Cuộc nối trong B-ISDN phục vụ cho cả các dịchvụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phơng tiện Multimedia, đơnphơng tiện Monomedia, theo kiểu hớng liên kết Connection-Oriented
Đồ án tốt nghiệp Chơng I Mạng số băng rộng B - ISDN kỹ thuật ATM 1.1- Sự phát triển mạng viễn thông 1.1.1 Các đặc điểm mạng viễn thông ngày Hiện nay, mạng viễn thông có đặc điểm chung tồn cách riêng rẽ, ứng với loại dịch vụ thông tin lại có loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ Thí dụ: Mạng Telex: dùng để gửi điện dới dạng ký tự đà đợc mà hoá mà bit (m· Baudot) Tèc ®é trun rÊt thÊp (tõ 75 tới 300 bit/s) Mạng điện thoại công cộng, gọi mạng POST (Plain Old Telephone Service): thông tin tiếng nói đợc số hoá chuyển mạch hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Swiched Telephone Network) M¹ng trun sè liƯu: bao gåm mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu máy tính dựa giao thức X.25 hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa giao thức X.21 Các tín hiệu truyền hình đợc truyền theo ba cách: truyền sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antenna TV) cáp đồng trục truyền qua hƯ thèng vƯ tinh, cßn gäi hƯ thèng trun qua hƯ thèng vƯ tinh, cßn gäi hƯ thèng trun hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System) Trong phạm vi quan, số liệu máy tính đợc trao đổi thông qua 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 Thí dụ, ta truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch gói X.25 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 hệ thống mạng viễn thông có nhiều nhợc điểm mà quan trọng là: - Chỉ truyền đợc dịch vụ độc lập tơng ứng với mạng - Thiếu mềm dẻo: Sự đời thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh tiến công nghệ VLSI ảnh hởng mạnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngoài có nhiều dịch vụ truyền thông tơng lai mà cha dự đoán trớc đợc, Page of 91 Đồ án tốt nghiệp loại dịch vụ có tốc độ truyền khác Ta dễ dàng nhận thấy hƯ thèng hiƯn rÊt khã thÝch nghi víi yªu cầu dịch vụ khác tơng lai - Kém hiệu việc bảo dỡng, vận hành nh việc sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẵn có mạng chia sẻ cho mạng 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 rộng tăng lên - Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyển mạch, truyền dẫn tốc độ cao (cỡ khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đà trở thành thực - Tiến khả xử lý ảnh số liệu - Sự phát triển ứng dụng phần mềm lĩnh 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 hiện, vận hành bảo dỡng - Sự cần thiết phải thoả mÃn tính mềm dẻo cho yêu cầu phía ngời sử dụng nh ngời quản trị mạng (về mặt tốc độ truyền, chất lợng dịch vụ v.v.) - Khuyến nghị ITU-T I.121 đa tổng quan khả B-ISDN nh sau: Mạng tổ hợp dịch vụ số băng réng (Broadband Integrated Services Digital Network - B-ISDN) cung cÊp nối thông qua chuyển mạch, nối cố định (Permanent) bán cố định (Semi-Permanent), nối từ điểm tới điểm từ điểm tới nhiều điểm cung cấp dịch vụ yêu cầu, dịch vụ dành trớc dịch vụ 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 (Connection-Oriented) không liên kết (Connectionless) theo cấu hình đơn hớng đa hớng 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 hiệu 1.2- Khái niệm ATM 1.2.1 Định nghĩa đặc điểm ATM Page of 91 Đồ án tốt nghiệp B-ISDN theo ITU-T dựa sở kiểu truyền không ®ång bé ATM (Asynchronous Transfer Mode) Nh vËy ATM sÏ tảng B-ISDN tơng lai 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 bộ" giải thích cho kiểu truyền gói nối lặp lại cách bất bình thờng nh lúc chúng đợc tạo theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ Để minh họa, 