện thoại
công cộng PSTN ( Public switched telephone network )
Mạng truyền số liệu bao gồm mạng truyền mạch gói để trao đổi giữa các máy tính
dựa trên các thủ tục X25 và mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh X21.
Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo 3 cách : truyền bằng sóng vô tuyến,
truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV ( community antenna TV) bằng cáp
đồng trục hoặc qua hệ thống vệ tinh, còn gọi hệ thống truyền hình trực tiếp DBS
( direct broadcast system ).
Trong phạm vi cơ quan việc truyền số liệu giữa các máy tính đợc thực hiện bởi
mạng cục bộ LAN ( local area network ) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, token
bus và token ring
Mỗi mạng trên đợc thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các
mục đích khác. Ví dụ : ta không thể truyền hệ thống nói qua mạng truyển mạch gói
X25 vì trễ qua mạng này quá lớn. Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác
nhau cùng song song tồn tại. Mỗi mạng lại yêu cầu phơng pháp thiết kế, sản xuất, vận
hành, bảo dỡng khác nhau. Nh vậy mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhợc điểm
mà quan trọng nhất là :
- Chỉ truyền đợc các dịch vụ độc lập tơng ứng với từng loại mạng .
- Thiếu mềm dẻo : sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh và tiến bộ
trong công nghệ VLSI ảnh hởng mãnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu.
Ngoài ra còn có nhiều dịch vụ truyền thông trong tơng lai mà hiện nay cha dự đoán trớc đợc, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy rằng hệ
thống hiện nay rất khó thích nghi yêu cầu của các dịch vụ khác trong tơng lai.
- Kém hiệu quả trong việc bảo dỡng, vận hành cũng nh việc sử dụng tài nguyên. Vì
tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử
dụng.
1.1.2.Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN
Nh đã nêu trên, yêu cầu có một mạng viễn thông duy nhất ngày càng trở nên bức
thiết, chủ yếu là do các nguyên nhân sau :
- Các yêu cầu dịch vụ băng đang tăng lên
- Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyể mạch truyền dẫn ở tốc độ cao ( khoảng vài trăm

Mbit/s tới vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực.
- Những tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu
Khoa điện- điện tử

-6


- Sự phát triển của mạng ứng dụng phền mềm trong lĩch vực tin học và viễn thông.
- Sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất. So với các mạng khác, dịch vụ
tổ hợp và mạng tổ hợp có nhiều u điểm về mặt kinh tế, phát triển, thực hiện vận hành
và bảo dỡng.
- Sự cần thiết phải thoả mãn tính mền dẻo cho các yêu cầu về phía ngời sử dụng,
cũng nh ngời quản trị mạng ( về mặt tốc độ truyền, chất lợng dịch vụ ).
- Khuyến nghị ITU -T121 đa ra tổng quan về khả năng của B-ISDN nh sau :
B-ISDN cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch các cuộc nối cố định
( parmanent ) hoặc bán cố định ( Semi parmanent ), các cuộc nối từ điểm tới điểm,
hoặc từ điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu cố định. Cuộc nối
trong B- ISDN phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo
kiểu đa phơng tiện( Multimedia ), đơn phơng tiện ( monomedia) theo kiểu hớng liên
kết ( connectionless) và theo cấu hình đơn hớng hoặc đa hớng B- ISDN là một mạch
thông minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các cung cụ bảo d ỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạch rất hiệu quả.
1.2. Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM.
1.2.1. Khái niệm cơ bản về ATM.
B-ISDN theo ITU-T dựa trên cơ sở truyền không đồng bộ ATM. Nh vậy ATM sẽ là
nền tảng của B- ISDN trong tơng lai.
Hình 1.1. Cấu trúc khung thời gian trong ATM
Kênh
1

Kênh
2

Kênh
n

Kênh
1

Kênh
2

Kênh
n

Khe thời gian
Kkung thời gian 125à
Hình 1.1 : Cấu trúc khung thời gian trong STM
Kênh
1

Kênh
5

Kênh1

Kênh
1

Kênh không sử dụng

Phần tiêu đề của tế bào ATM
Phần thông tin của ngời sử dụng
Hình 1.2 : cấu trúc luồng thông tin trong ATM
Khoa điện- điện tử

-7

Kênh
5

Kênh
1


Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ truyền bao gồm cả lĩnh vực truyền
dẫn và chuyển mạch, do đó dạng truyền ám chỉ cả chế độ truyền dẫn và chuyển
mạch thông tin trong mạng.
Thuật ngữ không đồng bộ giải thích cho một kiểu truyền trong đó các gói trong
cùng một cuộc nối có thể lặp lại một cách bất thờng nh lúc chúng đựoc tạo ra theo
yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ.
Để minh hoạ, hình 1.1 và 1.2 biểu diễn sự khác nhau giữa dạng truyền đồng bộ và
dạng truyền không đồng bộ. Trong dạng truyền đồng bộ STM ( Synchronous transfer
mode ), các phần tử số liệu tơng ứng với kênh đã cho đợc nhận biết bởi vị trí của nó
trong khung truyền ( Hình 1 ) trong khi ở ATM các gói thuộc về một cuộc nối lại tơng
ứng với các kênh ảo cụ thể và có thể xuất hiện tại bất kỳ vị trí nào ( Hình 2).
ATM còn có hai đặc điểm quan trọng
Thứ nhất : ATM sử dụng các gói có kích thớc nhỏ và cố định gọi là các tế bào
ATM ( ATM cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ là cho trễ truyền và
biến động trễ ( delay jitter) giảm đủ nhỏ đối với dịch vụ thời gian thực, ngoài ra kích
thớc nhỏ cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao đợc dễ dàng hơn.

