Trong chuyển mạch phõn chia khụng gian, tế bào tổng hợp từ cỏc cổng vào khỏc nhau cú thể được truyền tải đồng thời đến cỏc tuyến nối. Việc truyền tải mỗi tế bào đũi hỏi sự thiết lập đường truyền vật lý riờng trong phần tử chuyển mạch để nối tuyến nối đến và tuyến nối đi. Cỏc phần tử chuyển mạch này cũng yờu cầu cú sự phõn chia điều khiển bờn trong phần tử, do vậy làm giảm độ phức tạp trong thiết kế. Chuyển mạch phõn chia khụng gian được tổ chức giống nh chuyển mạch ngang dọc.
Khối chuyển mạch cơ bản trong cấu trỳc chuyển mạch phõn chia khụng gian là điểm nối chộo mà hoạt động theo sự điều khiển của khối điều khiển. Mỗi điểm nối chộo bao gồm hai đầu vào và hai đầu ra, và cho phộp hai đường nối hoạt động đồng thời (xem hỡnh 1.21). ram Điều khiển . . . . . . . . . . . . . . 1 N Ghép luồng Bộ nhớ chung Tách luồng DEMUX MUX Đầu ra Đầu ra Đầu vào Đầu vào
Hỡnh 1.21 Điểm nối chộo và hỡnh thức đấu nối
Tranh chấp đầu ra trong một điểm nối chộo xảy ra khi hai đầu vào yờu cầu cựng kết nối với cựng một đầu ra. Trong trường hợp này, chỉ một đầu vào được kết nối, cũn tế bào của đầu vào cũn lại sẽ bị loại bỏ hoặc được lưu trữ trong bộ nhớ cho đến khi đầu ra khụng bị chiếm giữ.
Khi sử dụng bộ nhớ chỳng ta cú thể được đặt tại cổng vào hoặc bờn trong bộ nối chộo. Trong cả hai trường hợp, do kớch thước bộ nhớ chỉ cú giới hạn nờn việc sử dụng bộ nhớ cũng khụng thể giải quyết hết vấn đề tranh chấp đầu ra. Ngoài ra, cú thể xảy ra trường hợp đầy bộ nhớ gõy ra việc loại bỏ tế bào do khụng cũn khả năng lưu giữ cỏc tế bào đến sau.
Hỡnh 1.22 Miờu tả một cấu trỳc chuyển mạch ngang dọc 8x8, trong đú mỗi một ụ vuụng tương ứng với một điểm nối chộo. Thụng thường một chuyển mạch ngang dọc NxN sử dụng N2 điểm nối chộo. Kết nối giữa cổng vào i và cổng ra j được thực hiện thụng qua điểm nối chộo (i,j) trong ma trận NxN. Nếu như tế bào của một cổng vào muốn gửi đến cỏc cổng ra khỏc nhau, chuyển mạch ngang dọc cho phộp thực hiện đồng thời N kết nối và do vậy, cú thể cựng một lỳc thực hiện phõn chia N tế bào. Như vậy, đõy là cấu trỳc chuyển mạch tiếp thụng hoàn toàn. Nhược điểm chớnh của cấu trỳc này là độ phức tạp của hệ thống tăng theo tỷ lệ N2, ngoài ra, do phải thiết lập đường nối duy nhất giữa cổng vào và cổng ra nờn lỗi ở điểm nối chộo sẽ dẫn đến việc mất kết nối giữa hai cổng này.
Cấu trỳc chuyển mạch phõn chia khụng gian thớch hợp với cỏc dịch vụ nhõn phiờn bản/quảng bỏ nhưng cú một số nhược điểm như tốc độ chuyển mạch thấp, điều khiển ưu tiờn khụng linh hoạt và tỷ lệ sử dụng bộ nhớ thấp.
Cỏc phần tử chuyển mạch sẽ được đấu ghộp lại và tổ chức thành cỏc khối chuyển mạch trong một tổng đài. Một phương phỏp tổ chức khối chuyển mạch thường dựng là chuyển mạch dựa trờn phõn bố theo ma trận hay cũn gọi là chuyển mạch Banyan, chuyển mạch song song.
