Trinh bay cac ung dung cua cong nghe atm va dac 185943

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Nhu cầu giao tiếp trao đổi thông tin loài ngời trỏ nên thiếu sống hàng ngày nhu cầu ngày tăng với phát triển cao trí tuệ loài ngời Bắt đâu từ máy điện thoại, nhảy vọt lớn thông tin loài ngời, ngời tiến tới việc truyền liệu chữ, truyền số liệu từ điểm tới điểm khác tiếp việc truyền hình ảnh làm ngời gắn bó với ngời ta muốn dùng tất loại thông tin khác nh tiếng nói, hình ảnh, số liệu lúc( nh cầu truyền hình) truyền từ điểm đến nhiều điểm từ điểm đến điểm Cứ lần nh vậy, với tiến thông tin, hệ thống thông tin với cung cấp cho ngày lớn dần lên, đà đặt thách thức mặt quản lý cho ngời Mạng dịch vụ tổ hợp số băng hẹp N - ISDN đời vào đầu năm 80 nh 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 hoá xà hội đòi hỏi phải cấp bách dịch vụ truyền ảnh bao gồm ảnh tĩnh ảnh động chất lợng 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 đợc 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 phơng tiện Ngày số giải pháp kỹ thuật đà đợc 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 phơng thức truyền không đồng ( Asynchronous transfer Mode - ATM) ATM cã thĨ øng dơng môi trờng khác nh mạng LAN, mạng WAN, mạng công cộng, mạng cáp truyền hình Do ITU-T đà định kiểu truyền không đồng ATM phơng pháp truyền cho mạng B-ISDN tơng lai đà đa khuyến nghị ATM, đặt sở cho mạng ATM nh phần lớn tham số Tại Việt Nam với phát triển nhanh chóng ngành Bu Viễn thông, công nghệ ATM đà bắt đầu đợc trọng nghiên cứu nhằm đáp ứng đợc nhu cầu ngày tăng xà hội Bản đồ án phần trình nghiên cứu, tìm tòi nhằm tiến tới nhanh chóng áp dụng công nghệ mũi nhọn Việt Nam, nội dung chủ yếu : nghiên cứu hệ thống ATM ứng dụng ATM mạng cục (ATM-LAN) Đề án gồm hai phần : Phần A: Trình bày lý thuyết chung công nghệ truyền tải không đồng ATM nh đặc điểm chung, dịch vụ, tính toán để thiÕt lËp tham sè ATM, c¸c giao thøc ë c¸c 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 vỊ kiÕn thøc m¹ng ATM-LAN, øng dơng quan träng cđa ATM mô ATM-LAN B-ISDN kỹ thuật mới, ATM- LAN cha đợc sử dụng rộng rÃi số vấn đề cần giải quyết, đồ án không tránh khỏi số thiếu sót nhiều vấn đề cha đợc trình bày giải Vì vật mong đợc góp ý giúp đỡ thầy cô bạn Khoa điện- điện tử -1 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện- điện tử -2 Đồ án tốt nghiệp Mục lục Lời nói đầu Phần I: Cơ sở lý thuyết chung công nghệ chuyển tải không đồng ATM Chơng 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 Chong 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 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 ATM 2.3 Tính toán 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 thớc tế bào ATM 2.5 Tóm tắt Chơng 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 Mô hình xếp lớp mạng B- ISDN 3.3.2 Một số khái niệm có liên quan đến kênh ảo đờng ảo 3.3.3 Các ứng dụng nối kênh ảo đờng ảo 3.4 Cấu trúc tế bào ATM 3.4.1.Số liệu nhận dạng kênh ảo VCD đờng ảo VPI 3.4.2 Kiểu tế bào 3.4.3 CLP 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 C¸c líp thÊp B- ISDN 3.6.3 C¸c líp cao B-ISDN 3.7 M¹ng cđa ngêi sư dơng vấn đề thông tin liên mạng Khoa điện- điện tử -3 Đồ án tốt nghiệp 3.7.1Đặc điểm giao diện UNI 3.7.2Mô hình mạng CN 3.8 Tóm tắt Chơng IV : hƯ thèng trun dÉn ATM 4.1 Tỉng 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 thông tin 4.3.4 Phân luồng 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 mô hình mạng ATM 5.1 Cấu trúc mạng cục 5.2 Phơng tiện truyền 5.3 Quan hệ phơng tiện truyền cấu trúc 5.4 Các giao thức điều khiển truy nhập phơng tiện trun 5.4.1Truy nhËp ngÉu nhiªn CSMA/CD 5.4.2Token BUS 5.4.3Token Ring 5.5 KiÕn tróc ATM - LAN 5.6 M« pháng ATM - LAN Chơng IV : Mô mạng ATM-LAN 6.1 Tỉng quan 6.2 KiÕn tróc giao thøc 6.3 M« pháng LAN 6.3.1 Giới thiệu 