Thứ hai : còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo
( Virtual path)
1.2.2.Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát triển của ATM.
Có hai yếu tố ảnh hởng tới ATM đó là :
- Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn cũng nh công nghệ quang điện
tử.
- Sự phát triển các ý tởng mới và khái niệm hệ thống .
1.2.2.1. Các tiến bộ về mặt công nghệ.
Công nghệ bán dẫn :
Công nghệ CMOS là công nghệ rất có triển vọng bởi độ tích hợp lớn, tốc độ cao
( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s, độ tiêu tốn năng lợng thấp.
Công nghệ quang :
Các đòng truyền dẫn quang có các u điểm nh : độ suy giảm thấp ( dẫn tói khoảng
cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thớc nhỏ, độ mền dẻo cơ học cao,
tránh đợc nhiễu của trờng điện từ, xác suất truyền lỗi thấp và không có nhiều xuyên
âm.
1.2.2.2. Các ý tởng mới về khái niệm hệ thống.
Các quan điểm mới vê hệ thống đựoc phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây,
đó là hệ thống phải có độ mên dẻo thích hợp, độ rộng băng của hệ thống tuỳ thuộc
cào yuê cầu của từng dịch vụ cụ thể, các dịch vụ thời gian thực đựoc truyền theo phơng pháp truyền mạng gói.
Các ý tởng này phải thoả mãn hai chức năng chính của mạng đó là :
Khoa điện- điện tử

-8


- Tính trong suốt về mặt nội dung ( Semantic transparency ). Tính trong suốt về nội
dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng từ đàu phát tới đầu thu ( tức là sự chính
xác về mặt nội dung )
Đầu cuối

Nút chuyển mạch
Đầu cuôi
3

Điều khiẻn lỗi
đầy đủ

Điều khiển lỗi
đầy đủ

3

3

3

2

2

2

2

1

1

1

1

Hình 1.3 : Điều khiển lỗi đầy đủ trên mọi liên kết của mạng
Chuyển mạch gói
Trong các mạng chuyển gói khi mới ra đời, chất lợng truyền số liệu còn thấp, do đó
để đảm bảo chất lợng truyền chấp nhận đợc, ngời ta phải thực hiện chức năng điều
khiển lỗi trên mọi liên kết ( link by link ). Việc điều khiển lỗi nay đợc thực hiện bởi
các thủ tục HDL ( Hight level Data Link control) bao gồm các chức năng : giới hạn
khung ( frame delimiting ), đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi ( kiểm tra mã
d vòng CRC - Cyclic Redundancy Check ), sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại. Hình
1.3 trình bày thủ tục điều khiển lỗi đầy đủ của mạng chuyển mạch gói thông qua mô
hình liên kết các hệ thống mở OSI. Ta thấy rằng quá trình điều khiển đợc thực hiện
trên lớp 2. Ơ đây quá trình điều khiển lỗi đợc thực hiện trên mọi liên kết thông qua
nút chuyển mạch, do đó nút chuyển mạch phải xử lý rất nhiều thông tin làm ảnh hỏng
tới độ xử lý và độ tin cậy của hệ thống.

Đầu cuối
3

Nút chuyển mạch
Điều khiển lỗi đầy đủ
( từ đầu cuối đến đầu cuối)

2b
2a
1

Đầu cuối
3
2b

Điều khiẻn
lỗi có giứa
hạn

Khoa điện- điện tử

2a

2a

1

1

Điều khiẻn lỗi
có giứa
hạn

-9

2a
1


Hình 1.4 : Điều khiển lỗi có giới hạn ở mạng chuyển tiếp khung.
Đầu cuối
3

Nút chuyển mạch

Điều khiển lỗi đầy đủ
( từ đầu cuối đến đầu cuối)

2

Đầu cuối
3
2

1b

1b

1b

1b

1a

1a

1a

1a

Hình 1.5 : chuyển mạch tế bào trong mạng ATM với các chức năng tối thiểu.
Chức năng
Chuyển mạch gói Chuyển tiếp khung
ATM
Truyền lại gói

X
Giới hạn khung
X
X
Kiểm tra lỗi
X
X
Bảng 1.1 : Các chức năng thực hiện ở nút mạng của X25 chuyển tiếp khung ATM.
Đối với b- isdn ý tởng này còn đợc mở rộng hơn nữa, các chức năng điều khiển lỗi
không còn đợc cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạng nữa mà trong trờng hợp
cần thiết, sẽ đợc cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối. Nh vậy các chức năng điều khiển
trong mạng đợc giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ ( full error control ) ở mạng chuyển gói
X 25 xuống còn cực kỳ tối thiểu ở mạng ATM, do đó các nút ở ATM có độ phức tạp
tối thiểu và vì thế có tốc độ truyền rất cao, có thể lên tới 600 Mbit/s ( Hình 1.5). Bảng
1.1 trình bày các chức năng đợc thực hiện ở tại nút mạng chuyển mạch gói thế hệ cũ
và mạng chuyển mạch gói thế hệ mới ( phơng pháp chuyển tiếp khung) của mạng
ATM. Rõ ràng nút mạng ATM hầu nh không phải xử lý thông tin điều khiển nào
trong khi đó nút mạng của hệ thống chuyển gói thế hệ cũ phải xử lý rất nhiều thông
tin.
- Độ trong suốt về mặt thời gian ( time transferency).
Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi đợc truyền từ đầu phát
tới đầu thu. Có thể phân biệt hai loại trễ : trễ do chuyển mạch và trễ do truyền từ điểm
đầu tới điểm cuối.
Hệ thống chuyển mạch gói và chuyển tiếp khung rất khó khăn khi thực hiện các
dịch vụ thời gian thực vì độ trễ cao. Do độ phức tạp của nút chuyển mạch, chúng chỉ
có thể hoạt động ở tốc độ vừa và thấp. Mạng ATM chỉ cần các chức năng tối thiểu ở
nút chuyển mạch , do đó nó cho phép truyền số liệu với tốc độ rất cao, trễ trên mạng
và các biến động giảm xuống còn vài trăm às , do đó quan hệ thời gian đợc đảm bảo
nh trong trờng hợp chuyển mạch kênh.
Khoa điện- điện tử

- 10


1.3.Tóm tắt.
Chơng này đã trình bày các đặc điểm của các mạng viễn thông hiện hữu cũng nh
các hạn chế của chúng và nhu cầu dịch vụ băng rộngđang tăng lên. Từ đó vấn đề đặt
ra là phải có một mạng tổ hợp băng rộng duy nhất ( B-ISDN) thay thế tất cả các mạng
viễn thông nói trên. Chính trên cơ sở này mà ATM hình thành và phát triển. Sự phát
triển của kỹ thuật ATM là kết quả trực tiếp của các ý tởng mới về khái niệm hệ thống
đợc hỗ trợ bởi các thành tựu to lớn trong công nghệ bán dẫn và công nghệ quang điện
tử. ATM có khả năng đáp ứng đợc một loạt các dịch vụ băng rộng khác nhau, kể cả
trong lĩnh vực gia đình cũng nh trong thơng mại.