1 2 3 4 5 6 7 8 Cổng ra 1 2 3 4 5 6 7 8 Cổng vào
Hỡnh 1.22 Chuyển mạch ngang dọc 8x8 1.5.4 Chuyển mạch quang
Hiện nay, cỏc phần tử chuyển mạch ATM đều được chế tạo bằng cỏc linh kiện điện tử (chip). Trong mạng ATM, cỏc hệ thống truyền dẫn quang cụng nghệ SDH sẽ là phương tiện truyền dẫn chủ yếu để đấu nối với cỏc hệ thống chuyển mạch ATM. Tại thiết bị chuyển mạch, tớn hiệu quang sẽ được chuyển đổi thành tớn hiệu điện, xử lý, sau đú chuyển đổi ngược lại thành tớn hiệu quang và gửi đến đầu ra. Hiện tại, tốc độ truyền dẫn của cỏc hệ thống truyền dẫn quang (SDH) đó đạt tới 20 Gbit/s (và cao hơn nữa). Với cụng nghệ bỏn dẫn dựa trờn Silicon nh hiện nay thỡ việc chế tạo cỏc phần tử chuyển mạch cú tốc độ cao nh trờn là khụng thực hiện được. Một số cụng nghệ bỏn dẫn khỏc (nh ECL, BICMOS, GAAS) cú thể đạt được tốc độ cao hơn nhưng cũng sẽ khụng vựot quỏ 10 Gbit/s. Trong tương lai, truyền dẫn quang cú thể đạt tới giải Terabit (tương đương 1000 Gbit/s). Do vậy việc nghiờn cứu cỏc hệ thống chuyển mạch quang là một yờu cầu được đặt ra để giải quyết cỏc hạn chế của cỏc hệ thống chuyển mạch điện tử.
Chuyển mạch quang thực hiện việc truyền tải trực tiếp cỏc tế bào dưới dạng ỏnh sỏng từ truyền dẫn đầu vào đến truyền dẫn đầu ra. Cỏc hệ thống chuyển mạch này sẽ được sử dụng trong cỏc mạng ATM quốc gia, khi mà ATM được sử dụng rộng rói nh cỏc dịch vụ điện thoại phổ thụng (POTS) hiện nay. Cỏc chuyển mạch này cú thể xử lý kết nối giao diện của hàng chục nghỡn khỏch hàng với tốc độ 155 Mbit/s, 622 Mbit/s hoặc cao hơn nữa.
Do khụng phải chuyển đổi tớn hiệu quang sang tớn hiệu điện và ngược lại, cỏc hệ thống chuyển mạch này cú thể hoạt động ở tốc độ Terabit/s. Cho đến nay, cỏc hệ thống chuyển mạch quang vẫn được thiết kế theo xu hướng “cắt” phần mào đầu tế bào, chuyển đổi chỳng sang dạng điện, làm trễ phần mang thụng tin của tế bào, và
sử dụng thụng tin phần mào đầu để điều khiển tế bào quang qua phần tử chuyển mạch. Với cỏc tốc độ truyền dẫn cao thỡ đõy là một vấn đề khú thực hiện.
Một trong những hướng giải quýờt là thiết kế thành phần chuyển mạch tương tự chuyển mạch phõn bố ma trận (ma trận 8x8), trong đú cỏc trường VCI/VPI của phần mào đầu tế bào đó được “điện hoỏ” đó được dựng để điều khiển cỏc thành phần chuyển mạch quang. Cho đến nay, chuyển mạch quang mới chủ yếu được triển khai trong phũng thớ nghiệm.
1.6. LÍP VẬT Lí
Lớp vật lý là lớp thấp nhất của mụ hỡnh giao thức chuẩn ATM. Nú nhận cỏc tế bào ATM từ lớp ATM và truyền chỳng trờn mụi trường vật lý tới nút chuyển mạch kế tiếp của mạng. Nú cú hai lớp phụ. Lớp phụ đồng quy truyền dẫn (TC) xử lý 53 byte tế bào ATM để làm cho chỳng phự hợp với kờnh truyền mà mang tớn hiệu được số hoỏ từ nút mạng tới nút mạng. Lớp phụ mụi trường vật lý là mụi trường sử dụng để mang cỏc tớn hiệu điện hoặc mang tớn hiệu quang.
