Quản lý lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn cho các loại hình dịch vụ trong atm

HEC Genric Flow Control _ Trởng Ẽiều khiển luổng chungVirtual Path Identifier _ Sộ hiệu nhận dỈng Ẽởng ảoVirtual Chanel Identifier _ Sộ hiệu nhận dỈng kành ảoPayload Type _ Trởng kiểu tế

Chơng 1 Tổng quan về mạng băng rộng đa dịch vụ và

Việc thực hiện dựa trên phơng thức atm

Trong những năm 80, cùng những tiến bộ khoa học, nhu cầu trao đổi thông tinngày tăng, hàng loạt các mạng viễn thông ra đời từ mạng điện thoại công cộng,mạng truyền số liệu sử dụng chuyển mạch gói, mạng đa dịch vụ băng hẹp(N_ISDN) Cho đến những năm 90 đã hình thành mạng đa dịch vụ băng rộng(B_ISDN Broadcast Integrent Service Digital Network) đáp ứng đợc các nhu cầutruyền thông : điện thoại truyền hình, truyền hình chất lợng cao, truyền hình hộinghị

Mạng băng rộng B_ISDN đã đợc liên minh viễn thông thế giới (ITU_T) nghiêncứu và chuẩn hoá dựa trên phơng thức truyền không đồng bộ gọi là ATM(Asynchrous Transfer Mode)

Phơng thức ATM là phơng thức thích hợp cho việc kiểm soát các loại tải băngrộng khác nhau ATM phù hợp cho cả tải dạng gián đoạn cũng nh dạng tải liên tụcbao gồm tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh và video

ATM là một dạng chuyển mạch gói với kích thớc gói thông tin là cố định (đợcgọi là Cell) Các Cell này có thể truyền trên môi trờng truyền dẫn khác nhau nhSONET, SDH, E1/T1 theo các định dạng khác nhau

Ưu điểm nổi bật của phơng thức ATM là nó cho phép tải trên mạng các dịch vụ

có các tốc độ và chất lợng đáp ứng đợc các yêu cầu khác nhau của ngời sử dụng

đồng thời nó có tính bảo mật cao do tính chất của chuyển mạch gói mang lại Đóchính là lý do tại sao ATM đợc khuyến nghị ứng dụng cho mạng băng rộng đadịch vụ (B_ISDN)

0 1 2 31 0 1 2 31

Hình 1 1 : Kỹ thuật truyền đồng bộ

3 1 2 4 4 3 1 Hình 1 2 : Kỹ thuật truyền không đồng bộ

Header (5 bytes) Data(48 bytes)Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát tế bào ATM

GFC VPI VPI VCI VCI

VPI

VPI VCI

VCI

Phơng thức truyền tải không đồng bộ ATM là một công nghệ tiên tiến đã đợcnghiên cứu vào những năm 80 và áp dụng cho mạng đa dịch vụ băng rộngB_ISDN cùng với sự phát triễn của truyền dẫn cáp quang Sau đây chúng ta sẽ đivào nghiên cứu tổng quan kỹ thuật áp dụng cho phơng thức ATM

I.1 Kỹ thuật ghép tách kênh

Trong phơng thức ATM, ngời ta áp dụng cơ chế ghép kênh phân chia theo thờigian không đồng bộ Khái niệm “không đồng bộ ” ở đây có nghĩa là trên cùngmột đờng truyền các gói thông tin của cùng một nguồn phát đến một đích nào đósắp xếp không theo chu kỳ Việc sắp xếp này tuỳ thuộc vào khả năng băng thôngcủa mạng và các gói tin đang phải chờ trong bộ đệm mà có sự điều khiển tơngứng

Hình vẽ sau mô tả hai phơng thức ghép kênh đồng bộ STM (Synchrous TransferMode) và ghép kênh không đồng bộ ATM :

Trong phơng thức đồng bộ để phân biệt các kênh thông tin ngời ta dựa vào tínhchu kỳ lặp đi lặp lại của nó Còn trong phơng thức truyền bất đồng bộ thì để phânbiệt ngời ta phải đa thêm thông tin nhận diện vào trong mỗi Cell giống nh trong

kỹ thuật chuyển mạch gói Chi tiết về các thông tin nhận diện này sẽ đợc trình bày

ở phần sau của nội dung

ATM là một kỹ thuật chuyển mạch gói tiên tiến mà đơn vị dữ liệu đợc gọi làCell (hay chính là một gói tin) Khác với các dạng chuyển mạch gói thông thờng,gói tin của ATM là có kích thớc cố định (bao gồm 5 bytes Header và 48 bytesData) Kích thớc này đã đợc tính toán dựa trên các yếu tố nh : hiệu suất, độ trễkênh truyền và độ phức tạp của chuyển mạch để đạt đợc sự tối u

Trong mạng viễn thông ngời ta thờng phân chia ra làm hai dạng giao diện cơbản, đó là : giao diện giữa mạng với ngời sử dụng (UNI _User Network Interface)

và giao diện giữa các Node của mạng với nhau (NNI_Network NetworkInterface) Đối với phơng thức truyền ATM cũng phân ra theo vậy và có hai dạngcấu trúc tế bào khác nhau ứng với mỗi giao diện Dới đây là các hình vẽ mô tả cấutrúc của hai dạng tế bào nói trên :

Hình 1 5 : Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI Hình 1 4 : Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện NNI

ApplicationPresentionSessionTransportNetworkData LinkPhysical

Lớp CS AAL

SAR Lớp ATM TC Physical

PM

Hình 1 6 : Quan hệ phân lớp ATM với mô hình OSI 7 lớp

ý nghĩa và chức năng của mỗi trờng trong Header của các dạng tế bào ATM đợctrình bày ở phụ lục I Sau đây chỉ là giải thích chữ viết tắt của mỗi trờng để tiệntheo dõi :

Cell Loss Priority _ Trờng qui định mức u tiên mất tế bàoHeader Error Control _ Trờng điều khiển lỗi tế bào phần tiêu đềATM có đặc điểm hớng liên kết, do đó mặc dù nó là một dạng chuyển mạch góinhng các trờng để chỉ ra địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự là không cần thiết.Hơn nữa, do chất lợng đờng truyền sử dụng tốt nên các cơ chế chống lỗi từ liênkết đến liên kết cũng đợc bỏ qua và ATM cũng không cần cung cấp các cơ chế

điều khiển luồng giữa các Node do cơ cấu điều khiển cuộc gọi Chức năng củaphần tiêu đề chỉ còn là nhận dạng cuộc nói ảo

I.3 Cấu trúc phân lớp của ATM

áp dụng mô hình phân lớp OSI, ngời ta phân lớp cho ATM gồm 3 lớp : lớp vật

lý (Physical), lớp ATM (Asynchrous Transfer Mode), lớp thích ứng AAL (ATMAdapter Layer) Trong mỗi lớp trên lại đợc chia thành các phân lớp con Dới đây

là cấu trúc phân lớp trong ATM và sự tơng ứng với các lớp trong mô hình OSI 7lớp :

Sau đây là chức năng mỗi phân lớp của ATM

Service Control Node OAM Node OAM Node B_STP

 Nhận /gửi các PDU(Protocol Data Unit)từ/tới các lớp cao hơn và tạo dạng CS_PDU

 Kiểm tra sự khôi phục chính xác cácCS_PDU

 Cung cấp một vài chức năng ALL trong phầntiêu đề CS_PDU

 Điều khiển luồng, gửi các thông điệp trả lờihoặc yêu cầu truyền lại tế bào lỗi

Lớp con tạo vàtháo tế bào SAR(SegmentationAndReassembly)

 Tạo các tế bào từ CS_PDU, khôi phục cácCS_PDU

 Kiểm tra mã vòng CRC trong trờng dữ liệucủa tế bào

 Tạo ra hai bytes tiêu đề và hai bytes cuối củaSAR_PDU

Lớp ATM

 Điều khiển luồng chính

 Tạo hoặc phân tách tiêu đề của tế bào

 Đọc và thay đổi phần tiêu đề của tế bào

 Thêm hoặc lấy các tế bào trống (Idle Cell)

 Tạo và kiểm tra mã HEC

 Nhận dạng giới hạn của tế bào

 Biến đổi dòng tế bào thành các khung phù hợp

 Phát / khôi phục các khung truyền dẫn

Lớp con đờng truyền vật lý (PM)

 Đồng bộ bit

 Thu và phát số liệu

I.4 Mạng truyền tải ATM

Mạng truyền tải ATM bao gồm 2 phần : mạng truyền tải thông tin ngời sử dụng

và mạng truyền tải thông tin điều khiển và quản lý Hình vẽ sau sẽ mô tả cấu trúcmột mạng truyền tải ATM

Đ ờng ảo mang thông tin Node mạng

quản lý và điều khiển

Đ ờng ảo mang thông tin OAM Node : Node vận hành và quản lý

ng ời sử dụn B_STP : Broadcast Signal Terminal Point

Hình 1 8 : Quan hệ giữa liên kết vật lý, kênh ảo và đ ờng ảo

Trong ATM, các kết nối và liên kết đợc thực hiện theo hai lớp chức năng :

 Lớp vật lý : cung cấp môi trờng truyền dẫn

 Lớp tách ghép kênh (lớp ATM) : thực hiện ghép tách kênh ở hai mứckênh ảo VP và đờng ảo VC

