Công nghệ chuyển tải không đồng bộ atm

§å ¸n tèt nghiƯp LỜI NĨI ĐẦU Nhu cầu giao tiếp trao đổi thơng tin lồi người trỏ nên thiếu sống hàng ngày nhu cầu ngày tăng với phát triển cao trí tuệ lồi người Bắt đâu từ máy điện thoại, nhảy vọt lớn thơng tin lồi người, người tiến tới việc truyền liệu chữ, truyền số liệu từ điểm tới điểm khác tiếp việc truyền hình ảnh làm người gắn bó với người ta muốn dùng tất loại thông tin khác tiếng nói, hình ảnh, số liệu lúc( cầu truyền hình) truyền từ điểm đến nhiều điểm từ điểm đến điểm Cứ lần vậy, với tiến thông tin, hệ thống thông tin với cung cấp cho ngày lớn dần lên, đặt thách thức mặt quản lý cho người Mạng dịch vụ tổ hợp số băng hẹp N - ISDN đời vào đầu năm 80 cứu cánh cho phát triển Nó cho phép mạng cung cấp tất dịch vụ có Tuy nhiên, phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng nhanhvà đa dạng hố xã hội địi hỏi phải cấp bách dịch vụ truyền ảnh bao gồm ảnh tĩnh ảnh động chất lượng cao truyền số liệu, truyền file tốc độ siêu cao mà chúng yêu cầu tốc độ bít tới vài trăm Mb/s, chí tới hàng chục Gb/s Nói chung mạng ISDN băng hẹp đáp ứng, thoả mãn yêu cầu bổ xung nêu mạng viễn thông thống đáp ứng tất loại hình dịch vụ viễn thông xử lý tin với tốc độ yêu cầu khác từ vài Kb/s đến hàng chục Gb/s, chí hàng Tb/s gọi mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) có B- ISDN với có khả cung cấp dịch vụ đa phương tiện Ngày số giải pháp kỹ thuật đề xuất nhằm cải thiện độ thực mạng viễn thông tiến tới thực B-ISDN Trong số Công nghệ thông tin khác phải kể đến công nghệ quan trọng phương thức truyền khơng đồng ( Asynchronous transfer Mode - ATM) ATM ứng dụng môi trường khác mạng LAN, mạng WAN, mạng cơng cộng, mạng cáp truyền hình Do ITU-T định kiểu truyền không đồng ATM phương pháp truyền cho mạng B-ISDN tương lai đưa khuyến nghị ATM, đặt sở cho mạng ATM phần lớn tham số Tại Việt Nam với phát triển nhanh chóng ngành Bưu Viễn thơng, cơng nghệ ATM bắt đầu trọng nghiên cứu nhằm đáp ứng nhu cầu ngày tăng xã hội Bản đồ án phần trình nghiên cứu, tìm tịi nhằm tiến tới nhanh chóng áp dụng cơng nghệ mũi nhọn Việt Nam, nội dung chủ yếu : nghiên cứu hệ thống ATM ứng dụng ATM mạng cục (ATM-LAN) Khoa ®iƯn- ®iƯn tử -1 Đồ án tốt nghiệp ỏn gm hai phần : Phần A: Trình bày lý thuyết chung công nghệ truyền tải không đồng ATM đặc điểm chung, dịch vụ, tính tốn để thiết lập tham số ATM, giao thức tiếp giáp khác nhau, chuyển mạch truyền dẫn Phần B: Trình bày ứng dụng công nghệ ATM đặc biệt ứng dụng mạng ATM-LAN Phần cố gắng trình bày phạm vi kiến thức mạng ATM-LAN, ứng dụng quan trọng ATM mô ATM-LAN B-ISDN kỹ thuật mới, ATM- LAN chưa sử dụng rộng rãi số vấn đề cần giải quyết, đồ án khơng tránh khỏi số thiếu sót nhiều vấn đề chưa trình bày giải Vì vật tơi mong góp ý giúp đỡ thầy cỏc bn Khoa điện- điện tử -2 Đồ án tốt nghiƯp MỤC LỤC Lời nói đầu Phần I: Cơ sở lý thuyết chung công nghệ chuyển tải không đồng ATM Chương I : ATM giải pháp cho dịch vụ viễn thông băng rộng 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Các đặc điểm mạng viễn thông ngày 1.1.2 Sự đời hệ thống viễn thông B- ISDN 1.2 Giới thiệu ATM khả ATM 1.2.1 Khái niệm ATM 1.2.2 Các lĩnh vực công nghệ định đời phát triển ATM Chưong II : Xây dựng tham số cho B-ISDN 2.1 Các tham số hệ thống 2.1.1.Tốc độ bit tự nhiên, tốc độ bit trung bình, tốc độ bit cực đại tốc đọ truyền dịch vụ mạng 2.1.2 Các tham số