Chơng II : các tham số và đặc điểm cơ bản của B-ISDN.
Khoa điện- điện tử

- 11


2.1. các tham số của hệ thống.
Sau đây sẽ trình bày một số tham số của các dịch vụ trong mạng băng rộng sau đó
sẽ trình bày tới các tham số và tính toán về lỗi cũng nh trễ trong mạng. Các tham số
này rất quan trọng vì có thể dựa vào đó để đánh giá chất lợng mạng.
2.1.2 . Tốc độ tự nhiên, tốc độ trung bình, tốc độ bit cực đại và tốc độ truyền dịch
vụ của mạng.
Mạng băng rộng tơng lai cần đợc truyền một số lợng lớn các dịch vụ, từ các dịch vụ
tốc độ thấp nh : đo lờng từ xa, báo động từ xa, tiếng nói, fax, tới các dịch vụ tốc độ
trng bình nh : âm nhạc, điện thoại truyền hình, truyền số liệu tốc độ cao hoặc các dịch
vụ có tốc độ rất cao nh : HDTV, th viện vidio... Các dịch vụ này có tốc độ từ vài bit/s

tới vài trăm Mbit/s, thời gian truyền từ vìa giây tới vài giờ ( Hình 2.1).

Hình 2.1. Đặc điểm tốc độ thời gian truyền của các dịch vụ băng rộng.
Có thể biểu diễn tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ bằng hàm S(t), hàm này kéo dài
trong thời gian truyền thông tin T. Có hai giá trị quan trọng là : tốc độ bit cực đại
( the peak natural bit rate ) và tốc độ trung bình E(S(t)) đợc tính trong khoangr thời
Khoa điện- điện tử

- 12


gian T. Quãng thời gian T cùng với hai giá trị E(S(t)) và S là các tham số quan trọng
của dịch vụ.
Ta có công thức :
S = max[s(t)]
T
E[s(t)]= 1/T

s(t )dt
0

Tỷ lệ giữa E và S đợc gọi là đại lợng B ( Bustinss). B đặc trng cho sự thay đổi của tốc
độ dòng bit theo thời gian. Để minh hoạ cho 2 đại lợng E và S đợc thể hiện trên hình
2.2.
B = S/ E[s(t)]
S(t) (bit/s)
S
E[s(t)]
0

t(s)

T
Hình 2.2 : Đồ thị minh hoạ đại lợng S, S(t) và E.
Rõ ràng tốc độ bit tự nhiên S(t) đối với mỗi phiên liênlạc, nhng S và E(St)) nh nhau
đối với mỗi loại dịch vụ, bảng 2.1 trình bày một số giá trị E và B của vài loại dịch vụ.
Dịch vụ
Truyền số liệu
Truền văn bản , tài liệu
Điện thoại truyền hình/ hội nghị truyền hình
TV
Truyền hình phân giải cao

E[s(t)](Mbit/s)
1,5-130
1,5-45
1,5-130
30-130
130

B
10
1-10
5
2-3
5

Bảng 2.1 : Các đặc điểm tham số E và B của một số dịch vụ.
Sau đây ta xét mối liên hệ giữa tốc độ truyền và tốc độ bit cực đại ( hay tốc độ
truyền tự nhiên của dịch vụ ) và ảnh hởng của nó đến chất lợng truyền.

Từ hình 2.3 nhận thấy rằng, nếu tốc độ truyền nhỏ hơn tốc độ bit cực đại S thì chất
lợng bịgiảm xuống do một số bit sẽ phải cắt bỏ để đảm bảo tốc độ bit tự nhiên của
dịch vụ phù hợp với tốc độ truyền.

Khoa điện- điện tử

- 13


Tốc độ (bit/s)

Phần bị giảm chất lợng truyền
Tốc độ ruyền tren mạng

Tốc độ truyền tự nhiên
của dịch vụ
0
t(s)
Hình 2.3 : Chất lợng giảm do tốc độ truyền nhỏ hơn tốc độ bit cực đại
Mặt khác, nếu tốc độ truyền luôn lớn hơn hoặc bằng tốc độ bit cực đại của dịch vụ thì
các thông tin vô nghĩa sẽ đợc sử dụng để điền đầy vào khoảng chênh lệch giữa tốc độ
bit tự nhiên và tốc độ truyền, do đó sẽ tiêu phí độ rộng băng truyền. Điều này đợc
minh hoạ trên hình 2.4.
Tốc độ
(bit/s)

tiêu phí độ rộng băng truyền
Tốc độ truyền trên mạng

Tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ

0

t(s)

Hình 2.4 : Tiêu phí độ rộng băng truyền do tốc độ truyền lớn hơn tốc độ bit cực đại
Qua hai thí dụ trên, có thể kết luận rằng cần phải lựa chọn tốc độ truyền thích hợp tuỳ
theo yêu cầu dịch vụ.
2.1.2. Các tham số đặc trng cho chất lợng mạng.
Nh đã trình bày ở 1.2.2.2 để truyền thông tin một cách tin cậy, mạng phải đảm bảo
hai chỉ tiêu :
- Trong suốt về mặt nội dung.
- Trong suốt về mặt thời gian.
2.1.2.1 : Các tham số liên quan đến tính trong suốt về mặt nội dung.
Tính trong suốt về mặt nội dung đảm boả cho mạng khả năng truyền thông tin một
cáh chính xác từ nguồn tới đích với số lỗi cho phép. Truyền thực tế có 3 loại lỗi :
- Lỗi đơn vị số liệu d ( residual error data unit rate) : là các lỗi không thể khôi phục
đợc.
- Lỗi số liệu bị phân phối nhầm (misdelivered data unit rate) : là lỗi khi số liệu bị
truyền tới các đích sai.
- Lỗi số liệu không đợc truyền đi ( not delivered data unit rate) : là lỗi khi số liệu
không đợc truyền tới địa chỉ cho trớc.
Nh vậy các loại lỗi trên đặc trng cho tính thông suốt về mặt nội dung và gây ra một tỷ
Khoa điện- điện tử