Với một đờng truyền vật lý, trong mạng ATM, có thể phục vụ cho nhiều kênhthông tin; nó đợc hiểu đó là các kênh ảo VC và đờng ảo VP Kênh ảo VC là mộtkết nối logic một chiều giữa hai đầu cuối Đờng ảo VP là một khái niệm nói đếntập hợp một nhóm các kênh ảo với nhau Đờng ảo là một chiều giữa hai thực thểATM liên tiếp và thờng đợc dùng để nhóm các kênh ảo có cùng điểm xuất phát và

điểm kết thúc lại với nhau Mối quan hệ giữa lên kết vật lý, đờng ảo, kênh ảo đợcminh hoạ bởi hình vẽ sau :

Theo nh mimh hoạ trên thì một liên kết vật lý cho phép thực hiện trao đổi tintheo hai chiều (song công) còn kênh ảo và đờng ảo chỉ cho phép trao đổi tin theomột chiều

I.5 Điều khiển và quản lý trong mạng ATM

Điều khiển và quản lý mạng là một hoạt động không thể thiếu cho mọi mạngtruyền thông Trong mạng ATM điều khiển và quản lý thực hiện bao gồm cácchức năng sau :

Hình 7 : Mạng truyền tải ATM

 Điều khiển và quản lý các kết nối ATM : bao gồm việc thiết lập, duy trì,giải phóng các kết nối VPC / VCC thông qua các bản tin báo hiệu hoặc các bảntin quản lý giữa các trung tâm quản lý mạng NMC (Network Manage Controler)

và các thành phần mạng

 Chức năng bảo hành và bảo dỡng mạng : quản lý điều khiển trạng thái kếtnối các thành phần mạng thông qua bản tin vận hành và quản lý OAM (OperationAnd Maneger)

 Quản lý lu lợng và tài nguyên mạng

 Hỗ trợ các dịch vụ cung cấp bởi mạng thông minh

Thông tin thực hiện chức năng quản lý đợc truyền qua mạng truyền tải điềukhiển và quản lý Mạng này đợc phân tách về mặt logic với mạng truyền tải thôngtin ngời sử dụng thông qua giá trị VPI

I.6 Quá trình báo hiệu trong mạng ATM

Các bản tin báo hiệu đợc trao đổi giữa các ngời sử dụng và ngời sử dụng vớimạng đợc truyền đi trên các kết nối ảo cho báo hiệu (Signaling VCC) Các kết nốinày cũng đợc phân biệt theo kết nối điểm _ điểm hay điểm _ đa điểm; trong đóbáo hiệu điểm _ đa điểm có thể áp dụng cơ chế báo hiêu đặc biệt là báo hiệu Meta_ Signalling

1 Kênh ảo báo hiệu SVC S

Kênh ảo báo hiệu SVCS cung cấp khả năng truyền các bản tin báo hiệu đợc thiếtlập theo hai hớng giữa hai điểm và sử dụng cùng một giá trị VPI / VCI

Thông thờng, quá trình báo hiệu để thiết lập, duy trì, giải phóng các kết nối đ ợcthực hiện gộp lại cho cả mức kết nối đờng ảo VP, có nghĩa là mỗi VP ta có thểgiành riêng ra một VCI cho kênh báo hiệu

2 Meta _ Signaling

Nh ta đã nói, Meta _Signaling là cơ chế báo hiệu dùng cho báo hiệu điểm đến đa

điểm để thiết lập các kênh báo hiệu cho từng cặp điểm _ điểm Một kênh ảo giànhcho báo hiệu Meta Signaling (MSVC _ Meta Signaling Virtual Chanel) chỉ quản

lý các kênh ảo báo hiệu có cùng một VPI với nó

MSVC là một kết nối kênh ảo cố định đợc kích hoạt khi một đờng ảo bắt đầu

đ-ợc thành lập MSVC có thể là kết nối giữa các thiết bị đầu cuối khách hàng (CEQ_ Customer Equipment) và nút mạng mà các thiết bị đầu cuối này truy nhập vàomạng (khối chức năng kết nối CRF _ Cell Related Funtion) hoặc kết nối giữa cácCEQ với nhau

Các kênh ảo báo hiệu tơng ứng cũng là kết nối giữa CEQ và Local CRF để thiếtlập VCC giữa các đầu cuối hoặc giữa các CEQ với nhau để thiết lập VPC

8 Hình 9 : Thiết lập báo hiệu trong ATM

: Thực thể thiết lập báo hiệu Meta Signaling : Thực thể thiết lập báo hiệu SVCs

I.7 Các Node mạng

Các Node mạng thực hiện chức năng chuyển mạch hoặc nối chéo trên hai mức

đờng ảo VP và kênh ảo VC (cụ thể cách thức thực hiện sẽ đợc trình bày ở chơngsau) Node mạng có thể đóng vai trò điểm kết nối trung gian hoặc điểm cuối kếtnối

 Các điểm cuối kết nối : là nơi kết thúc các kết nối (VPC/VCC) trao đổi cácthông tin ngời sử dụng với nhau, tạo và tách các giá trị tiêu đề, tham gia vào quátrình quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn

 Các điểm trung gian : truyền thông tin của ngời sử dụng qua một cách trongsuốt Nó cũng tham gia vào quá trình quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn chomạng

II Cấu trúc mạng B_ISDN/ATM

Hình 1.10 : Cấu trúc mạng B_ISDN / ATM

Mô hình mạng ATM điển hình bao gồm các mạng ATM công cộng (PublicNetwork) đợc liên kết với nhạu, các mạng ATM riêng (Private Network) và các hệthống đầu cuối của ngời sử dụng đợc kết nối với mạng Public ATM thông qua cácgiao diện ngời sử dụng mạng

II.1 Cấu trúc phân cấp mạng ATM

Mạng ATM công cộng bao gồm cấp mạng trục công cộng và cấp mạng truynhập, trong khi mạng riêng bao gồm mạng trục riêng và các nhóm làm việc Hình vẽ sau minh hoạ cho cấu trúc phân cấp của mạng ATM (cho hai cấp)

1 0

ATM Node

Mạng trục công cộng

Mạng truy nhập

Mạng truy nhập ATM

Điện thoại t ơng tự

Fax

Tele Phone

PBX Video

Frame Relay

II.2 Các ứng dụng truyền tải trên mạng ATM

Mạng ATM đợc sử dụng nh là một dạng truyền tải chung có khả năng kết nốicác loại hình dịch vụ đang sử dụng nh POST, LAN, Frame Relay, thông quacác giao diện UNI Mạng ATM hỗ trợ cả các dịch vụ kết nối định hớng và dịch vụkhông kết nối nhờ các lớp chuyển đổi tơng thích khác nhau Hình vẽ sau mô tảcác loại giao diện khác nhau cho các dịch vụ khác nhau :

ATM công cộng

Hình 1 13 : Các ứng dụng trên mạng ATM

ATM Node

ATM Node

II.3 Giao diện giữa các Node mạng

Mạng ATM công cộng bao gồm các Node mạng ATM đợc kết nối với nhau quamột giao diện đợc gọi là NNI (Network Node Interface) Các Node mạng ATM cóthể là các thiết bị ATM thực hiện chức năng chuyển mạch hoặc chức năng kết nốichéo hoặc bao gồm cả hai chức năng

II.4 Giao diện giữa mạng và ngời sử dụng

Các mạng ATM riêng hoặc các hệ thống đầu cuối khách hàng đợc kết nối vớicác mạng ATM công cộng qua giao diện UNI công cộng (Public User NetworkInterface) Ngoài ra các hệ thống đầu cuối cũng có thể nối với mạng Private ATMqua giao diện Private UNI

1 2

Private ATM Switch

Public ATM Switch

ATM ES

ATM ES

T A

Public ATM UNI

Hìmh 1 14 Sơ đồ tham chiếu truy nhập cho mạng băng rộng

R

Hình vẽ sau biểu diễn các điểm tham chiếu của mạng truy nhập với ngời sử dụng:

Trong sơ đồ tham chiếu trên, các thiết bị đầu cuối băng rộng B_TE1 (hỗ trợATM) và B_TE2 (không phải là thiết bị đầu cuối) đợc kết nối vào mạng thông quacác khối chức năng kết cuối mạng B_NT1 (thuộc về mạng) và B_NT2 Khối chứcnăng B_TA cho phép các thiết bị không phải là đầu cuối ATM truy nhập vàomạng

Các giao diện ngời sử dụng _ mạng Private UNI đợc thực hiện tại các điểm thamchiếu chuẩn R và S Giao diện Public UNI đợc thực hiện ở giữa các điểm thamchiếu chuẩn T và U Các điểm tham chiếu SB, TB, UB đợc chuẩn hoá theo khuyếnnghị ITU _TI.4 (1995) trong đó có tốc độ bit tạ SB, TB có thể là 155Mbps (songcông), 622Mbps (song công) hoặc là (622Mbps, 155Mbps) Tuy nhiên các tốc độchuẩn thấp hơn tại các điểm tham chiếu này đang đợc nghiên cứu và đề cập tớitrong một số tiêu chuẩn khác

