Chuyển mạch ATM
2.4.1. Cấu trúc chung của chuyển mạch ATM.
Đọc và thay đổi Header của tế bào ở mỗi tầng Cell ATM VPI/VCI Phần tử chuyển mạch A m A C, m Phần tử chuyển mạch C B, n C B n Bảng Bảng Giá trị VCI/VPI cũ
Giá trị VPI/VCI mới + Số đầu ra
Hình 2.4. Quá trình xử lý Header của phần tử chuyển mạch dùng bảng điều khiển.
ATM là mạng kết nối định hớng, tất cả các tế bào ATM trong một kết nối thực tế đợc truyền theo một tuyến đờng định sẵn. Những tế bào thuộc về một đầu nối nào đó đ- ợc xác định bởi trờng nhận dạng đờng VPI và kênh ảo VCI. Các chuyển mạch gói thơng thờng hoạt động trong dải 1 4000 gói tin/giây. Trong khi đó, chuyển mạch ATM cần phải xử lý một số lợng gói tin rất lớn từ 100.000 đến hàng triệu gói tin trong 1s. Về cơ bản một node chuyển mạch ATM phải thực hiện 3 hoạt động:
› Định tuyến các tế bào. › Xếp hàng các tế bào.
› Biên dịch tiêu đề của tế bào.
+ Quá trình định tuyến là để xác định rõ tế bào đ- ợc chọn đờng nào để từ một đầu vào đến đầu ra yêu cầu. + Việc xếp hàng đợc sử dụng để giải quyết vấn đề xung đột khi tại một thời điểm có nhiều hơn một tế bào có cùng đầu ra yêu cầu.
+ Biên dịch tiêu đề của tế bào để xác định thông tin cho định tuyến và thay đổi giá trị của các trờng tơng ứng với đầu ra yêu cầu.
Trên thực tế có nhiều thiết kế khác nhau cho chuyển mạch ATM. Tuy nhiên, mơ hình chức năng chung của hệ thống chuyển mạch ATM thờng bao gồm ba phần chính là:
* Giao diện chuyển mạch: Gồm module điều khiển đầu vào – IC (Input Controller) vào module điều khiển đầu ra – OC (Output Controller).
* Trờng chuyển mạch tế bào.
* Bộ xử lý điều khiển: Bao gồm hai phần chính là điều khiển chấp nhận kết nối - CAC (Connection Admission Control) và quản lý chuyển mạch – SM (Session Manager).
(Giới thiệu thêm hình 5-20 quyển B- ISDN)
* Giao diện chuyển mạch:
+ Module điều khiển đầu vào (IC): Thực hiện chức năng tách luồng ATM khỏi khung truyền dẫn, với mỗi tế bào ATM có các chức năng sau đợc thực hiện:
• Kiểm tra sai lỗi của mào đầu sử dụng vùng HEC ở tiêu đề tế bào.
• Xác nhận và chuyển đổi giá trị VPI/VCI. • Xác định cổng ra.
• Chuyển các tế bào báo hiệu thành các tế bào CAC và OA&M dành cho phần quản lý chuyển mạch.
Tr ờng chuyển mạch Bộ xử lý điều khiển IC IC OC OC Các cổng đầu ra Các cổng đầu vào
Hình 2.5. Cấu trúc chung của Node chuyển mạch ATM.
• Thực hiện điều khiển tham số UPC/NPC cho mỗi VPC/VCC.
• Có thể thêm thẻ địa chỉ nội bộ chứa các thông tin định tuyến và các thông tin giám sát hoạt động nội bộ của hệ thống.
+ Module điều khiển đầu ra (OC): Thực hiện phân phối tế bào đến đích đến yêu cầu hoặc tới một cổng đầu vào của nút chuyển mạch khác sau khi sẽ đã tiến hành thông dịch VCI theo u cầu. Nó thực hiện một số chức năng sau:
• Xử lý và loại bỏ thẻ nội bộ (Nếu có).
• Biên dịch các giá trị VPI/VCI tạo vùng HEC.
• Trộn các tế bào chức năng CAC và SM với luồng tế bào ra.
• Tạo sự thích ứng giữa luồng tế bào ra với khung truyền dẫn.
* Trờng chuyển mạch: Nó thực hiện chức năng định tuyến tế bào từ đầu vào đến đầu ra. Và nó có thể bao gồm các chức năng sau: Nhớ đệm tế bào, tập trung vào ghép kênh lu lợng, dự phòng cho khả năng chịu lỗi, phát đa phơng (đa điểm) hay phát quảng bá, định lịch trình tế bào dựa trên các u tiên về trễ, giám sát tắc nghẽn và kích hoạt chỉ thị tắc nghẽn.