1.6.1. Lớp phụ phụ thuộc mụi trường truyền dẫn (PMD)
Diễn đàn ATM đó khuyến cỏo mụi trường vật lý nh sau cho những người sủ dụng cụ thể khỏc nhau:
• Sợi đơn mode (SMF), chủ yếu sử dụng trong WAN và cho cỏc liờn kết lớn hơn 2 Km.
• Sợi đa mode (MMF), chủ yếu cho cỏc đường trục.
• Cỏp xoắn đụi trần (UTP), chủ yếu sử dụng cho cỏc kết nối cơ sở.
• Cỏp xoắn đụi cú vỏ bọc (STP) cũng được sử dụng cho cỏc kết nối cơ sở.
1.6.2. SONET/SDH
Mạng quang đồng bộ (SONET) và phõn cấp số đồng bộ (SDH) là hai tập của lớp vạt lý cú đặc tớnh dựa trờn sự phõn cấp của tốc độ bỏo hiệu. Cả SONET và SDH đều là mạng truyền dẫn dữ liệu đồng bộ dựa trờn sợi quang.
Phõn cấp truyền dẫn SONET dựa trờn cơ sở cấu trỳc bỏo hiệu gọi là bỏo hiệu truyền dẫn đồng bộ (STS). Mỗi STS-n cũng cú thể được gọi là một súng mang quang học,
OC-n. Nú cũng cú một SDH tương đương gọi là STM. Cỏc mức tớn hiệu khỏc nhau được túm tắt trong bảng 1.2. Phõn cấp tớn hiệu số được trỡnh bày trong bảng 1.3.
1.6.3. Lớp phụ đồng quy truyền dẫn
Lớp phụ đồng quy truyền dẫn nhận 53 byte tế bào ATM từ lớp ATM, và thực hiện cỏc chức năng cần thiết để mà hội tụ tốc độ của bit tớn hiệu số được chọn, mà cú thể là một trong những giỏ trị của bảng 1.2. Chúng ta sẽ thảo luận một cỏch vắn tắt 3 loại của TCS.
Bảng 1.2 Mức tớn hiệu của SONET và SDH
SONET SDH Dũng tốc độ bit STS OC STM STS 1 STS 3 STS 12 STS 24 STS 48 OC 1 OC 3 OC 12 OC 24 OC 48 STM 1 STM 4 STM 8 STM 16 51.84 155.52 622.08 1244.16 2488.32 Bảng 1.3 Phõn cấp tớn hiệu số Mức Bắc Mỹ Chõu Âu Nhật Bản DS 1 DS 2 DS 3 1.544 6.312 44.736 2.048 8.448 34.368 1.544 6.312 32.064 1) Giao diện STS-1 cú dũng tốc độ là 51.84 Mbps.
2) Giao diện cơ bản SDH cho tớn hiệu STS-3/STM-1 cú dũng tốc độ là 155.52 Mbps.
3) Giao diện cơ bản tế bào.
1.6.4. Giao diện STS-1 với dũng tốc độ 51.84 Mbps
Lớp vật lý cho giao diện này thường là cỏp xoắn đụi trần (UTP) mà cú thể sử dụng cho độ dài tới 100m, cũng với STP cú thể lờn tớ 160m.
Nú sử dụng cấu trỳc khung SONET STS-1 đang tồn tại mà cú 9 hàng, mỗi hàng cú 90 cột cú độ dài 1 byte, nh trỡnh bày trờn hỡnh 1.23. Mỗi hàng gọi là một đoạn. Khung 9 hàng x 90 cột được truyền từ trỏi qua phải, thời gian truyền mỗi hàng là 125às. Cỏc tế bào ATM được đúng gúi trong một container theo cỏc byte được sắp hàng. Từ 86x9 thỡ khụng là một số nguyờn lần của 53 byte, cỏc tế bào qua ranh giới của container.
Hỡnh 1.23 Cấu trỳc khung STS-1
Do phần tiờu đề SOH cú 3 byte và đường dẫn tiờu đề POH là 1 byte. Số byte cú sẵn để mang cỏc tế bào ATM là = 90- 4=86 byte. Vỡ vậy tốc độ đường truyền cú hiệu quả = 58.84 x (86/90) = 56.225 Mbps.