Khối chức năng kết cuối mạng B_NT1 là một thành phần của mạng thực hiện cácchức năng nh kết cuối đờng truyền, điều khiển giao diện tại các điểm tham chiếuchuẩn TB, UB cùng với các chức năng liên quan tới OAM Về mặt vật lý, cácB_NT liên kết các điểm tham chiếu chuẩn theo kiểu point _ point (gồm một bộthu và một bộ phát), nhng ở các lớp cao hơn tại điểm tham chiếu SB có thể là kếtnối đa điểm

Khối chức năng kết cuối mạng B_NT2 (ví dụ nh một mạng riêng Private hoặc làchức năng của một tổng đài PBX) thực hiện chức năng kết nối các hệ thống đầucuối trên giao diện Private UNI, các chức năng này bao gồm :

 Chức năng chuyển đổi tơng thích cho các loại thiết bị đầu cuối và môi trờng

đa dịch vụ khác nhau

 Các chức năng tập trung, đệm

 Chức năng OAM

 Quản lý tài nguyên

 Điều khiển và báo hiệu

Việc có sử dụng hay không các khối chức năng B_NT1 và B_NT2 là tuỳ theo cấuhình mạng thực tế, ví dụ nh sử dụng giao diện Public UNI giữa thiết bị đầu cuốikhách hàng B_TE1 kết nối trực tiếp vào mạng công cộng không qua khối chứcnăng B_NT2

1 4

2 5 Data 2 7 Data 3 25 Data 2 5 Data

VPI

VCI

VPI VCI

VPI VCI

VPI VCIHình 2 1 : Dòng dữ liệu trên đ ờng truyền vật lý

icicic

Mạngliên kết

ocococ

Ngõ vào

Ngõ ra

Hình 2 2 : Cấu trúc phần tử chuyển mạch ATM

Chơng 2 nguyên lý chuyển mạch ATM

Các mạng viễn thông đợc xây dựng để làm một việc duy nhất là vận chuyển cáctín hiệu thông tin từ nơi này đến nơi khác Các thành phần của một mạng viễnthông bao gồm các Node (hay các trung tâm chuyển mạch) và các liên kết truyềndẫn Các Node thực hiện chức năng định tuyến đảm bảo thông tin vận chuyển

đúng theo các liên kết truyền dẫn Trong phần trình bày của chơng này, chúng ta

sẽ nghiên cứu các hoạt động và kỹ thuật để chuyển tải và định tuyến thông tin quamạng ATM

I Giới thiệu về chuyển mạch ATM

II.1 Dòng dữ liệu trong ATM

Chuyển mạch ATM đợc xem là chuyển mạch gói chất lợng cao và thực hiệnghép kênh thống kê trên những đơn vị dữ liệu chiều dài cố định :

Hình vẽ sau mô phỏng một dòng dữ liệu trong truyền dẫn ATM :

Quan sát hình vẽ ta thấy: các tế bào thuộc các kết nối logic khác nhau đợc nhậndạng nhờ chỉ số nhận dạng đờng ảo VPI và chỉ số nhận dạng kênh ảo VCI cùng đ-

ợc truyền nối đuôi nhau trên liên kết vật lý

Một phần tử chuyển mạch ATM tổng quát có dạng nh sau :

IC _ Input Controller : Các điều khiển ngõ vào nối các đờng vào nhận các Cell

Hoạt động của chuyển mạch đợc diễn ra nh sau :

Khi một tế bào đến điều khiển ngõ vào, chuyển mạch sẽ đọc chỉ số nhận dạng ờng ảo VPI và chỉ số nhận dạng kênh ảo VCI (còn gọi là nhãn định tuyến _Routing Label) trong phần tiêu đề của tế bào để xác định xem phải chuyển tế bào

đ-đến ngõ ra nào Sau đó tế bào sẽ đợc truyền qua mạng liên kết tới điều khiển ngõ

ra thích hợp Trong suốt quá trình chuyển mạch, hệ thống phải đảm bảo chuyểncác Cell trong một kênh ảo sao cho trình tự các tế bào đúng nh trình tự khi chúng

đến

Ngoài ra khi một tế bào đến điều khiển ngõ vào, chuyển mạch sẽ kiểm traHeader; nếu phát hiện thấy sai, chuyển mạch sẽ loại bỏ nhằm tránh việc chènnhầm tế bào của kết nối này vào kết nối khác Khi thay đổi xong giá tri VPI/VCIcủa tế bào trờng HEC cũng phải tính toán lại Nếu chuyển mạch nối với một giaodiện ngời sử dụng _ mạng cần tăng cờng các giao thức điều khiển tốc độ trên mỗikênh ảo VC Chuyển mạch phải có cơ chế xử lý tắc nghẽn khi có tắc nghẽn xảy ra

và cơ chế điều khiển để cập nhật bảng liên kết VPI/VCI khi có một kết nối bán ờng trực hay một kết nối nhờ chuyển mạch mới đợc tạo ra

th-Trong hệ thống thực các liên kết vật lý nối tới chuyển mạch thờng hoạt động ởnhững tốc độ khác nhau, chuyển mạch cũng phải có khả năng thực hiện chuyểnmạch giữa các liên kết vật lý tốc độ khác nhau Ngoài ra chuyển mạch phải có cácthông tin để tính cớc phí, một hệ thống vận hành, giám sát và bảo dỡng OAM đểthiết lập, vận hành, điều khiển mạng, chuẩn đoán lỗi và báo cáo Nhiều nútchuyển mạch ATM trong thực tế cung cấp cả khả năng kết nối với những kết nốivật lý Non _ATM nh Frame Relay hay thoại Khi đó cần thêm các trình xử lý phụ

nh phân đoạn khối dữ liệu dài thành các Cell hay tập hợp các luồng bit liên tục,cung cấp chức năng xử lý lớp AAL, xử lý và kết thúc những giao thức liên kếtriêng của một kết nối Non_ATM

1 6

vpi vci Data

Chọn mục VPI

Chọn mục VCI

Đ a thông tin định tuyến đến hệ thống

VPI VCI Data

Hình 2 3 : Xử lý thông tin định tuyến tại chuyển mạch

VP1VP2VP3

VP5VP4

VCI1,1VCI1,2VCI1,3VCI1,4VCI1,5

VCI1,6VCI1,7VCI1,8VCI1,9VCI1,10VCI3,1

VCI3,2VCI3,3VCI3,4VCI3,5

VCI3,6VCI3,7VCI3,8VCI3,9VCI3,10

II Hoạt động của chuyển mạch ATM

II.1 Xử lý nhãn định tuyến trong chuyển mạch

Phần này sẽ trình bày nhãn định tuyến VPI/VCI đợc xử lý nh thế nào tại mỗi nútchuyển mạch

Hình vẽ sau sẽ mô tả phơng thức xử lý nhãn định tuyến :

Hình vẽ cho thấy một cấu trúc bảng ở hai mức : bảng VPI và bảng VCI Sở dĩ cóhai mức bảng nh vậy vì chúng ta có thể chuyển mạch đối với đờng ảo VP hoặcchuyển mạch cả đờng ảo lẫn kênh ảo VC Các hình vẽ sau mô tả thế nào là chuyểnmạch VP thế nào là chuyển mạch VC

VPI 1VPI 1

VPI 1VPI 1

Trở lại hình 2 3, chú ý là mỗi ngõ vào vật lý có một tập các bảng riêng vì nhãn

định tuyến VPI/VCI chỉ có giá trị duy nhất trong mỗi ngõ vật lý, hai liên kết vật lýkhác nhau vẫn có thể có những tế bào mang cùng nhãn định tuyến VPI/VCI.Chuyển mạch phải có nhiệm vụ giữ các bảng kết nối cho mỗi kết nối kênh ảo vàkết nối đờng ảo của các ngõ vào vật lý Mọi hoạt động kiểm tra bảng đều nhằmmục đích định tuyến nội bộ trong chuyển mạch để chuyển tế bào về phía trớc vàtạo cho tế bào một giá trị VPI/VCI mới phù hợp với ngõ ra

1 8

Hoạt động xử lý nhãn định tuyến :

Khi một Cell đến từ một ngõ vào vật lý, giá trị VPI sẽ đợc sử dụng để tìm ra mộtmục trong số các mục của bảng VPI của ngõ vào vật lý đó

Khi tìm đợc mục giành cho VPI đó, từ bảng, chuyển mạch sẽ xác định là đờng

ảo VP này đã kết thúc tại chuyển mạch đó hay cha Nếu kết nối đờng ảo VPC đợcchuyển mạch, nghĩa là cha kết thúc, số VPI mới và thông tin định tuyến ngõ ra đ-

ợc lấy về từ bảng VPI và chỉ có VPI thay đổi

Nếu kết nối đờng ảo VPC kết thúc ở nút mạng này, giá trị VCI sẽ đợc sử dụng

để tìm ra một mục trong bảng VCI Chú ý mỗi kết nối đờng ảo VPC kết thúc sẽ cómột bảng VCI riêng Tiếp theo giá trị VPI, VCI mới và thông tin định tuyến ngõ

ra sẽ đợc lấy về từ bảng VCI Tế bào đợc cập nhật giá trị VPI/VCI mới và đợc

định tuyến đa đến ngõ ra theo thông tin định tuyến đã lấy về từ bảng

Việc dùng nhãn định tuyến VPI/VCI giúp giảm nhẹ công việc cho chuyển mạch,Header không cần dài mà vẫn chuyển đợc tế bào đến nơi nhận Mỗi nút mạng chỉcần biết tế bào trong phạm vi chuyển mạch của mình mà thôi

