Điều khiển truy nhập và bộ đệm trong mạng atm (asynchronous transfer mode)

Điều khiển truy nhập đệm mạng ATM (Asynchronous Transfer Mode) Sinh viên thực hiện: Trần Anh Khánh Ngời hớng dẫn: PGS-TS PHAN Hữu Huân Tóm tắt: Vấn đề điều khiển truy nhập đệm mạng ATM yếu tố quan trọng, để đáp ứng chuyển mạch luồng số liệu tốc độ cao có đặc tính biến động mạng truyền thông không đồng ATM (Asynchronous Transfer Mode) Ngoài việc điều khiển truy nhập sử dụng đệm cho phép chuyển mạch ATM đạt đợc chất lợng phục vụ cần thiết, đồng thời giảm đợc tốc độ chuyển mạch 1: Những vấn đề kỹ thuật chuyển mạch ATM (Asynchronous Transfer Mode) Đặc điểm mạng ATM: Trong năm gần đây, phát triển điện tử, tin học, viễn thông đà thúc đẩy trình phát triển kinh tế đòi hỏi ngành kỹ thuật phát triển để đáp ứng nhu cầu, mong đợi ngành có liên quan Để đáp ứng đợc yêu cầu thông tin ngành có liên quan chuyên gia viễn thông đà nghiên cứu cho đời công nghệ truyền tin mạng không đồng ATM (Asynchronous Trarfer Mode) Lý - Mạng ATM đời nhiều lý nhng tập trung vào lý chủ yếu sau: + Do mâu thuẫn nhu cầu thông tin tăng nhng nguồn tài nguyên dùng chung có hạn + Do yêu cầu tạo mạng thống cho dịch vụ thuê bao khác ví dụ: Điện thoại, fax, truyền số liệu, video, + Do yêu cầu sử dụng mềm dẻo, tốc độ cao, chất lọng cao + Thuận tiện cho vận hành, quản lý, bảo dỡng + Yêu cầu sử dụng công nghệ phù hợp với xu thời đại có độ tin cậy cao - ATM (Asynchronous Transfer Mode) thuật ngữ dạng truyền dẫn thông tin mạng không cần đến đồng Các thông tin gọi đợc gói thành gói tin có kích thớc định đầu phát dễ dàng lặp lai đầu thu nh lúc tạo ra, mà không cần phải có thông tin chu kỳ Trật tự thông tin lặp lại dựa vào thông tin gói - Trong hệ thống STM (Synchronous Transfer Mode), phần tử số liệu tơng ứng với kênh đà cho đợc nhận biết theo trật tự khung.Từ ta thấy ATM có hai khả quan trọng + ATM đợc sử dụng gói có kích thớc nhỏ cố định gọi tế bào ATM Tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn làm cho trễ truyền tin biến động trễ giảm đủ nhỏ thoả mÃn yêu cầu dịch vụ cần lµm viƯc trêng thêi gian thùc Ngoµi kÝch thớc gói nhỏ cố định tạo điều kiện cho việc hợp kênh tốc độ cao dễ dàng + ATM có khả nhóm vài kênh ảo thành đờng ảo giúp cho việc định tuyến truyền đợc dễ dàng Cấu trúc tế bào mạng ATM - Đối với mạng ATM, tế bào ATM đợc định nghĩa nh cấu tạo đơn vị thông tin bé mạng Dung lợng tế bào ATM đợc vào hiệu suất băng truyền, dạng trễ tín hiệu qua mạng, tốc độ độ phức tạp nút chuyển mạch Với tế bào lớn truyền số liệu hiệu suất sử dụng tăng giảm đợc phần tiêu đề, nhng truyền thông tin thoại giảm chất lợng ảnh hởng trễ Để dung hoà ngời ta đà xác định đợc dung lợng tế bào với kích thớc không đổi thay đổi vµ ci cïng chän kÝch thíc cđa tÕ bµo ATM 53 byte đợc chia thành hai phần bản: phần tiêu đề gồm byte phần liệu 48 byte - Chóng ta chó ý r»ng, ATM lµ kiểu truyền