Tài liệu Công nghệ chuyển mạch số ppt

Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV công nghệ chuyển mạch số Mở đầu Từ những năm 60 trở lại đây, mạng viễn thông có những bớc nhảy vọt đáng kể về mặt công nghệ đặc biệt là trong môi trờng số. Cùng với những thay đổi căn bản của mạng viễn thông, mạng điện thoại công cộng, mạng truyền số liệu ngày càng đợc hoàn thiện và khả năng phục vụ với tốc độ cao, chất lợng dịch vụ hoàn hảo. Nội dung nghiên cứu của đề tài xoay quanh hai vấn đề mang tính nền tảng của mạng đó là công nghệ chuyển mạch kênh và công nghệ chuyển mạch gói. Do hạn chế về thời gian, trình độ cũng nh giới hạn của đề tài, cho nên phần công nghệ chuyển mạch số không thể bao quát hết cả Frame Relay cũng nh chuyển mạch ATM. 1. Công nghệ chuyển mạch kênh Cho đến nay có nhiều kỹ thuật chuyển mạch đợc áp dụng trong thực tế tuỳ thuộc vào loại hình dịch vụ theo yêu cầu. Chuyển mạch kênh đợc định nghĩa là kỹ thuật chuyển mạch đảm bảo việc thiết lập các đuờng truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin giữa hai hay nhiều thuê bao khác nhau. Chuyển mạch kênh đợc ứng dụng cho việc liên lạc một cách tức thời mà ở đó quá trình chuyển mạch đợc đa ra một cách không có cảm giác về sự chậm trễ (tính thời gian thực) và độ trễ biến thiên giữa nơi thu và nơi phân phối tin hay ở bất kỳ phần nào của hệ thống truyền tin. Mạng điện thoại công cộng là một ứng dụng của chuyển mạch kênh trên thực tế. Chuyển mạch kênh tín hiệu hiệu số là quá trình kết nối, trao đổi các khe thời gian giữa một số đoạn của tuyến truyền dẫn TDM số. 1.1 Cơ chế chuyển mạch thời gian (T). 1.2 Cơ chế chuyển mạch không gian (S). Đề tài còn đề cập đến một topo mạng chuyển mạch ghép giữa T và S có tính u việt hơn hẳn là topo T-S-T song hớng đối pha. Mạng T-S-T song hớng đối pha có u điểm là tốc độ truy nhập cao, tiết kiệm đợc số lợng các bộ nhớ điều khiển do cách phân vùng nhớ đối pha. Một yêu cầu thực tế đặt ra của mạng chuyển mạch kênh là phải đảm bảo phục vụ đấu nối các cuộc gọi và đảm bảo duy trì ổn định trong thời gian đàm thoại. Để đảm bảo yêu cầu này một yếu tố quan trọng là cần nắm đợc các thời điểm nào số cuộc gọi xuất hiện nhiều nhất - lý thuyết lu l- ợng nhằm giải quyết sơ bộ vấn đề này. Từ các công thức tính toán dơn vị lu lợng Erlang-Số các cuộc gọi xảy ra đồng thời trong một đơn vị thời gian-và mẫu lu lợng quan trắc của cùng một vùng địa lý cho thấy quy luật thay đổi lu lợng trong các phạm vi xét cụ thể. Từ đó đa ra các kết luận để có thể khắc phục hạn chế các trờng hợp tắc nghẽn trong các giờ cao điểm. Học viện công nghệ BCVT 161 Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV 2. Công nghệ chuyển mạch gói. Công nghệ chuyển mạch gói ra đời từ thập kỉ 60 đ khẳng định vị trí quan trọng của nó trongã x hội hiện đại.Trên nền tảng công nghệ chuyển mạch gói, các công nghệ chuyển mạch tiên tiếnã khác nh Frame Relay(thực chất là chuyển mạch gói nhanh), chuyển mạch ATM ngày