Tuy nhiên, thông tin định tuyến lấy từ các bảng cũng có nhiều dạng khác nhautuỳ vào sự thiết kế của chuyển mạch Nếu chuyển mạch đợc thiết kế theo nhữngkiểu kiến trúc truyền thống, thông tin định tuyến thờng chứa địa chỉ của một khối

điều khiển nơi mà tế bào đợc xếp tại ngõ ra Nếu chuyển mạch là dạng Bus haymột trục xơng sống địa chỉ liên kết vật lý ngõ ra thờng gồm một bộ địa chỉ tơngthích Bus và số của kết nối vật lý để báo cho biết ngõ ra nào sẽ sử dụng bộ tơngthích ngõ vào đã chọn Nếu chuyển mach là dạng đa tầng tự định tuyến thông tin

định tuyến sẽ là con đờng mà tế bào sẽ đi qua suốt cơ cấu chuyển mạch để đến

đ-ợc ngõ ra vật lý thích hợp

Cấu trúc bảng đã đa ra ở trên chỉ là khái niệm Chúng ta biết rằng Header củamỗi Cell của giao diện UNI có 8 bits VPI và 16 bits VCI; ở giao diện NNI có 12bits VPI và 16 bits VCI Nh vậy một hệ thống sẽ không đủ thời gian quét hết cảbằng phần mền để tìm ra đúng mục Nếu thiết kế một chỉ số trong bảng dùng cácgiá trị VPI/VCI thì “không gian“ đòi hỏi các bảng sẽ cực kỳ lớn Một giải pháp

đặt ra ra là có thể giới hạn số bít đợc dùng trong vùng VPI/VCI Ví dụ kết nối vật

lý nào đó có thể chỉ sử dụng 3 bits thấp VPI và 6 bits thấp VCI Cả hai nút mạngnhận và gửi đối với kết nối vật lý đó cần sử dụng cùng một giới hạn quy ớc

Nếu chúng ta cần xây dựng một chuyển mạch hoạt động tốc độ cao và chỉchuyển mạch VP cho các trung kế chẳng hạn, chúng ta có thể sử dụng tìm kiếmbảng bằng phần cứng gọi là “ bộ nhớ kết hợp ” (associative memory) Các bộ nhớkết hợp sẽ so sánh thông số ngõ vào với mỗi mục trong bảng và thấy thông tin từbảng trong mỗi chu kỳ bộ nhớ phần cứng Phơng pháp này vẫn thờng đợc dùng đểchuyển đổi địa chỉ trong các bộ đệm của hệ thống bộ nhớ ảo, các bộ đệm tốc độcao Ưu điểm lớn của bộ nhớ kết hợp là chúng ta chỉ cần chỉ mục cho mỗi VPIhay VCI đang hoạt động, không cần không gian bảng lãng phí cho những mục vôích Kỹ thuật này cực nhanh nhng tất nhiên giá thành sẽ rất cao

Trong một hệ thống thực sử dụng các kết nối kênh ảo thiết lập nhờ chuyển mạchcần có thiết lập và xoá các kết nối với tốc độ cao Tiến trình thiết lậo và xoá cáckết nối ảnh hởng đến vấn đề cập nhật, thay đổi bảng định tuyến tại các chuyển

234

Hình 2 6 : Hoạt động của chuyển mạch không gian

Chuyển mạch thời gian

Hình 2.7 : Hoạt động chuyển mạch thời gian

mạch Chuyển mạch phải có các cơ chế cho phép cập nhật bảng định tuyến màkhông làm phá vỡ các Cell khác đang hoạt động

II.2 Chuyển mạch không gian và thời gian

Chuyển mach là phải làm sao đa Cell từ một ngõ vào đến một ngõ ra Chuyểnmach ATM có cả hai chức năng chuyển không gian và chuyển mach thời gian Hình vẽ sau sẽ giải thích khái niệm thế nào là chuyển mạch không gian :

Theo hình vẽ trên, thì trong chuyển mạch không gian tế bào đợc di chuyển mộtcách vật lý từ ngõ vào đến ngõ ra khác nhau Trong chuyển mạch ATM, chứcnăng này đợc mạng liên kết thực hiện thể hiện qua việc định tuyến bên trong củachuyển mạch Cấu trúc bên trong của chuyển mạch phải cho phép một tế bào đến

từ ngõ vào bất kỳ có thể cho ra ngõ ra bất kỳ

Hình vẽ sau giải thích khái niệm chuyển mạch thời gian :

Trong chuyển mạch thời gian thông tin đợc di chuyển từ khe thời gian này sangkhe thời gian khác từ ngõ ra bất kỳ Kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ STM dùng cáchthức chuyển đổi khe thời gian TSI _ Time Slot Interchange Trong ATM không códạng khe thời gian nào thuộc kênh nào mà tế bào đợc định nghĩa bằng nhãn địnhtuyến VPI/VCI Do đó, các tế bào đến từ các khe thời gian khác nhau có thểchuyển đến các ngõ ra khác nhau tại những khe thời gian và có khả năng hai haynhiều kết nối logic cùng đợc nối tới một ngõ ra và tranh giành nhau một khe thờigian Vấn đề này đợc giải quyết bằng phơng pháp hàng đợi Chuyển mạch thờigian trong ATM đợc thể hiện qua hoạt động hàng đợi; nó sẽ xác định phải cho tếbào nào ra trớc, tế bào nào ra sau, quyết định khe thời gian cho các tế bào sao chobảo đảm đợc các thông số chất lợng nh độ trễ, độ biến động trễ, trình tự các tế bàotrong một kết nối ảo

III Bộ đệm

Bộ đệm là một thành phần của chuyển mạch ATM; nó nằm trong mạng liên kếtcủa chuyển mạch Nh phần trên đã nói, bộ đệm đợc dùng để tránh xảy ra đụng độkhi nhiều ngõ vào tranh chấp một ngõ ra Thông tin ngõ vào sẽ đợc ghi vào bộ

2 0

Hình 2 8 : Hoạt động mô hình hàng đợi

q, số khách hàng trong hệ thống

w, số khách hàng đang đợi , độ phục vụ

tw, thời gian đợi t, thời gian phục vụ

Khách hàng đến

đệm khi qua điều khiển ngõ vào IC và đợc điều khiển ngõ ra OC đọc lấy thông tinkhi thích hợp

Các hoạt động bộ đệm đợc thể hiện qua mô hình hàng đợi nh sau :

Trong ATM không chỉ thực hiện việc kết nối mà còn chấp nhận kết nối các dòng

tế bào và chúng sẽ tạo thành hàng đợi tại phần tử chuyển mạch Khách hàng tớihàng đợi để nhận đợc phục vụ; họ sẽ đợi trong hàng đợi nếu dịch vụ này cha sẵn

có Trong hàng đợi họ mất thời gian đợi và ngay khi đợc phục vụ song nó sẽ rờikhỏi hệ thống Thời gian khách hàng ở trong hàng đợi và nguyên tắc sắp xếp utiên trong hàng đợi là một yếu tố rất quan trọng làm nên chất lợng dịch vụ

Trong hệ thống ATM, từ “ hàng đợi ” chính là các tế bào, các nhóm hay các kếtnối “ Dịch vụ ” chính là các kênh dịch vụ, dung lợng hệ thống Tế bào tới hàng

đợi với tốc độ trung bình  và sẽ nằm trong bộ đệm nếu nh các kênh dịch vụ cha

có sẵn Mỗi hệ thống sẽ phải mất một khoảng thời gian s để phục vụ khách hàng(hay có tốc độ phục vụ khác hàng là

1

s ) Thời gian phục vụ hay tốc độ phục vụ

để nói nên rằng hệ thống không phải là trống Nếu hệ thống trống khi đó sẽ cómột dòng liên tục tế bào trống truyền đi

Trong hệ thống ATM, nhiều kênh dịch vụ (đợc gọi là Server) có thể đồng thờiphục vụ khách Hệ thống đa kênh có thể tơng thích với các tổ chức hàng đợi dạng:mỗi Server một hàng đợi hoặc có chung một hàng đợi cho tất cả các Server

Để mô tả một hệ thống xếp hàng ngời ta dùng ký hiệu A/B/X/Y/Z trong đó :

A : phân bố thời gian xuất hiện

B : phân bố thời gian phục vụ

X : số cửa phục vụ

Y : dung lợng hệ thống (kích thớc hàng đợi)

Z : luật xếp hàng Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu về một số mô hình hàng đợi :

Hệ thống M/M/1 là hệ thống có một cửa phục vụ với đầu vào là quá trìnhPoisson(đó là quá trình mà các sự kiện xảy ra một các ngẫu nhiên trong suốt quátrình) và thời gian phục vụ là chuỗi Markov (Trong thực tế thì tế bào ATM có kíchthớc không đổi, do vậy thời gian phục vụ cũng không đổi) Trong trờng hợp này,

ta xét hệ thống có kích thớc bộ đệm không hạn chế Việc quản lý bộ đệm đợc thực

Khách hàng rời hệ thống

hiện theo nguyên tắc FIFO (First In _ First Out) Ta có thể tính đợc số lợng tế bàotrung bình có trong hệ thống theo công thức :

2 2

q(khách hàng)

Đồ thị sau biểu diễn mối quan hệ giữa q và  :

Trong đồ thị ta thấy với  nằm tromg khoảng 0 đến 1, khi đó với  < 0, 8 thì hệthống tránh đợc hsàng đợi có kích thớc lớn

Xác suất để hệ thống có kích thớc x là :

Pr[x] = (1-)xThời gian đợi trung bình của tế bào trong hàng đợi là :

Đây là hệ thống có một cửa phục vụ với thời gian phục vụ không đổi và kích th

-ớc hàng đợi hạn chế là K Đối với hệ thống này thì :

Số lợng tế bào trung bình trong hệ thống là :

q =  (g/h) Với : g= 1 - (K + 1) K + k K+1

h = (1 - K + 1) (1 - )Xác suất để hệ thống có kích thớc x là :

Pr[ x ] = x (1 - ) / (1- K + 1) khi  < 1 = 1/(K +1) khi  =1

Thời gian đợi trung bình của tế bào trong hàng đợi là :

tw = q/[ .(1 – Pr[K])

( c¸c tham sè trung gian)

x Pr [0 ] khi 1< x < c vµ 1< x< K

=

c!

