3.1.1.1. Chuyển mạch là gỡ ?
Chuyển mạch là một hệ thống gồm nhiều đầu vào và nhiều đầu ra, cỏc đầu vào và cỏc đầu ra này phải dược liờn kết với nhau.
3.1.1.2. Phần tử chuyển mạch.
Là đơn vị cơ bản trong cấu trỳc hệ thống chuyển mạch. Bao gồm: Mạng liờn kết giữa đầu vào và đầu ra (InterConnection Network), bộ điều khiển đầu vào IC (Input Controller) và bộ điều khiển đầu ra OC (Out Controller).
Liên kết đầu vào và đầu ra
IC
IC OC
OC
Hỡnh 3.1. Phần tử chuyển mạch.
Bờn cạnh đú, phần tử chuyển mạch cũn cú bộ đệm để trỏnh việc mất tế bào khi xảy ra xung đột bờn trong do hai hoặc nhiều tế bào cựng tranh chấp một đầu ra.
3.1.2. Chuyển mạch ATM.
Chuyển mạch ATM thực hiện chức năng chuyển mạch cỏc kết nối đường ảo (VPC-Virtual Path Connection), kết nối kờnh ảo (VCC – Virtual Chanel
Connection) và dựa trờn nguyờn lý chung được mụ tả nh hỡnh 3.1 Chuyển mạch ATM mang hai đặc tớnh cơ bản:
• Chuyển mạch gúi do tớnh chất từng tế bào ATM được truyền tải trong mạng một cỏch riờng biệt.
• Chuyển mạch cú kết nối do cỏc kết nối giữa hai đầu cuối phải được thiết lập trước khi truyền tải tế bào.
Khi đú cỏc nỳt chuyển mạch ATM sẽ truyền tải cỏc tế bào từ cỏc tuyến đấu nối đến (Incoming Link) tới cỏc tuyến nối đi (Outgoing Link) trờn cơ sở cỏc thụng tin định tuyến nằm trong phần mào đầu tế bào và cỏc thụng tin lưu trữ ở từng nỳt chuyển mạch trong giai đoạn thiết lập kết nối.
Trong chuyển mạch ATM, cỏc phần tử chuyển mạch được sử dụng để nối giữa đầu vào và đầu ra bất kỳ ở nỳt chuyển mạch. Việc chuyển mạch cỏc tế bào được thực hiện trờn cơ sở cỏc giỏ trị VPI và VCI nằm ở mào đầu của cỏc tế bào ATM. Tế bào Bộ thông dịch định tuyến I8 I2 I1 01 02 08 Dữ liệu
Dữ liệu Mào đầu
Mào đầu vào Mào đầu ra
Hỡnh 3.2. Nguyờn lý chuyển mạch ATM.
ATM cú đặc tớnh là hướng liờn kết, nú tồn tại một hoặc nhiều chặng và nh
vậy cỏc giỏ trị VPI và VCI chỉ cú hiệu lực trong một chặng liờn kết. Khi cỏc tế bào đó tới nỳt chuyển mạch, giỏ trị VPI hoặc cả VPI và VCI đều bị thay đổi cho phự hợp với chặng tiếp theo. Thiết bị chuyển mạch được thực hiện chỉ dựa vào giỏ trị của VPI được gọi là chuyển mạch VP (VP Switch), nếu chuyển mạch thay đổi cả giỏ trị VPI và VCI thỡ được gọi là chuyển mạch VC (VC Switch)
VP Switch là nơi bắt đầu và kết thỳc của cỏc liờn kết đường ảo, do đú nú cần phải chuyển cỏc giỏ trị VPI tương ứng ở đầu ra sao cho cỏc liờn kết đường ảo này thuộc về cựng một cuộc nối đường ảo cho trước, khi đú VCI khụng thay đổi giỏ trị. VPI 4 VPI 5 VPI 6 VCI 3 VCI 4 VCI 4 VCI 5 VCI 1 VCI 2 VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VCI 5 VCI 4 VPI 1 VPI 2 VPI 3 Chuyển mạch VP Hỡnh 3.3. Nguyờn lý chuyển mạch VP
Khỏc với chuyển mạch VP, chuyển mạch VC là điểm cuối của cỏc liờn kết kờnh ảo và liờn kết đường ảo, ở chuyển mạch này cả giỏ trị VPI và VCI đều thay đổi. Do trong chuyển mạch VC bao gồm cả chuyển mạch VP, do đú về nguyờn tắc VC cú thể thực hiện chức năng nh một chuyển mạch VP.
Hỡnh 3.4. Nguyờn tắc chuyển mạch VC/VP Hai thiết bị chuyển mạch này thực hiện cỏc chức năng chớnh sau:
VCi1 VCi2 VCi1 VCi2 VPi1 VPi4 VPi3 VPi2 VPi5
VPi1 VPi2 VPi3
VCi1 VCi3 VCi4
Chuyển mạch VC Điểm cuối VPC Chuyển mạch VP VCi3 VCi4 VCi4 VCi3
Đọc cỏc VPI/VCI của tế bào ở đầu vào và thay đổi giỏ trị của chỳng ở đầu ra.
Truyền cỏc tế bào ATM từ đầu vào đến đầu ra cho trước.
Về nguyờn tắc, nỳt chuyển mạch cú thể được xõy dựng từ một hay một vài phần tử chuyển mạch. Trờn thực tế một số ít cỏc phần tử chuyển mạch khụng đỏp ứng đủ nhu cầu về dung lượng cho một nỳt cỡ trung bỡnh, do đú nỳt chuyển mạch thường cú cấu trỳc được xõy dựng từ nhiều phần tử chuyển mạch.