càng hoàn thiện. Trong phần II của đề tài công nghệ chuyển mạch số, nhóm sinh viên chúng em đề cập đến phơng thức chuyển mạch gói, mạng chuyển mạch gói cũng nh những tham số để đánh giá mạng. Mạng chuyển mạch gói, nói một cách tổng quát, bao gồm các đờng truyền dẫn và các node mạng. Tuy nhiên nói một cách đơn giản nh thế nhng những gì thực sự xảy ra tại node mạng hay trên đờng truyền lại là vấn đề rất khó khăn và phức tạp. Xử lý đờng truyền sẽ thuộc lĩnh vực khác. Vấn đề quan tâm của chúng em trong phần này sẽ là công việc xử lý tại mỗi node chuyển mạch. Do đó đề tài sẽ đề cập đến các vấn đề hình thành nên các gói chuẩn để chuyển vào mạng, các phơng thức định tuyến tại từng node mạng cũng nh vấn đề xác định các tham số chuẩn để đánh giá độ tin cậy của mạng. Xuất phát từ bản chất của chuyển mạch gói là xử lý đệm trong hàng đợi ( hình vẽ), sau đó tìm đờng truyền dẫn để định tuyến các gói qua mạng, chúng em đa vào phần ứng dụng lý thuyết hàng đợi khi nghiên cứu mạng chuyển mạch gói. Nh vậy nội dung của phần II sẽ bao gồm: Học viện công nghệ BCVT 162 User 11 1 User 2 . . . . User N Bộ xử lí Hàng đợi đầu vào Hàngđợi đầu ra Bộ xử lí Hàng đợi đầu vào Hàng đợi đầu ra Node chuyển mạch Node chuyển mạch User a User b . . . . User k Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV 2.1 Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói 2.2 Định tuyến trong mạng chuyển mạch gói 2.3 ứng dụng lý thuyết hàng đợi vào mạng chuyển mạch gói Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói Các ph ơng thức định tuyến Định tuyến tràn lụt gói Định tuyến ngẫu nhiên Định tuyến theo danh bạ Định tuyến theo danh bạ thích ứng Trong phần này chúng em đề cập rất chi tiết và đa ra những u điểm cũng nh nhợc điểm của từng phơng thức định tuyến. Từ dó có thể so sánh để quyết định sử dụng phong thức nào hiệu quả nhất và phù hợp nhất. ứ ng dụng lý thuyết hàng đợi vào mạng chuyển mạch gói ở phần này sử dụng lý thuyết xác suất cho các gói đến phân bố ngẫu nhiên theo quá trình Poisson để từ đó xác định các tham số đánh giá mạng : Xác suất tắc nghẽn trên đờng truyền nối tới node mạng đang xét Độ lu thoát của hàng đợi Độ dài hàng đợi cho phép (để không xảy ra tắc nghẽn trong hàng đợi ) Trễ Trễ là tham số cơ bản nhất xác định nên tính chất và độ tin cậy của mạng. Để xác định đợc tất cả các tham số trên, bắt nguồn từ các gói đến tại hàng đợi phân bố ngẫu nhiên theo quá trình đến Poisson. Học viện công nghệ BCVT 163 Chiều dài gói L(bits) Leader Thông tin M (bits) Điều khiển lỗi Header Thông tin N (bits ) CRC Start framing End framing Segment Packet Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV Xét mô hình hàng đợi đơn giản nhất M/M/1 M/M/1: M: Phân bố sự kiện đến theo quá trình Poisson M:Phân bố phục vụ theo luật luỹ thừa 1: hàng đợi có 1 server để xử lý với nguyên lý phục vụ FIFO Hàng đợi M/M/1 Các gói đến tại thời điểm ngẫu nhiên với tốc độ và tốc độ xử lý của server à Ta tính toán