1/(K +1) khi c< x< K ( hoÆc K< x< c)

2 4

chơng 3 Cơ sở quản lý lu lợng

và điều khiển tắc nghẽn trong mạng ATM

Mục đích của các mạng viễn thông là xây dựng để vận chuyển thông tin giữacác đối tợng sử dụng (khách hàng) Một yêu cầu cần đợc đặt ra là phải đảm bảo antoàn, toàn vẹn thông tin trong suốt quá trình truyền trên mạng một cách tối đa haynói các khác là phải đảm bảo chất lợng dịch vụ yêu cầu

Nh chúng ta đều biết, nhu cầu trao đổi thông tin của ngời sử dụng là ngẫu nhiênkhông định trớc đợc Mạng viễn thông không thể xây dựng truyền tải với dụng l-ợng bất kỳ vì lý do hiệu quả kinh tế Thờng thì, dung lợng truyền dẫn của mạng đ-

ợc thiết kế dựa theo nghiên cứu lý thuyết lu lợng và gia tăng các nhu cầu sử dụng

để đáp ứng tốt các yêu cầu truyền dẫn Bởi vậy mà trong mạng sẽ có các khả năngyêu cầu truyền dẫn vợt quá khả năng dung lợng của mạng Khi xảy ra điều này thìviệc mất dữ liệu hoặc tắc nghẽn mạch là điều tất yếu sẽ xảy ra nếu không có cáchoạt động kiểm tra và điều khiển cho mạng Đặc biệt với tốc độ phát triển nh hiệnnay, nhu cầu sử dùng ngày một tăng cao, các mạng viễn thông khi thiết kế không

dự tính đợc thì xác suất xảy ra tắc nghẽn càng nhiều; vì vậy quản lý lu lợng và

điều khiển tắc nghẽn là yêu cầu cấp thiết cho mỗi mạng viễn thông

Trong nội dung của chơng này, chúng ta sẽ tìm hiểu và nghiên cứu các cơ sở chocác hoạt động quản lý và điều khiển lu lợng trong mạng ATM

I Các khái niệm

I.1 Khái niệm về lu lợng

Xét một mạng thông tin chuyển tải một lợng trung bình C m cuộc liên lạc với thời gian trung bình T m

Quản lý lu lợng là tập hợp các hoạt động do mạng thực hiện để

điều hoà các luồng lu lợng, tránh xảy ra tắc nghẽn Nói cách khác,

đó là hoạt động mang tính phòng ngừa, cố gắng không để tắcnghẽn xảy ra Điều khiển lu lợng càng tốt thì xác suất xảy ra tắcnghẽn càng nhỏ, hoạt động mạng càng ổn định

I.4. Điều khiển tắc nghẽn

Điều khiển tắc nghẽn là tập hợp các hoạt động do mạng thực hiện khi xảy ra tắcnghẽn tại một hay nhiều phần tử mạng nhằm giảm tối thiểu cờng độ, sự lan rộng

và kéo dài tắc nghẽn Khi các hoạt động quản lý lu lợng cha lờng hết những tìnhhuống có thể xảy ra tắc nghẽn hay có những thay đổi sự cố bất thờng nằm ngoài

dự đoán và thống kê thì tắc nghẽn vẫn xảy ra

Ngời ta phân chia thành 4 trạng thái tắc nghẽn:

2 6

Sự suy giảm của mạng

trạng thái ổn định trong tầm kiểm soát, tải trong mạng vẫn đợc duy trì và mạngvẫn có thể tiếp tục hoạt động ở tốc độ đỉnh

Hình vẽ sau mô tả các trạng thái tắc nghẽn:

I.5 Chất lợng dịch vụ

Chất lợng dịch vụ là các mục tiêu chất lợng mà mạng phải đạt

đ-ợc tại lớp ATM tức là xem xét trên cơ sở các tế bào

Chỉ tiêu chất lợng lớp ATM của mạng là khả năng đáp ứng của mạng, nhng chất lợng này không thể duy trì trong suốt quá trình hoạt động của nó khi mà có các đột biến khác Để đạt

đợc chất lợng cam kết cho một kết nối ATM nào đó, mạng cũng phải đề ra một số yêu cầu nhất định nào đó cho từng kết nối ở khía cạnh lu lợng Chính các yêu cầu lu lợng này cho phép mạng giảm một cách tối thiểu các tình huống không thể dự báo đợc; là cơ sở hoạt động cho các cơ chế điều khiển và xử lý của mạng đề cập trên

Mạng và ngời sử sẽ có thoả thuận về lu lợng (Traffic Contrac) và các quy ớc về điều khiển tuân thủ các thoả thuận này Mỗi tế bào sẽ đợc kiểm tra về các thông số lu lợng, nếu thoả mãn các điều kiện qui ớc thì tế bào là tuân thủ

Mạng A CAC RM PC Other

UPC

Mạng A CAC RM PC Other

UPC

Giao diện giữa mạng

và ng ời sử dụng UNI Hình 3 2: Chức năng quản lý l u l ợng Sơ đồ chức năng quản lý lu lợng:

CAC: Connection Admission Control _ Điều khiển chấp nhận kết nối

RM: Resourse Management _ Quản lý tài nguyên

PC: Priority Control _ Điều khiển độ u tiên

UPC: User Parameter Control _ Điều khiển tham số ngời sử dụng

NPC: Network Parameter Control _ Điều khiển tham số mạng

Hình vẽ trên là mô tả tổng quan các chức năng quản lý lu lợng cho mạng ATM.Các chức năng này sẽ đợc trình bày kỹ ở nội dung sau của chơng

II Thông số về lu lợng

Các thông số về lu lợng là các đặc trng về lu lợng nào đó cho một nguồn tải, chẳng hạn nh tốc độ truyền tế bào cực đại, tốc độ truyền chấp nhận đợc Đối với một kết nối ATM cụ thể nào đó hoặc với một nguồn lu lợng nào đó thì sẽ có một tập các đặc tính đợc ghép lại trong một nhóm gọi là bộ miêu tả lu lợng

Các bộ miêu tả về lu lợng của một nguồn là tập hợp các thông số lu lợng yêu cầubởi một nguồn trong kết nối bao gồm các miêu tả lu lợng các nguồn trên kết nối

đó, các thông số liên quan tới dung sai biến thiên trễ áp dụng tại các giao diện liênquan

Cell Rate)

PCR đợc định nghĩa là tốc độ tế bào truyền tối đa cho phép trên một kết nốiATM Tổ chức ITU_T định nghĩa tốc độ tế bào cực đại theo mô hình tơng đơngsau:

2 8

Thiết bị đầu cuối t ơng đ ơng

Thiết bị đầu cuối t ơng đ ơng

Nguồn l u l ợng t ơng đ ơng Nguồn l u l ợng t ơng đ ơng

PHYSCAL SAP

Bộ tạo CDV t ơng đ ơng của TE Bộ tạo CDV t ơng đ ơng của các CN khác

Bộ tạo dạng l u l ợng ảo Nguồn l u l ợng 1

Nguồn l u l ợng n

MUX

Private UNI Public UNI

CDV tại Private UNI

CDV tại Public UNI

Hình 3 3 Mô hình l u l ợng t ơng đ ơng

Với mô hình tơng đơng nh vậy, PCR đợc định nghĩa nh sau:

Tốc độ tế bào cực đại của một kết nối ATM là nghịch đảo của khoảng thời gian

cực tiểu giữa hai yêu cầu phát ATM _ PDU ( ATM Protocol Data Unit - Đơn vị dữ

liệu lớp ATM) liên tiếp của kết nối đó

Khoảng thời gian cực tiểu giữa hai lần phát ATM _ PDU đợc ký hiệu là TPCR

PCR =

1

TPCR

Kỹ thuật ATM sử dụng một tập hợp các giá trị PCR không liên tiếp nhau các tốc

độ cực đại có thể trong dải giới hạn tốc độ tế bào từ 1 Cell/s cho đến 4, 2097 G

Cell/s tơng ứng với khoảng thời gian cực tiểu giữa hai yêu cầu phát ATM _ PDU

từ 0, 9995s đến 2, 33 10- 10s PCR lấy các giá trị theo công thức:

