Phân tích cấu trúc phần cứng chuyển mạch ATM và xem xét ảnh hưởng của nó đến chất lượng dịch vụ

hệ thống chuyển mạch ATM là phần quan trọng nhất của công nghệ ATM

Lời nói đầu

Ngày nay , cùng với sự phát triển về kinh tế- xã hội, nhu cầu trao đổithông tin của con ngời ngày càng cao Bởi vậy công nghệ điện tử viễn thông

có vai trò đặc biệt quan trọng nhất là trong giai đoạn bùng nổ thông tin nhhiện nay Các hệ thống điện tử viễn thông là phơng tiện rất hữu ích để phục

vụ cho nhu cầu trao đổi thông tin một cách cấp thiết

Uỷ ban t vấn viễn thông quốc tế CCITT đã đa ra mô hình mạng viễnthông số hoá đa dịch vụ băng rộng B-ISDN ( Broadband Integrated ServiceDigital Network) B-ISDN đợc xây dựng trên cơ sở của mạng cáp quang đồng

bộ , mạng thông minh ( IN)và công nghệ chuyển tải không đồng bộ (ATM)

đã cho phép truyền tiếng nói, hình ảnh, dữ liệu trên cùng một mạng duy nhất

ATM là một công nghệ mới dựa trên cấu trúc tế bào ATM, nó kết hợp

đợc các đặc điẻm kỹ thuật giã chuyển mạch cổ điển của mạng điện thoại vớichuyển mạch gói đã đáp ứng đợc nhu cầu thông tin của con ngời một cáchtoàn diện Có thể nói hệ thống chuyển mạch ATM là phần quan trọng nhấtcủa công nghệ ATM vì thế việc đi sâu nghiên cứu sự ảnh hởng của cấu trúcphần cứng chuyển mạch ATM đến chất lợng dịch vụ là một vấn đề rất quantrọng và rất cần thiết

Nội dung chủ yếu của bài đồ án này em đã viết về đề tài :

Phân tích cấu trúc phần cứng chuyển mạch ATM và xem

“Phân tích cấu trúc phần cứng chuyển mạch ATM và xem

xét ảnh hởng của nó đến chất lợng dịch vụ”

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài đồ án này nhng do thời gian có hạncho nên trong quá trình làm đò án sẽ không tránh khỏi những sai sót Em rấtmong đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn bè để bài làm của

em đợc tốt hơn và hoàn thiện hơn Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầygiáo hớng dẫn Th.S :Phơng Xuân Quang đã tận tình gợi ý, hớng để em hoànthành bài đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Chơng I

Một số khái niệm cơ bản về ATM

I Giới thiệu chung về ATM

Kiểu truyền không đồng bộ (ATM) là công nghệ dồn kênh và chuyểnmạch trên cơ sở tế bào , thiết kế cho mục đích chung là truyền liên kết có h-ớng các dịch vụ băng rộng.ATM cũng đang đợc ứng dụng cho mạng LAN vàcác công nghệ mạng riêng đã đợc chỉ ra bởi ATM Forum

ATM điều khiển cả lu lợng hớng liên kết và lu lợng không liên kếtthông qua việc sử dụng lớp tơng thích Các liên kết ảo ATM có thể thực hiệnnhờ tốc độ bit không đổi(CBR) hoặc tốc độ bit thay đổi (VBR) Mỗi tế bàoATM gồm thông tin địa chỉ, xác định liên kết ảo từ nguồn đến đích Tất cảcác tế bào sau đó đợc truyền đI, nối tiếp nhau,qua liên kết ảo này.ATM cungcấp các cuộc nối ảo thông qua chuyển mạch ,các cuộc nối cố định(Permanent) và bán cố định (Semi-Permanent), các cuộc nối từ điểm tới điểmhoặc từ điểm tới đa điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu

ATM đa ra khả năng chuẩn hóa trên một kiến trúc mạng, xác định cáchthức chuyển mạch và dồn kênh, với SONET/STM cung cấp các cơ sở chochuẩn truyền vật lý đối với các tốc độ rất cao ATM cũng hỗ trợ nhiều loạidịch vụ chất lợng cao cho các yêu cầu ứng dụng khác nhau với độ trễ và tổnthất tế bào cho phép Bởi vậy,nhìn chung ATM là mạng hoàn chỉnh có thể đ-

ợc xây dựng bằng cách sử dụng nguyên lý dồn kênh và chuyển mạch lớp tơngthích ATM (ATM Adaption Layer- AAL) và lớp ATM để hỗ trợ cho tất cảcác dịch vụ băng rộng nh là : tiếng nói,dữ liệu ,video, hình ảnh…

II Cấu trúc tế bào ATM

Tế bào ATM là đơn vị truyền tín hiệu cơ bản trong công nghệ ATMcác chuẩn ATM xác định kích thớc cố định của tế bào có độ dài là 53 bytes,bao gồm 5 bytes cho tiêu đề và 48 bytes cho thông tín hiệu nh chỉ ra tronghình 1.1 Các bit trong tế bào đợc truyề liên tục trong đờng truyền từ trái sangphải Các tế bào đợc sắp xếp vào trong đờng truyền vật lý,nh là chuẩn DS1,DS3 của Bắc Mỹ hoặc SONET; chuẩn: E1,E3,và E4 của châu Âu; hoặc cácchuẩn về STM của ITU-T

Trong đó:

H : Phần tiêu đề VPI : Nhận dạng đờng ảo

P : Phần thông tín hiệu hữu ích VCI : Nhận dạng kênh ảo GFC : Điều khiển luồng chung PT : Loại thông tín hiệuCLP : Ưu tiên tổn thất tế bào HEC : Kiểm tra lỗi tiêu đề Hình 1.1: Khuôn dạng và sự truyền của tế bào ATM

Trong mạng ATM , toàn bộ thông tín hiệu đợc chuyển mạch và dồnkênh trong các tế bào có độ dài cố định này Trờng tiêu đề nhận dạng đích

đến, loại tế bào và mức độ u tiên Có hai dạng trờng tiêu đề của tế bào ATM :một dạng là tế bào đợc truyền trên giao diện giữa ngời sử dụng và mạng UNI(User Network Interface) (hình 1.2a),dạng còn lại là các tế bào đợc truyềngiữa các nút mạng NNI ( Network Node Interface)(hình 1.2b)

Trờng tiêu đề bao gồm trờng nhận dạng đờng ảo (VPI), nhận dạngkênh ảo (VCI),loại thông tin (PT) , xác dịnh u tiên tế bào (CLP), trờng kiểmtra lỗi tiêu đề (HEC) Ngoài ra, trờng tiêu dề ở giao diện UNI có điểm khác làtrờng VPI bị rút ngắn lại còn 8 bit so với 12 bit ở giao diện NNI, thay vào chỗ

4 bit của VPI là trờng điều khiển lu lợng chung(GFC)

Hình 1.2:Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI và NNI

Trờng nhận dạng đờng ảo (VPI) dùng để định hớng các tế bào ATMqua bộ chuyển mạch và cung cấp các đờng ảo riêng biệt giữa các điểmcuối.Trờng nhận dạng kênh ảo (VCI) cung cấp thông tin định hớng kênh cho

tế bào ATM Các kênh ảo đợc dùng để thiết lập các kênh thông tin giữa cácthiết bị đầu cuối.Tổ hợp VPI và VCI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗicuộc nối

Trờng điều khiển lu lợng chung(GFC) cho phép bộ dồn kênh điều khiểnluồng các cuộc nối ATM ở giao diện UNI Nó đợc sử dụng để làm giảm tìnhtrạng quá tải trong thời gian ngắn có thể xảy ra trong mạng của ngời sử dụng.Cơ chế GFC dùng cho cả cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều

điểm Khi kết hợp mạng ATM với các mạng khác, thì GFC là bộ các giá trịchuẩn để định nghĩa mức độ u tiên các qui luật truy nhập của ATM vào cácmạng đó

Loại thông tin (PT) chỉ ra các tế bào gồm dữ liệu của ngời sử dụng, dữliệu báo hiệu hoặc thông tin bảo dỡng

Bit u tiên tổn thất tế bào (CPL) chỉ ra mức độ u tiên của tế bào Các tếbào u tiên thấp hơn bị loại bỏ trớc các tế bào có u tiên cao hơn trong khi tắcnghẽn

Trờng điều khiển lỗi tiêu đề (HEC) chứa mã d vòngCRC (CyclicRedundancy Check).Nó dùng để kiểm tra, phát hiện và sửa các lỗi trong tiêu

đề

Tế bào ATM có thể đợc phân loại theo lớp cấu thành và chức năng nh đãchỉ ra ở bảng 1.1 gồm tế bào lớp ATM và tế bào lớp vật lý

Lớp ATM Tế bào xác định Liên quan các lớp bậc cao

Tế bào không xác định Dịch vụ sẵn có trong lớp

ATM

Tế bào OAM lớp vật lý Tế bào OAM

Bảng 1.1 : Phân loại tế bào ATM

Tế bào lớp ATM đợc tạo ra trong lớp ATM và đợc phân chia thành tếbào xác định và tế bào không xác định

Tế bào lớp vật lý đợc tạo ra trong lớp vật lý và đợc chia ra thành tế bàotrống và tế bào điều hành khai thác , bảo dỡng (OAM)

Tế bào xác định đợc dùng để chỉ những tế bào dành cho dịch vụ tronglớp ATM.Còn tế bào không xác định đợc dùng khi không có tài nguyên dànhsẵn trên đầu phát

Tế bào trống đợc chèn thêm vào trong trờng hợp tốc độ bit của lớp vật

lý không phù hợp với tốc độ bit của đờng truyền dẫn Còn tế bào OAM lớpvật lý đợc dùng cho việc quản lý , khai thác và bảo dỡng

III Các khái niệm về kênh ảo và đờng ảo

Trong một đờng truyền dẫn có thể bao gồm vài đờng ảo VP (VirtualPath),trong mỗi VP có thể có vài kênh ảoVC (Virtual Channel) Mỗi VP và

VC trong đờng truyền dẫn đều có một giá trị CPI vàVCI riêng, các số VP và

VC phụ thuộc vào độ dài của VPI và VCI trong trờng tiêu đề của tế bào ATM

Hình 1.3 thể hiện mối quan hệ giữa VP và VC, và đờng truyền dẫn

Hình 1.3: Mối quan hệ giữa VP ,VC,và đờng truyền dẫn.

