Công nghệ atm giải pháp truyền dẫn của mạng b isdn

Lời nói đầu Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, nhu cầu ngời ngày đòi hỏi cao cho sống Nhu cầu sử dụng công nghệ viễn thông cách có hiệu trở nên thiết Và lĩnh vực đợc coi tảng để đánh giá phát triển cho quốc gia Sự phát triển nghành viễn thông đà chứng minh cho điều Từ ứng dụng thiết thực mà đem lại, đà không ngừng thúc đẩy nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật đem lại nhiều lợi ích Vào năm 80 ta lại chứng kiến lần bùng nổ lĩnh vực điện tử tin học, công nghệ kác đà cho phép chế tạo vi xử lý cao, kích thớc nhỏ, giá phải Chất lợng linh kiện điện tử khác đợc cải thiện rõ rệt Các công nghệ nh cáp quang, VLSI cho pháp truyền xử lý thông tin nhanh chóng Các máy tính cá nhân đà trở nên phổ biến làm cho nhu cầu nhiều loại hình dịch vụ viễn thông khác nh: thoại, số liệu, video, tăng lên mạnh mẽ Tuy nhiên mạng viễn thông không đáp ứng đợc nhu cầu ngày cao ngời sử dụng Xuất phát từ hạn chế mạng viễn thông tại, với nhu cầu ngời sử dụng đà ảnh hởng mạnh mẽ đến phát triển công nghệ viễn thông mà trớc tiên đời mạng tổ hợp dịch vụ số băng hẹp (N-ISDN) Tuy nhiên N-ISDN cha đủ khả đáp ứng dịch vụ Do mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng Broadband ISDN (hay B-ISDN)đà đợc xây dựng Dựa u việt ATM đặc thù mạng viễn thông tại, ITU-T đà chọn giải pháp truyền tải không đồng ATM (Asynchronous Transfer Mode) phơng pháp truyền tải cho mạng BISDN Nhận thức đợc tầm quan trọng hớng phát triển tơng lai mạng nên em muốn tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng hoạt động mạng mà cụ thể giải pháp truyền tải không đồng ATM B-ISDN Em đà chọn đề tài cho Đồ án tốt nghiệp là: Công nghệ ATM giải pháp truyền dẫn mạng B-ISDN Nội dung đồ án gồm chơng: Chơng I: Tổng quan mạng viễn thông Chơng II: Công nghệ ATM Chơng III: Hoạt động ứng dụng ATM mạng B-ISDN Chơng IV: Tổng quan kiến trúc mạng B-ISDN Trong phần Báo cáo thời gian có hạn em nghiên cứu đợc chơng đầu đồ án sơ lợc phần em xin đợc trình bày tiếp đồ án Sau cho phép em đợc bày tỏ lời cảm chân thành tới thầy lê tân phơng đà hớng dẫn em trình thực đồ án Chơng I TổNG QUAN Về MạNG viễn thông 1.1 Đặc điểm mạng viễn thông 1.1.1 Các khái niệm mạng viễn thông 1.1.1.1 Khái niệm mạng viễn thông Mạng viễn thông tập hợp tất thiết bị viễn thông phơng thức dùng để truyền thông tin ngời sử dụng thực dịch vụ tơng ứng Các dịch vụ viễn thông bao gồm dịch vụ truyền tín hiệu thoại, dịch vụ truyến số liệu, truyền hình 1.1.1.2 Thiết bị cấu thành mạng Theo quan điểm phần cứng mạng viễn thông bao gồm thiết bị cấu thành mạng thiết bị đầu cuối, thiết bị chuyển mạch thiết bị truyền dẫn Thiết bị đầu cuối Là thiết bị giao tiếp mạng viễn thông ngời sử dụng Nó có nhiệm vụ chuyển đổi thông tin sang tín hiệu điện ( bên phát) chuyển tín hiệu điện thành thông tin ban đầu ( bên nhận) Đồng thời thực trao đổi tín hiệu điều khiển ngời sử dụng mạng viễn thông Thiết bị chuyển mạch Chức thiết lập đờng truyền dẫn thiết bị đầu cuối cho mạng viễn thông Chuyển mạch đợc phân chuyển mạch nội hạt chuyển mạch chuyển tiếp: _ Chuyển mạch nội hạt chuyển mạch cung cấp trực tiếp tuyến truyền dẫn tới thuê bao _ Chuyển mạch chuyển tiếp chuyển mạch cung cấp truyền tuyến dẫn chuyển mạch nội hạt Thiết bị truyền dẫn Là thiết bị đợc sử dụng để truyền tuyến truyền dẫn mà thiết bị chuyển mạch đà thiết lập Tuỳ theo tính chất truyền dẫn mà có kiểu truyền dẫn thiết bị truyền dẫn tơng ứng Có thể cáp quang, cáp đồng trục, vi ba, vệ tinh 1.1.1.3 Kỹ thuật mạng viễn thông Kỹ thuật mạng viễn thông kỹ thuật cần thiết để kết hợp thiết bị cấu thành mạng thành mạng đồng Kỹ thuật bao gồm: Kỹ thuật cấu hình mạng lới, kỹ thuật đánh số, tính cớc, đồng bộ, báo hiệu, đảm bảo chất lợng ,liên lạc * Kỹ thuật cấu hình mạng lới: để xác định cách tổ chức thiết bị cấu thành mạng Kỹ thuật phải kết hợp gắn với việc quy hoạch vị trí tổng đài, vị trí thuê bao cho đảm bảo hiệu truyền dẫn thông tin, lu lợng, chất lợng công tác quản lý mạng Có nhiều cách tổ chức mạng lới nh mạng hình sao, mạng hình lới * Kỹ thuật đánh số: để xác định cho thuê bao mà số riêng biệt Qua mà số ta nắm bắt đợc cách đầy đủ thông tin thuê bao nh dịch vụ thuê bao kiểu dịch vụ , truyền dẫn , vị trí đâu * Kỹ thuật tính cớc: xác định phơng pháp tính cớc cho thuê bao kiểu dịch vụ viễn thông khác Trên sở khái niệm mạng viễn thông, trải qua giai đoạn phát triển, thấy số đặc điểm bật mạng viễn thông 1.1.2 Các đặc điểm mạng viễn thông Ngày nay, giới tồn nhiều dịch vụ viễn thông, ứng với kiểu thông tin mà ngời sử dụng cần trao đổi lại có loại dịch vụ tơng ứng, ứng với loại dịch vụ lại có loại mạng riêng biệt để phục vụ cho dịch vụ Và kết tồn song song nhiều mạng dịch vụ viễn thông khác nh: Mạng Telex: Dùng để gửi điện dới dạng kí tự đợc mà hoá bit (mà Baudot) Không truyền đợc thông tin thoại, thông tin hình ảnh động tĩnh Tốc độ truyền thấp ( từ 75 đến 300 bit /s) Mạng điện thoại c«ng céng: (POST – Plain Old Telephone Service) Nhãm th«ng tin tiếng nói đợc số hoá chuyển mạch hệ thống chuyển mạch PSTN(Public Switch Telephone Network) tổng đài điện tử số có chứa chơng trình làm việc lập trình sẵn.Tín hiệu truyền dẫn mạng tín hiệu thoại đà đợc số hoá Có thể truyền cáp đồng trục cáp quang Giữa hai thiết bị đầu cuối có kênh đợc thiết lập sẵn trớc có gọi Vì mạng điện thoại đợc gọi mạng chuyển mạch kênh ( Circuit Switching) Mạng truyền số liệu: dùng để trao đổi số liệu thiết bị đầu cuối máy tính Mạng sử dụng phơng pháp chuyển mạch kênh chuyển mạch gói ( Packet-Switching) Nghĩa số liệu trớc truyền dẫn mạng đợc chia thành gói tin Các gói tin đợc truyền qua nút mạng để đến đợc trạm đích thông qua địa gói tin Mạng số liệu phát triển với nhu cầu sử dụng ngày cao Mỗi mạng đợc thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục ®Ých kh¸c NÕu ngêi sư dơng mn sư dơng mét loại hình dịch vụ họ phải đăng kí với nhà cung cấp dịch vụ Nếu muốn sử dụng lúc nhiều loại hình phải trang bị nhiều loại thiết bị đầu cuối, thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn Bên cạnh đó, mạng lại yêu cầu phơng pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dỡng khác Do hệ thống viễn thông có nhiều nhợc điểm: Chỉ truyền đợc dịch vụ độc lập tơng ứng mạng.Thiều mềm dẻo, linh hoạt truyền dẫn, chuyển mạch có kỹ thuật hay công nghệ Kém hiệu việc bảo dỡng, vận hành, chia sẻ tài nguyên cho mạng khác sử dụng Hạn chế phát triển nhiều loại hình dịch vụ Tóm lại, hệ thống viễn thông ngày nhiều nhợc điểm yêu cầu ngời sử dụng ngày cao Điều làm cho hệ thống viễn thông cũ không đáp ứng đợc, cần có mạng thích hợp nhằm đáp ứng nhu cầu ngời sử dụng từ lý đà tạo điều kiện cho việc đời hệ thống viễn thông với nhiều tiện ích hơn, phục vụ đợc nhiều yêu cầu ngời sử dụng nh để tơng xứng với phát triển lớn mạnh ngành khoa học kỹ thuật khác 1.1.3 Sự đời mạng băng rộng B-ISDN 1.1.3.1 Sự đời ISDN (Intergrated Services Digital Network) Vào đầu năm 80, thuật ngữ ISDN bắt đầu đợc nhắc đến nhiều Nó có nghĩa mạng số tích hợp đa dịch vụ Có thể hiểu liên kết dịch vụ viễn thông bình thờng nh thoại, số liệu, truyền hình thông qua phơng tiện truyền dẫn thông tin số nh cáp quang, vi ba vệ tinh ISDN cung cÊp ®êng nèi tÝn hiƯu sè theo kiĨu ®iĨm nối điểm hai thiết bị đầu cuối Nó có khả tải tất kiểu thông tin nh thoại, số liệu, đồ hoạ, văn hình ảnh đờng dẫn số Dựa vào dịch vụ thông tin ISDN, ngời ta đa định nghĩa ISDN sở kỹ thuật chuyển mạch Đó kết hợp chuyển mạch kênh chuyển mạch gói để tạo thành mạng tổng thể đáp ứng hầu hết loại hình dịch vụ ngời sử dụng Ngời ta đa sơ đồ cấu trúc ISDN là: Các tín hiệu OA & M Chuyển mạch kênh Gate - way ISDN Gate - way ISDN User User Chuyển mạch gói Các dịch vụ khác Giao trúc diện ISDN Hình 1.1 Sơ đồ cÊu tỉng qu¸t ISDN CÊu tróc cđa ISDN bao gåm: Các tín hiệu OA&M mạng quản lý mạng ISDN Các phận chuyển mạch kênh để phục vụ cho dịch vụ sử dụng phơng thức chuyển mạch kênh Các phận chuyển mạch gói để phục vụ cho dịch vụ sử dụng phơng thức chuyển mạch gói Các phơng tiện truyền thông khác: Gateway ISDN: cổng ISDN để tăng cờng đăng ký cần truy nhập vào mạng Giao diện ISDN: giao diện ngời dùng mạng Ngời ta phân chia giao diện này làm hai loại: Giao diện BRI ISDN: giao diện tốc độ Tốc độ giao thức 144Kb/s, gồm có hai kênh B kênh D: Kênh B kênh truyền số liệu, hình ảnh, liệu theo phơng thức chuyển mạch kênh chuyển mạch gói với tốc độ 64Kb/s Kênh D kênh truyền tín hiệu báo hiệu tốc độ sở Tốc độ giao diện 1544Kb/s, gồm có 24 kênh 64Kb/s Mỗi kênh hoạt động nh kênh báo hiệu 64Kb/s chuyển mạch gói Với hai giao diện BRI & PRI, ISDN cã thĨ phơc vơ ngêi sư dơng tải phần mền từ Internet xuống, dùng ứng dụng điều khiển từ xa nh: giáo dục mua hàng, , dùng để tổ chức hội nghị qua hình nhng vấn đề đặt tốc ®é trun dÉn Tèc ®é trun dÉn cđa ISDN vÉn hạn chế lĩnh vực nh dịch vụ thời gian thực Chính mà B ISDN đời 1.1.3.2 Sự đời mạng băng thông rộng B ISDN Xuất phát từ hạn chế ISDN mặt tốc độ truyền dẫn, bên cạnh có yêu cần dịch vụ chất lợng dịch vụ luôn thay đổi đòi hỏi ngày cao nên cần có mạng nên cần có mạng viễn thông chủ yếu nguyên nhân sau: Các yêu cầu dịch vụbăng rộng tăng lên Các kỹ thuật xư lý tÝn hiƯu, chun m¹ch, trun dÉn ë tèc độ cao đà trở thành thực từ vài trăm Mb/s đến hàng Gb/s Tiến khả xử lý ảnh số liệu Sự phát triển ứng dụng phần mền lĩnh vợc tin học viễn thông Sự cần thiết phải tổ hợp dịch vụ phụ thuộc lẫn chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói vào mạng băng thông rộng So với mạng khác dịch vụ tổ hợp mạng tổ hợp có nhiều u điểm mặt kinh tế, phát triển, thực hiện, vận hành bảo