PCR = 2mPCR

(1 +

512 ) Với: 0  mPCR  31

0  kPCR  511Tốc độ tế bào cực đại đợc mạng ATM sử dụng để cung cấp tài nguyên cho kết

nối của nó Để phân biệt tài nguyên một cách chính xác cho các thành phần (dữ

liệu ngời sử dụng, thành phần bảo dỡng, thành phần quản lý tài nguyên ) trên

một kết nối thì mỗi thành phần đợc phân biệt bởi một tốc độ cực đại riêng Giá trị

của tốc độ cực đại đợc quyết định một cách có tính toán do ngời sử dụng dựa trên

tốc độ truyền dẫn của lớp vật lý, tốc độ yêu cầu của nguồn lu lợng (trong các kết

nối đa điểm) Giá trị PCR đợc xác định làm sao để đạt đợc hiệu quả cao nhất của

tốc độ đờng truyền

T 1

UNI

3 0

SB

SB

SB

TB

Khoảng thời gian nhỏ nhất giữa hai lần phát T = 2, 5

Tốc độ biến thiên tế bào cực đại 1/T

ta(i)

TAT

=3 Hình 3.6: Tốc độ tế bào cực đại và dung sai biến thiên trễ truyền dẫn tế bào của 3 nguồn l u l ợng

II.2 Tốc độ tế bào chấp nhận đợc SCR (Sustainable Cell Rate)

Tốc độ tế bào có thể chấp nhận đợc là giá trị trung bình cao nhất của các tế bào

đợc chấp nhận trên một kết nối ATM Có thể hiểu đó là kết quả của phép chia số

tế bào đợc truyền trên một kết nối cho thời gian tồn tại kết nối đó (thời gian kếtnối đợc tính từ thời điểm phát đi tế bào đầu tiên tới thời điểm thuật toán điềukhiển tốc độ tế bào kiểm tra xong tính tuân thủ)

SCR đợc kiểm tra nhờ UPC (NPC) theo đó mạng sẽ đa ra các quyết định phân bốtài nguyên một cách có hiệu quả hơn nữa SCR chỉ đợc áp dụng cho quản lý lu l-ợng và điều khiển tắc nghẽn đối với dịch vụ có tốc độ biến thiên VBR

Thực chất, SCR đợc hiểu là số tế bào tuân thủ tốc độ tối đa đợc truyền chia chothời gian kết nối, nhng mạng lại không biết đợc thời gian kết nối bao lâu Do đó

để khống chế SCR, ngời ta đa ra khái niệm: Kích thớc tối đa của cụm tế bào(Burst) tại tốc độ truyền cực đại MBS (Maximum Burst Size); đó là số tế bào cực

đại có thể truyền ở tốc độ đỉnh

SCR đợc kiểm tra trên mô hình tơng tự nh mô hình tơng đơng áp dụng cho PCR

CDVT (Cell Delay Variation Tollerance)

Bản thân phơng thức truyền không đồng bộ gây ra các loại trễ khác nhau cho cáckết nối ATM Do ảnh hởng các loại trễ này, tế bào sẽ đến đích sớm hơn hoặc trễhơn mong muốn

Để tránh hiện tợng dồn các tế bào trên một giao diện nào đó, các tế bào đến giaodiện này cần có dung sai biến thiên trễ truyền dẫn nằm trong khoảng  yêu cầu Chú ý, thông tin điều khiển lu lợng và điều khiển tắc nghẽn yêu cầu các dung saibiến thiên trễ truyền dẫn có thể áp dụng cho các loại đối tợng khác nhau Ví dụkhi áp dụng cho PCR thì CDVT  PCR cho SCR thì CDVT  SCR

Giá trị CDVT đợc qui định dựa trên tốc độ đờng truyền vật lý tại giao diện Cácgiá trị này khai báo thông qua bản tin báo hiệu hoặc ngầm định trong các giá trịCDVT thoả thuận trớc

3 2

III Chất lợng dịch vụ QOS (Quality Of Service)

Thông thờng, để đánh giá chất lợng dịch vụ ngời ta thờng quan tâm đến tỷ số lỗi bít (BER _ Bit Error Ratio) Nhng trong phơng thức ATM thì chất lợng dịch vụ đợc xem xét

ở mức độ tế bào và theo một cách tổng quát hoá Sau đây chúng ta sẽ xem xét cách đánh giá chất lợng dịch vụ trong ATM

III.1 Các cơ sở đánh giá

III.1.1 Cell exit event (Sự kiện tế bào ra)

Sự kiện kiểm tra bít thứ nhất của tế bào đợc truyền qua các điểm đo nh sau:

UNI ” từ End System vào mạng Private ATM

UNI ” từ Private ATM vào mạng Public ATM

UNI ” từ End System vào mạng Public ATM

III.1.2 Cell entry event (Sự kiện tế bào vào)

Sự kiện kiểm tra bít thứ nhất của tế bào đợc truyền qua các điểm đo nh sau:

UNI ” từ Private ATM vào mạng End System

UNI ” từ Public ATM vào mạng Private ATM

Qua điểm đo “ Public UNI ” từ Public ATM vào mạng End System

III.1.3. Cell Transfer Outcome

Đánh giá kết quả truyền tế bào từ một điểm đo này đến một điểm đo khác nh sau:

 Truyền thành công: Nếu tế bào từ một điểm đo trong khoảng thời gian T max kể từ khi tế bào đó đợc truyền đi và có Header hợp lệ, đồng thời nội dung của tế bào nhận đợc hoàn toàn chính xác với tế bào đợc truyền

 Truyền lỗi: kể cả khi thu đợc trong khoảng thời gian T max nếu nội dung của tế bào không đúng với nội dung của tế bào truyền đi, hoặc kiểm tra phần Header thấy không hợp

lệ thì tế bào coi nh có lỗi

 Mất tế bào: Nếu sau khảng thời gian T max kể từ lúc truyền đi không thu đợc tế bào tại điểm thu thì coi nh tế bào bị mất trên đờng truyền

 Tế bào bị chèn sai: hiện tợng tế bào bị chèn sai xảy ra nếu tại điểm thu nhận đợc một tế bào không phải từ điểm phát tơng ứng

 Khối tế bào bị lỗi: (SECB _ Severely Error Cell Block) là hiện tợng khi truyền một số

N tế bào liên tục nhau mà có M tế bào bị xem là không thành công Cặp giá trị M, N này phụ thuộc vào tốc độ đỉnh PCR Thông thờng ngời ta chọn N =

C1 a1

Cell0

Cell1 Cell2

truyền mẾ cọ 8 Cell truyền khẬng thẾnh cẬng thỨ coi nh khội tế bẾo Ẽọ bÞ lối

III.2 ườ trễ truyền tế bẾo CTD (Cell Transfer Delay)

Khoảng thởi gian trẬi qua giứa hai sỳ kiện: Cell Exit Event tỈi thởi Ẽiểm Ẽo MP 1 vẾ Cell Exit Event tỈi thởi Ẽiểm Ẽo MP 2 tràn mờt kết nội ATM nẾo Ẽọ Thởi gian nẾy chÝnh lẾ tỗng tất cả thởi gian trễ, thởi gian xữ lý tỈi cÌc nụt chuyển tiếp tế bẾo ATM tràn mỈng

Do vậy, ngoẾi trễ thẬng thởng trong mỈng cần chụ ý tợi trong quÌ trỨnh xữ lý do bản thẪn

ký thuật ATM gẪy ra Nguyàn nhẪn cũa nọ lẾ do sỳ khẬng Ẽổng bờ cÌc tế bẾo ATM tử nhiều nguổn khÌc nhau vẾo mờt Ẽầu ra cũa chuyển mỈch ATM

III.3 ườ biến thiàn trễ truyền tế bẾo CDV (Cell Delay Variation)

ườ biến thiàn trễ truyền dẫn tế bẾo CDV sinh ra bỡi bản thẪn phÈng thực truyền khẬng Ẽổng bờ, gẪy ra sỳ trễ khẬng Ẽổng nhất qua toẾn mỈng

Cọ hai cÌch Ẽể Ẽo ẼỈc CDV:

1) ưo CDV qua mờt Ẽiểm Ẽo (One _ point CDV)

XÌc ẼÞnh Ẽờ biến thiàn trễ truyền tế bẾo tỈi mờt Ẽiểm Ẽo so vợi trễ tham chiếu khi truyền tế bẾo tỈi tộc Ẽờ tế bẾo Ẽình PCR GiÌ trÞ One _ point CDV Y k tỈi Ẽiểm Ẽo cho tế bẾo k lẾ:

Nếu Y k < 0 lẾ tÈng ựng vợi cÌc khoảng trộng tế bẾo

2) ưo CDV qua hai Ẽiểm Ẽo (Two _ point CDV)

XÌc ẼÞnh Ẽờ biến thiàn trễ truyền tế bẾo tỈi hai Ẽiểm Ẽo MP 1 vẾ MP 2 cũa củng mờt kết nội GiÌ trÞ trễ truyền tế bẾo CTD cọ tham chiếu lẾ CDV cũa tế bẾo Ẽọ tai hai Ẽiểm Ẽo

MP 1 vẾ MP 2 :