định tuyến liên kết, nên địa đích, địa nguồn, thứ tự gói không cần có gói tế bào ATM Toàn việc nhận dạng nối ảo cho giao dịch đợc thông suốt đến đích đợc nhận biết nhờ trờng tiêu đề tế bào ATM - Công nghệ ATM đời sau loại công nghệ khác, trình phát triển ATM ứng dụng vào thực tế phải tính đến tơng thích mạng Nói cách khác, chúng có truy nhập lẫn Vì lý nên thực tế phải xây dựng hai chuẩn giao diện UNI NNI (tế bào ATM tai giao diện ngời sử dụng mạng UNI tề bào ATM giao diện nút mạng NNI) 2: Điều khiển truy nhập đệm chun m¹ch m¹ng ATM (Asynchronous Transfer Mode) - Trong chun mạch ATM, để đáp ứng luồng số liệu tốc độ cao có đặc tính biến động lớn, việc điều khiển truy nhập, phải sử dụng đệm cho phép chuyển mạch ATM đạt đợc chất lợng phục vụ giảm đợc tốc độ chuyển mạch Có ba loại đệm đợc dùng mạng ATM đệm đầu vào, đệm đầu đệm bên - Vấn đề mấu chốt đệm chuyển mạch ATM đệm vào, để làm sở cho việc áp dụng đệm chuyển mạch ATM Các phơng pháp ®iỊu khiĨn truy nhËp: - Khi cÇn thiÕt lËp mét nối mạng ATM, mạng phải quản lý hợp đồng lu lợng Các tham số đợc quản lý tham số thống kê lu lợng - Để tránh tắc nghẽn bảo đảm chất lợng dịch vụ, cần phải sử dụng thuật toán điều khiển điểm truy nhập Trong mạng ATM ngêi ta dïng thđ tơc ®iỊu khiĨn tham sè ngêi sư dơng UPC (Usage Parameter Control – ATM forum) để kiểm soát điều kiện đà xác định hợp đồng sử dụng Đối với nút chuyển mạch, việc điều khiển truy nhập đợc phân chia tầng khác Đó điều kiện chấp nhận nối (Connection Admission Control) điều kiện truy nhập đầu cuối (Access Control) - Trên mạng ATM có biện pháp để điều khiển lu lợng dựa tham số nh: + Tốc độ tế bào nhỏ MCR (Maximum Cell Rate) cho phép + Tốc độ tế bào ®Ønh PCR (Peak Cell Rate) lµ sè tÕ bµo lín giây truyền qua kết nối + Độ thay đổi trễ tế bào CDV (Cell Delay Variation) độ sai lệch tính theo giây thời ®iĨm tÕ bµo ®Õn so víi thêi ®iĨm ®Õn lý tëng + KÝch thíc burst lín nhÊt MBS (Maximum Buffer Size) lµ sè tÕ bµo lín nhÊt cã thĨ trun tốc độ PCR (Peak Cell Rate) + Tốc độ tế bào trung bình cho phép SCR (Sustainable Cell Rate) tốc độ trung bình lớn dòng tế bào Điều khiển chấp nhận nối (Admission Control): - Mục tiêu điều khiển chấp nhận nối chÊp nhËn hay tõ chèi cc gäi (chóng ta lu«n nhớ khái niệm gọi không giao tiếp thoại mà bao gồm tất dịch vụ khác B-ISDN) với yêu cầu dịch vụ cụ thể (độ rộng băng, xác suất tế bào, thời gian trễ) để tránh bị tắc nghẽn.) để tránh bị tắc nghẽn - Trong thực tế, việc điều khiển chấp nhận nối phức tạp, tin gửi theo tất đờng ảo VP (Virtual Path) (có khả cung cấp kênh ảo VC (Virtual Chenel) cho dịch vụ đến đợc đích) để đạt đợc chất lợng phục vụ QOS (Quality Of Service) theo yêu cầu mà không ảnh hởng đến nối khác đà hoạt động - Giải pháp đơn giản định độ rộng băng yêu cầu cho VP dùng băng phân chia cho VC dựa lu lợng tải đỉnh PCR (Peak Cell Reta) cần thiết Khi đờng nối đà chọn đệm dùng