Tài liệu Công nghệ chuyển mạch số ppt

Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV
công nghệ chuyển mạch số

Mở đầu
Từ những năm 60 trở lại đây, mạng viễn thông có những bớc nhảy vọt đáng kể về mặt công
nghệ đặc biệt là trong môi trờng số. Cùng với những thay đổi căn bản của mạng viễn thông, mạng
điện thoại công cộng, mạng truyền số liệu ngày càng đợc hoàn thiện và khả năng phục vụ với tốc
độ cao, chất lợng dịch vụ hoàn hảo. Nội dung nghiên cứu của đề tài xoay quanh hai vấn đề mang
tính nền tảng của mạng đó là công nghệ chuyển mạch kênh và công nghệ chuyển mạch gói. Do
hạn chế về thời gian, trình độ cũng nh giới hạn của đề tài, cho nên phần công nghệ chuyển mạch
số không thể bao quát hết cả Frame Relay cũng nh chuyển mạch ATM.
1. Công nghệ chuyển mạch kênh
Cho đến nay có nhiều kỹ thuật chuyển mạch đợc áp dụng trong thực tế tuỳ thuộc vào loại
hình dịch vụ theo yêu cầu. Chuyển mạch kênh đợc định nghĩa là kỹ thuật chuyển mạch đảm bảo
việc thiết lập các đuờng truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin giữa hai hay nhiều thuê bao khác
nhau. Chuyển mạch kênh đợc ứng dụng cho việc liên lạc một cách tức thời mà ở đó quá trình
chuyển mạch đợc đa ra một cách không có cảm giác về sự chậm trễ (tính thời gian thực) và độ trễ
biến thiên giữa nơi thu và nơi phân phối tin hay ở bất kỳ phần nào của hệ thống truyền tin. Mạng
điện thoại công cộng là một ứng dụng của chuyển mạch kênh trên thực tế.
Chuyển mạch kênh tín hiệu hiệu số là quá trình kết nối, trao đổi các khe thời gian giữa một
số đoạn của tuyến truyền dẫn TDM số.
1.1 Cơ chế chuyển mạch thời gian (T).
1.2 Cơ chế chuyển mạch không gian (S).
Đề tài còn đề cập đến một topo mạng chuyển mạch ghép giữa T và S có tính u việt hơn
hẳn là topo T-S-T song hớng đối pha. Mạng T-S-T song hớng đối pha có u điểm là tốc độ truy nhập
cao, tiết kiệm đợc số lợng các bộ nhớ điều khiển do cách phân vùng nhớ đối pha.
Một yêu cầu thực tế đặt ra của mạng chuyển mạch kênh là phải đảm bảo phục vụ đấu nối
các cuộc gọi và đảm bảo duy trì ổn định trong thời gian đàm thoại. Để đảm bảo yêu cầu này một
yếu tố quan trọng là cần nắm đợc các thời điểm nào số cuộc gọi xuất hiện nhiều nhất - lý thuyết lu l-
ợng nhằm giải quyết sơ bộ vấn đề này. Từ các công thức tính toán dơn vị lu lợng Erlang-Số các
cuộc gọi xảy ra đồng thời trong một đơn vị thời gian-và mẫu lu lợng quan trắc của cùng một vùng

địa lý cho thấy quy luật thay đổi lu lợng trong các phạm vi xét cụ thể. Từ đó đa ra các kết luận để có
thể khắc phục hạn chế các trờng hợp tắc nghẽn trong các giờ cao điểm.
Học viện công nghệ BCVT
161
Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV
2. Công nghệ chuyển mạch gói.
Công nghệ chuyển mạch gói ra đời từ thập kỉ 60 đ khẳng định vị trí quan trọng của nó trongã
x hội hiện đại.Trên nền tảng công nghệ chuyển mạch gói, các công nghệ chuyển mạch tiên tiếnã
khác nh Frame Relay(thực chất là chuyển mạch gói nhanh), chuyển mạch ATM ngày càng hoàn
thiện.


Trong phần II của đề tài công nghệ chuyển mạch số, nhóm sinh viên chúng em đề cập đến
phơng thức chuyển mạch gói, mạng chuyển mạch gói cũng nh những tham số để đánh giá mạng.
Mạng chuyển mạch gói, nói một cách tổng quát, bao gồm các đờng truyền dẫn và các node mạng.
Tuy nhiên nói một cách đơn giản nh thế nhng những gì thực sự xảy ra tại node mạng hay trên đờng
truyền lại là vấn đề rất khó khăn và phức tạp. Xử lý đờng truyền sẽ thuộc lĩnh vực khác. Vấn đề
quan tâm của chúng em trong phần này sẽ là công việc xử lý tại mỗi node chuyển mạch. Do đó đề
tài sẽ đề cập đến các vấn đề hình thành nên các gói chuẩn để chuyển vào mạng, các phơng thức
định tuyến tại từng node mạng cũng nh vấn đề xác định các tham số chuẩn để đánh giá độ tin cậy
của mạng. Xuất phát từ bản chất của chuyển mạch gói là xử lý đệm trong hàng đợi ( hình vẽ), sau
đó tìm đờng truyền dẫn để định tuyến các gói qua mạng, chúng em đa vào phần ứng dụng lý thuyết
hàng đợi khi nghiên cứu mạng chuyển mạch gói.
Nh vậy nội dung của phần II sẽ bao gồm:
Học viện công nghệ BCVT
162
User
11
1
User

2

.

.

.
.
User
N





Bộ
xử
lí


Hàng đợi
đầu vào

Hàngđợi
đầu ra


Bộ
xử
lí

Hàng đợi
đầu vào


Hàng đợi
đầu ra




Node chuyển mạch

Node chuyển mạch

User
a
User
b

.

.

.