+ Nén, giãn và ghép kênh: Lu lợng cần đợc tập trung tại đầu vào của trờng chuyển mạch để sử dụng tốt hơn các tuyến đến đợc kết nối với chuyển mạch. Bộ tập trung tập
hợp các lu lợng khác nhau có tốc độ bít cao hơn để ma trận chuyển mạch có thể thực hiện chuyển mạch ở tốc độ giao diện chuẩn. Tỷ lệ tập trung quan hệ tơng đối chặt chẽ với đặc tính lu lợng, do vậy cần đợc cấu hính một cách động. Bộ tập trung cịn có thể trợ giúp trong việc phân phối lu lợng động tới các bộ định tuyến và đệm, lu lợng có thể giãn ra và lu lợng dự phịng có thể đợc kết hợp.
+ Định tuyến và nhớ đệm: Chức năng định tuyến và nhớ đệm là hai chức năng chính mà trờng chuyển mạch tế bào thực hiện. Các tế bào có thể đợc sắp xếp theo thời gian trong các bộ nhớ đệm. Một số yếu tố chính đợc quan tâm ở đây là:
• Thơng lợng (Throughput): Tổng tốc độ lu lợng đầu vào/ tốc độ lu lợng đầu ra.
• Độ sử dụng (Utilization): Tốc độ lu lợng đầu vào trung bình/tốc độ lu lợng đầu ra tối đa có thể.
• Tỷ lệ mất mát tế bào. • Độ trễ tế bào.
• Dung lợng bộ đệm.
• Độ phức tạp khi triển khai.
* Khối xử lý điều khiển: Chịu trách nhiệm thiết lập kết nối, quản lý và bảo dỡng. Ngồi ra nó cịn có các nhiệm vụ phân phối dải thông và liên hệ với các module điều khiển đầu vào và module điều khiển đầu ra qua đờng truyền trực tiếp hoặc qua các tế bào đi qua trờng chuyển mạch. Nó bao gồm hai thành phần chuyển mạch chính sau:
+ Điều khiển chấp nhận kết nối – CAC (Connection Admission Control) Thực hiện chức năng thiết lập, thay đổi và giải phóng các kết nối đờng ảo, kênh ảo. CAC có nhiệm vụ quản lý các giao thức báo hiệu lớp cao, các chức năng báo hiệu của lớp thích ứng ATM (AAL), giao diện với các mạng báo hiệu, thoả thuận về hợp đồng lu lợng với ngời sử dụng có các yêu cầu VPC/VCC mới, thoả thuận lại với ngời sử dụng để thay đổi các kết nối VPC/VCC đã đợc thiết lập, cấp tài nguyên của chuyển mạch cho các VPC/VCC bao gồm cả việc chọn đ- ờng, quyết định cho phép hay từ chối các VPC/VCC đợc yêu cầu, tạo các tham số UPC/NPC.
+ Quản lý chuyển mạch – SM (Session Manager): Thực hiện nhiệm vụ quản lý OA&M cho dữ liệu chuyển mạch,, đo đạc các tài nguyên chuyển mạch, quản lý lu lợng, giám sát cơ sở thông tin quản lý, quản lý mạng-ngời sử dụng, giao tiếp với các hệ thống vận hành và bảo dỡng và cuối cùng là hỗ trợ cho quản lý mạng.
Việc thực hiện các chức năng quản lý này đòi hỏi phải trao đổi rất nhiều thông tin giữa phần quản lý chuyển mạch với các khối chức năng khác của hệ thống. Do việc quản lý tập trung có thể bị nghẽn nếu bị quá tải khi xử lý các yêu cầu nên chức năng quản lý chuyển mạch có thể phân tán ở các module điều khiển đầu vào. Tuy nhiên, cơ chế này đòi hỏi rất nhiều về trao đổi thơng tin phối hợp. Ngồi ra, các khối quản lý chuyển mạch có thể phân tán ở các module điều khiển đầu ra.
Các tế bào đi vào chuyển mạch đợc xử lý trong các giao diện điều khiển đầu vào IC, ma trận chuyển mạch, điều khiển đầu ra OC. Bộ xử lý điều khiển thực hiện trao đổi thông tin điều khiển tới các bộ điều khiển đầu vào và đầu ra qua các đờng liên kết trực tiếp hoặc qua các tế bào chuyển qua trờng chuyển mạch. Các giao diện ngoài của chuyển mạch là song hớng và đợc nhóm thành cổng đầu vào và cồng đầu ra. Các tế bào vào trờng chuyển mạch đợc biên dịch trờng VPI/VCI từ các bộ điều khiển đầu vào tới các bảng biên dịch. Bảng đấu nối có thể chứa thẻ định tuyến, các thẻ này đợc gắn với các tế bào cùng kênh ảo định tuyến đến cùng một đầu ra. Các bảng này có thể chứa thơng tin nh độ u tiên, lớp phục vụ, kiểu lu động của kết nối...Các thông tin phục vụ đợc thêm các tế bào giúp cho trờng chuyển mạch tạo bảng định tuyến và quyết định bộ đệm. Các điều khiển đầu ra sẽ loại bỏ các thông tin phụ này khi tế bào đợc chuyển đến đầu ra. Bảng biên dịch VPI/VCI cũng đợc hỗ trợ tới bộ điều khiển đầu ra trong trờng hợp cần chuyển mạch đa phơng (Multicast).