V k = X k - a 12

Trong Ẽọ: V k _ Two point CDV cũa tế bẾo k tỈi MP 1 vẾ MP 2

x k _ ườ trễ truyền tế bẾo (CTD) cũa tế bẾo k giứa hai Ẽiểm

MP 1 vẾ MP 2

a 12 _ườ trễ truyền tế bẾo (CTD) cũa tế bẾo tham chiếu chuẩn Biến thiàn Ẽờ trễ truyền dẫn gẪy ra mờt vẾi ảnh hỡng xấu Ẽến chất lùng mỈng Sỳ phẪn tÌn cũa tế bẾo, cÌc khoảng thởi gian trễ khÌc nhau Ẽội vợi cÌc tế bẾo khÌc nhau sé ảnh hỡng Ẽến chực nẨng bÌo hiệu vẾ quÌ trỨnh ghÐp cÌc tế bẾo lỈi vợi nhau

3 4

Cell1

Cellk

d12 a21

a2k

a21

a2k

a1, k: thêi gian tÕ bµo k qua MP1

a2, k: thêi gian tÕ bµo k qua MP2

d12: trÔ tÕ bµo ®Çu tiªn

Xk = a2k – a1k

Vk = Xk – d12

H×nh 3 6: §o CDV qua hai ®iÓm

Hình 3 7 Phân bố xác suất tế bào theo độ trễ

III.4 Các thông số về chất lợng dịch vụ

Đây là các thông số kỹ thuật đợc mạng cam kết thực thi khi mà điều kiện lu lợng

đợc tuân thủ Có 6 thông số chất lợng dịch vụ đợc đặt ra trong ATM_Forum và có

3 trong 6 thông số đợc đàm phán giữa mạng và ngời sử dụng Quá trình đàm phánnày có thể là quá trình trao đổi bản tin báo hiệu hoặc là ngay khi làm hợp đồngthuê bao Các loại thông số chất lợng dịch vụ đợc xác định thông qua bản tinSetup hoặc bản tin Connect

III.4.1. Các thông số chất lợng dịch vụ đợc đàm phán

1 Tỷ lệ mất tế bào CLR (Cell Loss Ratio)

2 Độ biến thiên trễ tối đa Max CTD (Maximum Cell Transfer Delay)

Nó chính là độ trễ truyền tế bào tối đa cho phép Nếu độ trễ vợt qua giá trị này thì các tế bào đợc coi là đến muộn hoặc là rơi Thông số Max CDV này có liên quan đến tỷ lệ mất tế bào CLR nh sau:

Nếu xác suất giá trị độ trễ CTD lớn đến nỗi xảy ra mất tế bào là  thì xác suất các tế bào có độ trễ lớn hơn Max CDV là 1-

3 Độ biến thiên trễ cực tiểu _ cực đại (Peak to peak CDV)

Thông số này đặc trng cho dải biến thiên trễ tế bào cho phép Peak to Peak; đề cập tới dải biến thiên từ thấp nhất sang cao nhất của biến thiên trễ Xác suất mà CDV rơi vào khoảng biến thiên Peak to Peak là 1-, trong khi phần còn lại tơng ứng với hiện tợng tế bào

về đích chậm hoặc bị mất trên đờng truyền

Vì bản thân mạng ATM luôn gây ra trễ nên độ trễ truyền tế bào có một giá trị chặn d ới Giá trị này ứng với trờng hợp tốt nhất của mạng trong khi giá trị Max_CDV tớng ứng với trờng hợp xấu nhất

Hình vẽ sau biểu diễn sự phân bố mật độ xác suất tế bào theo độ trễ:

III.4.2 Các thông số chất lợng dịch vụ không đợc cam kết

1 Tỷ lệ lỗi tế bào Cell (Cell Error Ratio)

(Chú ý các tế bào Block

bị lỗi không kể đến

3 6

CER =

Số tế bào bị lỗi

Số tế bào đ ợc truyền đi

2 Tỷ lệ khối tế bào bị một vài lỗi SECBR (Severly Error Cell Block Ration)

SECBR =

Số khối tế bào bị một vài lỗi

Số khối tế bào đ ợc truyền đi

3 Tỷ lệ tế bào bị chèn sai CMR (Cell Missinesertion Ratio)

CMR =

Số tế bào bị chèn nhầm Khoảng thời gian truyền

III.4.3. Nguyên tắc gộp các loại thông số chất lợng dịch vụ

ATM là mạng cho đa dịch vụ gồm nhiều thành phần khác nhau và ảnh hởng trễcủa các thành phần này cũng khác nhau ảnh hởng trễ gây cho mạng là chồngchất các trễ Nguyên tắc tổng hợp trễ là dựa trên trờng hợp xấu nhất có thể

III.5 Phân lớp chất lợng dịch vụ

Mỗi khách hàng sử dụng đều quan tâm đến chất lợng dịch vụ Tuy nhiên do tài nguyên là hữu hạn nên không thể cung cấp chất lợng cho mọi yêu cầu sử dụng nh nhau Trong ATM ngời

ta phân ra thành các lớp chất lợng dịch vụ để phù hợp với từng loại dữ liệu cần truyền

Trong thực tế, để đảm bảo chất lợng dịch vụ, các nhà cung cấp thực hiện phân lớp theo các phơng thức:

1 Các lớp QOS xác định

Lớp QOS xác định cung cấp dịch vụ cho một kết nối ảo ATM (VCC hoặc VPC) dới dạng một tập hợp các tham số đặc tính Đối với mỗi lớp QOS xác định có giá trị tiêu chuẩn xác định cho mỗi tham số đặc tính

Ban đầu, mỗi nhà cung cấp mạng cần xác định các giá trị tiêu chuẩn cho một tập hợp các tham số đặc tính cho ít nhất một lớp dịch vụ sau:

Lớp dịch vụ A: Mô phỏng mạch Video tốc độ bit thay đổi

Lớp dịch vụ B: Audio và Video tốc độ bit thay đổi

Lớp dịch vụ C: Truyền số liệu hớng liên kết

Lớp dịch vụ D: Truyền số liệu không hớng liên kết

Trong tơng lai ngời ta có thể xác định nhiều lớp QOS hơn cho một lớp dịch vụ ở trên Hiện nay các lớp QOS đã đợc xác định nh sau:

 Lớp QOS xác định 1: hỗ trợ chất lợng dịch vụ đáp ứng các yêu cầu đặc tính của lớp dịch vụ A

 Lớp QOS xác định 2: hỗ trợ chất lợng dịch vụ đáp ứng các yêu cầu đặc tính của lớp dịch vụ B Lớp này đợc dự định cho Video và Audio kiểu gói trong các ứng dụng hội nghị truyền hình từ xa và các ứng dụng đa phơng tiện

 Lớp QOS xác định 3: hỗ trợ chất lợng dịch vụ đáp ứng các yêu cầu đặc tính của lớp dịch vụ C Lớp này đợc dự định tơng tác các giao thức hớng liên kết chẳng hạn nh chuyển tiếp khung (Frame Delay).

Thời điểm đầu tiên

2 Các lớp QOS không xác định

Trong lớp QOS không xác định, các tham số đặc tính không xác định các mục tiêu Tuy nhiên nhà cung cấp mạng có thể xác định một tập hợp các mục tiêu cho các tham số đặc tính Trong thực tế, các mục tiêu này không phải luôn là hằng số trong quá trình cuộc gọi.

Nh vậy một lớp QOS xác định không có một ràng buộc rõ ràng nào về QOS với luồng tế bào CLP = 0 hay CLP = 1 Các dịch vụ sử dụng lớp QOS không xác định có thể có các tham số lu lợng xác định rõ ràng

IV Thuật toán chung trong quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn

Một bài toán đặt ra là làm thế nào để kiểm tra tính tuân của các thông số về lu ợng Thuật toán chung cho tốc độ tế bào GCRA (Generic Cell Rate Algorithm)cho phép kiểm tra tính tuân thủ của các loại tốc độ khác nhau nh tốc độ tế bào tối

l-đa, tốc độ tế bào có thể chấp nhận đợc Cho mỗi loại tốc độ, các biến thiên trễ

t-ơng ứng sẽ đợc áp dụng

Đối với mỗi loại dịch vụ trong kỹ thuật ATM các thoả thuận giữa ngời sử dụng

và mạng đợc cam kết cho một hoặc nhiều loại tốc độ khác nhau của tế bào Dovậy, có thể cùng một lúc có thể áp dụng một hay nhiều thuật toán GCRA khácnhau cho các tốc độ truyền khác nhau, và các dung sai trễ tơng ứng Cơ sở củathuật toán là kiểm tra tốc độ tế bào dựa trên thời gian đến đích của các tế bào cótuân thủ thời gian dự tính theo tốc độ thoả thuận hay không

Có hai thuật toán đợc áp dụng đó là: thuật toán lịch trình ảo và thuật toán gáo rò.Thực chất hai thuật toán này là tơng đơng nhau và đều kiểm tra thời điểm đến đíchcủa một tế bào trên kết nối có vợt sớm một giới hạn định trớc hay không Cả haithuật toán đều sử dụng hai biến: biến giới hạn L (Limit) và biến gia tăng I(Incresment) và thờng đợc biểu diễn GCRA (I, L)

Dựa trên tốc độ thoả thuận giữa mạng và ngời sử dụng, ta có thể tính đợc khoảngthời gian đến đích giữa hai tế bào liên tiếp Thời gian này là nghịch đảo của tốc độtrung bình và đợc sử dụng làm giá trị gia tăng I