nút chuyển mạch đảm bảo đ- ợc QOS Điều kiện theo nguyên tắc đơn giản, nhng loại trừ dùng tập trung, điều đồng nghĩa với việc mở rộng băng lớn nhiều lần cần thiết dẫn đến việc giảm hiệu suất khai thác tài nguyên - Trong thực tế, ngời ta sử dụng thuật toán phức tạp kèm theo với tập trung thống kê (Statistical Multiplexing) để tăng hiệu sử dụng tài nguyên hệ thống Đó thuật toán áp dụng với tốc độ B-ISDN bảo đảm QOS cho nối có hiệu toàn mạng Giả sử nguồn lu lợng mô hình ON-OFF đợc ®Ỉc trng b»ng tham sè: Rp - Tèc ®é đỉnh (Peak Rate), (Cell/Sec) 1/ - Độ dài bình quân cđa nhãm (Sec) 1/ - Thêi gian trung b×nh cđa giai đoạn tế bào (Sec) - Nhìn chung, tất nguồn mô tả xích MarKov liên tục hai trạng thái, kể nguồn hỗn hợp hay không đồng Nguyên lý điều khiĨn chÊp nhËn cc nèi t¹i nót chun m¹ch: - Ta giả sử vào lúc tải bùng nổ, tế bào đến liên tục hay theo chu kỳ với tốc độ Rp Có K lu lợng đến, loại có thông số đặc trng riêng đợc tập trung vào đờng truy nhập nút chuyển mạch (Access link) với dung lợng phục vụ CL Cell/Sec - Khởi đầu tất đờng lu lợng truy nhập vào đệm tơng ứng Rõ ràng, thông lợng mạng QOS cho loại phụ thuộc vào đệm kết nối Khi lu lợng tăng hay nhu cầu QOS thay đổi ngời ta áp dụng bảng điều khiển động để đáp ứng tuỳ theo loại lu lợng, yêu cầu QOS mức chiếm dụng đệm Đó nguyên lý việc ®iỊu khiĨn chÊp nhËn cc nèi - B¶ng ®iỊu khiĨn tối u bảng điều khiển đảm bảo đợc số nối nhiều cho loại lu lợng Số nối phụ thuộc vào phơng án điều khiển, dung lợng đờng truy nhập CL, số loại lu lợng vào QOS yêu cầu - Số nối lớn chóp vùng điều khiển kích thớc k biểu diễn vùng điều khiển đợc hệ thống Phơng án điều khiển tối u phơng án mang lại vung điều khiển lớn Ví dụ sử dụng đệm FIFO đem lại vùng điều khiển nhỏ - Với vùng điều khiển cho trớc gọi bị khoá việc chấp nhận nã sÏ ®a hƯ thèng khái vïng ®iỊu khiĨn Các phơng pháp điều khiển truy nhập: - Phơng pháp ®iỊu khiĨn tèc ®é trung b×nh SCR (Subtainable Cell Rate) - Phơng pháp điều khiển dựa hiệu suất sử dụng băng - Phơng pháp điều khiển dựa tốc ®é ®Ønh PCR TÝnh to¸n víi ngn thay ®ỉi: - Khi nguồn thay đổi (fluid-flow) yêu cầu dung lợng phơc vơ cÇn thiÕt theo thêi gian (vÝ dơ nh truyền ảnh ) để tránh bị tắc nghẽn ) giả định nguồn biến động vào đồng - Đối với nguồn vào không đồng nguồn có tốc độ đỉnh R p khác khoảng thời gian trạng thái ON-OFF khác - Việc điều khiển truy nhập thực chất giám sát lu lợng nối, khách hàng vi phạm hợp đồng đà thoả thuận tế bào đợc loại bỏ để tránh tắc nghẽn mạch đảm bảo yêu cầu QOS Việc loại bỏ thực bằn cách tế bào đợc gán nhÃn (Fag) đợc loại bỏ sau truy nhập vào mạng chuyển mạch đợc tính vào tham số tắc nghẽn mạng - Trên thực tế, có phơng pháp điều khiển để biến đổi lu lợng không ảnh hởng đến mạng - Các phơng pháp đa tất lu lợng vào đệm lò xo (Elastic) đọc đặn dùng biện pháp điều khiển từ nguồn vào + Phơng pháp thứ (đa tất lu lợng vào đệm lò