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 tơng ứng với kênh đà cho đợc nhận biết vị trí nã khung trun (h×nh 1.1) ë ATM, gói thuộc nối lại tơng ứng với kênh ảo cụ thể xuất vị trí (hình 1.2) Tín hiÖu khung Khung thêi gian 125s Khe thêi gian Khung thêi gian 125s H×nh1.1: CÊu tróc khung thêi gian STM1 Kênh không sử dụng ATMPhần có đặccủa điểm tiêuhaiđề tếquan bào trọng: ATM Thứ nhất: ATM sử dụng gói có kích thớc nhỏ cố định gọi tế bào ATM Phần thông tin ngời sử dụng (ATM Cell), tế bào nhỏ với tốc ®é trun lín sÏ lµm cho trƠ trun vµ biÕn động trễ (Delay Jitter) nhỏluồng dịch vụ thời gian thực, kích Hình 1.2:giảm Cấuđủ trúc thông tin ATM thớc nhỏ tạo điều kiện cho việc hợp kênh tốc độ cao đợc dễ dàng Thứ hai: ATM có đặc điểm quan trọng khả nhóm vài kênh ảo (Virtual Channel) thành đờng ảo (Virtual Path), nhằm giúp cho việc định tuyến đợc dễ dàng Page of 91 Đồ án tốt nghiệp 1.2.2 Các lĩnh vực công nghệ định đời phát triển ATM Có hai yếu tố ảnh hởng tới ATM, là: Sự phát triển nhanh chóng công nghệ bán dẫn nh công nghệ quang điện tư Sù ph¸t triĨn c¸c ý tëng míi vỊ kh¸i 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 (cỡ vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s), độ rộng băng truyền lớn, kích thớc nhỏ, độ mềm dẻo học cao, tránh đợc nhiễu trờng điện tử, xác suất truyền lỗi thấp nhiễu xuyên âm 1.2.2.2 Các ý tởng khái niệm hệ thống Các quan điểm hệ thống đợc phát triển mạnh mẽ năm gần đây, hệ thống phải có độ mềm dẻo thích hợp, độ rộng băng hệ thống phải tuỳ thuộc vào yêu cầu dịch vụ cụ thể, dịch vụ thời gian thực đợc truyền theo phơng pháp chuyển mạch gói Các ý tởng phải thoả mÃn hai chức mạng là: Tính suốt mỈt néi dung:(Semantic Transparency): TÝnh st vỊ mỈt néi dung chức đảm bảo việc truyền bit từ đầu phát tới đầu thu (tức xác mặt nội dung) Khi đời, mạng chuyển mạch gói, chất lợng truyền số liệu kém, để đảm bảo chất lợng truyền chấp nhận đợc, ngời ta phải thực chức điều khiển lỗi liên kết (Link).Việc điều khiển lỗi đợc thực giao thức HDLC (High-Level Data Link Control) bao gồm chức năng: giới hạn khung (Frame Delimiting), đảm bảo truyền bit xác, kiểm tra lỗi (kiểm tra mà d 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 thông qua mô hình liên kết hệ thống mở OSI Ta thấy trình điều khiển lỗi đợc thực liên kết (Link-by-Link) thông qua nút chuyển mạch, nút chuyển mạch phải xử lý loạt thủ tục phức tạp khác làm ảnh hởng đến tốc độ xử lý chung hệ thống Nút chuyển mạch Đầu cuối điều khiển lỗi đầy đủ điều khiển lỗi đầy đủ Page of 91 Đầu cuối Đồ án tốt nghiệp Hình 1.3 Điều khiển lỗi đầy đủ liên kết mạng chuyển mạch gói Sau chất lợng hệ thống truyền dẫn chuyển mạch tăng lên nên tỷ lệ lỗi mạng giảm Với mạng chất lợng cao nh vậy, ngời ta cần thực số chức thủ tục HDLC nh chức giới hạn khung, chức truyền bit xác, kiểm tra lỗi sở từ liên kết tới liên kết (Link-by-Link) Nh có chức đợc cung cấp nút chuyển mạch mạng chức khác nh sửa lỗi đợc thực sở từ đầu cuối tới đầu cuối (Endto-End) Bằng cách ngời ta đà giảm đợc khối lợng thông tin mà nút chuyển mạch cần sử lý, nhờ mà tốc độ xử lý nút tăng lên Nh lớp mô hình OSI đợc chia thành hai lớp con, lớp 2a chuyên cung cấp chức lớp 2, lớp 2b cung cấp chức bổ sung Các hệ thống ứng dụng nguyên lý đợc gọi chuyển tiếp khung (frame relay) Các nguyên lý đợc trình bày hình 1.4 Đối với 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 đợc thực mạng đợc giảm từ điều khiển lỗi đầy ®đ (Full error Control) ë m¹ng chun m¹ch 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 nút mạng ATM so với mạng chuyển mạch gói chuyển tiếp khung Đầu cuối Nút chuyển mạch điều khiển lỗi đầy đủ(từ đầu cuối đến đầu cuối) Đầu cuối 2b 2a điều khiển lỗi có giới hạn 2a 2a