1, Đờng ảo và kênh ảo

Đờng ảo (VP) là khái niệm để chỉ việc truyền đơn hớng các tế bào ATM

có cùng một giá trị nhận dạng đờng ảoVPI Trong đờng truyền dẫn có thể cómột số đờng ảo Số đờng ảo này phụ thuộc vào số bit của VPI trong trờng tiêu

đề của tế bào ATM

Kênh ảo (VC) là khái niệm để chỉ việc truyền đơn hớng các tế bàoATM tơng ứng với một giá trị nhận dạng kênh ảo chung duy nhất VCI Nhiềukênh ảo có thể hợp lại thành một đờng ảo Số kênh ảo phụ thuộc vào số bitcủa VCI trong trờng tiêu đề của tế bào ATM

2, Liên kết kênh ảo (VC link) và liên kết đờng ảo (VP link)

ITU-I đã định nghĩa liên kết kênh ảo và liên kết đờng ảo nh sau:

Liên kết kênh ảo là sự truyền đơn hớng các tế bào ATM giữa điểm mà tại

đó các VCI đợc gán vào tế bào và điểm mà các giá trị đó bị thay đổi hoặc bịxóa

Liên kết đờng ảo là liên kết giữa hai điểm mà tại đó các giá trịVPI đợc

gán, thay đổi hoặc bị xóa

3, Cuộc nối kênh ảo(VCC) và cuộc nối đờng ảo (VPC)

Theo định nghĩa của ITU-I: Cuộc nối kênh ảo (VCC) là sự móc nối

của một số liên kết kênh ảo giữa hai điểm mà tại đó có thể truy nhập vào lớp tơng thích ATM (AAL) Thực chất VCC là một đờng nối logic giữa hai điểm

dùng để truyền các tế bào ATM và các VCC đợc chuyển mạch nhờ vào tổhợp của giá trị VPI và VCI Thông qua VCC, thứ tự các tế bào đợc bảo toàn

Các VCC đợc ứng dụng tại giao diện ngời sử dụng- ngời sử dụng(User-User) để truyền thông tin hữu ích và thông tin báo hiệu giữa hai đầucuối Tại giao diện ngời sử dụng-mạng (User- Network), VCC có chức năng

là tạo truy nhập cuộc nối đến nút chuyển mạch địa phơng.VCC giữa các nútmạng đợc dùng để mang thông tin quản lý lu lợng mạng, định tuyến và báohiệu tại giao diện mạng- mạng (Network-Network)

Cuộc nối đờng ảo (VPC) là sự móc nối của một số liên kết đờng ảo.VPC là sự kết hợp logic của các VCC Các VPC đợc chuyển mạch dựa trêngiá trị VPI duy nhất Trong một VPC , mỗi liên kết kênh ảo đều có VCIriêng, tuy vậy ,những VC thuộc về các VP khác nhau có thể có các số VCIgiống nhau Mỗi VC đợc nhận dạng duy nhất thông qua tổ hợp của hai giá trịVCI và VPI

VCP liên kết giữa ngời sử dụng cung cấp cho họ các”ống truyền dẫn”gồm nhiều kênh ảo Tại giao diện ngời sử dụng- mạng (User- Network) VPC

đợc dùng để kết hợp các luồng thông tin từ ngời sử dụng đến các nút chuyểnmạch địa phơng.Tại giao diện mạng- mạng (Network- Network) VPC sửdụng để tổ chức luồng thông tin của ngời sử dụng theo sơ đồ định tuyến cósẵn, cho việc chuyển mạch các tuyến hay cho thông tin quản lý mạng

IV Cấu trúc phân lớp của mạng ATM

1 Mô hình tham chiếu giao thức của ATM

Cấu trúc phân lớp logic đợc sử dụng trong ATM dựa trên mô hình thamchiếu liên kết các hệ thống mở OSI Tuy vậy mô hình ATM sử dụng kháiniệm các lớp và mặt phẳng riêng rẽ cho từng chức năng riêng biệt nh chứcnăng dành cho ngời sử dụng, chức năng điều khiển, quản lý mạng Kháiniệm này đợc gọi là mô hình tham chiếu giao thức B- ISDN (B- ISDNProtocol Reference Model hay B-ISDN- PRN)Mô hình tham chiếu giao thức

B-ISDN bao gồm ba mặt phẳng: mặt phẳng quản lý, mặt phẳng ngời sử dụng,

và mặt phẳng điều khiển nh đã chỉ ra trong hình 1.4.

Mặt phẳng quản lý bao gồm hai chức năng chính là quản lý mặt phẳng

và quản lý lớp Toàn bộ các chức năng liên quan đến hệ thống đều nằm ở quản lý mặt phẳng, nó có nhiệm vụ tạo ra sự phối hợp làm việc giữa những

mặt phẳng khác nhau Quản lý lớp đợc chia thành các lớp khác nhau nhằm

thực hiện các chức năng điều hành các tham số ngời sử dụng và điều hànhcác thông tin quản lu lợng lý, khai thác và bảo dỡng

Mặt phẳng ngời sử dụng kiểm soát các thông tin của ngời sử dụng Tất

cả các cơ chế liên quan nh điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn, chống lỗi

đều thực hiện ở mặt phẳng này Nó có cấu trúc phân lớp, mỗi lớp thực hiệnmột chức năng riêng biệt liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ cho ngời sửdụng

Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ thực hiện các chức năng báo hiệu

liên quan tới việc thiết lập, giải phóng và giám sát đờng nối hoặc cuộc gọi

Giao thức của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng ngời sử dụng đợcphân loại thành lớp mức cao, lớp thích ứng ATM (AAL), lớp ATM và lớp vật

lý Các chức năng đợc mô tả trong bảng 1.2

Nhiều giao thức mạng đợc đối chiếu với mô hình giao thức OSI Sosánh với mô hình guiao thức OSI, chỉ có lớp vật lý của ATM là t ơng ứng vớilớp 1 trong OSI Lớp ATM và AAL là tơng ứng với lớp 2 của OSI, nhng trờng

địa chỉ của tiêu đề tế bào ATM có ý nghĩa nh lớp3 của mô hình OSI Hình 1.5biểu diễn các lớp ATM theo OSI và các chức năng của lớp ATM và lớp AAL

Lớp ATM -Điều khiển lu lợng chung (GCF)

-Tạo và phân tách tiêu đềcủa tế bào

- Truyền đạt các VPI/VCtrong tế bào

- Ghép và tách các tế bào

Lớp vật lý

Hội tụ truyền (TC)

- Phân định tốc độ tế bào

- Tạo và kiểm tra tín hiệu HEC

- Nhận biết giới hạn tế bào

- Phát và khôi phục khung truyền dẫn

quang đồng bộ (SONET) với tốc độ 155.52 Mb/s DS3 là 44,737 Mb/s Cápquang đa mode 100 Mb/s

4, Chức năng của lớp AAL

Lớp thích ứng ATM (AAL)đợc phân thành phân lớp hội tụ CS và phânlớp phân tách và táI tạo lại tế bào SAR Chức năng của mỗi phân lớp đợc môtả trong bảng 1.2

Lớp AAL có nhiệm vụ tạo ra sự tơng thióch giữa các dịch vụ đợc cungcấp bởi lớp ATM với các lớp cao hơn và chức năng chủ yếu của lớp AAL làsắp xếp các đơn vị dữ liệu PDU thành các tế bào ATM

Phân lớp phân tách và tạo lại tế bào SAR có nhiệm vụ phân chia PDU

của các lớp cao hơn thành các phần tơng ứng 48 bytes của trờng dữ liệu tếbào ATM ở bên phát ở bên thu,SAR lấy thông tin 48 bytes để ghép lại thànhPDU để cung cấp cho lớp trên

Phân lớp hội tụ CS phụu thuộc vào các loại dịch vụ.nó cung cấp các

dịch vụ của lớp AAL cho các lớp cao hơn thông qua điểm truy nhập dịch vụSAP Thông thờng có 4 loại dịch vụ sau:

 Dịch vụ nhóm A: Làm việc theo thời gian thực, tốc độ truyền không

đổi và có hớng liên kết Ví dụ: dịch vụ điện thoại,Audio, video có tốc độkhông đổi

 Dịch vụ nhóm B: Làm việc theo thời gian thực , tốc độ truyền thay

đổi và có hớng liên kết Ví dụ nh tín hiệu audio và video có tốc độ thay đổi

 Dịch vụ nhóm C: Làm việc không yêu cầu thời gian thực, tốc độ

truyền thay đổi và có hớng liên kết Ví dụ: dịch vụ truyền số liệu có hớng liênkết và báo hiệu

 Dịch vụ nhóm D: Làm việc không yêu cầu thời gian thực, tốc độ

truyền thay đổi và không có hớng liên kết Ví dụ: Dịch vụ truyền số liệukhông liên kết

ITU-T chia AAL thành 4 loại khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm dịch

vụ của chúng Bảng 1.3 mô tả chi tiết các loại AAL

AAL0

CS

AAL1SAR

AAL2

CPCSCPCS AAL3/4SAR

SSCSCPCS AAL5SAR

Bảng 1.3: Chức năng của Lớp AAL

AAL0: Mặc dù thuật ngữ AAL0 không chính thức đợc sử dụng, nhng

nó có thể đợc chú ý đến khi lớp AAL vắng mặt của phân lớp SAR và CS

Điều này có nghĩa là không có chức năng nào của AAL đợc yêu cầu và dunglợng của trờng thông tin tế bào đợc truyền trực tiếp và trong suốt lên lớp caohơn