- 14


lệ lỗi tr nào đó, chúng có thể đợc định nghĩa bởi các tham số sau :
- Tỷ lệ lỗi bit : Đợc đặc trng bằng tham số tỷ lệ bit lỗi BER ( bit error rate) :
BER = Tổng số bit lỗi / Tổng số các bit đợc gửi đi

Các bit lỗi có thể xảy ra riêng biệt ( lỗi đơn) hay xảy ra liên tục thành nhóm.
- Tỷ lệ lỗi gói : trong các mạng hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển mạng gói,
một nhóm các lỗi có thể xẩy ra do một nhóm thông tin bị mất hoặc bị định đờng
nhầm ( misrouted).
Tỷ lệ gói đợc đặc trng bằng tham số tỷ lệ lỗi gói PER ( packet error rate ) :
PER =Số gói bị lỗi/Tổng số gói đợc gửi
Trong thực tế, lỗi gói thờng xảy ra do hai nguyên nhân : các gói bị mất do định đờng
sai hoặc do tắc nghẽn ; đợc đặc trng bằng tỷ lệ mất gói PLR (packet loss rate ) :
PLR = Tổng số gói bị mất / Tổng số gói đợc gửi

Các gói tới các đích không mong muốn nhng các đích này lại chấp nhận chúng nh các
gói đúng. Đại lợng đặc trng cho trờng hợp này đợc gọi là tỷ lệ chèn gói PIR (packet
insertion rate ) :
PIR = Tổng số gói chèn vào đích nhầm/tổng số các gói đợc gửi đi
Trong mạng các lỗi có thể xuất hiện ở phần truyền dẫn tại các bộ tập trung kênh hoặc
tại nút chuyển mạch.
2.1.2.2 : Các tham số liên quan đến tính trong suốt về mặt thời gian.
Độ trong suốt về mặt thời gian đảm bảo độ trễ đủ nhỏ cho các dịch vụ thông tin trên
mạng, đặc biệt là các dịch vụ thời gian thực. Trong suốt về mặt thời gian đợc đặc trng
bởi hai tham số là trễ D và biến động trễ J ( delay jitter).
Nói chung đội trễ D giữa đầu thu và đầu phát giữa các tế bào ATM có thể khác nhau
đợc biểu thị bằng độ trễ cực đại DM và độ trễ cực tiểu Dm. Sự khác nhau giữa DM và
Dm dẫn tới biến động trễ : J =DM-Dm.
Chú ý : biến động trễ là độ trễ không đồng đều của các thông tin tới cùng một điểm
cuối tại các thời điểm khác nhau. Nó dẫn tới việc khôi phục tiến hiệu không chính xác
trong các dịch vụ yêu cầu thời gian thực.
Theo ITU-T, nếu trễ giữa hai đầu cuối lớn hơn 25msthì phải lắp thêm các bộ khử
tiếng vang. Tuy vậy trễ trong mạng phần lớn có giá trị xấp xỉ một giá trị trung bình
Khoa điện- điện tử

- 15


Do nào đó, xác suất xảy ra trễ khác xa giá trị Do này rất nhỏ.
Xác suất trễ
1

trễ
D0
Hình 2.5 : Hàm mật độ trễ của các dịch vụ truyền trên mạng.
Tham số trễ D lại chia thành hai loại gồm :
- Trễ truyền : Dt
- Trễ xử lý : Dp.
Lúc đó D đợc tính : D = Dt + Dp
Trễ Dt xảy ra tại các nút chuyển mạch và đợc cấu tạo vật lý của mỗi nút cũng nh phơng pháp xử lý thông tin cuả chúng. Theo ITU-T độ trễ trung bình trong chuyển
mạch số phải nhỏ hơn 450 às . Trong ATM, giá trị này còn bé hơn do tốc độ xử lý đã
tng lên đáng kể.
Bảng 2.2 : Thể hiện tỷ lệ lỗi và trễ cho phép của các loại dịch vụ khác nhau
Dịch vụ
BER
PLR
PIR
Trễ
-7
-3
-3
Thoại
10
10
10

25ms/500ms
-7
-6
-6
Truyền số liệu
10
10
10
1000ms
-6
-8
-8
Truyền hình quảng bá
10
10
10
1000ms
-5
-7
-7
Âm thanh chất lợng cao
10
10
10
1000ms
-3
-3
-3
Xử lý điều khiển từ xa
10

10
10
1000ms
Bảng 2.2 : Tỷ lệ lỗi và trễ chấp nhận đợc đối với từng dịch vụ của mạng ATM.
2.2. lựa chọn kiểu truyền chuyển B-ISDN.
Nh đã trình bày trong 1.2.1 ITU-T chọn kiểu truyền không đồng bộ là dạng truyền
cho B-ISDN truyền tơng lai ; nguyên nhân để lựa chọn ATM nh nền tảng củaB-ISDN
( đã giới thiệu sơ qua ở 1.1) sẽ rõ ràng hơn sau khi ta xem một hệ thống thông tin
khác nhau.
2.2.1. Chuyển mạch kênh.
Phơng pháp chuyển mạch này đã đợc sử dụng từ lâu trong mạng điện thoại, nhày
nay nó vẫn đợc sử dụng trong N- ISDN. Chuyển mạch kênh sử dụng phơng pháp ghép
kênh theo thời gian DTM ( time division multiplexing). Chuyển mạch kênh rất thiều
phần mềm dẻo do các thông tin phải truyền theo một tấn số cố định dẫn tới giới hạn
về mặt tốc độ và không thích hợp cho việc truyền các dịch vụ băng rộng có đặc điểm
khác nhau.
2.2.2. chuyển mạch kênh đa tốc độ.
Để khắc phục sự thiếu mền dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ trong chuyển mạch
kênh, ngời ta đa ra hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ MRCS ( Multirate circuit
Khoa điện- điện tử

- 16


switching ). Các đờng nối trong MRCS đợc chia thành n kênh cơ bản gồm các khung
thời gian với các khe thời gian có độ dài khác nhau, mọi cuộc liên lạc có thể đ ợc xây
dựng từ n kênh này. hệ thống chuyển mạch MRCS rất phức tạp do mỗi kênh cơ sở của
một đờng nối phải giữa đồng bộ với các kênh khác. Do đó ITU-T cũng không coi
MRCS là giải pháp cho mạng băng rộng.
2.2.3. chuyển mạch kênh tốc độ cao.

Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS ( Fast circuit
suitching) chỉ đợc cung cấp khi thông tin đợc gửi đi và khi gửi xong thông tin tài
nguyên đợc giải phóng trở lại. Sự cung cấp này đợc thiết lập mỗi lần gửi nh trong trờng hợp chuyển mạch gói, nhng dới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên kết
nhanh ( fast associated signalling) ch không nằm tiêu đề nh trong chuyển mạch gói.
Sự kết hợp giữa FCS và MRCS đợc gọi là hệ thống chuyển mạch nhanh đa tốc độ
MRFCS ( Multirate fast circuit switching ). Tuy vậy nó cũng còn một vài nhợc điểm,
đặc biệt là phức tạp khi thiết kế và điều khiển một hệ thống nh vậy, vì ở đây yêu cầu
khả năng thiết lập và huỷ bỏ cuộc nối trong một khoảng thời gian rất ngắn. FCS và
MRCS cũng không đợc lựa chọn làm giải pháp cho mạch băng rộng.
2.2.4. chuyển mạch gói.
Để đảm bảo chất lợng truyền chấp nhận đợc từ đầu cuối tới đầu cuối, cần có độ
phức tạp của X25 nhằm xử lý lỗi và điều khiển luồng giữa các đờng liên kết ( Link by
link). Mặt khác những gói có độ dài khác nhau yêu cầu quản lý bộ đệm rất phức tạp
do đó tốc độ hoạt động không cao.
Trong X25 lớp hai sử dụng truy nhập đờng liên kết bằng LAPB( balalced link
access procedure ). LAPB đợc sử dụng để thực hiện các chức năng nh nhận biết giới
hạn khung ; chèn tách các bit chống lỗi, truyền lại các khung bị mất bằng thủ tục
ARQ ( automatic repeat request) điều khiển luồng.
Các hệ chuyển mạch gói sau này đợc cải tiến thành hai hệ thống thành chuyển
mạch khung ( Frame switching) và chuyển tiếp khung (Frame relaying).
Trong chuyển tiếp khung việc truyền lại các khung số liệu bị lỗi chỉ đợc truyền từ
đầu cuối tới đầu cuối ( giữa các thiết bị đầu cuối ngời sử dụng). Tại nút mạng chỉ có
chức năng phát hiện lỗi để huỷ bỏ các khung vì không cần thiết phải truyền các khung
này, ngoài ra cũng không có chức năng điều khiển luồng hoặc phân kênh hợp kênh.
Trong chuyển mạch khung, các chức năng phát hiện lỗi và điều khiển luồng vẫn còn
giữa lại ở nút mạch do đó việc truyền lại khung và điều khiển luồng bằng cửa sổ tr ợt
vẫn đợc thực hiện trên cơ sở các liên kết.
Hai hệ thống chuyển mạch khung và chuyển tiếp khung có rất nhiều u điểm, tuy
vậy chúng vẫn không có khả năng thực hiện các dịch vụ thời gian thực do trế lớp.
2.2.5.Dạng truyền không đồng bộ.

Sau khi xem xét rất nhiều hệ thống khác nhau, cuối cùng ITU-T quyết định lấy
ATM là mạng phục vụ cho các dịch vụ băng rộng bởi vì ATM thoả mãn đợc các yêu
cầu đặt ra, các u điểm của nó là :
- Mềm dẻo và phù hợp với các dịch vụ trong tơng lai.
- Có hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên.
- Chỉ sử dụng một mạng duy nhất cho tất cả các dịch vụ.
Khoa điện- điện tử

- 17


ATM còn có các tên gọi khác nh ATD( asynchronous time division ), IBCN
( intergrated broadband commulication network).
2.3. Tính toán các tham số cơ bản cho ATM.
Nh đã đề cập ở trên các tham số ở ATM đều đợc tính toán dựa trên cơ sở hai yêu
chính là độ trong suốt về mặt thời gian đặc trng bởi độ trễ và độ trong suốt về mặt nội
dung, đặc trng bởi tỷ lệ lỗi.
2.3.1. Độ trễ.
Trễ khi truyền thông qua mạng ATM đợc quyết định bởi các phần khác nhau của
mạng, mỗi phần đóng góp vào trễ tổng của mạng. Hình 2.7 trình bày trễ qua các khâu
khá nhau của mạng.

TD1
PD

Chuyển
mạchAT
M
TD
2

Mạng
ATM

TD3

FD1+QD1
(a) Trễ trong mạng ATM thuần tuý

TD1
PD
Trong đó :

Chuyển
TD
mạchAT
2
M

Chuyển
nạch
TD
4
ATM

FD2+QD2

Mạng
đòng
TDBộ

3

DD

Chuyển
TD
4
nạch

FD1+QD1
ATM
(b) trễ trong mạng kết hợp giữa ATM và mạng đồngFD
bộ +QD
2

DD
2

Hình a:
-PD : Trễ tạo gói
-TD: trễ truyền
-FD : Trễ chuyển mạch -QD: Trễ hàng đợi -DD: Trễ tháo gói
Hình b:
-FD: trễ của mạng đồng bộ
Hình 2.7 : các loại trễ khác nhau trong mạng ATM.
Trong mạng ATM thuần tuý, thông tin đợc đóng gói thành các tế bào và khôi phục
thành các trạng thái đầu ở nơi nhận tin. Các tế bào đợc sử dụng khắp mọi nơi trên
mạng. Ngựoc lại trong mạng kết hợp một phần của mạng hoạt động với tế bào phần
khác hoạt động, với các khung thời gian. Các loại trễ bao gồm :
- Trễ truyền ( TD) phụ thuộc vào khoảng cách điểm đầu và điểm cuối thông thờng có

giá trị từ 4-5 às /km.
- Trễ tạo gói : ( PD) xảy ra khi các thông tin đợc đóng gói vào các tế bào.
- Trễ chuyển mạch cố định : (FD) xảy ra khi một tế bào ATM đi qua chuyển mạch,
nó có giá trị cố định.
Khoa điện- điện tử