dỡng Sự cần thiết phải thoả mÃn tính mềm dẻo cho yêu cầu phía ngời sử dụng nh ngời quản lý mạng(về tốc độ đờng truyền, chất lợng dịch vụ, độ tin cậy lĩnh vực trao đổi thông tin ) Cuối năm 1988, khuyễn nghị thức ITU I.21 nh sau Mạng tổ hợp số đa dịch vụ băng rộng B-ISDN (Broodband Integrated Services Digital Net Work) cung cÊp c¸c nối thông qua chuyển mạch, nối cố định (pernament) bán cố định (semipernament), nối từ điểm đến điểm (point to point) từ điểm đến nhiều điểm (point to multipoint) cung cấp dịch vụ theo yêu cầu, dịch vụ dành trớc, dịch vụ cố định Cuộc nối BISDN phục vụ cho chuyển mạch kênh chuyển mạch gói theo kiểu ®¬n ph¬ng tiƯn (Monomedia) hay ®a ph¬ng tiƯn (Multimedia), híng liên kết (Connection-Oriented) không liên kết (Connectionless), theo cấu hình đơn hớng hay đa hớng Bên cạch B ISDN mạng thông minh có khả cung cấp dịch vụ cải tiến, cung cấp công cụ bảo dỡng vận hành (OAM) điều khiển quản lý mạng có hiệu 1.1.4 Lựa chọn phơng thức truyền tải cho mạng B Vì mạng B mạng cung cấp dịch vụ thời gian thực việc lựa chọn phơng thức truyền tải cho mạng B-ISDN phải đảm bảo hai yêu cầu tính suốt mặt nội dung tính st vỊ mỈt thêi gian ViƯc lùa chän sÏ dƠ dàng sau ta xem xét số phơng thức chuyển mạch hành 1.1.4.1 Chuyển mạch kênh Đây phơng pháp đợc sử dụng từ lâu mạng điện thoại PSTN Ngày phơng pháp đợc sử dụng mạng ISDN Nó sử dụng phơng pháp ghép kênh theo thời gian TDM(Time Division Maltiplexing) Trong thông tin kênh đợc truyền theo chu kỳ đặn 125 Us khe thời gian cố định, tập hợp khe thời gian khoảng 125 Us tạo thành khung thời gian Kênh truyền mạng chuyển mạch kênh kênh thực đợc thiết lập trớc có yêu cầu thiết lập gọi mạng Do phơng pháp thiếu tính mềm dẻo thông tin phải truyền theo tần số cố định dẫn tới giới hạn mặt tốc độ không thích hợp cho viềc truyền dịch vụ băng rộng có đặc điểm khác 1.1.4.2 Chuyển mạch kênh đa tốc độ Để khắc phục thiếu mềm dẻo chế độ truyền đơn tốc độ chuyển mạch kênh ngời ta đa hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ MRCS (Maltirate Circuit Switching) Các đờng nối MRCS đợc chia thành n kênh gồm khung thời gian có độ dài khác nhau, liên lạc đợc xây dựng từ n kênh Thông thờng kênh cho nối là: _ Một kênh có tốc độ 1024 Kbit/s _ Tám kênh H1 có tốc độ 2048 Kbit/s _ Một kênh H4 có tốc độ 139.164 Kbit/s MRCS phức tạp kênh sở đờng nối phải giữ đồng với kênh khác để đảm bảo tính suốt mặt thời gian Ngoài việc sử dụng tài nguyên chung MRCS không đạt hiệu quả: Khi kênh H1 bận thiết lập thêm kênh khác H4 rỗi Do cha phải giải pháp cho mạng băng rộng 1.1.4.3 Chuyển mạch kênh tốc độ cao Các tài nguyên hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS (Fast Circuit Switching) đợc cung cấp thông tin đợc gửi Sau gửi xong thông tin tài nguyên đợc giải phóng trở lại Sự cung cấp đợc thiết lập lần gửi nh trờng hợp chuyển mạch gói nhng dới điều khiển tín hiệu báo hiệu liên kết nhanh (fast associated signalling) không nằm chuyển mạch gãi Khi thiÕt lËp cc gäi ngêi sư dơng yªu cầu độ rộng băng số nguyên lần độ rộng băng kênh Hệ thống lúc cha cung cấp tài nguyên mà ghi lại thông tin chuyển mạch, thông tin độ rộng băng theo yêu cầu, thông tin địa đích đợc chọn Khi bên phát