1.6.5. Cơ sở giao diện SDH
Giao diện này cú thể là cả điện và quang. Với trường hợp điện, mụi trường vật lý thường là cỏp xoắn cú pham vi từ 100-200m. Tốc độ đường truyền là 155.52 Mbps (tốc độ đường truyền của STS-3/OC-3/STM-1). Với trường hợp quang, thỡ mụi trường vật lý là sợi quang mà cú thể là mode hoặc đa mode.
Giao diện SDH cũng sử dụng tớn hiệu STS-12/STM-4 cú tốc độ đường truyền là 622.08 Mbps. Tốc độ này cú thể được sử dụng trong cả hai hướng (hoạt động đối xứng) hoặc 622.08 Mbps được sử dụng cho hướng dũng xuụi và 155.52 Mbps cho hướng dũng ngược (đối với hoạt động bất kỳ đối xứng). Trong cỏc tế bào ATM tuỳ chọn này gúi đầu tiờn trong container (hỡnh C-4) cú 261 cột (của mỗi một byte) và 9 hàng.
Hỡnh 1.24 Cấu trỳc khung STS-1 giao diện cơ sở SDH
3 byte 1 byte 86 byte
soh poh 9 hàng 260 byte soh AU4 SOH STM 1 9 3 1 5 9 hàng
poh Tế bào ATM
VC 4
261 byte
Cột đầu tiờn mang thụng tin POH. Container C-4 sau đú được liờn kết tạo thành khung STM-1 bởi một con trỏ trong tiờu đề SOH (AU-4). Vỡ lý do này mà cỏc container C-4 được xem nh là ảo, bởi vỡ chỳng cú thể trao đổi cỏc khung.
Tốc độ đường truyền cho đoạn là 155.52 Mbps và cỏ tiờu đề đường dẫn trờn mỗi đoạn là 10 byte. Do đú số byte cú thể dựng/đoạn để truyền cỏc tế bào ATM = 270 - 10 = 260. Cỏc tế bào ATM được đúng gúi trong một container theo cỏch sắp hàng cỏc byte. Từ 260x9 khụng là bội số của 53, một số tế bào ATM qua ranh giới của container.
Hiệu qủa tốc độ bit cú thể dựng cho truyền tải cỏc tế bào ATM là 155.52 x (260 / 270) = 149.76 Mbps.
1.6.6. Cơ sở giao diện tế bào
Phự hợp với khuyến cỏo ITU cỏc đặc tớnh mụi trường vật lý của một cơ sở giao diện tế bào chớnh là một trong những đặc tớnh của cơ sở giao diện SDH.
Diễn đàn ATM cũng giới thiệu sợi đa mode cho giao diện.
Bởi vỡ cỏc tế bào được truyền tải liờn tục nối tiếp nhau và khụng được đúng gúi trong một khung container như ở hai loại giao diện đó thảo luận ở trờn. Tốc độ đường truyền cú thể là STS-3/STM-1, 155.52 Mbps, và STS-12/STM-4, 622.08 Mbps. Sau mỗi một dóy 26 tế bào, lớp vật lý cũng mang một tế bào PL mà cú thể là tế bào rỗng hay một OAM lớp vật lý, tế bào PLOAM. Cỏc tế bào PL cũng được truyền tới lớp ATM.
Với tốc độ đường truyền là 155.22 Mbps.
Tốc độ tương đương = 152.52 x 26/27 = 149.76 Mbps. Với tốc độ 622.08 Mbps.
Tốc độ tương đương là =622 x 26/27 = 599.04 Mbps.
Rừ ràng tất cả ba loại giao diện trờn nhiều hoặc ít hiệu quả hơn. Tuy nhiờn, trong giao diện cơ sở, vấn đề chộo nhau của cỏc tế bào từ một container tới một container khỏc khụng tồn tại.
Trong tất cả cỏc lớp phụ đồng qui truyền dẫn thảo luận ở trờn, cũng cú hoạt động mụ tả tế bào. HEC tạo và kiểm tra.