AAL1: Phục vụ cho các dịch vụ thuộc nhóm A: thu và phát đơn vị dữ

liệu dịch vụ SDU theo thời gian thực với tốc độ truyền không đổi Chức năng

cơ bản của AAL1 bao gồm:Phân tách và tạo lại thông tin ngời sử dụng, xử lý

trễ truyền và tạo tế bào, xử lý lỗi khi mất hoặc chèn nhầm tế bào, khôi phục

đồng bộ ở đầu thu, phát hiện lỗi trong trờng điều khiển tế bào và khôi phụclại cấu trúc thông tin bên nhận

 Lớp con SAR có dạng nh sau:

4 bit 4 bit 47 bytes

SN SNP Trờng dữ liệu SAR-PDU

Hình 1.6: Khuôn dạng SAR-PDU của AAL1

Đơn vị dữ liệu giao thức SAR-PDU gồm 48 bytes, trong đó 1 byte là ờng thông tin điều khiển giao thức PCI (Protocol Control Infomation) và 47byte thông tin loại SAR-PDU Trong PCI có:

tr 4 bit chỉ thị thứ tự SN (Sequence Number)

- 4 bit mã chống lỗi SNP (Sequence Number Protection)

Trờng SN có chức năng đếm số thứ tự của các PDU và đợc chia thành: Bit C chỉ thị lớp con hội tụ (Convergence Sublayer Indication), đợc sửdụng để truyền thông tin đồng bộ hoặc các thông tin về cấu trúc dữ liệu

- 3 bit đếm số thứ tự S C (Sequence Count), cho phép phát hiện các tếbào bị mất hoặc bị chèn nhầm

Trờng SNP chứa 3 bit mã CRC (CycLic Redundancy Check) để pháthiện và sửa lỗi cho SN, bit P (Parity) kiểm tra chẵn lẻ7 bit của PCI

 Lớp con CS: Có các chức năng hoàn toàn phụthuộc vào loại dịch vụ:

Xử lý các giá trị trễ tế bào: Các giá trị trễ khác nhau đợc xử lý thông

qua một bộ đệm, nếu bộ đệm rỗng thì hệ thống tự động chèn thêm một số bit,nếu bộ đệm tràn thì một số bit bị huỷ

- Xử lý các tế bào bị mất hoặc chèn nhầm

- Khôi phục tín hiệu đồng bộ

- Truyền các thông tin về cấu trúc dữ liệu giữa nguồn và đích

- Sửa lỗi trớc FEC (Forward Error Correction): để đảm bảo chất lợng

dịch vụ cao cho một số ứng dụng video và audio

AAL2: Phục vụ cho các dịch vụ thuộc nhóm B Sử dụng cho các dịch

vụ có tốc độ thay đổi đợc, truyền trong thời gian thực Nó có các chức năngchủ yếu giống AAL1, chỉ có một điểm đặc biệt SDU,PDU thay đổi tốc độ khitruyền giữa lớp AAL và các lớp cao hơn

AAL3/4 : Phục vụ cho các dịch vụ thuộc nhóm C và D Phục vụ cho các

dịch vụ không yêu cầu thời gian thực, tốc độ thay đổi, phục vụ cho kiểutruyền liên kết và không có hớng liên kết Hình 1.7 là cấu trúc của AAL3/4trong đó phân lớp CS đợc chia thành hai phần:SSCS và CPCS Một trong các

chức năng của phân lớp phụ thuộc dịch vụ SSCS (Service Specific CS ) là

truyền số liệu.Phân lớp phần chung hội tụ truyền CPCS (Common Part CS)

truyền các khung số liệu của ngời sử dụng với độ dài bất kỳ trong khoảng từ

1 byte đến 65535 bytes

Hình 1.7: Cấu trúc của AAL ắ

AAL3/4 cung cấp hai kiểu dịch vụ cơ bản là dịch vụ kiểu thông điệp(Message Mode Service) để truyền các số liệu đợc đóng thành khung và dịch

vụ kiểu dòng bit (Streaming Mode Service) để truyền tốc độ thấp với yêu cầutrễ nhỏ

Cấu trúc đơn vị dữ liệu của SAR-PDU:

2 bit 4 bit 10 bit 44 bytes 6 bit 10bit

-Trờng kiểu đoạn ST (Segment Type) có độ dài 2 bit,để cho biết đơn

vị dữ liệu thuộc cuộc nối nào, thuộc ngời sử dụng hay quản Lý

- Trờng số thứ tự SN có độ dài 4 bit và có chức năng đếm số thứ tự của

SAR-PDU

-Trờng chỉ thị độ dài trờng thông tin LI (Length Indicator) dài 6 bit,

chỉ ra số byte của CS-PDU chứa trong trờng dữ liệucủa SAR-PDU

-Trờng chống Lỗi CRC dài 10 bit, thực hiện việc kiểm tra lỗi bit trong

SAR-PDU

-Trờng nhận dạng ghép kênh MID (Multiplexing Identifier) dài 10 bit.

Chức năng chủ yếu là đồng thời phân kênh và hợp kênh các cuộc nối mức

S

T SN MID Trờng thông tin SAR - PDU I I CRC

Tiêu đề SAR - PDU

SSCS CPCS SAR

AAL 3/4CS

SAR - PDU

Hình 1.8 Dạng SAR – PDU của AAL3/4

AAL khác nhau thành một đờng nối đơn ở mức ATM.Các SAR-PDU với giátrị nhận dạng MID khác nhau sẽ thuộc về các CS-PDU riêng biệt.

AAL5 :Phục vụ cho các dịch vụ có tốc độ thay đổi,không theo thời gian

thực Cũng giống nh AAL 3/4 , AAL5 đợc sử dụng chủ yếu cho các yêu cầutruyền số iệu.ITU-T đa ra kiểu AAL5 nhằm mục đích giảm độ dài phầnthông tin điều khiển giao thức (PCI- gồm phần tiêu đề và phần đuôi).AAL5

có các chức năng và giao thức hoạt động nh AAL 3/4 Điểm khác nhau chínhcủa hai loại này là AAL5 không đa ra khả năng hợp kênh và phân kênh, do

đó nó không có trờng MID AAL5 chủ yếu đợc dùng cho báo hiệu mạngATM và phần lớn các thiết bị ATM LAN hỗ trợ cho loại này

V nguyên Lý chuyển mạch

1 Nguyên Lý chuyển mạch

Trong môi trờng ATM, việc chuyển mạch các tế bào đợc thực hiệntrên cơ sở các giá trị VPI và VCI của trờng tiêu đề tế bào ATM Các giá trịVPI, VCI chỉ có ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối Khi tế bào tớinút chuyển mạch, giá trị của VPI hoặc cả VPI và VCI đều thay đổi cho phùhợp với chặng tiếp theo

Thiết bị chuyển mạch ATM có hai chức năng cơ bản sau:

(a) Nhận dạng và phân tích các VPI và VCI trong tế bào ATM

(b) Truyền các tế bào ATM từ một trong các cổng đầu vào đến các cổng

đầu ra cho trớc

Có hai loại chuyển mạch ATM chính: chuyển mạch VP(hay nút nối xuyên) và chuyển mạch VC (hay chuyển mạch ATM).

2 Nút nối xuyên (chuyển mạch VP)

Các thiết bị chuyển mạch tại đó làm giá trị của VPI thay đổi gọi là nútnối xuyên (Cross connec) hoặc là bộ tập trung (Concentrator) hay chuyểnmạch VP (VP Switch)

Hình 1.9 là sơ đồ giải thích nguyên lý chuyển mạch VP Chuyển mạch

VP là nơi bắt đầu và kết thúc các liên kết đờng ảo, do đó nó cần phải chuyểncác giá trị VPI ở đầu vào thành các giá trị VPI tơng ứng ở đầu ra sao cho cácliên kết đờng ảo này thuộc về cùng một cuộc nối đờng ảo cho trớc Trong tr-ờng hợp này giá trị VCI đợc giữ nguyên không thay đổi

Hình 1.9: Chuyển mạch VP

3 Chuyển mạch VC

Thiết bị chuyển mạch tại đó giá trị của VPI và VCI đều thay đổi, hoặcVCI thay đổi gọi là chuyển mạch VC (VC Switch) hoặc chuyển mạch ATM(ATM Switch)

Hình 1.10 giải thích nguyên tắc chuyển mạchVC Khác với chuyểnmạch VP, chuyển mạch VC Là điểm cuối của liên kết kênh ảo và iên kết đ-ờng ảo Vì vậy, trong chuyển mạch VC, giá trị của cả VPI và VCI đều bị thay

đổi Do trong chuyển mạch VC còn bao gồm cả chuyển mạch VP nên về mặtnguyên tắc, chuyển mạch VC có thể thực hiện các chức năng nh một chuyểnmạch VP

Hình 1.10: Chuyển mạch VC

Hình 1.11 minh hoạ một cuộc nối kênh ảo VCC thông thờng, TE là nútchuyển mạch nơi mà giá trị VPI và VCI bị thay đổi A và B là hai thiết bị

đầu cuối;D1 và D2 à các bộ nối xuyên, nơi chỉ thay đổi giá trị VPI; ai , xi, yi

lần lợt là các giá trị VPI và VCI tơng ứng

VI Những u điểm nổi bật của ATM

Công nghệ ATM dựa trên cấu trúc tế bào ATM kết hợp đợc các đặc

điểm của kỹ thuật chuyển mạch cổ điển của mạng điện thoại với các u điểmcủa kỹ thuật chuyển mạch gói, nhờ vậy loại bỏ đợc những hạn chế của các kỹthuật truyền dẫn ghép kênh phân chia thời gian (TDM), đáp ứng đợc nhu cầudịch vụ thông tin đa dạng một cách mềm dẻo, hiệu quả, dễ dàng thích ứng vớinhững dịch vụ mới và thay đổi về công nghệ xuất hiện trong tơng lai Những

đặc điểm nổi bật nhất của ATM đợc tóm tắt dới đây:

* Đặc tính truyền dẫn mềm dẻo: gần nh không có giới hạn về tốc độ

truyền dẫn và thông lợng các kênh thông tin Mỗi kênh thông tin đợc thiêt lậpbằng một chuỗi tế bào các ATM , số ợng các tế bào đợc truyền đi trong một

