Mạng băng rộng đa dịch vụ: Nguyên lý và hoạt động theo phương thức ATM

Các ứng dụng truyền tải trên mạng ATM

Mạng ATM đợc sử dụng nh là một dạng truyền tải chung có khả năng kết nối các loại hình dịch vụ đang sử dụng nh POST, LAN, Frame Relay,. Mạng ATM hỗ trợ cả các dịch vụ kết nối định hớng và dịch vụ không kết nối nhờ các lớp chuyển đổi tơng thích khác nhau.

Truy nhập mạng và ngời sử dụng

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

Giới thiệu về chuyển mạch ATM I1. Dòng dữ liệu trong ATM

Khi một tế bào đến điều khiển ngừ vào, chuyển mạch sẽ đọc chỉ số nhận dạng đ- ờng ảo VPI và chỉ số nhận dạng kênh ảo VCI (còn gọi là nhãn định tuyến _ Routing Label) trong phần tiờu đề của tế bào để xỏc định xem phải chuyển tế bào đến ngừ ra nào. 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 thờng trực hay một kết nối nhờ chuyển mạch mới đợc tạo ra.

Hoạt động của chuyển mạch ATM

Xử lý nhãn định tuyến trong chuyển mạch

Nếu chuyển mạch là dạng Bus hay một trục xơng sống địa chỉ liờn kết vật lý ngừ ra thờng gồm một bộ địa chỉ tơng thớch Bus và số của kết nối vật lý để bỏo cho biết ngừ ra nào sẽ sử dụng bộ tơng thớch ngừ vào đã chọn. Nếu chúng ta cần xây dựng một chuyển mạch hoạt động tốc độ cao và chỉ chuyển mạch VP cho các trung kế chẳng hạn, chúng ta có thể sử dụng tìm kiếm bảng bằng phần cứng gọi là “ bộ nhớ kết hợp ” (associative memory).

Bộ đệm

Hệ thống M/M/1 là hệ thống có một cửa phục vụ với đầu vào là quá trình Poisson(đó là quá trình mà các sự kiện xảy ra một các ngẫu nhiên trong suốt quá. trình) và thời gian phục vụ là chuỗi Markov (Trong thực tế thì tế bào ATM có kích thớc không đổi, do vậy thời gian phục vụ cũng không đổi). Nếu mạng đợc thiết kế tốt, quản lý tốt sẽ phát hiện kịp thời các trạng thái tắc nghẽn và có các biện pháp cô lập không cho lan rộng sang các phần tử lân cận khác, khôi phục tắc nghẽn nhanh chóng đa mạng về trạng thái ổn định trong tầm kiểm soát, tải trong mạng vẫn đợc duy trì và mạng vẫn có thể tiếp tục hoạt động ở tốc độ đỉnh.

Thông số về lu lợng

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. 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 kết nối đ- ợc tính từ thời điểm phát đi tế bào đầu tiên tới thời điểm thuật toán điều khiển tốc. độ tế bào kiểm tra xong tính tuân thủ).

Chất lợng dịch vụ QOS (Quality Of Service)

Sự phân tán của tế bào, các khoảng thời gian trễ khác nhau đối với các tế bào khác nhau sẽ ảnh hởng đến chức năng báo hiệu và quá trình ghép các tế bào lại với nhau. Xác suất mà CDV rơi vào khoảng biến thiên Peak to Peak là 1-α, trong khi phần còn lại tơng ứng với hiện tợng tế bào về đích chậm hoặc bị mất trên đờng truyền.