Page of 91 điều khiển lỗi 2a có giới hạn 2b Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4 Điều khiển lỗi có giới hạn mạng chuyển tiếp khung Đầu cuối Nút chuyển mạch Đầu cuối điều khiển lỗi đầy đủ (từ đầu cuối đến đầu cuối) Hình mạch bào mạng ATM cácchuyển chức thiểu Bảng 1.1: 1.5 Các Chuyển chức đợc tế thực nót m¹ng cđa víi X.25, tiÕp tèi khung, ATM Chøc Truyền lại gói Giới hạn khung Kiểm tra lỗi Chun m¹ch gãi x x x Chun tiÕp khung ATM X X Rõ ràng nút mạng ATM hầu nh xử lý thông tin điều khiển nút chuyển mạch X.25 chuyển tiếp khung phải thực loạt thủ tục phức tạp khác TÝnh st vỊ mỈt thêi gian: (Time Transparency) Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ ngắn đợc truyền từ đầu phát tới đầu thu, tức chúng yêu cầu tính xác mặt thời gian Có thể phân biệt hai loại trễ: trễ chuyển mạch trễ từ điểm đầu tới điểm cuối Hệ thống chuyển mạch gói chuyển tiếp khung khó khăn thực dịch vụ thời gian thực độ trễ cao Do độ phức tạp nút chuyển mạch, chúng hoạt động tốc độ vừa thấp Mạng ATM, mặt khác, cần chức tối thiểu nút chuyển mạch, cho phép truyền số liệu tốc độ cao, trễ mạng biến động trễ giảm xuống vài trăm micro giây, quan hệ thời gian đợc đảm bảo nh trờng hợp chuyển mạch kênh 1.3- Các dịch vụ tơng lai B-ISDN sở ATM Page of 91 Đồ án tốt nghiệp 1.3.1 Các dịch vụ phục vụ cho thuê bao gia đình Các dịch vụ quan trọng cho thuê bao gia đình dịch vụ truyền hình (TV) bao gồm dịch vụ truyền hình cáp CATV, truyền hình số chuẩn SDTV(Standard Digital TV) hay tơng lai dịch vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV (High Definition TV) Tuy ngời ta phải giải vấn đề tính tơng thích tín hiệu video nói cho chơng trình SDTV xem đợc hình HDTV ngợc lại Tất tín hiệu video nói đợc cung cÊp b»ng nhiỊu c¸ch kh¸c DƠ thùc hiƯn phơng pháp mô CATV loạt chơng trình TV đợc đa tới thuê bao theo đờng nối bán cố định Một phơng pháp khác kênh TV đợc truy nhập theo kiểu chuyển mạch, nghĩa khách hàng chọn chơng trình mong muốn theo kênh thông tin xác định Xa nữa, ngời sử dụng gọi tíi mét th viƯn video sau ®ã chän lÊy mét kênh từ nhiều kênh truyền hình sẵn có Một ứng dụng quan trọng dịch vụ điện thoại truyền hình hình ảnh chất lợng cao đợc truyền tốc độ từ tới Mbit/s với giá thành phải Ngoài loạt ứng dụng thú vị khác nh mua hàng nhà (VideoShopping), dạy học nhà (Home-Education), dịch vụ thông tin quảng cáo v.v 1.3.2 Các dịch vơ phơc vơ lÜnh vùc kinh doanh, giao dÞch Các thuê bao phạm vi công sở, văn phòng có đặc điểm hoàn toàn khác so với thuê bao gia đình Điểm chung hai lĩnh vực điện thoại truyền hình Tuy dịch vụ phải đợc mở rộng để tiến tới điện thoại hội nghị truyền hình, cho ngời sử dụng dùng dịch vụ điện thoại truyền hình để liên lạc vài điểm lúc Có thể dự đoán nhiều dịch vụ B-ISDN cho mạng LAN đợc đa vào ứng dụng tơng lai Các hệ thống ATM-LAN đợc nối với tạo khả truy nhập hệ sở liệu phân tán với tốc độ cao, điều quan trọng khả PC tăng lên không ngừng mặt tốc độ xử lý nh khả lu trữ thông tin, có ngày nhiều phần mềm ứng dụng chạy máy khác môi trờng liệu phân tán Ngoài phải kể đến dịch vụ khác nh: truyền ảnh y tế chất lợng cao để phục vụ cho việc chữa bệnh từ xa, giáo dục phân tán, truyền thông đa phơng tiện, th tín điện tử Trong lĩnh vực sản xuất, ứng dụng điều khiển/giám sát từ xa, phân phối thông tin hình ảnh sản xuất/xử lý tới công nhân nhà máy Bảng 1.2 tóm tắt dịch vụ băng rộng tốc độ tơng ứng chúng Page of 91 Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.2: Đặc điểm dịch vụ băng rộng Dịch vụ Truyền số liệu(hớng liên kết) Truyền số liệu (không liên kết) Truyền văn bản, tài liệu Điện thoại truyền hình / Hội nghị truyền hình TV Truyền hình phân giải cao Tốc độ bit 1,5 - 130 1,5 – 