đơn vị thời gian à hoàn toàn tuỳ ý

Do vậy tốc độ truyền của kênh không bị giới hạn vào các tốc độ cơ sở

64 Kbit/s, 128 Kbit/s Số lợng kênh trên cùng một đờng truyền phụ thuộc vào

số lợng số nhận dạng logic của các tế bào Nh vậy, tốc độ có thể đạt tới mứctối đa khi các kênh hoạt động đồng thời trên cùng một đờng truyền

* Đặc tính chuyển mạch bằng phần cứng: Trong mạng chuyển mạch

gói truyền thống, việc phân tích, xử lý địa chỉ của gói để chuyển mạch đợcthực hiện bằng phần mềm do độ dài gói không cố định Tế bào ATM với cấutrúc thống nhất cho phép việc xử lý chuyển mạch thực hiện đợc bằng thiết bịphần cứng đồng thời giữa các nút chuyển mạch không có yêu cầu điều khiểnluồng và điều khiển lỗi do đó nó có thể giảm tối đa thời gian xử lý ở nútchuyển mạch nên tốc độ xử ý rất nhanh,tiết kiệm thời gian

* ở trên tiêu đề của tế bào ATM chỉ có thông tin để nhận dạng cuộcnối mà không chứa thông tin về địa chỉ đích, địa chỉ nguồn, về thứ tự gói.Thứ tự gói trong ATM là thứ tự cố định và tuần hoàn nh trong thực tế

* Đặc tính ghép/phân kênh trực tiếp, độc lập với tốc độ truyền:Ghép/phân kênh trong mạng ATM , dựa trên cơ sở chỉ số nhận dạng

kênh, không lệ thuộc vào các khe thời gian cố định nh trong TDM, nên cáckênh với tốc độ truyền khác nhau hoàn toàn có thể đợc ghép/phân kênh đễdàng thông qua chỉ số nhận dạng kênh

* Khả năng thiết lập các nhóm kênh ảo,dễ dàng cho việc điều hành và quản lý mạng : Nhóm kênh ảo đợc định nghĩa bằng chỉ số nhận dạng đờng ảo

VPI, do vậy có thể tạo mới, thay đổi lu lợng hoặc đờng đi bằng cách điềukhiển việc quản lý và điều hành mạng năng động.

* Khả năng ghép kênh thống kê, tăng hiệu quả sử dụng của đờng truyền: các ứng dụng truyền hình ảnh, dữ liệu thờng có tốc độ truyền biến đổi

theo thời gian hoặc ngắt quãng, tốc độ truyền lớn nhất đợc cấp phát cho kênhtruyền để đảm bảo không bị mất thông tin Các tế bào ATM có thể đợc gáncho các kênh một cách linh động , khi đờng truyền rỗi sẽ đợc truyền đi, nhờ

đó tạo ra khả năng ghép kênh thống kê

Nh vậy , nhờ có công nghệ ATM ta có thể kết hợp các dịch vụ B-ISDNkhác nhau Đó là các dịch vụ băng rộng và băng hẹp khác nhau cùng tồn tạitrong mạng viễn thông, trong cùng một kich cỡ tế bào ATM Các dịch vụ cótốc độ bit không đổi CBR tạo nên các tế bào ATM đợc phân bố rộng hơn, nh-

ng vẫn tạo nên cùng một loại tế bào ATM Ngoài ra dịch vụ thời gian thchhiện đợc tạo nên nhờ sử dụng kênh ảo, nên loại bỏ đợc hiện tợng trễ

VII tóm tắt

Chơng 1 đã trình bày một số khái niệm cơ bản về ATM Ta đã tìm hiểu

đến: cấu trúc tế bào ATM, các khái niệm liên quan tới cuộc nối (VCC, VPC,

VP, VC), nguyên tắc chuyển mạch ATM Mô hình tham chiếu ATM- PRM

và chức năng của từng lớp trong mô hình này đợc trình bày khái quát, thểhiện cách thức hoạt động của ATM Những u điểm nổi bật của công nghệATM cho thấy công nghệ ATM đáp ứng đợc nhu cầu dịch vụ thông tin đadạng một cách mềm dẻo, hiệu quả, dễ dàng thích ứng với những dịch vụ mới

và thay đổi về công nghệ xuất hiện trong tơng lai

Chơng 2

cấu trúc phần cứng chuyển mạch atm

Trong chơng này ta sẽ lần lợt nghiên cứu về các khái niệm quan trọngnhất của phần cứng chuyển mạch ATM Đó là cấu trúc phần tử chuyển mạchATM, cấu trúc của hệ thống chuyển mạch ATM và phân loại hệ thốngchuyển mạch ATM

I tổng quan về hệ thống chuyển mạch atm

1, Xu hớng của công nghệ chuyển mạch ATM

Chuyển mạch ATM có chức năng phân phối mỗi tế bào tới nơi nhận

t-ơng ứng, phù hợp với VPI/VCI, là nơi truyền đi thông tin của phần tiêu đề đốivới mỗi kênh Điều đó có nghĩa là các tế bào đợc đa vào hệ thống chuyểnmạch ATM để khôi phục bảng chuyển đổi địa chỉ bằng những phơng tiệnphần cứng phù hợp với giá trị của VPI/VCI và sau đó địa chỉ của cổng ra đợclựa chọn một cách tự động Đồng thời, các giá trị của VPI/VCI đợc chuyển

đổi thành những giá trị mới cho quá trình xử lý tiếp theo Các đặc trng củachuyển mạch ATM thể hiện ở độ trễ tế bào thông qua việc sử dụng kỹ thuật

tự định tuyến của lớp phần cứng, và có thể dễ dàng hỗ trợ cho truyền thông

đa phơng tiện sử dụng dữ liệu, tiếng nói và hình ảnh

Những yêu cầu đối với hệ thống chuyển mạch ATM là quá trình xử lý

tế bào phải thực hiện trên phạm vi 1ms/nút, trong trờng hợp xử lý thông tin có tốc độ bit không đổi CBR là 10 -9 /nút, và trong trờng hợp xử lý thông tin có

tốc độ bit thay đổi VBR có tỉ lệ tổn thất tế bào cỡ 10 -7 trên mỗi nút phải đợc

đảm bảo chắc chắn Ngoài ra, nó còn phải đợc đảm bảo yêu cầu về tốc độtruyền dẫn, dễ dàng trong việc điều khiển phân phối và tự định tuyến , đảmbảo tính modul hoá và khả năng mở rộng tổng đài

Mặt khác, những vấn đề quan trọng nhất có liên quan tới công nghệchuyển mạch ATM nhất thiết hiện nay phải đợc giải quyết là:

- Đảm bảo sự hỗ trợ có hiệu quả của truy nhập điểm - đa điểm trong

hệ thống chuyển mạch

- Đảm bảo sự hỗ trợ của chức năng phân nhóm kênh đợc sử dụngnhằm mục đích liên kết các cổng chuyển mạch và nhóm chúng lại

- Đảm bảo cho việc sử dụng dung lợng lớn của hệ thống chuyển mạchATM

Đảm bảo sự hỗ trợ của các dịch vụ ATM mới nh tốc độ bit dành sẵn ABR và tốc độ bit không xác định UBR.

2, Các môi trờng phần cứng của chuyển mạch ATM

Hệ thống chuyển mạch ATM đợc kiến trúc trên cơ sở tế bào và đợc

phân chia hợp lý theo khoảng cách, tốc độ và kích thớc mạng Chúng đợc

ứng dụng trong các mạng cục bộ (Local), tập trung (campus) và mạng diệnrộng (WAN) và xem nh chia thành ba môi trờng phần cứng cơ bản:

* Chuyển mạch trung tâm CO (Central Office) hay các chuyểnmạch cơ bản

* Chuyển mạch Ca (Campus) còn gọi là môi trờng dành cho khách

hàng CPE (Customer Premises Environment)

* Các chuyển mạch ATM địa phơng (Local) nh là các bộ định

tuyến (Router), Các chuyển mạch thông thờng (Switch), các hub ( bộ tậptrung) và các cầu nối ( Bridge)

a, Các chuyển mạch ATM trung tâm ( CO)

Chuyển mạch ATM trung tâm (CO) là xơng sống của mạng ATM, ờng yêu cầu truyền tin trong dải lớn hơn 5 Gb/s Chúng bao gồm toàn bộ cácgiao diện (UNI) ATM thuần nhất Các chuyển mạch ATM CO thiết lập cáccuộc gọi cho các chuyển mạch CPE Môi trờng CO sử dụng nguồn DC, cókhả năng mở rộng cả dung , lợng cổng và quá trình xử lý

th-b, Các chuyển mạch ATM Campus

Các chuyển mạch ATM Campus hay CPE thông thờng nhỏ hơn cácchuyển mạch CO và có dải truyền tin nhỏ hơn 5 Gb/s, nhng cung cấp nhiềugiao diện nh LAN ( nh Ethernet và Token hay CPE sử dụng nguồn AC, códung lợng nhỏ hơn và năng lợng xử lý nhỏ hơn chuyển mạch CO

Nhận xét: Chuyển mạch CO thờng truyền đạt dải lớn hơn 5 Gb/s Do đó

nếu chỉ dựa trên riêng tốc độ thì không phân biệt đợc chuyển mạch CO vớichuyển mạch Campus Các chuyển mạch trung tâm CO Ring), MAN ( nhFDDI và DBDQ), X25, và tiếng nói Một số chuyển mạch cung cấp chứcnăng biến đổi giao thức, LAN mô phỏng, và mạng ảo Các chuyển mạchCampus nói chung lớn hơn và có độ bền công nghiệp hơn các chuyển mạchCPE Môi trờng CO sử dụng nguồn DC và có khả năng chia tỷ lệ với một số

lớn các cổng Ngợc lại môi trờng dành cho khách hàng CPE sử dụng nguồn

AC và năng lợng xử lý nhỏ hơn chuyển mạch CO

c, Các chuyển mạch ATM địa phơng( Local)

Các chuyển mạch ATM địa phơng (Local) giống nh các chuyển mạch

thông thờng (Switch), các bộ định tuyến (Router), các HUB (bộ tập trung), vàcác cầu nối (Bridge) cũng đóng vai trò quan trọng trong mạng ATM