đợc xác suất trạng thái của hàng đợi (trạng thái ở đợc hiểu là số gói trong hàng đợi, kể cả một gói trong server đang xử lý ). Xác suất trạng thái đối với hàng đợi không xác định P n = n (1- ) = /à < 1 Xác suất trạng thái của hàng đợi xác định với chiều dài N : P n = ( ) 1 1 1 + N n bất kì Độ lu thoát : = (1 - P B ) = à (1 - P o ) Trong đó : P o = 1 1 1 + N Và P B = P N = 1 1 )1( + N n . là xác suất tắc nghẽn Độ dài hàng đợi (số đơn vị yêu cầu trung bình trong hệ thống) E(n) = à = 1 Thời gian đợi trung bình ở hàng chờ : E(w) = E(n) + à 1 Thời gian đợi trung bình ở hệ thống (trễ của hệ thống) Học viện công nghệ BCVT 164 à server Sự kiện đến Poison Bộ đệm (hàng đợi) Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV E(T) = E(w)+1/à = 1/à- Các model hàng đợi khác: Mở rộng hệ thống hàng đợi M/M/1 ta có các loại hàng đợi - M/M/2 : Hàng đợi M/M/2 - M/M/: - Là loại hàng đợi lúc nào cũng có sẵn server phục vụ - các gói không phải chờ phục vụ : số lợng server bằng số lợng gói P(n)=à n =nà - Hàng đợi M/D/1: Là hàng đợi với thời gian phục vụ không đổi - Hàng đợi u tiên Có hai loại hàng đợi u tiên: - Nonpreemptive: Customer có u tiên trên cao hơn sẽ chuyển lên trớc customer có mức u tiên thấp và không ngắt hoạt động của customer mức thấp đang phục vụ . - Preemptive: Hoạt động của Customer mức thấp sẽ bị ngắt và chỉ đợc phục vụ lại sau khi tất cả các customer u tiên mức cao đ đã ợc phục vụ. Ví dụ: Trờng hợp các gói điều khiển ngắn và các gói số liệu dài. Kết luận Hiện nay, mạng điện thoại công cộng sử dụng rất hữu ích dựa trên phơng thức chuyển mạch kênh cũng nh truyền số liệu của mạng chuyển mạch gói đang hoạt động rất hiệu quả. Báo cáo này sẽ là tài liệu tham khảo thêm cho các sinh viên quan tâm đến các phơng thức và mạng chuyển mạch. Để hiểu sâu xa về chuyển mạch ATM - công nghệ chuyển mạch tiên tiến hiện nay, thì báo cáo này cũng đóng góp một phần khi đa ra bản chất của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói - nền tảng của chuyển mạch ATM. Tài liệu tham khảo 1. SPC Digital Telephone Exchange(F.J Redmill & A.R Valdar) 2. Brief Description of Switching &Transmission System(ITU) Học viện công nghệ BCVT 165 à à à 1 = 2 à Tuyển tập đề tài nghiên cứu khoa học HSSV 3. Basic Concepts of Teletraffic Theory (Mr H.Leijon. ITU) 4. 1999, Luiz A. Dasilra 5. Fundamental Concepts (from TETRAPRO, edited by MR. H. Leijon. ITU) 6. Packet Switching (Roy D. Rosner) 7. Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch (Dong Văn Thành) 8. Kỹ thuật vi xử lý (Văn Thế Vinh) 9. Kỹ thuật và mạng chuyển mạch gói (Trần Thị Hảo TTĐTBCVTI 1996) Học viện công nghệ BCVT 166 . hạn của đề tài, cho nên phần công nghệ chuyển mạch số không thể bao quát hết cả Frame Relay cũng nh chuyển mạch ATM. 1. Công nghệ chuyển mạch kênh . đại.Trên nền tảng công nghệ chuyển mạch gói, các công nghệ chuyển mạch tiên tiếnã khác nh Frame Relay(thực chất là chuyển mạch gói nhanh), chuyển mạch ATM ngày