CHƯƠNG 2
NGHIấN CỨU TèM HIỂU CẤU TRÚC HỆ THỐNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC ỨNG DỤNG CễNG NGHỆ ATM
Như đó trỡnh bày ở phần tổng quan, để đỏp ứng nhu cầu dịch vụ gia tăng và để sử dụng tối ưu băng tần người ta xõy dựng mạng số đa dịch vụ băng rộng B-ISDN với cỏc đặc điểm: mềm dẻo hơn, tốc độ bit cú thể thay đổi theo dịch vụ, tốc độ bit cú thể thay đổi theo thời gian cảu cựng một dịch vụ. Trong khi vẫn đỏp ứng được tất cả cỏc dịch vụ của băng hẹp, cố gắng dựng hết tất cả cỏc giao thức đó cú của băng hẹp. Khi thật cần thiết mới quy định giao thức mới. Nhờ tớnh linh hoạt và khả năng đỏp ứng nhiều loại hỡnh băng thụng, cụng nghệ truyền dẫn khụng đồng bộ ATM đó trở thành giải phỏp hữu hiệu cho mạng viễn thụng B-ISDN núi trờn. Cụng nghệ ATM bằng việc sử dụng cỏc gúi tin cú độ dài cố định (53 octet) gọi là cỏc tế bào (cell) cựng với cỏc khỏi niệm về đường ảo và kờnh ảo đó cho phộp truyền tải cỏc gúi tin một cỏch linh hoạt hơn. Ngoài ra với cấu trỳc đường chuyển mạch cú độ tiếp thụng cao được trang bị cỏc bộ đệm cựng với khả năng bỏo hiệu kờnh ảo cũng như việc ỏp dụng cỏc kỹ thuật ghộp kờnh thống kờ đó cho phộp ATM cung cấp cỏc kờnh truyền dẫn cú dung lượng lớn hơn, cú thể là giảm hoặc trỏnh được cỏc hiện tượng tắc nghẽn xảy ra tờn mạng.
Hiện tại cụng nghệ ATM đó phỏt triển rất mạnh và đạt đến một trỡnh độ khỏ ổn định. Ở nhiều nước trờn thế giới và trong khu vực, cụng nghệ ATM đó phỏt triển đến giai đoạn chiếm lĩnh thị trường khụng chỉ trong mạng viễn thụng cụng cộng mà cũn trong cỏc lĩnh vực khỏc như mạng LAN, WAN… nhờ ưu điểm của cụng nghệ, nhờ giỏ thành ngày một hạ, nhờ cụng việc hoàn thiện cỏc tiờu chuẩn và chủ yếu là chớnh sỏch phỏt triển của cỏc Cụng ty khai thỏc dịch vụ viễn thụng. Tuy nhiờn việc triển khai ồ ạt cụng nghệ ATM trong mạng viễn thụng cụng cộng cho đến thời điểm này chưa được thực hiện mà chủ yếu mới chỉ dừng lại ở cỏc dự ỏn thử nghiệm hay khai thỏc thương mại trong phạm vi hẹp. Cỏc ứng dụng chủ yếu được triển khai bao gồm:
Cung cấp cỏc dịch vụ truyền tin, làm cơ sở hạ tầng cho cỏc ứng dụng khỏc. Đặc biệt được sử dụng để tải một lượng lớn lưu lượng của mạng đường trục.
Cung cấp cỏc dịch vụ Video nh: Truyền hỡnh với độ nột cao, VOD, truyền ảnh trong y tế, hội thảo bằng hỡnh ảnh…
Cung cấp cỏc dịch vụ truy cập tốc độ cao trong đú cú cả dịch vụ Internet và kết nối cỏc mạng LAN, WAN tốc độ cao.
Tại Việt Nam, bức tranh về thị trường viễn thụng cũng đó cú nhiều thay đổi cơ bảng truyền số liệu đó phỏt triển nhanh hơn rất nhiều. Dự bỏo trong vài năm tới thị trường truyền tải số sẽ tăng vọt. Chớnh vỡ điều này mà cỏc dự ỏn “Siờu lộ thụng tin” đang được tập trung triển khai nhằm mục đớch tạo ra mụi trường ứng dụng cụng nghiệp thụng tin và nhờ vậy nõng cao khả năng cạnh tranh của cỏc sản phẩm trờn thị trường quốc tế.
Việc quy hoạch và triển khai mạng lưới viễn thụng đó được một số đơn vị trong và ngoài nghành thực hiện trong thời gian gần đõy. Điển hỡnh là hệ thống viễn