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

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

• Điều khiển thông số ngời sử dụng mạng

Để đánh giá chất lợng của UPC, ngời ta đa ra một mức tiêu chuẩn γM(tỷ lệ tế bào không tuân thủ cho phép (cực đại)) và thực hiện so sánh tỷ lệ các tế bào không tuân thủ thực tế γP. γP= Sốlượngtế bào khôngSốlượngtuântếthủbàođiềuđược kiệntruyềnlưulượngđi doUPC t ìm ra. γ M= SốlượngtếbàoSố khônglượngtếtuâbàonthủđượcđiềutruyền kiệnđlưui lượngtốiđa Yêu cầu cho chất lợng hoạt động của UPC là γP < γM. Số lợng tế bào không tuân thủ đợc xác định bằng một phơng pháp đếm trên cơ sở thuật toán GCRA. Tuy nhiên kết quả của phép đo này sẽ khác nhau cho các thời điểm đo khác nhau tức là nó phụ thuộc vào thời điểm đo đầu tiên. Quá trình đo tỷ lệ tế bào tuân thủ cho phép làm căn cứ để tính mức độ tuân thủ của một kết nối; nó làm bằng chứng để giải quyết khiếu lại giữa mạng và ngời sử dụng. Sau đây là lu đồ thuật toán xác định tỷ lệ tế bào tuân thủ xét cho K0 tế bào trong đó:. a: thời gian đến đích thực tế của tế bào c: thời gian đến đích tham chiếu của tế bào yk: độ biến thiên trễ tế bào qua một điểm. Hoạt động của UPC. Tạo mức độ tế bào, UPC hoạt động bao gồm các chức năng:. +) Loại bỏ các tế bào không tuân thủ. UPC là chức năng không bắt buộc cho mạng ATM miễn là có cơ chế gì đó để quản lý tính tuân thủ của tế bào. Nếu áp dụng UPC ngoài các chức năng trên UPC còn phải có khả năng:. +) Giải phóng các SVC đợc coi là không tuân thủ điều kiện lu lợng. +) Kết hợp với chức năng định dạng lại các đặc tính lu lợng để tăng tính hiệu quả. Trong thiết bị ATM hiện nay, UPC đợc thực hiện trên cơ sở thuật toán GCRA(I, L). Khi không còn đủ tài nguyên cho dòng tế bào có CLP = 1 thì. Bắt đầu Tế bào đến. Tế bào đến. UPC sẽ không những loại bỏ các tế bào có CLP = 1 mà còn loại bỏ các tế bào có CLP = 0 không tuân thủ; không áp dụng cơ chế Cell Tagging. Hình vẽ sau mô tả việc thực hiện UPC cho dòng tế bào CLP = 0 khi tài nguyên mạng không. Đối với dòng tế bào cho OAM, mạng có thể yêu cầu ngời sử dụng xác định thông số về lu lợng riêng cho dòng tế bào này. Tuy nhiên bất chấp các thông số này đợc chỉ ra một cách ngầm. định hay rừ ràng mạng cú toàn quyền quyết định việc giỏm sỏt và quản lý tớnh tuõn thủ về lu lợng của các tế bào OAM bằng cách tách riêng ra hoặc đợc thực hiện đồng thời cùng dòng tế bào ngời sử dụng. Nếu việc giám sát và quản lý này là đồng thời với dòng dữ liệu ngời sử dụng thì phải có những yêu cầu điều chỉnh thích hợp. Loại bỏ các tế bào lựa chọn. Đây là cơ chế không bắt buộc đối với mạng nhằm mục đích bảo vệ một cách tối đa chất lợng dịch vụ cho các tế bào có CLP = 0. Trong cơ chế này, mạng sẽ thực hiện loại bỏ các tế bào theo một trong hai điều kiện sau khi nó xảy ra:. +) Các tế bào thuộc một kết nối không tuân thủ.

Quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn cho các loại hình dịch vụ trong ATM

Thoả thuận về lu lợng và tính tuân thủ của các kết nối

Nếu trong thời gian kết nối, một nguồn lu lợng có thể nhận đợc một chỉ thị từ mạng yêu cầu giảm tốc độ gửi tế bào xuống dới MCR thì nguồn lu lợng này có thể điều tiết tốc độ của nó xuống bằng MCR khi tốc độ phát tại thời điểm đó lớn hơn MCR, hoặc không cần thay đổi tốc độ phát khi nó đang phát với vận tốc bé hơn MCR.  Khi một kết nối GFR rỗi và các khung đều tuân thủ điều kịên lu lợng, tức là sau khoảng thời gian BT + CDVT trên kêt nối không truyền bất kỳ một tế bào nào có CLP = 0, mạng sẽ cho phép truyền tất cả các khung có CLP = 0 miễn là tổng số tế bào trong các khung này, kể cả tế bào đầu tiên, không vợt quá kích cỡ cụm tế bào tối đa MBS.