130 1,5 – 45 1,5 – 130 30 – 130 130 1.4- Tóm tắt Chơng đà trình bày đặc điểm mạng viễn thông hữu nh mặt hạn chế cuả chúng nhu cầu dịch vụ băng rộng tăng lên Từ đặt vấn đề phải có mạng tổ hợp băng rộng ( B-ISDN) thay tất mạng viễn thông nói trên, sở mà ATM hình thành phát triển Sự phát triển kỹ thuật ATM kết trực tiÕp cđa c¸c ý tëng míi vỊ kh¸i niƯm hƯ 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 Chơng II Tổng quan công nghệ truyền không đồng ATM 2.1- Các nguyên lý ATM Theo khuyến nghị ITU-T, ATM đợc chọn làm phơng thức truyền tải BISDN ATM cung cấp dung lợng truyền dẫn linh hoạt chung cho tất loại hình dịch vụ khác đặc tính độc lập với tốc độ truyền dẫn cấu trúc liệu ứng dụng ATM phơng thức truyền tải mang đặc tính chuyển mạch gói, sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian không đồng việc đóng gói liệu vào tế bào Tế bào gồm có trờng thông tin để mang thông tin khách hàng tiêu đề mang thông tin mạng ví dụ nh thông tin định tuyến Vì thông tin từ nhiều nguồn khác đợc ghép thống kê đờng truyền nên thông tin tiêu đề phải có nhiệm vụ phân biệt đợc tế bào nguồn khác Page of 91 Đồ án tốt nghiệp Trờng thông tin đợc truyền suốt qua mạng, không bị xử lý Các tế bào đợc đảm bảo trật tự truyền qua mạng ATM kỹ thuật hớng liên kết, kết nối phải đợc thiết lập trớc truyền liệu Một gọi băng rộng đa thành phần ví dụ thoại, video, số liệu, Mỗi thành phần kết nối riêng rẽ Mỗi kết nối đợc cấp băng thông theo yêu cầu điều kiện Quyết định kết nối đợc thực thông qua thủ tục điều khiển chấp nhận kết nối (CAC) Bên cạnh CAC nhiều trình xử lý khác nh điều khiển tham số sử dụng để giám sát xử lý kết nối 2.2- ATM với mô hình tham chiếu B-ISDN Mô hình tham chiếu B-ISDN đợc xây dựng dựa mô hình tham chiếu OSI chuẩn ISDN Tuy nhiên mô hình ATM ngời ta sử dụng khái niệm lớp (Layer) mặt phẳng (Plane) riêng rẽ cho chức riêng biệt nh chức dành cho ngời sử dụng, chức điều khiển, quản lý mạng Mặt phẳng quản lý Mặt phẳng ng ời sử dụng Lớp t ơng thích ATM Quản lý lớp Các lớp bậc cao Quản lý mặt phẳng Mặt phẳng điều khiển Lớp ATM Lớp vật lý Hình 2.1 Mô hình giao thức B-ISDN Mô hình B-ISDN gồm có ba mặt phẳng: Mặt phẳng ngời sử dụng U-plane (User-plane): Có nhiệm vụ cung cấp chế truyền thông tin ngời sử dụng, điều khiển luồng điều khiển tắc nghẽn, chống lỗi, phục hồi thông tin Nó có cấu trúc phân lớp, lớp thực chức riêng biệt liên quan tới việc cung cấp dịch vụ cho ngời sử dụng Mặt phẳng điều khiển C-plane (Control-plane): Mặt phẳng điều khiển có cấu trúc phân lớp Mặt phẳng có nhiệm vụ thực chức điều khiển kết nối Page of 91 Đồ án tốt nghiệp (connection control) điều khiển gọi (call control) Chúng thực chức báo hiệu có liên quan tới việc thiết lập, giám sát, giải phóng kết nối gọi Mặt phẳng quản lý M-plane (Management-plane): có hai chức quản lý mặt phẳng (Plane Management) quản lý lớp (Layer Management) Tất chức liên quan tới toàn hệ thống (từ đầu cuối tới đầu cuối) nằm quản lý mặt phẳng Nhiệm vụ quản lý mặt phẳng tạo phối hợp làm việc mặt phẳng khác Trong chức quản lý mặt phẳng cấu trúc phân lớp chức quản lý lớp lại đợc chia thành lớp khác nhằm thực chức quản lý có liên quan tới tài nguyên thông sè n»m ë c¸c thùc thĨ cã giao thøc (nh báo hiệu chẳng hạn) Đối với lớp, quản lý lớp xử lý dòng thông tin OAM tơng ứng Nh nói trên, mặt phẳng U-plane C-plane có cấu tróc ph©n líp Chóng gåm cã ba líp bËc thÊp lµ líp vËt lý (PL - Phisical Layer), líp ATM, lớp tơng thích ATM (AAL - ATM Adaption Layer) lớp bậc cao Trong phạm vi báo cáo nµy, chóng ta chØ xÐt líp díi PL, ATM, AAL Các lớp lại tiếp tục đợc phân nhỏ thành phân lớp nh cho thấy bảng 2.1 với chức tơng ứng chúng Bảng 2.1 Chức lớp B-ISDN Page 10 of 91