- 18


- Trễ hàng đợi (QD) trễ này có giá trị thay đổi xảy ra tại các hàng đợi trong hệ thống
chuyển mạch.
- Trễ tháo gói : (DD) xảy ra tại đầu thu của mạng ATM và tại gianh giới giữa mạng
ATM và mạng đồng bộ trong trờng hợp kết hợp.
Nh vậy ta có thể tính toán trễ tổng cộng nh sau :
- Trong mạng thuần tuý ATM :
D1=TDi +FDj + maxqQDj + PD
- Trong mạng kết hợp.
D2=TDi +FDj + maxqQDj + k.PD +SD1
Trong đó :
i: - Đoạn liên kết của đờng truyền
j: - Số chuyển mạch ATM
k: - Số lần tạo gói / tháo gói giữa mạng ATM và mạng đồng bộ
SD1- trễ trong các mạng đồng bộ
Bảng 2.3: Trình bày trễ qua từng khâu trong mạng
Tốc độ
Kích thớc tế bào
(byte)
TD(à)
FD(à)
QD(à)

PD(à)
SD(à)
D1(à)
D2(à)

150 Mbit/s
16
32
64
4000
64
200
2000
900
6264
9365

4000
128
400
4000
900
8528
13828

4000
256
800
8000
900

12256
21956

16

600 Mb/s
32

64

4000
16
50
2000
900
6166
9016

4000
32
100
4000
900
8123
13132

4000
64
200
8000

900
12364
21364

2.3.2. Tỷ lệ lỗi.
Cũng nh các hệ thống khác các lỗi xảy ra trong ATM là do sự không hoàn hảo của
hệ thống chuyển dẫn hoặc của hệ thống chuyển mạch.
2.3.2.1. Sự mất tế bào do lỗi ở phần tiêu đề.
Lỗi truyền sẽ dẫn tới sự thay đổi không mong muốn các thông tin truyền. Nếu lỗi
xảy ra ở phần số liệu của tế bào thì cả tế bào vẫn đợc truyền tới điểm cuối do ATM
không có bất cứ một cơ chế chống lỗi nào khi truyền từ kiên kết tới liên kết. Nếu lỗi
xảy ra ở phần tiêu đề thì chuyển mạch ATM sẽ không dịch nhầm phần tiêu đề này và
sau đó tế bào có thể bị định đờng sai. điều này xảy ra khi phần tiêu đề mang giá trị
Khoa điện- điện tử

- 19


của một đờng nối khác. Nếu phần tiêu đề mang một giá trị không tồn tại thì tế bào dẽ
bị huỷ bỏ. Trong cả hai trờng hợp đều có thể xảy ra lỗi nhân (multiplication error) do
chỉ cần một bit trong phần tiêu đề cũng dẫn tới cả tế bào. Tỷ lỗi đợc gọi là B.
2.3.2.2. Sự mất tế bào do tràn hàng đợi.
Do kích thớc thích hợp của các hàng đợi trong mạng sự mất tế bào do tràn hàng
đợi giảm xuống tơí giá trị chấp nhận đợc ,giá trị này khoảng 10-8. Việc tính toán kích
thớc hàng đợi đợc giảm nhẹ rất nhiều bởi tính chất hớng liên kết (connection oriented))của ATM vì nó tạo khả năng đẻ mạng cho phép hoặc từ chối một cuộc nối
nhỏ hơn hoặc lớn hơn tải con lại trong hàng đợi .
2.4:Xác đinh độ dài cho tế bào ATM
Sau khi tính toán các tham số trễ và tỷ lệ nỗi ,ta đi đến tính toán kích thớc của tế
bào ATM ,cụ thể là lựa chọn các giải pháp :độ dài ttế bào là cố định hay thay đổi ra
sao để cho trễ ,tỷ lệ nỗi cũng nh độ phức tạp khi thực hiện là tối thiểu .

2.4.1Lựa chọn giă 2giải pháp độ dài cố định hoặc thay đổi.
2.4.1.1: Về mặt hiệu xuất băng truyền
Có hai quan điểm khác nhau về độ dài gói ,độ dài cố định hoặc thay đổi .Nhiều
nhân tố khác nhau ảnh hởng tới u điểm và nhợc điểm của cả hai giải pháp nhng các
yếu tố quan trọng nhất cần phải xem xét khi lựa chọn là hiệu quả của băng truyền dẫn
mức độ phức tạp của chuyển mạch và trễ. Ta có công thức chung để tính hiệu suất
băng truyền :
=Số byte thông tin /(Số byte thông tin + Số byte tiêu đề)
Độ dài gói cố định :Trong trờng hợp độ dài ATM cố định, hiệu suất băng truyền đợc tính theo công thức O:
= X/[(int (X/L))(L+H)]
trong đó :
L : Kích thớc truyền số liệu của gói tính bằng byte.
H : Kích thớc phần tiêu đề.
X : Tổng số byte thông tin hữu ích đợc truyền.
Int(Z) : Phần nguyên của Z.
Nh vậy hiệu suất sẽ tối u khi toàn bộ thông tin đợc truyền đi chia hết cho kích thớc trờng thông tin.
Lúc đó, giá trị hiệu suất băng truyền sẽ là :
Fopt =L/(L+H)
Ngời ta nhận thấy rằng hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào các byte thông tin hữu ích
đựơc truyền đi, số byte thông tin hữu ích dài thì hiệu suất tối u càng dễ đạt đợc.
Do luồng thông tin trong ATM gồm : tiếng nói, tín hiệu video, số liệu tốc độ cao
Khoa điện- điện tử