Các chuyển mạch ATM địa phơng (Local) đợc liên kết với nhau trong

mạng, và có thể kết nối với các hệ thống khác Các chuyển mạch là các thiết

bị liên kết có hớng và chúng đợc liên kết với nhau thông qua các giao thứcchuyển mạch

Các bộ định tuyến (Router), cầu nối (Bridge) và HUB bao gồm các chứcnăng hoặc tách biệt hoặc đồng thời Mỗi loại cung cấp giao thức hỗ trợ chocác mức tơng ứng của mô hình tham chiếu OSI Bridge có chức năng tơngứng với mức 1 và mức 2 của mô hình OSI, trong khi đó Router và HUB tơngứng với mức 1,2 và 3 của mô hình OSI Router cho phép nối các kiểu mạngkhác nhau thành liên mạng và do đó các router sẽ phụ thuộc vào giao thứccủa các mạng đợc kết nối Hình 2.2 biểu diễn mối quan hệ của các lớp củamô hình tham chiếu giao thức OSI với Bridge, Router và Hub

1 Tổng quan

Trong ATM có hai thiết bị thực hiện chức năng chuyển mạch các tế

bào, đó là chuyển mạch ATM ( ATM switch hay VC switch) và bộ nối

xuyên (Cross- Connect hay VP Switch ) Hai thiết bị này thực hiện

chức năng chính sau:

 Đọc các VPI/VCI của tế bào ở đầu vào và thay đổi giá trị củachúng ở đầu ra

 Truyền tế bào ATM từ đầu vào đến các đầu ra cho trớc

Cấu trúc của chuyển mạch ATM có thể đợc chia thành hai phần là

phần cứng và phần mềm.

*Phần cứng của nút chuyển mạch bao gồm:

Giao diện của nút chuyển mạch có tác dụng làm cho dòng thông tin đi vàonút chuyển mạch tơng thích với phần lõi bên trong về mặt tốc độ cũng nhdạng của tế bào

- Phần lõi là chuyển mạch không gian cung cấp các khả năng chuyển

mạch các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều điểm Chúng bao

gồm bộ tập trung (Concentrator), bộ hợp kênh ( Muliplexer) và ma trậnchuyển mạch ( Switch Matrix)

* Nút chuyển mạch ATM đợc điều khiển và giám sát bởi phần mềm

Phần mềm của chuyển mạch ATM gồm có ba chức năng chính:

- Xử lý lu lợng đi qua nút chuyển mạch

- Thực hiện các chức năng vận hành và bảo dởng nút chuyển mạch

- Quản lý các chức năng hệ thống

Trong giới hạn của đề tài, ta chỉ quan tâm đến phần cứng chuyển mạch

ATM mà thôi Do vậy, ba vấn đề cốt lõi của cấu trúc chuyển mạch nhằm

đảm bảo phơng thức hoạt động của chúng gồm:

- Kiến trúc của chuyển mạch

- Phần lõi của nút chuyển mạch là cơ cấu chuyển mạch

- Cách thức tổ chức bộ đếm của chuyển mạch và mối quan hệ của nó khithực hiện chuyển mạch

Trong chuyển mạch ATM , các phần tử chuyển mạch ( SwitchElement ) đợc sử dụng để nối giữa đầu vào và đâù ra bất kì ở nút chuyểnmạch Nút chuyển mạch có thể đợc xây dựng từ một hoặc một vài phần tửchuyển mạch tuy nhiên trên thực tế do yêu cầu về dung lợng thông tin Nútchuyển mạch thờng có cấu trúc đợc xây dựng từ nhiều phần tử chuyển mạchtheo một cách thức nhất định Có nhiều cách để ghép các phần tử chuyểnmạch với nhau nhng phổ biến nhất là ghép các phần tử chuyển mạch vớinhau theo nhiều tầng Sau đây ta sẽ xem xét cấu trúc các phần tử chuyểnmạch và cách xây dựng các hệ thống chuyển mạch lớn

2 Cấu trúc phần tử chuyển mạah

a, Cấu tạo chung của phần tử chuyển mạch.

Phần tử chuyển mạch là đơn vị cơ bản trong cấu trúc của hệ thốngchuyển mạch Tại đầu vào, các thông tin về chọn đờng ( có liên quan tới VPI/VCI) đợc phân tích, căn cứ trên kết quả phân tích đó mà các tế bào đợc đa tới

đầu đệm Các bộ điều khiển vào IC, các bộ điều khiển ra OC và mạng nốichuyển mạch phối hợp thực hiện các chức năng chuyển mạch và lu giữ tạmthời

Ngời ta phân loại phần tử chuyển mạch theo cấu trúc của mạng nối

chuyển mạch và cách thức tổ chức bộ đệm, các loại phần tử chuyển mạch

khác nhau sẽ đợc xem xét dới đây

b, Phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận

Trong phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận, mạng nối chuyển mạch

có cấu trúc ma trận chữ nhật ( hình 2.4), ma trận này cho phép nối giữa một

đầu vào và một đầu ra rỗi bất kỳ.Việc nối đầu vào với các đầu ra đợc thựchiện dựa trên thông tin liên quan tới định tuyến nằm trong phần tiêu đề của tếbào ATM Phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận lại đợc chia thành ba loạivới cách tổ chức bộ đệm khác nhau:

Trong phần tử chuyển mạch dùng bộ đệm đầu vào,bộ đệm tế bào đợc

đặt ở bộ điều khiển đầu vào ( hình 2.5) Nếu sử dụng bộ đệm kiểu FIFO (vàotrớc ra trớc- First In First Out), đụng độ sẽ xảy ra nếu hai hoặc vài tế bào ở

đầu hàng đợi cùng tranh chấp một đầu ra Trong trờng hợp này trừ một tế bào

đợc quyền đi tới đầu ra đó, tất cả các tế bào còn lại sẽ bị tắc nghẽn

IC IC

IC

OC

Để khắc phục nhợc điểm này, có thể thay thế bộ nhớ FIFO bằng bộnhớ truy nhập ngẫu nhiên RAM Nếu tế bào đầu tiên bị tắc nghẽn, những tếbào sau vẫn có thể đợc truyền tới các đầu ra rỗi cho trớc.Tuy vậy việc sửdụng RAM yêu cầu các cơ chế quản lý bộ nhớ phức tạp hơn, để đảm bảo tìm

ra những tế bào đợc chọn tới các đầu ra rỗi cũng nh đảm bảo thứ tự truyềncác tế bào tới cùng một đầu ra

Ngoài ra để có thể truyền các tế bào tại cùng một bộ đệm đồng thời tớicác đầu ra khác nhau thì các bộ đệm phải có nhiều đầu ra hoặc thời gian truynhập giảm xuống

Hình 2.5 : Cấu trúc phần tử chuyển mạch ma trận có bộ đệm đầuvào

b2 Bộ đệm đầu ra.

Hình 2.6 Minh hoạ phần tử chuyển mạch sử dụng bộ đệm đầu ra.Tắc

nghẽn chỉ xảy ra khi tốc độ vận hành của ma trận chuyển mạch bằng với tốc

độ của dòng tế bào đầu vào Nhợc điểm này có thể đợc khắc phục bằng việcgiảm thời gian truy nhập bộ đệm và tăng tốc độ hoạt động của ma trậnchuyển mạch (thực chất tốc độ hoạt động ở đây là tốc độ ghi/đọc của RAM).Tuy vậy yêu cầu tốc độ hoạt động cao sẽ dẫn tới giới hạn về mặt kíchthớc của phần tử chuyển mạch Thật vậy, để không xảy ra tắc nghẽn bêntrong phần tử chuyển mạch dùng bộ đệm đầu ra có kích thớc b*b phải có tốc

độ hoạt động tăng lên b lần để trong trờng hợp xấu nhất khi có b tế bào cùng

đồng thời yêu cầu một đầu ra nh nhau, thì tắc nghẽn cũng không xảy ra, vìvậy kích thớc của phần tử chyển mạch sẽ không thể lớn tuỳ ý Trong trờnghợp ngợc lại, nếu tốc độ hoạt động của phần tử chuyển mạch không đảm bảo

thì bắt buộc phải bổ sung thêm bộ đệm đầu vào để tránh mất tế bào do tắcnghẽn bên trong.

Hình 2.6:Cấu trúc phần tử chuyển mạch ma trận có bộ đệm đầu ra

b3 Bộ đệm tại giao điểm của ma trận chuyển mạch

Bộ đệm cũng có thể nằm tại giao điểm của ma trận chuyển mạch (Hình2.7).Cấu trúc phần tử chuyển mạch loại này cho phép các tế bào đi tới các

đầu ra khác nhau không ảnh hởng tới nhau Nếu các tế bào nằm ở những bộ

đệm khác nhau có cùng một đầu ra thì logic điều khiển cần phải chọn xem bộ

đệm nào sẽ đợc phục vụ đầu tiên Do dùng chung bộ nhớ đệm giữa đầu vao,

đầu ra nên hiệu quả sử dụng bộ đệm cao, lợng tế bào phải chờ trung bìnhgiảm Cấu trúc phần tử chuyển mạch kiểu này có nhợc điểm là bộ đệm ở giao

điểm có kích thớc nhỏ, không chia sẻ đợc bộ đệm và việc quản lý bộ đệm tạinút chuyển mạch phức tạp hơn nhiều, nên trong thực tế bộ đệm tại nútchuyển mạch ít đợc sử dụng hơn