đặc trưng cho chất lượng 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 khơng đồng ATM 2.3 Tính tốn tham số 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 hai giải pháp độ dài cố định hay thayđổi 2.4.2 Lựa chọn kích thước tế bào ATM 2.5 Tóm tắt Chương III : kỹ thuật mạng ATM 3.1 Mở đầu 3.2 Đặc điểm kỹ thuật B-ISDN 3.3 Kỹ thuật liên kết mạng B-ISDN 3.3.1 Mơ hình xếp lớp mạng B- ISDN 3.3.2 Một số khái niệm có liên quan đến kênh ảo đường ảo 3.3.3 Các ứng dụng nối kênh ảo đường ảo 3.4 Cấu trúc tế bào ATM 3.4.1.Số liệu nhận dạng kênh ảo VCD đường ảo VPI 3.4.2 Kiểu tế bào 3.4.3 CLP Khoa điện- điện tử -3 Đồ án tốt nghiệp 3.4.4HEC 3.4.5GFC 3.5 Nguyên lý chuyển mạch báo hiệu ATM 3.5.1 Nguyên lý chuyển mạch 3.5.2 Nguyên lý báo hiệu 3.6 Cấu trúc phân lớp mạng ATM 3.6.1Tổng quan 3.6.2 Các lớp thấp B- ISDN 3.6.3 Các lớp cao B-ISDN 3.7 Mạng người sử dụng vấn đề thông tin liên mạng 3.7.1Đặc điểm giao diện UNI 3.7.2Mơ hình mạng CN 3.8 Tóm tắt Chương IV : hệ thống truyền dẫn 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 4.2.4 Bộ tập trung 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 truyền dẫn băng rộng 4.3.1 Tạo tế bào ATM từ dong thông tin lên tục 4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM 4.3.3 Ghép kênh tập trung dòng thơng tin 4.3.4 Phân luồng trung chuyển dịng tế bào 4.4 Mạng truyền dẫn SONET/SDH 4.5 Cấu trúc truyền dẫn băng rộng 4.5.1 Cấu trúc mạng địa phương 4.5.2 Câu trúc mạng trung kế 4.6 Tóm tắt Phần B : tổng quan mơ hình cấu trúc mạng băng rộng Chương V : tổng quan mơ hình mạng ATM 5.1 Cấu trúc mạng cục Khoa ®iƯn- ®iƯn tư -4 Đồ án tốt nghiệp 5.2 Phng tin truyn 5.3 Quan hệ phương tiện truyền cấu trúc 5.4 Các giao thức điều khiển truy nhập phương 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 ATM - LAN Chương IV : Mô mạng ATM-LAN 6.1 Tổng quan 6.2 Kiến trúc giao thức 6.3 Mô LAN 6.3.1 Giới thiệu 6.3.2 Client Server LAN mô 6.3.3 Tồn cục mơ LAN 6.3.4 Dạng khung LAN mụ phng Khoa điện- điện tử -5 Đồ ¸n tèt nghiÖp CHƯƠNG I : ATM GIẢI PHÁP CHO CÁC DỊCH VỤ VIỄN THÔNG BĂNG RỘNG 1.1Giới thiệu 1.1.1.Các đặc điểm mạng viễn thông ngày Cho đến mạng viễn thông mạng chuyên dụng, ứng với loại dịch vụ thơng tin lại có loại mạng viễn thông để phục vụ dịch vụ Ví dụ ;  mạng telex : dùng để gửi điện dạng ký tự mã bit ( mã Baudot) Tốc độ truyền thấp ( từ 75 đến 300 bit/s )  Mạng điện thoại cơng cộng : cịn gọi mạng POTS ( plain old telephone service ), thơng tin tiếng nói số hố 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 máy tính dựa thủ tục X25 mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh X21  Các tín hiệu truyền hình truyền theo cách : truyền sóng vơ tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV ( community antenna TV) cáp đồng trục qua hệ thống vệ tinh, gọi hệ thống truyền hình trực tiếp DBS ( direct broadcast system )  Trong phạm vi quan việc truyền số liệu máy tính thực mạng cục LAN ( local area network ) mà tiếng mạng Ethernet, token bus token ring Mỗi mạng thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục đích khác Ví dụ : ta khơng thể truyền hệ thống nói qua mạng truyển mạch gói X25 trễ qua mạng lớn Hậu có nhiều loại mạng khác song song tồn Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác Như mạng viễn thơng có nhiều nhược điểm mà quan trọng : - Chỉ truyền dịch vụ độc lập tương ứng với loại mạng - Thiếu mềm dẻo : đời thuật tốn nén tiếng nói, nén ảnh tiến công nghệ VLSI ảnh hưởng mãnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngồi cịn có nhiều dịch vụ truyền thơng tương lai mà chưa dự đoán trước được, loại dịch vụ có tốc độ truyền khác Ta dễ dàng nhận thấy hệ thống khó thích nghi u cầu dịch vụ khác tương lai - Kém hiệu việc bảo dưỡng, vận hành việc sử dụng tài nguyên Vì tài ngun sẵn có mạng khơng thể chia sẻ cho mạng khác sử dụng 1.1.2.Sự đời hệ thống viễn thông B- ISDN Như nêu trên, yêu cầu có mạng viễn thông ngày trở nên thiết, chủ yếu nguyên nhân sau : - Các yêu cầu dịch vụ băng tăng lên - Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyể mạch truyền dẫn tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) trở thành thực Khoa ®iƯn- ®iƯn tử -6 Đồ án tốt nghiệp - Nhng tin b khả xử lý ảnh số liệu - Sự phát triển mạng ứng dụng phền mềm lĩch vực tin học viễn thông - Sự cần thiết phải tổ hợp dịch vụ phụ thuộc lẫn chuyển mạch kênh chuyển mạch gói vào mạng băng rộng So với mạng khác, dịch vụ tổ hợp mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm mặt kinh tế, phát triển, thực vận hành bảo dưỡng - Sự cần thiết phải thoả mãn tính mền dẻo cho yêu cầu phía người sử dụng, người quản trị mạng ( mặt tốc độ truyền, chất lượng dịch vụ ) - Khuyến nghị ITU -T121 đưa tổng quan khả B-ISDN sau : B-ISDN cung cấp nối thông qua chuyển mạch nối cố định ( parmanent ) bán cố định ( Semi – parmanent ), nối từ điểm tới điểm, từ điểm tới nhiều điểm cung cấp dịch vụ theo yêu cầu cố định Cuộc nối B- ISDN phục vụ cho dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện( Multimedia ), đơn phương tiện ( monomedia) theo kiểu hướng liên kết ( connectionless) theo cấu hình đơn hướng đa hướng B- ISDN mạch thơng minh có khả cung cấp dịch vụ cải tiến, cung cấp cung cụ bảo dưỡng vận hành (OAM), điều khiển quản lý mạch hiệu 1.2 Giới thiệu ATM khả ATM 1.2.1 Khái niệm ATM B-ISDN theo ITU-T dựa sở truyền không đồng ATM Như ATM tảng B- ISDN tương lai Hình 1.1 Cấu trúc khung thời gian ATM Kênh Kênh Kênh n Kênh Kênh Kênh n Khe thời gian Kkung thời gian 125 Hình 1.1 : Cấu trúc khung thời gian STM Kênh Kênh Kênh1 Kênh Kênh Kênh không sử dụng Phần tiêu đề tế bo ATM Khoa điện- điện tử -7 Kờnh Đồ ¸n tèt nghiƯp Phần thơng tin người sử dụng Hình 1.2 : cấu trúc luồng thơng tin ATM Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ “ truyền “ bao gồm lĩnh vực truyền dẫn chuyển mạch, “ dạng truyền “ ám chế độ truyền dẫn chuyển mạch thông tin mạng Thuật ngữ “ khơng đồng bộ” giải thích cho kiểu truyền gói nối lặp lại cách bất thường lúc chúng đựoc tạo theo yêu cầu cụ thể mà khơng theo chu kỳ Để minh hoạ, hình 1.1 1.2 biểu diễn khác dạng truyền đồng dạng truyền không đồng Trong dạng truyền đồng STM ( Synchronous transfer mode ), phần tử số liệu tương ứng với kênh cho nhận biết vị trí khung truyền ( Hình ) ATM gói thuộc nối lại tương ứng với kênh ảo cụ thể xuất vị trí ( Hình 2) ATM cịn có hai đặc điểm quan trọng  Thứ : ATM sử dụng gói có kích thước nhỏ cố định gọi tế bào ATM ( ATM cell), tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn cho trễ truyền biến động trễ ( delay jitter) giảm đủ nhỏ dịch vụ thời gian thực, ngồi kích thước nhỏ tạo điều kiện cho việc hợp kênh tốc độ cao dễ dàng  Thứ hai : cịn có đặc điểm quan trọng khả nhóm vài kênh ảo ( Virtual path) 1.2.2.Các lĩnh vực công nghệ định đời phát triển ATM Có