- 20


lên hiệu suất gần đạt đợc giá trị tối u, kể cả khi sử dụng tế bào có độ dài cố định.
Gói có độ dài thay đổi :
- Đối với gói có độ dài thay đổi các thông tin bổ xung và phần tiêu đề bao gồm các
cờ để nhận biết giới hạn gói một vài bit đợc trèn thêm để nhận biết các cờ

chính xác. Ngoài ra còn phải cộng thêm vào phần đầu khung phần báo hiệu độ dài
gói, lúc đó hiệu suất là :
= X/ (X+H+hv)
Trong đó : hv là phần thông tin bắt buộc phải bổ xung thêm để báo hiệu độ dài gói
thay đổi của gói ATM. Hiệu suất truyền của gói có độ dài thay đổi rất cao, với các gói
có độ dài lớn hiệu suất này đạt gần tới 100%.
Kết luận :
Xét về mặt hiệu suất truyền nói chung gói có độ dài thay đểi tốt hơn là gói có độ
dài cố định. Tuy nhiên khi xem xét trong từng trờng hợp cụ thể, u thế này lại rất hạn
chế do luồng thông tin của mạch băng rộng sẽ bao gồm sự kết hợp của tiếng nói, tín
hiệu video và số liệu đều là những tín hiệu có dòng bit liên tục./
2.4.1.2. Về mặt tốc độ chuyển mạch và độ phức tạp.
Độ phức tạp của việc thực hiện chuyển mạch đối với gói có độ dài cố định hay
thay đổi phụ thuộc vào các chức năng của chúng cũng nh các yuê cầu kỹ thuật tơng
ứng với các chức năng này. Hai nhân tố quan trọng nhất là tốc độ hoạt động và yêu
cầu vềkích thớc bộ nhớ hàng đợi.
tốc độ hoạt động :
Phụ thuộc vào các chức năng cần phải thực hiện và thời gian thực các chức năng đó.
- Xử lý phần tiêu đề : đối với các gói có độ dài cố định khoảng thời gian để xử lý
phần tiêu đề là cố định.
Trong trờng hợp gói có độ dài thay đổi, thời gian xử lý là không cố định và phụ thuộc
vào độ dài gói.
- Quản lý bộ nhớ của hàng đợi : trong trờng hợp kích thớc gói cố định, hệ thống
quản lý bộ nhớ có thể đa ra các khối nhớ với kích thớc cố định tơng ứng với kích thớc
của tế bào ATM. hoạt động này hết sức đơn giản nh trong trờng hợp quản lý bộ nhớ tự
do. Trong trờng hợp gói có độ dài thay đổi, hệ thống quản lý bộ nhớ phải có khả năng
đa ra các khối bộ nhớ có kích thớc khác nhau sao cho các hoạt động nh tìm các đoạn
thông tin , tìm đoạn đầu tiên,...đợc tiến hành ở tốc độ cao. Việc quản lý bộ nhớ tự do
cũng trỏ lên phức tạp hơn.
yêu cầu về kích thớc hàng đợi :

trong trờng hợp độ dài gói cố định, yêu cầu về kích thớc hàng đợi cũng phải càng lớn.
Trong trờng hợp gói có độ dài thay đổi, tính toán kích thớc hàng đợi phức tạp hơn
nhiều và sẽ phụ thuộc vào độ dài gói. đơn giản nhất là những kích thớc hàng đợi tơng
ứng với gói có độ dài lớn nhất, lúc đó kích thớc hàng đợi sẽ lớn hơn rất nhiều so với
trờng hợp gói có kích thớc cố định. Việc tính toán kích thớc hàng đợi một cách tối u
trong trờng hợp này sẽ hết sức khó khăn.
Khoa điện- điện tử

- 21


Kết luận : sau khi đối chiếu với yêu cầu về tốc độ hoạt động và kích thớc bộ nhớ
hàng đợi, giải pháp gói có kích thớc cố định là hợp lý nhất đối với các dịch vụ băng
rộng của ATM.
2.4.1.3. trễ.
Nh ta đã biết trong mục 1.2.1 kích thớc của gói ATM cần phải giới hạn để không
phát sinh ra trễ trong mạng. Trễ tiếng nói sẽ rất lớn nếu kích thớc gói lớn.
2.4.1.4. Kết luận.
Trong mạng băng rộng nơi các ứng dụng chính đợc sử dụng là tiếng nói, tín hiệu
video và gói số liệu lợi ích thu về hiệu suất truyền đối với các gói có kích th ớc thay
đổi nhỏ hơn rất nhiều so với lợi ích thu đợc khi sử dụng các gói có kích thớc cố định,
nếu so sánh về mặt tốc độ hoạt động và độ phức tạp. Mặt khác nếu sử dụng tế bào có
kích thớc thay đổi thì độ dài của các tế bào này không những không thể tuỳ ý mà còn
rất bị hạn chế để đảm bảo trễ nhỏ. Do đó vào năm 1988, ITU-T chọn giải pháp sử
dụng tế bào ATM cố kích thớc cố định.
2.4.2. lựa chọn kích thớc của tế bào ATM.
Sau khi đã quyết định sử dụng gói có độ dài cố định vấn đề đặt ra là chọn tế bào
có kích thớc bao nhiêu. kích thớc củ tế bào sẽ ảnh hởng tới các chỉ tiêu sau :
- Hiệu suất băng truyền.
- Trễ ( trễ tạo gói,trễ hàng đợi, trễ tháo gói, trễ chuyển mạch, trễ truyền dẫn...)