Hình 2.7: Cấu trúc phần tử chuyển mạch ma trận có bộ đệm tại giao

điểm

c, Phần tử chuyển mạch dùng kiểu Bus

Các phần tử chuyển mạch kiểu Bus sử dụng mạng nối chuyển mạch làcác Bus ghép kênh theo tời gian tốc độ cao ( High Speed Time DivisionMultiplexing Bus).Tắc nghẽn không xảy ra chỉ khi tổng dung lợng của kênhtruyền lớn hơn hoặc bằng tổng dung lợng của tất cả các đầu vào Để đảm bảo

yêu cầu này, phần tử chuyển mạch kiểu Bus sử dụng phơng pháp truyền bit

theo kiểu song song Thuật toán truy nhập Bus áp dụng ở đây cho phép Bustruyền đợc chia sẻ cho mỗi bộ đệm theo một chu kỳ cho trớc Mỗi bộ điềukhiển đầu vào có thể truyền tế bào tới một đầu ra trớc khi hoàn thành việc

nhận tế bào kế tiếp Phần tử chuyển mạch kiểu Bus cần có bộ đệm đầu ra để

đề phòng trờng hợp có vài tế bào cùng tới một đầu ra trong khi tại một thời

điểm chỉ có thể đa ra ngoài một tế bào

Hình 2.8: Phần tử chuyển mạch kiểu bus

d, Phần tử chuyển mạch kiểu vòng (Ring Type Switching Element)

Phần tử chuyển mạch kiểu vòng có cấu trúc đợc minh hoạ trên hình

2.9 Tất cả các bộ điều khiển đầu vào và đầu ra đợc nối với nhau thông qua mạng hình vòng Mạng nối chuyển mạch hoạt động theo nguyên lý phân khe

thời gian với dung lợng của vòng phải lớn hoặc bằng tổng dung lợng của tấtcả các đầu ra thích hợp Hình 2.3 minh hoạ cấu trúc của phần tử chuyểnmạch

Hình 2.3 Mô hình cấu tạo chung của phần tử chuyển mạch ATM

Phần tử chuyển mạch ATM gồm có: các bộ điều khiển vào IC ( Input Controller), các bộ điều khiển ra OC ( Output Controller), và mạng nối

chuyển mạch là phần quan trọng nhất.IC và OC liên kết với nhau thông quamạng nối chuyển mạch đợc đồng bộ với đồng hồ bên trong thông qua bộ

Mạng nối chuyển mạch

IC

IC

OCOC

điều khiển đầu vào IC Bộ điều khiển OC có nhiệm vụ chuyển các tế bào mà

nó nhận đợc từ mạng nối chuyển mạch tới đầu ra cho trớc

Để tránh việc mất tế bào khi xảy ra đụng độ bên trong do hai hoặc nhiều

tế bào cùng tranh chấp một đầu ra, các phần tử chuyển mạch cần phải có các

bộ vào Trong thực tế thờng hay sử dụng phần tử chuyển mạch vòng Orwell ,trong đó một vài vòng đợc sử dụng song song để đảm bảo yêu cầu về tốc độ

e, Phần tử chuyển mạch sử dụng bộ nhớ trung tâm

Trong phần tử chuyển mạch sử dụng bộ nhớ trung tâm,các bộ điều

khiển đầu vào và đầu ra đều sử dụng một bộ nhớ chung duy nhất, số liệu từ

tất cả các đầu vào đều đợc ghi vào bộ nhớ này, số liệu đợc đọc ra bất kỳ.Bộ

nhớ chung còn có thể đợc tổ chức thành những bộ đệm logic đầu vào và đầu

ra Bởi vì bộ đệm cùng chia sẻ một bộ nhớ chung duy nhất nên dung lợng bộ

nhớ yêu cầu trong trờng hợp này lớn hơn nhiều so với trờng hợp phần tửchuyển mạch dùng các bộ đệm riêng rẽ Các phần tử chuyển mạch loại nàythờng làm việc theo nguyên tắc tự định đờng Mặt khác cũng cần phải lu ýrằng phần tử chuyển mạch có bộ nhớ trung tâm phải đợc tổ chức thành cácphần song song để đảm bảo tần suất truy nhập bộ nhớ không lớn hơn tốc độcho phép Đặc điểm của loại này là bộ đệm nhỏ, điều khiển bộ đệm phức tạp,tốc độ truy tìm bộ đệm lớn

Hình 2.10 thể hiện nguyên tắc của phần tử chuyển mạch sử dụng bộ nhớtrung tâm

Hình 2.10: phần tử chuyển mạch sử dụng bộ nhớ trung tâm

3, Ưu nhợc điểm của các loại phần tử chuyển mạch

- Phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận đợc chia thành ba loại vớicách tổ chức bộ đệm khác nhau: bộ đệm đầu vào, bộ đệm đầu ra, bộ đệm tạigiao điểm của ma trận Bộ đệm đầu ra sẽ tránh đợc hiện tợng nghẽn đầu vào

và tăng đợc tốc độ thực tế dòng dữ liệu đi qua chuyển mạch , nhng có nhợc

điểm là tốc độ bộ đệm và khích thớc lớn hơn so với bộ đệm đầu vào Bộ đệmtại giao điểm của ma trận do dùng chung bộ nhớ đệm giữa đầu vào , đầu ranên hiệu quả bộ đệm cao, lợng tế bào phải chờ trung bình giảm, nhng nhợc

điểm là bộ đệm ở giao điểm có kích thớc nhỏ, không chia sẻ đợc và việc quản

lý bộ đệm tại giao điểm ma trận chuyển mạch phức tạp hơn rất nhiều, nêntrong thực tế bộ đệm loại này ít đợc sử dụng hơn

- Cấu trúc chuyển mạch Bus về nguyên lý khá đơn giản, dễ ứng dụng.Tuy nhiên, cấu trúc có hạn chế là chuyển mạch Bus chỉ cho ta một đờng nốicho một tập các phần tử gắn vào nó nên dải thông cho mỗi phần tử phụ thuộcnhiều vào số phần tử gắn vào Bus Dải thông này không thể tăng lên quá giớihạn đợc do phụ thuộc tần số đồng hồ hệ thống và dải thông đờng truyền Cuốicùng nếu ta tăng tần số đồng hồ thì yêu cầu bộ vi xử lý mạnh hơn và điều nàycũng chỉ có giới hạn

- Cấu trúc chuyển mạch vòng có u điểm so với chuyển mạch Bus là mộtkhe thời gian có nhiều cổng vào sử dụng trong mỗi vòng Tuy nhiên để thựchiện việc này ta lại cần thêm phần cứng và cũng khó xây dựng các hệ thốngchuyển mạch lớn nh cấu trúc chuyển mạch Bus

- Cấu trúc chuyển mạch bộ nhớ dùng chung có u điểm là tiết kiệm đợc

bộ nhớ nhất do tất cả các cổng ra đều sử dụng một bộ nhớ.Thêm nữa dochuyển đổi nối tiếp - song song nên trong chuyển mạch tốc độ xử lý chỉ cần

Bộ nhớ trung tâm

IC

IC

OCOC

bằng một phần của tốc độ dòng số liệu thực tế Ví dụ dòng số liệu vào đợcchuyển sang 8 bit song song thì với tốc độ dòng số bên ngoài là 155 Mb/s ,tốc độ xử lý bên trong chỉ khoảng 20 Mb/s Nhợc điểm của loại này là bộ

đệm nhỏ, điều khiển bộ đệm phức tạp

III Các hệ thống chuyển mạch

Các hệ thống chuyển mạch liên kết các phần tử chuyển mạch với nhau,mục đích là để đạt đợc tốc độ dòng số qua chuyển mạch cao nhất với độ phứctạp thấp nhất và giá thành rẻ nhất Do tầm quan trọng của nó nên đã có rấtnhiều nghiên cứu về vấn đề này và nhiều loại hệ thống chuyển mạch khácnhau đã ra đời

Hiện tại đã có một vài phơng pháp thiết lập hệ thống chuyển mạchATM có khả năng thoả mãn những yêu cầu và xu hớng phát triển mới đã nêu

ở mục (2.1)

Sự phân loại về mặt kỹ thuật của hệ thống chuyển mạch ATM đợc thựchiện phù hợp với đặc trng của các yếu tố chuyển mạch hoặc vời trạng tháichặn trong của chuyển mạch, với số lần qua mạng nối chuyển mạch của tếbào, với số đờng nối có khả năng thiết lập giữa một đầu vào với một đầu rabất kỳ, với vị trí của vùng đệm trong tổng đài và với cấu trúc tô-pô củachuyển mạch ATM

1, Phân loại dựa trên yếu tố chuyển mạch

Hình 2.11 trình bày sự phân loại dựa trên yếu tố chuyển mạch

a , Hệ thống chuyển mạch đơn tầng

Trong hệ thống chuyển mạch đơn tầng, các đầu vào và ra của nó đợc nối với

nhau bởi một tầng đơn các phần tử chuyển mạch

a 1 Hệ thống chuyển mạch trộn

Nguyên tắc làm việc của hệ thống chuyển mạch trộn dựa trên sự trộn

hoán vị các phần tử chuyển mạch ở tầng đơn Cơ chế phản hồi đợc áp dụng

Hệ thống chuyển mạch

Hệ thống phân chia không gian Hệ thống phân chia thời gian

Hệ thống đơn tầng Hệ thống đa tầng Bộ nhớ dùng chung Môi tr ờng dùng chung

Cấu trúc kiểu bộ nhớ trung tâm

Cấu trúc kiểu Bus Cấu trúc kiểu vòng

Hệ thống một đ ờng

( Hệ thống Banyan) Hệ thống đa đ ờng

Hệ thống luân chuyển tuần hoàn

Hệ thống phân phối

Hệ thống Banyan Batcher Các hệ thống đa đ ờng khác

trong hệ thống chuyển mạch trộn để nối một đầu ra bất kỳ với một đầu vào

cho trớc (đờng phản hồi là đờng chấm trên hình 2.12)

Nh vậy tế bào có thể đi qua lại một vài lần trong hệ thống chuyển mạch

trộn trớc khi tới đầu ra cho trớc tại đầu ra của phần tử chuyển mạch, bộ điều

khiển đầu ra phải xét xem cần phải đa tế bào vào đờng phản hồi hay nó có thể

ra khỏi hệ thống trong trờng hợp đầu ra đó là đầu ra đã cho.Hệ thống chuyển

mạch trộn có u điểm là số phần tử chuyển mạch ít, tuy vậy, trễ chuyển mạch lớn và phụ thuộc vào số lần tế bào đi qua phần tử chuyển mạch