Giá trị L đợc xác định để kiểm tra xem nếu tế bào đến đích sớm hơn so với thờigian dự định một giá trị L thì tế bào đó coi nh phạm luật Thông thờng I và L đợcthoả thuận giữa mạng và ngời sử dụng

Thuật toán áp dụng tính toán thời điểm đến đích lý thuyết của tế bào TAT và sosánh giá trị TAT với thời điểm đến đích thực tế của tế bào ta(k)

Lu đồ thuật toán:

3 8

TAT = TAT + I

Tế bào tuân thủ Hình 3 8: L u đồ thuật toán lịch trình ảo

đến đích của tế bào tiếp theo

TAT = ta(k) TAT = TAT + I Ngợc lại, nếu tế bào đến sớm thì phải tiếp tục kiểm tra Nếu trờng hợp nó đếnsớm nhng vẫn còn trong giới hạn cho phép (TAT  ta(k) + L) thì tế bào vẫn đợccoi là tuân thủ Thời gian đến đích của tế bào tiếp đợc tính tiếp theo cơ sở của tếbào hiện tại

TAT = TAT + I Nếu cả hai điều kiện trên đều không xảy ra thì tế bào bị coi là không tuân thủ và

bị loại

Thuật toán tính khoảng thời gian thực tế giữa 2 tế bào kế tiếp nhau và so sánhvới thời gian dự tính thông qua cơ chế hoạt động của một gáo rò Cụ thể:

Gáo rò có thể cho nớc chảy ra với vận tốc không đổi bằng một đơn vị vận tốc;gáo có khả năng chứa tối đa một lợng nớc mà chảy hết trong khoảng thời gian(I+L)

Sau khi tế bào đến đích ta có thể đổ thêm 1 lợng gia tăng I Giá trị lợng nớc giatăng này tơng đơng với thời gian chảy I giây Khoảng thời gian đến đích giữa hai

tế bào liên tiếp (ta(k) - LCT_Last Compliance Time) đợc đo theo lợng nớc chảy ra

từ gáo với 1 vận tốc(1 đơn vị) không đổi

Lợng nớc còn lại cho ta kết quả sự so sánh khoảng thời gian đến đích giữa hai tếbào liên tiếp và khoảng thời gian dự tính

Nếu sự chênh lệch này vợt quá giá trị giới hạn L, thì nớc sẽ tràn ra khỏi gáo khi

ta đổ thêm lợng gia tăng I tơng ứng với trờng hợp tế bào không tuân thủ

Nếu tế bào đến đích muộn hơn thời gian dự tính thì lợng nớc trong gáo sẽ bịchảy hết hoặc lợng nớc trong gáo không vợt quá L, tế bào đợc coi là tuân thủ L-ợng nớc còn lại trong gáo sẽ đợc cộng thêm với giá trị gia tăng để tính lợng mới

Lu đồ thuật toán:

Hình 3 9: L u đồ thuật toán gáo rò

V Các cơ chế trong quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn

V 1 Cơ chế điều khiển u tiên CLP(Cell Lost Priority)

Trong kỹ thuật ATM ngời ta sử dụng bit CLP để phân biệt các mức u tiên vềchất lợng dịch vụ cho các tế bào khác nhau trong các áp dụng và có thể là căn cứkhi cần thiết phải loại bỏ một số tế bào khi mạng xảy ra tắc nghẽn

Để thực hiện cơ chế điều khiển này, ngời ta sử dụng phơng pháp gán đuôi Celltagging nh sau:

Trong quá trình thực hiện điều khiển thông số ngời sử dụng UPC/thông số mạngNPC, nguyên tắc đánh dấu hay gán đuôi cho tế bào đợc áp dụng Các tế bào cóCLP = 0 đợc chuyển thành CLP = 1 đợc gọi là các tế bào đợc gán đuôi nguyêntắc này chỉ áp dụng các tế bào trong dòng có CLP = 0, chức năng quản lý l u lợng

và điều khiển tắc nghẽn của mạng chuyển đổi các tế bào không tuân thủ điềukhiển lu lợng trong dòng CLP = 0 thành các tế bào có đuôi CLP = 1 nếu nó tuânthủ các điều kiện cho dòng tế bào CLP = 0+1

Trên một kết nối việc có áp dụng hay không Cell Tagging do định nghĩa tínhtuân thủ của tế bào trong thoả thuận về lu lợng qui định Ngời sử dụng có thể yêucầu thiết lập kết nối Cell Tagging hay không Tại phía mạng có thể chấp nhận haykhông áp dụng nguyên tắc này tuỳ theo bản thân mạng có hỗ trợ Cell Tagging haykhông

Có hai cơ chế khi thực hiện điều khiển u tiên đó là: Chế độ trong suốt của CLP

và chế độ CLP có ý nghĩa

 Trong chế độ CLP có ý nghĩa nó xem xét và đánh giá tỷ lệ mất tế bào cho cácdòng CLP = 0, mạng không xác định và đảm bảo tỷ lệ mất tế cho dòng tế bào cóCLP = 0+1 Chế độ này có cơ chế gán đuôi cho tế bào đợc sử dụng hay không làlựa chọn của mạng Mạng luôn cố gắng tốt nhất để truyền các tế bào có CLP = 1.Nếu kết nối cho phép gán đuôi tế bào thì các tế bào đợc gán đuôi đợc coi là tuânthủ

 Trong chế độ CLP trong suốt mạng nói chung không quan tâm đến giá trị bitCLP vì việc mất tế bào đợc xem xét đánh giá chung cho dòng CLP = 0+1, việcgán đuôi phân biệt cho các tế bào không cần thiết

4 0

CAC

Cấu trúc hàng chờ Tham số l u l ợngPCR, SCR, MBS, DVT, RSR Dung l ợng của đ ờng trung kế cho cuộc gọi

Dung l ợng của đ ờng trung kế

Chấp nhận cuộc gọi

Yêu cầu QOS cho CLR

Từ chối cuộc gọi

CLR: Tỷ lệ mất tế bào CDVT: Dung sai biến đổi trễ MBS: Kích th ớc Bust số liệu lớn nhất PCR: Tốc độ đỉnh

RSR: Tốc độ yêu cầu SCR: Tốc độ trung bình

Hình 3 10: Mô hình điều khiển chấp nhận kết nối

Thực tế, khi thực hiện cơ chế điều khiển mức u tiên ngời ta bố trí các bộ đệmcho các mức u tiên khác nhau và đợc điều khiển đầu vào, đầu ra theo các chiến lợc

định trớc Cơ chế này thờng kết hợp chức năng loại bỏ tế bào có lựa chọn để cungcấp chất lợng cao nhất cho tế bào có mức độ u tiên cao

V 2 Điều khiển đầu vào kết nối(Connection Admssion Control)

Tại quá trình thiết lập cuộc gọi, chức năng CAC là chức năng bắt buộc đợc thiếtlập bởi mạng Nhờ kênh báo hiệu SVC hoặc bởi hệ thống quản lý NMS (thiết lậpVPC) để xác định liệu có xử lý tiếp tục các kết nối hay huỷ bỏ nó CAC đợcchuyển mạch thực hiện bởi phần mềm theo mô hình sau:

Yêu cầu cuộc nối sẽ đa ra các tham số lu lợng và loại chất lợng QOS mongmuốn CAC sẽ quyết định xem yêu cầu cuộc nối đó có thể chấp nhận đợc khôngtại thời gian cung cấp đờng PVC (Permanent Virtual Chanel_ Kênh ảo cố định)hoặc tại thời điểm cuộc gọi của SVC (Switch Virtual Chanel_ Kênh ảo chuyểnmạch )

CAC chỉ có thể chấp nhận yêu cầu nếu chắc chắn rằng chất lợng dịch vụ QOS

đang cung cấp cho các cuộc nối khác đang hoạt động không bị hạ thấp hơn cáctham số của hợp đồng lu lợng Từ những yêu cầu đợc chấp nhận CAC sẽ quyết

định các tham số lu lợng, bảng chuyển mạch, và định ra các tài nguyên khai nhkích thớc rỗng của bộ đệm, độ rỗng của băng thông

Đây là bớc đầu tiên trong chuỗi các hoạt động của quản lý lu lợng, nó quyết

định các tham số lu lợng làm tiền đề cho các hoạt động sau này

UPC(VC) UPC(VC)

Hình 3 11: Điều khiển thông số ng ời sử dụng

V 3 Điều khiển thông số ngời sử dụng mạng

Đây là chức năng không bắt buộc của mạng nhằm để quan sát và đảm bảo việcthực thi các thoả thuận về lu lợng UPC/NPC thực hiện việc giám sát, phát hiện racác vi phạm thoả thuận về lu lợng và thực hiện các hoạt động cần thiết để bảo vệtài nguyên của mạng trớc các hành vi không dự báo đợc ảnh hởng đến các kết nốihiện có

Điều khiển thông số ngời sử dụng mạng có thể thực hiện theo kênh ảo lẫn đờng

ảo theo nh hình vẽ mô tả sau:

UPC giám sát các kết nối tại giao diện UNI và tơng tự NPC giám sát các kết nốitại giao diện NNI Vì chức năng của UPC và NPC là tơng tự nhau nên trong phạm

vi này chúng ta chỉ xét UPC