6.3.2 Client Server LAN mô 6.3.3 Toàn cục mô LAN 6.3.4 Dạng khung LAN mô Khoa điện- điện tử -4 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện- điện tử -5 Đồ án tốt nghiệp Chơng I : ATM giải pháp cho 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 thông tin lại có loại mạng viễn thông để phục vụ dịch vụ Ví dụ ; mạng telex : dùng để gửi điện dới dạng ký tự ®· ®ỵc m· bit ( m· Baudot) Tèc ®é trun rÊt thÊp ( tõ 75 ®Õn 300 bit/s ) Mạng điện thoại công cộng : gọi mạng POTS ( plain old telephone service ), thông tin tiếng nói đợc số hoá chuyển mạch qua hệ thống mạch điện thoại công cộng PSTN ( Public switched telephone network )  M¹ng trun sè liƯu 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 : trun b»ng sãng v« tun, trun qua hƯ thèng mạng truyền hình CATV ( community antenna TV) cáp đồng trục qua hệ thống vệ tinh, gọi hƯ thèng trun h×nh trùc tiÕp DBS ( direct broadcast system ) Trong phạm vi quan việc truyền số liệu máy tính đợc thực mạng cục LAN ( local area network ) mà tiếng mạng Ethernet, token bus token ring Mỗi mạng đợc thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục đích khác Ví dụ : ta 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 phơng pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dỡng khác Nh mạng viễn thông có nhiều nhợc điểm mà quan trọng : - Chỉ truyền đợc dịch vụ độc lập tơng ứng với loại mạng - Thiếu mềm dẻo : đời thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh tiến công nghệ VLSI ảnh hởng mÃnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngoài có nhiều dịch vụ truyền thông tơng lai mà cha dự đoán trớc đợc, loại dịch vụ có tốc độ truyền khác Ta dƠ dµng nhËn thÊy r»ng hƯ thèng hiƯn rÊt khó thích nghi yêu cầu dịch vụ khác tơng lai - Kém hiệu việc bảo dỡng, vận hành nh việc sử dụng tài nguyên Vì tài nguyên sẵn có mạng chia sẻ cho mạng khác sử dụng 1.1.2.Sự đời hệ thống viễn thông B- ISDN Nh đà 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 kü tht xư lý tÝn hiƯu, chu m¹ch trun dÉn tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đà trở thành thực - Những tiến 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 u điểm mặt kinh tế, phát triển, thực vận hành bảo dỡng - Sự cần thiết phải thoả mÃn tính mền dẻo cho yêu cầu phía ngời sử dụng, nh ngời quản trị mạng ( mặt tốc độ truyền, chất lợng dịch vụ ) - Khuyến nghị ITU -T121 đa tổng quan khả B-ISDN nh sau : Khoa điện- điện tử -6 Đồ án tốt nghiệp 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 phơng tiện( Multimedia ), đơn phơng tiện ( monomedia) theo kiểu hớng liên kết ( connectionless) theo cấu hình đơn hớng đa hớng B- ISDN mạch thông minh có khả cung cấp dịch vụ cải tiến, cung cấp cung cụ bảo dỡng 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 Nh ATM tảng B- ISDN tơng lai Hình 1.1 Cấu trúc khung thời gian ATM Kª Kª nh1 nh2 Kª nh n Kª Kª nh1 nh2 Kª nhn Khe thêi gian Kkung thêi gian 125 H×nh 1.1 : CÊu tróc khung thêi gian STM Kª Kª nh1 nh5 Kª nh1 Kª Kê nh1 nh5 Kê nh1 Kênh không sử dụng Phần tiêu đề tế bào ATM Phần thông tin ngời sử dụng Hình 1.2 : cấu trúc luồng thông 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 không đồng giải thích cho kiểu truyền gói nối lặp lại cách bất thờng nh lúc chúng đựoc tạo theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ Để minh hoạ, hình 1.1 1.2 biểu diễn khác dạng truyền đồng dạng truyền không ®ång bé Trong d¹ng trun ®ång bé STM ( Synchronous transfer mode ), phần tử số liệu tơng ứng với kênh đà cho đợc nhận biết vị trí cđa nã khung trun ( H×nh ) ë ATM c¸c gãi thc vỊ mét cc nèi lại tơng ứng với kênh ảo cụ thể xuất vị trí ( Hình 2) ATM có hai đặc điểm quan träng  Thø nhÊt : ATM sư dơng c¸c gãi có kích thớc 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, kích thớc nhỏ tạo điều kiện cho việc hợp kênh tốc độ cao đợc dễ dàng Khoa điện- điện tử -7 Đồ án tốt nghiệp Thứ hai : 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 hởng tới ATM : - Sự phát triển nhanh chóng công nghệ bán dẫn nh công nghệ quang điện tử - Sự phát triển ý tởng 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 lợng thấp Công nghệ quang : Các đòng truyền dẫn quang có u ®iĨm nh : ®é suy gi¶m thÊp ( dÉn tãi khoảng cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thớc nhỏ, độ mền dẻo học cao, tránh đợc nhiễu trờng điện từ, xác suất truyền lỗi thấp nhiều xuyên âm 1.2.2.2 Các ý tởng 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 cào yuê cầu dịch vụ cụ thể, dịch vụ thời gian thực đựoc truyền theo phơng pháp truyền mạng gói Các ý tởng phải thoả mÃn hai chức mạng : - TÝnh st vỊ mỈt néi dung ( Semantic transparency ) TÝnh st vỊ néi dung lµ chức đảm bảo việc truyền từ đàu phát tới đầu thu ( tức xác mặt nội dung ) Nút chuyển mạch Đầu cuôi Đầu cuối Điều khiẻn lỗi đầy đủ 3 Điều khiển lỗi đầy đủ 1 1 Hình 1.3 : Điều khiển lỗi đầy đủ liên kết mạng Chuyển mạch gói Trong mạng chuyển gói đời, chất lợng truyền số liệu thấp, để đảm bảo chất lợng truyền chấp nhận đợc, ngời ta phải thực chức điều khiển lỗi liên kết ( link by link ) Việc điều khiển lỗi đợc 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 m· d vßng CRC - Cyclic Redundancy Check ), sưa lỗi thủ tục truyền lại Hình 1.3 trình bày thủ tục điều khiển lỗi đầy đủ mạng chuyển mạch gói thông qua mô hình liên kết hệ thống mở OSI Ta thấy trình điều khiển đợc thực lớp Ơ trình điều khiển lỗi đợc thực liên kết thông qua nút chuyển mạch, nút chuyển mạch phải xử lý nhiều thông tin làm ảnh hỏng tới độ xử lý độ tin cậy hệ thống Khoa điện- điện tử -8 Đồ án tốt nghiệp Đầu cuối Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi ®Çy ®đ ( tõ ®Çu ci ®Õn ®Çu ci) 2b Đầu cuối 2b 2a 2a Điều khiẻn lỗi có giứa hạn 2a 2a Điều khiẻn lỗi có giứa hạn 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) 1b Đầu cuối 1b 1b 1b 1a 1a 1a 1a H×nh 1.5 : chuyển mạch tế bào mạng ATM với chức tối thiểu Chức Chuyển Chuyển tiếp ATM m¹ch gãi khung Trun l¹i X gãi Giíi h¹n X X khung Kiểm tra lỗi X X Bảng 1.1 : Các chức thực nút mạng X25 chun tiÕp khung ATM §èi víi b- isdn ý tởng đợc mở rộng nữa, chức điều khiển lỗi không đợc cung cấp nút chuyển mạch mạng mà trờng hợp cần thiết, đợc cung cấp thiết bị đầu cuối Nh chức điều khiển mạng đợc giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ ( full error control ) ë m¹ng chun gãi X 25 xuống 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 đợc thực ë t¹i nót m¹ng chun m¹ch gãi thÕ hƯ cị mạng chuyển mạch gói hệ ( phơng pháp chuyển tiếp khung) mạng ATM Rõ ràng nút mạng ATM hầu nh xử lý thông tin điều khiển Khoa điện- điện tử -9 Đồ án tốt nghiệp nút mạng hệ thống chun gãi thÕ hƯ cị ph¶i xư lý rÊt nhiỊu thông tin - Độ suốt mặt thời gian ( time transferency) Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ ngắn đợc 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 Hệ thống chuyển mạch gói chuyển tiếp khung khó khăn thực dịch vụ thời gian thực ®é trƠ cao Do ®é phøc t¹p cđa nót chun mạch, chúng hoạt động tốc độ vừa thấp Mạng ATM cần chức tối thiểu nút chuyển mạch , cho phÐp trun sè liƯu víi tèc ®é rÊt cao, trễ mạng biến động giảm xuống vài trăm s , quan hệ thời gian đợc đảm bảo nh trờng hợp chuyển mạch kênh 1.3.Tóm tắt Chơng đà trình bày đặc điểm mạng viễn thông hữu nh hạn chế chúng nhu cầu dịch vụ băng rộngđang tăng lên Từ vấn đề đặt phải có mạng tổ hợp băng rộng ( B-ISDN) thay tất mạng viễn thông nói Chính sở mà ATM hình thành phát triển Sự phát triển kỹ thuật ATM kết trực tiếp ý tởng khái niệm hệ thống đợc hỗ trợ thành tựu to lớn công nghệ bán dẫn công nghệ quang điện tử ATM có khả đáp ứng đợc loạt dịch vụ băng rộng khác nhau, kể lĩnh vực gia đình nh thơng mại Khoa điện- điện tử - 10