đợc nối với các đầu vào bổ xung của các phần tử chuyển mạch ở hàng dới nótrong cùng một cột Ưu điểm của ma trận chuyển mạch mở rộng là trễ qua hệthống chuyển mạch nhỏ do mỗi tế bào chỉ đợc đa qua vào bộ đệm một lần khi

đi qua mạng.Khi số đầu vào tăng lên thì số phần tử chuyển mạch cũng tăng

lên, điều này giới hạn kích thớc của ma trận chuyển mạch mở rộng ở giá trị

đầu vào , đầu ra là 64*64 và 128*128

Hình 2.13 Ma trận chuyển mạch mở rộng

Hệ thống chuyển mạch đơn tầng đặc biệt phù hợp để sử dụng trong các

đơn vị chuyển mạch nhỏ Đối với các hệ thống lớn hơn, cấu trúc đa tầng chủ yếu đợc sử dụng.

b, Hệ thống chuyển mạch đa tầng

Hệ thống chuyển mạch đa tầng đợc xây dựng từ vài tầng của phần tửchuyển mạch, các tầng này đợc nối với nhau theo một vài dạng cho trớc Tuỳtheo số đờng mà một tế bào có thể đi từ đầu vào tới đầu ra, hệ thống đa tầng

đợc chia thành hai nhóm con là hệ thống một đờng và hệ thống đa đờng.

b.1 Hệ thống chuyển mạch đa tầng- một đờng

Trong hệ thống chuyển mạch đa tầng một đờng, chỉ có một đờng duy

nhất nối một đầu vào tới một đầu ra cho trớc Các hệ thống này còn đợc gọi là

hệ thống chuyển mạch Banyan.

b.1.1 Hệ thống chuyển mạch thanh ngang (crossbar)

Chuyển mạch thanh ngang cho phép nối đầu vào bất kỳ với đầu ra khôngbận bất kỳ với trễ không đổi (trễ này chính là thời gian chuyển mạch củaphần tử chuyển mạch) Chuyển mạch thanh ngang có đặc điểm là độ trễkhông đổi và không nghẽn Tuy nhiên khi số cổng vào ra tăng thì số điểmchuyển mạch tăng theo tỷ lệ N2 (N là số cổng vào).Con số này quá lớn, do đó

chuyển mạch thanh ngang không thích hợp với các hệ thống chuyển mạchlớn.

b.1.2 Hệ thống chuyển mạch Banyan

Đây là hệ thống đợc sử dụng rất nhiều trong chuyển mạch ATM Do chỉ

có một đờng nối giữa đầu vào và đầu ra cho nên việc định đờng sẽ rất đơngiản Nhợc điểm của mạng Banyan là tắc nghẽn bên trong có thể xảy ra khinhiều tế bào cùng đồng thời yêu cầu một đờng nối

Hệ thống Banyan thông thờng đợc xây dựng từ các phần tử chuyển mạch

cùng loại, trong khi hệ thống Banyan bất quy tắc đợc xây dựng từ các loại phần tử chuyển mạch khác nhau.Hệ thống Delta là một dạng đặc biệt của hệ

thống Banyan có L tầng Hệ thống Delta đợc xây dựng từ các phần tử chuyển

mạch có F đầu vào và S đầu ra, tổng cộng số đầu ra của mạng Delta là SL (L

là số tầng của hệ thống chuyển mạch).Mỗi đầu ra có thể đợc nhận biết bằngmột địa chỉ đích duy nhất dựa trên đầu ra S và số tầng lu lợng

Trong hệ thống Delta hình chữ nhật, các phần tử chuyển mạch có số đầuvào và đầu ra là nh nhau ( S=F), nh vậy số đầu ra và đầu vào của mạng cũng

bằng nhau Hệ thống này còn đợc gọi là hệ thống chuyển mạch Delta-S.

Hình 2.15 là ví dụ về hệ thống Delta-2 với 4 tầng và 16 đầu ra Đờng

đậm nét là đờng từ đầu vào số 5 tới đầu ra số 13

Hình 2.15: Mạng Delta-2 có bốn tầng

b.2 Hệ thống chuyển mạch đa tầng đa- đa đờng

Trong hệ thống đa đờng, có thể có rất nhiều đờng liên kết đợc nối từ đầuvào tới một đầu ra cho trớc Vì vậy mạng đa đờng có u điểm là chúng làmgiảm hoặc thậm chí loại bỏ hẳn tắc nghẽn xảy ra bên trong hệ thống chuyểnmạch

b.2.1 Hệ thống chuyển mạch Benes

Hệ thống Benes là một hệ thống đa tầng- đa đờng Trong phần lớn các hệ

thống đa đờng, việc chọn đờng liên kết bên trong đợc thực hiện trong giai

đoạn thiết lập cuộc nối Tất cả các tế bào thuộc về cùng một cuộc nối đềudùng chung một đờng liên kết bên trong Nếu các phần tử chuyển mạch sửdụng đệm theo kiểu FIFO thì sẽ không cần dùng các cơ chế bảo toàn thứ tựcác tế bào Hệ thống Benes đợc cấu trúc bằng cách cộng thêm hệ thốngDelta-2 vào hệ thống Delta-2

b.2.2 Hệ thống chuyển mạch Banyan song song

Hệ thống đa đờng có thể đợc xây dựng từ vài hệ thống chuyển mạchBanyan kết hợp lại, các mạng này đợc sắp xếp trên các mặt phẳng nằm songsong với nhau Tất cả các tế bào của một cuộc nối sẽ đợc truyền trên cùngmột mặt phẳng Một tế bào đi vào hệ thống chuyển mạch đợc chuyển tới mặtphẳng thích hợp nhờ những bộ phận phân phối đợc lắp ở mỗi đầu vào Tạimỗi đầu ra của hệ thống chuyển mạch , các bộ ghép kênh sẽ thu thập các tếbào từ tất cả các mặt phẳng.

b.2.3 Hệ thống chuyển mạch phân phối

Một trong những cách để giản tắc nghẽn là sự kết hợp giữa mạngBanyan với một mạng phân phối (hình 2.18) Hệ thống chuyển mạch phânphối có nhiệm vụ phân phối tế bào một cách đều đặn tới đầu vào mạngBanyan Cơ chế bảo toàn thứ tự các tế bào cần phải đợc thực hiện trong hệthống này

Đầu vào Đầu ra

Hình 5.8: Cấu trúc chung của chuyển mạch kết hợp hệ thống phân phối và

hệ thống Banyan

b.2.4.Hệ thống chuyển mạch Banyan Batcher

Một loại hệ thống khác đợc tạo thành từ sự kết hợp giữa hệ thống sắp

xếp, hệ thống giữ tế bào và hệ thống chuyển mạch Banyan hay hệ thống kiểu

cửa sập Hệ thống sắp xếp có nhiệm vụ sắp xếp các tế bào đi trong mạng thành một dòng đơn theo trật tự đích đến của chúng Hệ thống giữ tế bào sẽ

căn cứ vào đầu ra của từng tế bào mà cho phép chỉ một tế bào đợc đi tới hệthống Banyan, các tế bào còn lại đợc hệ thống giữ tế bào phản hồi trở về hệthống sắp xếp Những tế bào quay trở lại hệ thống sắp xếp sẽ có mức u tiêncao hơn nhằm đảm bảo thứ tự không đổi Các tế bào đi vào hệ thống Banyan

đợc đa tới đầu ra mà hoàn toàn không sợ xảy ra tắc nghẽn Hình 2.19 là một

ví dụ về hệ thống Batcher Banyan : Hệ thống Sunshine

Mạng phân phối Mạng Banyan

Hình 2.19:Cấu trúc chung của hệ chuyển mạch Batcher Banyan: hệ thống

Sunshine

b.2.5 Hệ thống chuyển mạch luân chuyển tuần hoàn (Recircultion)

Xung đột có thể đợc ngăn ngừa không chỉ bằng cách dùng bộ đệm trong

các phần tử chuến yển mạch ,mà còn bằng cách dùng hệ thống luân chuyển

tuần hoàn Xung đột nảy sinh giữa hai tế bào ,một tế bào đợc định tuyến đến

đầu ra đã định trong khi đó tế bào kia đợc đánh dấu nhầm tuyến đờng đi và

đ-ợc đa tới một đầu ra khác Tuy nhiên, các tế bào định tuyến nhầm có cơ hội

để đi đến đích đúng ở mạch thứ hai của hệ thống Hệ thống Banyan trớc sau

(Tandem Banyan network)

Hệ thống Banyan trớc sau gồm k hệ thống Banyan nối tiếp nhau.Các đầu

vào của hệ thống Banyan từ 1- (k-1) đợc nối không chỉ với các đầu ra của hệ

thống Banyan ngay sau đó mà còn nối với toàn bộ các cổng đầu ra của hệ

thống Banyan trớc sau Hệ thống Banyan cuối cùng trong dãy hệ thống nối

tiếp tách các tế bào cha đợc định tuyến đúng đích yêu cầu và trả chúng về các

đầu vào của mình qua bộ đệm luân chuyển tuần hoàn Nếu tắc nghẽn xảy ra ở

bên trong hệ thống Banyan, nh đã nói ở trên, một trong hai tế bào liên quan

đến tắc nghẽn có thể đợc gửi theo đờng đã định của nó, trong khi tế bào đợc

đánh dấu là nhầm tuyến và đợc tái luân chuyển Các tế bào đợc đánh dấu

nhầm tuyến không thể làm thay đổi hớng của bất kỳ tế bào nào theo tuyến

đúng của chúng trong hệ thống, chúng đợc đánh dấu ngay lập tức khi nhầm

tuyến và không đợc phép làm tắc nghẽn các tế bào khác không bị đánh dấu

Tại đầu ra của hệ thống Banyan, việc khiểm tra đợc thực hiện để xem xét

liệu các tế bào đợc đa đến đúng cổng ra yêu cầu của mình không Nếu đúng,

nó có thể đợc tách ra khỏi cổng đầu ra ngay lập tức Tuy nhiên, nếu tế bào bị

đánh dấu trong hệ thống Banyan thì nó ở lại trong hệ thống Banyan, và nó

đ-ợc tách ra để đa về thông qua hệ thống Banyan ngay cạnh, ở đó nó có thể đạt

đợc mục đích là đến đợc đầu ra đúng đích của mình

Môdul Sắp xếp 1

Môdul Giữ tế bào

Môdul Sắp xếp

2

Mô đul

định tuyến

Trễ

Hệ thống Banyan

Hệ thống Banyan

Đầu vào

n-1

0

Đầu ra 1

1

0

n-1

2, Phân loại chuyển mạch theo trạng thái chặn trong

Khi các tế bào đợc truyền trực tiếp từ các cổng vào khác nhau tới mộtcổng ra thì sẽ xảy ra xung đột ở cổng đầu ra, do đó sự tổn thất hoặc sự trễ tếbào sẽ xuất hiện Hiện tợng này gọi là hiện tợng chặn đầu ra hiện tợng nàykhông tể loại trừ đợc mà ta phải sử dụng bộ đệm hoặc các chuyển mạch vòng