hai yếu tố ảnh hưởng tới ATM : - Sự phát triển nhanh chóng cơng nghệ bán dẫn công nghệ quang điện tử - Sự phát triển ý tưởng khái niệm hệ thống 1.2.2.1 Các tiến mặt công nghệ  Công nghệ bán dẫn : Công nghệ CMOS công nghệ có triển vọng độ tích hợp lớn, tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s, độ tiêu tốn lượng thấp  Công nghệ quang : Các đưịng truyền dẫn quang có ưu điểm : độ suy giảm thấp ( dẫn tói khoảng cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thước nhỏ, độ mền dẻo học cao, tránh nhiễu trường điện từ, xác suất truyền lỗi thấp nhiều xuyên âm 1.2.2.2 Các ý tưởng khái niệm hệ thống Các quan điểm vê hệ thống đựoc phát triển mạnh mẽ năm gần đây, hệ thống phải có độ mên dẻo thích hợp, độ rộng băng hệ thống tuỳ thuộc Khoa điện- điện tử -8 Đồ án tốt nghiệp co yuê cầu dịch vụ cụ thể, dịch vụ thời gian thực đựoc truyền theo phương pháp truyền mạng gói Các ý tưởng phải thoả mãn hai chức mạng : - Tính suốt mặt nội dung ( Semantic transparency ) Tính suốt nội dung chức đảm bảo việc truyền từ đàu phát tới đầu thu ( tức xác mặt nội dung ) Đầu cuối Nút chuyển Đầu cuôi Điều khiẻn lỗi đầy đủ mạch Điều khiển lỗi đầy đủ 3 2 2 1 1 Hình 1.3 : Điều khiển lỗi đầy đủ liên kết mạng Chuyển mạch gói Trong mạng chuyển gói đời, chất lượng truyền số liệu cịn thấp, để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được, người ta phải thực chức điều khiển lỗi liên kết ( link by link ) Việc điều khiển lỗi thực thủ tục HDL ( Hight level Data Link control) bao gồm chức : giới hạn khung ( frame delimiting ), đảm bảo truyền bit xác, kiểm tra lỗi ( kiểm tra mã dư vòng CRC - Cyclic Redundancy Check ), sửa lỗi thủ tục truyền lại Hình 1.3 trình bày thủ tục điều khiển lỗi đầy đủ mạng chuyển mạch gói thơng qua mơ hình liên kết hệ thống mở OSI Ta thấy trình điều khiển thực lớp Ơ trình điều khiển lỗi thực liên kết thông qua nút chuyển mạch, nút chuyển mạch phải xử lý nhiều thông tin làm ảnh hưỏng tới độ xử lý độ tin cậy hệ thống Đầu cuối Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối đến đầu cuối) 2b 2a Đầu cuối 2b 2a Điều khiẻn lỗi có giứa hạn Khoa ®iƯn- ®iƯn tư 2a 2a Điều khin li cú gia hn -9 Đồ án tốt nghiƯp Hình 1.4 : Điều khiển lỗi có giới hạn mạng chuyển tiếp khung Đầu cuối Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối đến đầu cuối) Đầu cuối 1b 1b 1b 1b 1a 1a 1a 1a Hình 1.5 : chuyển mạch tế bào mạng ATM với chức tối thiểu Chức 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 thực nút mạng X25 chuyển tiếp khung ATM Đối với B- ISDN ý tưởng mở rộng nữa, chức điều khiển lỗi khơng cịn cung cấp nút chuyển mạch mạng mà trường hợp cần thiết, cung cấp thiết bị đầu cuối Như chức điều khiển mạng giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ ( full error control ) mạng chuyển gói X 25 xuống cịn tối thiểu mạng ATM, nút ATM có độ phức tạp tối thiểu có tốc độ truyền cao, lên tới 600 Mbit/s ( Hình 1.5) Bảng 1.1 trình bày chức thực nút mạng chuyển mạch gói hệ cũ mạng chuyển mạch gói hệ ( phương pháp chuyển tiếp khung) mạng ATM Rõ ràng nút mạng ATM xử lý thông tin điều khiển nút mạng hệ thống chuyển gói hệ cũ phải xử lý nhiều thông tin - Độ suốt mặt thời gian ( time transferency) Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ ngắn truyền từ đầu phát tới đầu thu Có thể phân biệt hai loại trễ : trễ chuyển mạch trễ truyền từ điểm đầu tới điểm cuối Khoa ®iƯn- ®iƯn tư - 10