- Độ phức tạp khi thực hiện.
2.4.2.1.Hiệu suất băng truyền.
Hiệu suất băng truyền đợc quyết định bởi tỷ lệ giữa kích thớc phần tiêu đề và kích
thớc truyền dữ liệu càng dài thì hiệu quả càng cao ( xem 2.4.1.1.).
2.4.2.2. Trễ.
Trễ của hệ thống bao gồm một số loại trễ nh trễ tạo gói,trễ hàng đợi, trễ tháo gói,
trễ chuyển mạch, trễ truyền dẫn...nh trình bày ở mục 2.3.1.
Trễ tạo gói phụ thuộc vào kích thớc của trờng số liệu trong tế bào. Hình 2.9 thể hiện
hiệu suất truyền đối với các tế bào có độ dài khác nhau ( so sánh giữa hai tế bào H = 4
và H= 5 ) cũng nh trễ tạo gói của chúng ( so sánh giữa hai tốc độ truyền tiếng nói là
64 Kbit/s và 32Kbit/s).
Trễ(às)
2
4
8
16

4 (H=4)

(%) Hiệu suất băng truyền

4 (H=5)

100
90
80
70
60

8

16 32 64
128
Hình 2.9 : HIệu suất truyền và trễ toạ gói đối với các trờng dữ liệu có độ dài khác
Khoa điện- điện tử

- 22


nhau.
Trễ hàng đợi bị ảnh hởng bởi tỷ lệ giữa độ lớn của trờng dữ liệu L và độ lớn phần
tiêu đề. Hình 2.9 thể hiện sự phụ thuộc của trễ hàng đợi và tỷ lệ L/H. Ta nhận thấy
rằng trễ bé nhất khi L/H có giá trị từ 8 - 16 tớng ứng với kích thớc của tế bào từ 32 + 4
byte tới 64 + 4 byte.
Trễ tháo gói đợc quyết định bởi biến động trễ là nguyên nhân của trễ tổng của một
vài hàng đợi. Trễ tháo gói cũng bị ảnh hởng bởi độ dài của tế bào.
Trễ hàng đợi (às)
280

32+4

64+4

128+4

240
200
160
120
80
40

L/H
Trong đó :

0
8 10
Hiệu suất tải
0.85
0.80
0.75
0.70
0.65

16 20

30 32 60

Hình 2.10 : Trễ hàng đợi phụ thuộc vào tỷ lệ L/H với các hiệu suất tải khác nhau.
Trễ toàn mạng theo khuyến nghị Q161 của ITU-T cần phải đợc giới hạn sao cho
giá trị của nó nhỏ hơn 25ms. Nếu tổng trễ lớn hơn giá trị này thì cần phải lắp thêm bộ
khử tiếng vọng. Theo kết quả nghiên cứu của ITU-T độ dài tế bào có ảnh hởng trực
tiếp tới trễ :
- Đối với các tế bào có độ dài tơng đối ngắn ( 32 byte hoặc nhỏ hơn) thì trễ tổng rất
nhỏ.
- đối với các gói có độ dài trung bình ở khoảng giữa 32- 64 byte, phần lớn các trờng
hợp ta không cần bộ khử tiếng vọng.
2.4.2.3. Độ phức tạp khi thực hiện.
- Độ phức tạp của hệ thống phụ thuộc vào hai thông số cơ bản đó là tốc độ xử lý và
dung lợng bộ nhớ cần thiết.

Khoa điện- điện tử

- 23


P

M

2
4
8
16

P

6400
3200
1600

32

M
16

8000
32 64

128 256

Kích thớc tế bào

(byte)

Trong đó:
P : thời gian xử lý một tế bào (às).
M: kích thớc bộ nhớ (bit).
Hình 2.11 : Sự phụ thuộc của kích thớc tế bào tới thời gian xử lý
và
kích thớc bộ nhớ.
Để giới hạn tỷ lệ mất tế bào, ta cần cung cấp một hàng đợi có kích thớc đủ lớn. Vì
vậy kích thớc tế bào càng lớn thì kích thớc hàng đợi cũng phải càng lớn. Mặt khác khi
có một gói tới nút chuyển mạch thì phần tiêu đề của nó cũng cần phải đợc xử lý ngay
trong khoảng thời gian một tế bào, do đó kích thớc tế bào càng lớn thì việc thời gian
dành cho việc thực hiện càng nhiều và tốc độ yêu cầu càng thấp.
Thí dụ trên hình 2.11, đối với tế bào 16 byte, ta chỉ cần 8000 bit hàng đợi nhng thời
gian xử lý phải nhở hơn 1 às . đối với tế bào 256 byte ta cần hơn 64000 bit cho một
hàng đời nhng thời gian xử lý cho phép hơn 15
.
Tuy vậy, tốc độ không phải là vấn đề quan trọng nhất bởi vì công nghệ hiện nay cho
phép xử lý rất nhiều thông tin trong khoảng thời gian 1às
, nh vậy vấn đề chính là giới hạn bộ nhớ.
2.4.2.4. Kết luận.
Các giá trị độ dài ở kích thớc giữa 32 - 64 byte đợc a chuộng hơn cả. Sự lựa chọn
này phụ thuộc vào ba thông số chính đã đề cập ở trên. Cuối cùng ITU-T đã đạt đợc
một thoả hiệp sử dụng tế bào có trờng số liệu 48 byte và 5 byte trờng tiêu đề.
2.5. tóm tắt.
Trong chơng II, ta đã xem xét các tham số quan trọng của mạng ATM đó là các
tham số liên quan đến lỗi và trễ. Từ các tham số này cũng nh các yêu cầu về dịch vụ
cụ thể ngời ta đã xem xét và lựa chọn các tham số truyền trong mạng ATM nh độ dài
hàng đợi, tốc độ xử lý, kích thớc tế bào ATM. Cuối cùng ITU-T chọn giải pháp tế bào
ATM kích thớc cố định có độ dài 53 byte, trong đó trờng số liệu dài 48 byte, phần

tiêu đề dài 5 byte.

Khoa điện- điện tử

- 24


Chơng III: kỹ thuật mạng ATM.

3.1. Mở đầu.
Sau khi xét các tham số quan trọng của mạng ATM ở chơng II, chơng III sẽ tiếp tục
đề cập tới các kỹ thuật của ATM và các chức năng của từng lớp. ở đây còn đề cập
đến cấu trúc của tế bào ATM, nguyên tắc chuyển mạch báo hiệu, chức năng vận hành
giám sát bảo dỡng OAM trong mạng ATM.
3.2. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN.
Các dịch
vụbăngrông

TE

LFC

Khoa điện- điện tử

Các dịch vụ cho NISDN có tóc độ64
Kbps
Chức năng báo
hiệu
Giữa các nút mạng
- 25

LFC

TE hoặc bộ
cung cấpdịchvụ