bắt đầu gửi thông tin, lúc hệ thống báo hiệu bên phát có thông tin đợc gửi yêu cầu chuyển mạch để phân phối tài nguyên Qua thấy FCS phức tạp không thích hợp cho B-ISDN khả thiết lập, huỷ bỏ nối điều khiển hệ thống phức tạp, không đáp ứng đợc yêu cầu mặt thời gian 1.1.4.4 Chuyển mạch gói Đợc sử dụng mạng máy tính Phơng thức thực truyền liệu dới dạng gói tin qua nút mạng, thông tin đợc chia thành gói có độ dài khác đợc lu đệm (buffer) Khi cần truyền liệu tất gói tin đợc truyền tới nút mạng gần nhất, việc chuyển tiếp gói tin nh nút mạng đảm nhiệm Nó thực nh sau: _ Sử dụng lu đồ liệu Data Gram: nút mạng chọn đờng cho gói tin tới đích mà không cần phải theo thứ tự, gói tin đến trạm đích phải thực xếp lại gói tin theo số _ Sử dụng mạch ảo Virual Circuit: tín hiệu cầu (request) đợc gửi tới nút mạng gần có yêu cầu truyền Nút mạng tìm đờng nút để đến trạm đích, trạm đích chấp nhận liệu gửi tín hiệu trả lời chấp nhận (accept) Lúc hai nút mạng Nguồn Đích tồn đờng ảo để trao đổi liệu với Khi kết thúc giải phóng liên kết hình thành liên kết khác 1.1.4.5 Công nghệ truyền tải STM (Synchrounnous Transfer Mode) Thực việc truyền tải cách phân bố khe thời gian cấu trúc tuần hoàn gọi klhung cho dịch vụ với khoảng thời gian cho mét cuéc nèi CÊu tróc khung thêi gian nh sau: K1 K2 K3 Mét khung STM Kn K1 K2 K3 Kn K1 H×nh 1.2 CÊu tróc khung thêi gian Khi khe thời gian đà đợc gắn cho kênh định khe thời gian dành riêng cho nối đó, đảm bảo cung cấp thông tin cách liên tụcvới tốc độ cố định STM không linh hoạt việc phân bố độ rộng băng thông - điều cần thiết cho phần lớn dịch vụ băng rộng B-ISDN độ rộng băng thông cố định nên hạn chế, không thích hợp với mạng B 1.1.4.6 Công nghệ truyền tải PTM (Packet Transfer Mode) Với công nghệ truyền tải PTM số liệu đợc đóng thành gói lớn gồm nhiều byte, kích thớc gói thay đổi đợc tuỳ theo nhu cầu truyền nhng không đợc vợt giá trị giới hạn (khoảng 4048 byte) Các gói tin đợc gửi tới nút mạng nh chuỗi bit liên tục chiếm toàn băng thông đờng truyền, nút mạng kiểm tra xem đờng truyền rỗi gửi tin theo đờng truyền Trên gói có số hiệu nhận dạng đờng nút mạng nhận biết nút Nguồn Đích gãi, tõ ®ã chun tiÕp gãi tin ®Õn ®Ých ®óng thứ tự Phơng pháp sử dụng băng thông hiệu STM, đờng truyền rỗi đờng khác dùng cho việc truyền tải thông tin Tuy nhiên thời gian trễ lớn không thích hợp với dịch vụ thời gian thực Xuất phát từ hạn chế công nghệ truyền dẫn ITU-T đà nghiên cứu chọn công nghệ ATM giải pháp truyền dẫn cho mạng băng rộng B-ISDN 1.2 kỹ thuật mạng b-isdn 1.2.1 Nền tảng kỹ thuật mạng B-ISDN Do B-ISDN có khả cung cấp dịch vụ có đặc điểm khác nên số công nghệ đợc đòi hỏi để thực hoá Thứ nhất: xử lý tốc độ cao công nghệ môI trờng , truyền dẫn băng rộng công nghệ chuyển mạch băng rộng; chúng đợc yêu cầu tín hiệu dịch vụ băng rộng tốc độ cao đợc sử dụng rộng rÃi Vả lại việc cải thiện công nghệ thiết bị xử lý video cần thiết dịch vụ B-ISDN loại dịch vụ video khác Hơn nữa, công nghệ mạng thông tin vấn đề cần thiết, dịch vụ tốc độ thấp/tốc độ cao đợc cung cấp dịch vụ chế độ gói đồng tồn Những công nghệ đà đợc phát triển đợc nâng cấp liên tục nhằm đáp ứng cách đầy đủ nhu cầu dịch vụ băng rộng ngày tăng