Mặt khác, khi các tế bào đi tới các cổng ra khác nhau, do thiếu cáckênh truy nhập hoặc thiếu dung lợng vùng đệm, sẽ xảy ra xung đột ở đầu ra

hệ thống chuyển mạch Hiện tợng này gọi là hiện tợng chặn trong:

 Quá trình chuyển mạch có thể xảy ra hiện tợng chặn trong gọi làchuyển mạch chặn và chuyển mạch Banyan là một ví dụ điểnhình

 Quá trình chuyển mạch không xảy ra hiện tợng chặn trong gọi làchuyển mạch không chặn và các hệ thống chuyển mạch BatcherBanyan là ví dụ điển hình

3 Phân loại hệ thống chuyển mạch theo vị trí vùng đệm

Chuyển mạch chặn và chuyển mạch không chặn đều nhất thiết phải có

chức năng của vùng đệm ở bên ngoài phần chuyển mạch để tránh hiện tợngxung đột ở đầu ra Tuỳ theo vị trí của vùng đệm này mà chuyển mạch ATM

có thể đợc phân loại chi tiết hơn , bao gồm loại chuyển mạch kiểu vùng đệm

đầu vào, kiểu vùng đệm đầu ra, kiểu bộ đệm trong, kiểu vùng đệm đầura/hàng đợi dùng chung Ngoài ra, có thể là tổ hợp của đầu vào, đầu ra, và bộ

đệm trong

 Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu vào là chuyển mạch với vùng

đệm đợc đặt ở cuối đầu vào của nó Chuyển mạch Batcher Banyan là những

ví dụ điển hình Bên cạnh đó, những kiểu chuyển mạch đợc sửa đổi mà vớichúng các thuật toán đợc sử dụng để tránh hiện tợng xung đột đầu ra cũng đã

đợc bổ sung

 Chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu ra đợc trang bị vùng đệm trên

phần cuối đầu ra, có thể thể thiết lập các đờng riêng biệt mà không gây cảntrở các cổng khác nằm giữa phần cuối đầu vào và phần cuối đầu ra và làmcho hiện tợng chặn HOL (Head Of Line) không xảy ra Do vậy, nó có lợi thế

hơn chuyển mạch kiểu vùng đệm đầu vào trong quá trình thực hiện , nhng lại

có nhợc điểm do những phức tạp trong việc bổ sung phần cứng Các chuyển

mạch điển hình là chuyển mạch ma trận Bus- chuyển mạch thanh ngang đã

đợc biến đổi

 Chuyển mạch có vùng đệm dùng chung bao gồm những kiểu cấuhình sau: kiểu chuyển mạch có vùng đệm dùng chung chỉ nằm trong phầnchuyển mạch,ví dụ nh chuyển mạch Banyan có vùng đệm ;kiểu chuyển mạch

có vùng đệm dùng chung mằm ở phần cuối của đầu ra bên ngoài, bao gồmchuyển mạch Prelude hoặc Hitachi; và kiểu chuyển mạch có vùng đệm dùngchung nằm trên phần cuối cả đầu vào và đầu ra nh chuyển mạch Sunshine

Ngời ta còn phân loại hệ thống chuyển mạch theo kiểu kết hợp giữa trạng thái chặn trong và vị trí vùng đệm nhằm kết hợp u điểm của hai hệ thống, han chế các hiện tợng xung đột gây tổn thất tế bào.

4, Vấn đề định tuyến cho tế bào trong các hệ thống chuyển mạch

Định tuyến là quá trình xác định và sử dụng tuyến đờng phù hợp với mộttập hợp các quy tắc nào đo, để truyền một tin báo hoặc thiết lâp một cuộc gọi.Quá trình này kết thúc khi tin báo hoặc cuộc gọi đã đạt tới điểm đích

Chức năng của định tuyến bao gồm:

- Định tuyến cuộc gọi

- Định tuyến thông tin và báo hiệu

- Định tuyến lu lợng và tắc nghẽn

Mạng ATM là mạng tốc độ truyền dẫn cao ,do đó để diều khiển thôngtin trong mạng và tránh tắc nghẽn , khi tế bào qua nút chuyển mạchATM ,ngời ta sử dụng chiến lợc bộ đệm Các tế bào khi đi dến nút chuyểnmạch ,đợc xếp hàng tại các nút chuyển mạch và chúng đợc chuyển qua nútchuyển mạch theo một trình tự xếp hàng Những bộ đệm này đợc gọi là cáchàng đợi

Vì dung lợng của bộ đệm có hạn , nên khi một lợng thông tin quá lớnqua nút chuyển mạch có thể bị tràn bộ đệm ,dẫn đến mất tế bào và gây tắcnghẽn trong mạng .Xác suất tràn tế bào phụ thuộc vào độ dài của hàng

đợi ,khoảng thời gian của tế bào đợc phục vụ (thời gian phục vụ ), và phụthuộc vào quy luật ngẫu nhiên xác định sự đến của tế bào

Do đó để tăng tính mềm dẻo của nút chuyển mạch trong việc điềukhiển lợng tế bào qua nút chuyển mạch ,nhằm mục đích hạn chế sự tắc nghẽngây tổn thất tế bào ,ngời ta còn dùng phơng pháp định tuyến tế bào Phơngpháp có những u diểm nh sau :

+ Linh hoạt ,có thể mở rộng dung lợng chuyển mạch

+ Chức năng điều khiển mềm dẻo hơn ,tránh đợc sự vợt quá giới hạndung lợng của nút chuyển mạch

a , Phân loại

Có hai phơng pháp định tuyến các tế bào trên đờng truyền dẫn bên trongcác hệ thống chuyển mạch đó là :

+ Phơng pháp tự định tuyến

+ Phơng định tuyến dùng bảng điều khiển

Cả hai phơng pháp trên đều thực hiện hai nhiệm vụ chính , đó là : đọc và

thay đổi giá trị số hiệu nhận dạng kênh ảo / đờng ảo (VPI/VCI) và chuyển

các tế bào từ một đầu vào tới đầu ra cho trớc

b, Phơng pháp tự định tuyến các tế bào ATM

Trong phơng pháp tự định tuyến ,số hiệu nhận dạng VPI/VCI đợc đọc

và dịch ở đầu vào của hệ thống chuyển mạch Sau khi đợc đọc và dịch ,mỗi tếbào đợc bổ sung thêm phần tiêu đề mở rộng dùng riêng khi truyền bên trong

hệ thống chuyển mạch ,tiêu đề này nằm trớc tiêu đề của tế bào Nh vậy dokích thớc của tế bào đợc mở rộng cho nên tốc độ yêu cầu của hệ thốngchuyển mạch cũng phải tăng lên ,tỉ lệ với độ dài của tiêu đề tự định tuyến ,ví

dụ : Nếu phần tiêu đề tự định tuyến có độ dài 5 bytes,với dòng dữ liệu củangời sử dụng có tốc độ là 155Mb/s ,thì yêu cầu tốc độ xử lí trong hệ thốngchuyển mạch khoảng 170 Mb/s

Nếu hệ thống chuyển mạch có cấu trúc n tầng ,phần tiêu đề mở rộngbao gồm n trờng con cho việc chọn đờng tại mỗi nút trong hệ thống chuyểnmạch Hình 2.22 minh hoạ cho cơ chế xử lí và mở rộng phần tiêu đề của tếbào trong hệ thống chuyển mạch đợc xây dựng trên cơ sở các phần tử chuyểnmạch tự định tuyến Đối với các hệ thống chuyển mạch nhiều tầng dung lợnglớn , phơng pháp chuyển mạch tự định tuyến rất đợc u chuộng do nó giảmnhẹ đợc độ phức tạp khi điều khiển Việc tăng tốc độ cho hệ thống chuyểnmạch là hoàn toàn thực hiện đợc trong trờng hợp này :

Hình 2.22: Cơ chế xử lý và mở rộng phần tiêu đề của tế bào

c, Phơng pháp định tuyến bằng bảng điều khiển

Trong phơng pháp định tuyến bằng bảng điều khiển, độ dài của tế bàoATM không thay đổi Khi tế bào đến tại mỗi phần tử chuyển mạch, chỉ sốnhận dạng CPI/VCI của tế bào đợc chuyển thành một giá trị chuyển mạch

đặc biệt xác định rõ cổng ra đích cho tế bào tại phần tử chuyển mạch này.Những giá trị cấp phát cho các tế bào đợc xác định trong việc thiết lập cuộcnối hoặc trong quá trình chọn đờng và đợc lu trữ trong bảng

Hình 2.23 thể hiện quá trình xử lí tiêu đề tế bào trong hệ thống chuyểnmạch sử dụng phần tử chuyển mạch có bảng điều khiển Nội dung của bảng

điều khiển đợc xác lập trong giai đoạn thiết lập cuộc nối , mỗi phần tử củabảng điều khiển bao gồm giá trị VPI/VCI mới và đầu ra tơng ứng của mỗi tếbào tại mỗi tầng chuyển mạch

Hình 2.23: Quá trình xử lý tiêu đề trong hệ thống chuyển mạch