Quản lý lu lợng và tắc nghẽn cho dịch vụ ABR

• Hỗ trợ cho đờng ảo

Trớc khi gửi tế bào đầu tiên (ngay sau khi thiết lập kết nối thành công) nguồn lu lợng thiết lập giá trị ACR bằng giá trị ICR tế bào đầu tiên đợc gửi luônlà tế bào RM_in_rate híng ®i. Sau khi tế bào RM in_rate hớng đi đầu tiên đợc gửi, các tế bào tế bào tiếp theo. đợc gửi theo thứ tự sau đây:. a) Tế bào in_rate tiếp theo đợc gửi là RM in_rate hớng đi nếu và chỉ nếu:. i)Từ khi tế bào in_rate RM hớng đi cuối cùng đợc gửi, có ít nhất Mrm=2 tế bào in_rate khác loại đợc truyền và khoảng thời gian Trm đã trôi qua. ii) Hoặc là, nguồn đã gửi hết Nrm - 1 tế bào in_rate mà nó đợc phép gửi sau khi phát một in_rate RM hớng đi. b) Tế bào in_rate đợc truyền tiếp theo là RM hớng về nếu không phải truyền tế bào RM hớng đi nói trên và nếu có một tế bào hớng về RM in_rate đang chờ đợc truyền, đồng thời một trong hai điều kiện sau đợc thoả mãn:. i) Nếu không có tế bào dữ liệu nào trong hàng chờ. ii) Cha có tế bào in_rate hớng về nào đợc truyền từ khi tế bào RM in_rate h- ớng đi cuối cùng đợc phát. c) Tế bào dữ liệu sẽ đợc truyền khi nó nằm trong hàng chờ và nguồn phát không bắt buộc phải truyền hai loại tế bào nói ở trên. VC_Sw chứa một điểm kết cuối đường ảo ABR ( VPC End _ Point). Điểm kết cuối VPC Nguồn phát. ABR VPC Nguồn thu ABR VPC. Xoá EFCI Lưu EFCI cho VPC. Lưu giá trị EFCI. Lưu giá trị EFCI. 9: Thiết lập trạng thái EFCI. • Một vấn đề không công bằng ở chỗ các kết nối dùng chung bộ đệm, một kết nối nào đó không gây ra tắc nghẽn nhng vẫn đối xử nh các kết nối gây ra tắc nghẽn. Do vậy, ngời ta có xu hớng thiết kế các bộ đệm FIFO cho các kết nối riêng biệt hoặc là cho một số nhóm kết nối. Cơ chế điều khiển phản hồi sau đây đa ra một số cải tiến để đảm bảo sự công bằng trong từng kết nối. Cơ chế phản hồi áp dụng tốc độ chỉ định Chuyển mạch sẽ thực hiện một số chức năng quan trọng sau:. • Tính toán phần băng thông cho từng kết nối. • Xác định tải trọng của từng kết nối. • Xác định tốc độ chỉ định và gửi thông tin này về nguồn. a) Thuật toán điều khiển tốc độ tỷ lệ tăng EERCA.

Các tế bào tại giao diện ngời sử dụng và mạng UNI 1. Các tế bào lớp vật lý

Khi kiểm tra tính tuân thủ cho hai tế bào đén giao diện liên tiếp nhau , ta sẽ không tính đến ảnh hởng của tế bào RM hớng về đi qua giao diện tại thời điểm trớc thời gian đến giao diện của tế bào thứ nhất một khoảng τ3 nhng sẽ tính đến tác động của tế bào hớng về đi qua giao diện tại thờ điểm trớc khi tế bào thứ nhất đố một khoảng lớn hơn τ2. AAL ATM Adaptive Layer Lớp thích ứng ATM ABR Available Bit Rate Tốc độ bit khả dụng ACR Allowed Cell Rate Tốc độ tế bào cho phép ADTF ACR Decrease Time Factor Hệ số thời gian tăng ACR ATM Asynchrous Transfer Mode Phơng thức truyền bất đồng bộ BECN Backward Explicit Congestion.