xo) Việc nạp vào đọc đệm đợc thực theo thuật toán khác ATM Forrum đà đa thuật toán điều khiển tốc độ tế bào (Generic Cell Rate Algorithm) có thuật toán gáo rò + Phơng pháp thứ hai đà đợc nghiên cứu cho thấy với dịch vụ B-ISDN với tốc độ cao Việc điều khiển nguồn lu lợng không hiệu đáp ứng điều khiển từ nguồn (khách hàng) không đủ nhanh để tránh ảnh hởng tới mạng Các ứng dụng theo hớng đợc sử dụng mạng ATM tổng đài tầng mạng (Feedback Control) để điều khiển tốc độ truyền từ tổng đài nội hạt Đặc điểm đệm: - Có ba loại đệm đợc sử dụng mạng ATM (vào, ra, bên trong) - Tại đệm vào, tế bào đợc xếp hàng Khi hàng đợi rỗng tế bào đợc chuyển mạch vào mạng, ngợc lại phải xếp hàng Khi sử dụng đệm đầu vào, khe thời gian nhiều cổng vào đợc phép phát tế bào đến cổng Nh vậy, cổng vào truyền tế bào đến cổng khe thời gian - Bộ đệm lầ đệm cho phép tế bào tới cổng với nhịp đồng hồ khe thời gian, đợc mạng chuyển mạch đệm rỗng, không tế bào phải lại đầu đệm Tại thời điểm khe thời gian, đầu yêu cầu nhiều tế bào tế bào đầu hàng đợi đợc trớc tế bào bị khoá Khi đầu yêu cầu bị khoá tế bào đầu hàng bị khoá đọc đợc - Bộ đệm bên đóng vai trò nh phòng đợi dịch vụ cổng đệm Demux - Tuỳ theo yêu cầu mạng chuyển mạch mà sử dụng loại đệm Ví dụ mạng BUS chung (Share Medium ) sử dụng đệm đầu để tăng tính linh hoạt, cho phép N đầu vào chuyển tế bào chờ đến đầu theo yêu cầu - Trong mạng ATM, sử dụng đệm đầu đợc tính toán sở biến ngẫu nhiên, mô tả số tế bào nằm đệm cổng chuyển mạch ATM có tốc độ với cổng vào Kết luận Nhìn chung nay, mạng viễn thông phát triển không đồng đều, làm việc đồng Điều tất yếu phải có nhiều mạng với dịch vụ khác song song tồn tại, mạng có tính độc lập dịch vụ nên không mềm dẻo, khó quản lý vận hành bảo dỡng khai thác nguồn tài nguyên mạng không hiệu Trớc khó khăn trên, chuyên gia viễn thông đà đa ý tởng xây dựng mạng cho dịch vụ viễn thông, Đó lý cho đời mạng tổ hợp dịch vụ chuyển mạch ATM Trong chuyển mạch ATM, để đáp ứng chuyển mạch luồng số liệu cao có đặc tính biến động lớn, việc điều khiển truy nhập phải sử dụng đệm cho phép chuyển mạch ATM đạt đợc chất lợng phục vụ cần thiết, đồng thời giảm đợc tốc độ chuyển mạch nớc ta dịch vụ mạng đà bắt đầu triển khai ngân hàng để bảo đảm nhu cầu lớn thông tin khách hàng Hiện cha nhiều nhng tơng lai chắn phát triển mạnh Tài liệu tham khảo Tài liệu hớng dẫn PSG-TS Phan Hữu Huân Hệ thống chuyển mạch ATM (Asynchronous Transfer Mode) Các tạp chí Bu Viễn thông Trờng đại học dân lập phơng đông Khoa công nghệ thông tin Báo cáo Nghiên cứu khoa học Đề tài Điều khiển truy nhập ®Ưm m¹ng ATM (Asynchronous Transfer Mode) Ngêi híng dÉn: PGS-TS Phan hữu Huân Sinh viên thực hiện: Trần Anh Khánh Mà số: 611241 Trờng đại học dân lập phơng đông hànội_2002 Khoa công nghệ thông tin Báo cáo nghiên cứu khoa học Đề tài Điều khiển truy nhập đệm mạng ATM (Asynchronous Transfer Mode) Hà nôi_2002