.
User
k

Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV
2.1 Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói
2.2 Định tuyến trong mạng chuyển mạch gói
2.3 ứng dụng lý thuyết hàng đợi vào mạng chuyển mạch gói
Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói
Các ph ơng thức định tuyến
Định tuyến tràn lụt gói
Định tuyến ngẫu nhiên
Định tuyến theo danh bạ
Định tuyến theo danh bạ thích ứng
Trong phần này chúng em đề cập rất chi tiết và đa ra những u điểm cũng nh nhợc điểm của
từng phơng thức định tuyến. Từ dó có thể so sánh để quyết định sử dụng phong thức nào hiệu quả
nhất và phù hợp nhất.
ứ ng dụng lý thuyết hàng đợi vào mạng chuyển mạch gói
ở phần này sử dụng lý thuyết xác suất cho các gói đến phân bố ngẫu nhiên theo quá trình
Poisson để từ đó xác định các tham số đánh giá mạng :
Xác suất tắc nghẽn trên đờng truyền nối tới node mạng đang xét
Độ lu thoát của hàng đợi
Độ dài hàng đợi cho phép (để không xảy ra tắc nghẽn trong hàng đợi )
Trễ
Trễ là tham số cơ bản nhất xác định nên tính chất và độ tin cậy của mạng. Để xác định đợc
tất cả các tham số trên, bắt nguồn từ các gói đến tại hàng đợi phân bố ngẫu nhiên theo quá trình
đến Poisson.

Học viện công nghệ BCVT
163


Chiều dài gói L(bits)

Leader Thông tin M (bits) Điều khiển lỗi


Header Thông tin N (bits ) CRC

Start

framing

End

framing

Segment

Packet


Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV
Xét mô hình hàng đợi đơn giản nhất M/M/1
M/M/1:
M: Phân bố sự kiện đến theo quá trình Poisson
M:Phân bố phục vụ theo luật luỹ thừa
1: hàng đợi có 1 server để xử lý với nguyên lý phục vụ FIFO


Hàng đợi M/M/1
Các gói đến tại thời điểm ngẫu nhiên với tốc độ và tốc độ xử lý của server à
Ta tính toán đợc xác suất trạng thái của hàng đợi (trạng thái ở đợc hiểu là số gói trong hàng đợi, kể
cả một gói trong server đang xử lý ).

Xác suất trạng thái đối với hàng đợi không xác định

P
n
=
n
(1- ) = /à < 1
Xác suất trạng thái của hàng đợi xác định với chiều dài N :
P
n
=
( )
1
1
1
+


N
n


bất kì
Độ lu thoát :
= (1 - P
B
) = à (1 - P
o
)

Trong đó : P
o
=
1
1
1
+


N


Và P
B
= P
N
=
1
1
)1(
+


N
n


. là
xác suất tắc nghẽn
Độ dài hàng đợi (số đơn vị yêu cầu trung bình trong hệ thống)

E(n) =
à




=
1
Thời gian đợi trung bình ở hàng chờ :
E(w) = E(n) +
à
1
Thời gian đợi trung bình ở hệ thống (trễ của hệ thống)
Học viện công nghệ BCVT
164
à
server

Sự kiện đến Poison
Bộ đệm
(hàng đợi)
Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV
E(T) = E(w)+1/à = 1/à-
Các model hàng đợi khác:
Mở rộng hệ thống hàng đợi M/M/1 ta có các loại hàng đợi
- M/M/2 :

Hàng đợi M/M/2
- M/M/:
- Là loại hàng đợi lúc nào cũng có sẵn server phục vụ

- các gói không phải chờ phục vụ : số lợng server bằng số lợng gói
P(n)=à
n
=nà
- Hàng đợi M/D/1:
Là hàng đợi với thời gian phục vụ không đổi
- Hàng đợi u tiên
Có hai loại hàng đợi u tiên:
- Nonpreemptive: Customer có u tiên trên cao hơn sẽ chuyển lên trớc customer có mức u tiên
thấp và không ngắt hoạt động của customer mức thấp đang phục vụ .
- Preemptive: Hoạt động của Customer mức thấp sẽ bị ngắt và chỉ đợc phục vụ lại sau khi tất
cả các customer u tiên mức cao đ đã ợc phục vụ.
Ví dụ: Trờng hợp các gói điều khiển ngắn và các gói số liệu dài.
Kết luận
Hiện nay, mạng điện thoại công cộng sử dụng rất hữu ích dựa trên phơng thức chuyển
mạch kênh cũng nh truyền số liệu của mạng chuyển mạch gói đang hoạt động rất hiệu quả. Báo
cáo này sẽ là tài liệu tham khảo thêm cho các sinh viên quan tâm đến các phơng thức và mạng
chuyển mạch. Để hiểu sâu xa về chuyển mạch ATM - công nghệ chuyển mạch tiên tiến hiện nay,
thì báo cáo này cũng đóng góp một phần khi đa ra bản chất của chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói - nền tảng của chuyển mạch ATM.
Tài liệu tham khảo
1. SPC Digital Telephone Exchange(F.J Redmill & A.R Valdar)
2. Brief Description of Switching &Transmission System(ITU)
Học viện công nghệ BCVT
165
à
à
à
1
= 2 à

Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV
3. Basic Concepts of Teletraffic Theory (Mr H.Leijon. ITU)
4. 1999, Luiz A. Dasilra
5. Fundamental Concepts (from TETRAPRO, edited by MR. H. Leijon. ITU)
6. Packet Switching (Roy D. Rosner)
7. Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch (Dong Văn Thành)
8. Kỹ thuật vi xử lý (Văn Thế Vinh)
9. Kỹ thuật và mạng chuyển mạch gói (Trần Thị Hảo TTĐTBCVTI 1996)
Học viện công nghệ BCVT
166