3.1.3. Cỏc yờu cầu cơ bản đối với chuyển mạch ATM.
- Xử lý tốc độ cao, siờu cao và tốc độ truyền tin thay đổi. Cú thể đạt từ 50 Mbps ữ 2,4 Gbps và cú thể đạt tới tốc độ 80 Gbps ở mạng đồng trục. - Dung lượng lớn, khả năng thực hiện tạo kờnh quảng bỏ, nhiều đớch và
điểm nối điểm.
- Chất lượng truy nhập cao.
- Việc điều khiển quỏ trỡnh chuyển mạch dễ dàng và đơn giản. Ngoài ra mạng ATM cũn phải thoả món cỏc yờu cầu sau:
- Cú khả năng duy trỡ trật tự của cỏc tế bào ATM khi truyền dẫn trờn mạng. - Tổng đài phải được Modul hoỏ và cú khả năng phỏt triển dung lượng. Với sự phỏt triển của khoa học kỹ thuật, đó tạo ra một nỳt chuyển mạch băng rộng mới ATM/B-ISDN, là sự kết hợp cụng nghệ chuyển mạch ATM và cụng nghệ truyền dẫn SDH. Gồm cả chuyển mạch và truyền dẫn. Nhờ việc loại bỏ cỏc giao diện khụng cần thiết ở nỳt chuyển mạch đơn giản. Nú cú thể cung cấp cỏc chức năng chuyển mạch, kết nối chộo và ghộp kờnh trong hệ thống duy nhất. Cỏc khối này cú thể được ghộp lại với nhau theo cỏch thức khỏc nhau để thực hiện cỏc chức năng khỏc nhau trong một mạng.
10
• Phần cứng:
- Giao diện của nỳt chuyển mạch: làm cho dũng thụng tin đi vào nỳt tương thớch với phần lừi về mặt tốc độ và dạng tế bào.
- Phần lừi là chuyển mạch khụng gian cung cấp khả năng chuyển mạch cỏc cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều điểm.
• Phần mềm:
- Xử lý lưu lượng đi qua nỳt chuyển mạch.
- Thực hiện chức năng vận hành và bảo dưỡng ở nỳt chuyển mạch. - Quản lý cỏc chức năng hệ thống.
Cấu trỳc của ATM/B-ISDN.
CRT TM HT TM FR HT CRT CRT CRT GP GP AU IWU SLU Giao diện thuê bao băng rộng ATM SN ATM B-ISDN STM AMX
Hỡnh 3.5. Cấu trỳc của ATM/B-ISDN.
- Mạng chuyển mạch SN – ATM (Switching Network ATM) dựng để liờn kết tất cả cỏc phần tử của hệ thống.
- Khối đơn vị truy nhập AU (Access Unit) dựng để cung cấp giao diện đến mạng ATM.
- Khối đơn vị tương tỏc IWU (InterWorking Unit) dựng để cung cấp giao diện đến mạng STM hiện hành.
- Khối đường dõy thuờ bao SLU (Subscriber Line Unit) dựng để cung cấp giao diện cho cỏc thuờ bao băng rộng và thực hiện tập trung hoỏ lưu lượng một cỏch linh hoạt.
- Tổ hợp điều khiển gồm cú: một số cỏc bộ điều khiển nội bộ CRT (Control) và bộ nhớ chung cho cỏc bộ xử lý chung GP (General Prosessor) dựng để phõn chia lẫn nhau cỏc chức năng hệ thống.
Trong sơ đồ trờn gồm cú:
GP : Bộ xử lý chung (General Prosessor)
ATM – SN : Mạng chuyển mạch ATM (Switching Network ATM)
AMX : Bộ ghộp kờnh ATM (ATM Multiplexing)
AU : Đơn vị truy nhập (Access Unit)
FR : Bộ tạo khung
HT : Bộ tạo tiờu đề
SLU : Đơn vị đường dõy thuờ bao (Subscriber Line Unit)
TM : Modul trung kế
: Khối nhập tỏch tế bào.
• Chức năng của cỏc khối trong nỳt băng rộng ATM:
- Mạng chuyển mạch SN-ATM: SN là một cấu trỳc tự định tuyến toàn thụng (Non-Blocking) với một giao diện phối ghộp tốc độ cao tới tất cả cỏc hệ thống con khỏc. Nú cú thể sử dụng nh một liờn kết hệ thống nội tại giữa tất cả cỏc phần tử điều khiển. Dung lượng của SN-ATM là rất lớn và thời gian trễ ở ATM rất nhỏ do đú nú rất thớch hợp với chức năng này. Việc gỏn cỏc cỏc kờnh thụng tin giữa cỏc điểm bất kỳ trong hệ thống cú tớnh biến đổi linh hoạt nhờ cấu trỳc nh vậy. Ngoài ra, dựa vào cấu trỳc này nú cú thể loại trừ được khả năng tắc nghẽn (nếu cú).
Trong thực tế cú rất nhiều phương phỏp cài đặt một cấu trỳc chuyển mạch ATM. Đối với hệ thống vừa và nhỏ chỉ cần dựng cấu trỳc chuyển mạch một tầng đơn giản là đủ. Đối với cỏc hệ thống lớn hơn, phải cần đến một cấu trỳc chuyển mạch kộp hai tầng. Vớ dụ về một SN cú 2 tầng toàn thụng với 256 cổng STM, 622 Mbps sau đõy: AU IWU SLU 8 1 1 8 321 1 32 Hỡnh 3.6. Mạng chuyển mạch SN 2 tầng Non-Blocking.
- Khối đơn vị đường dõy thuờ bao SLU là bộ tập trung đường dõy hoặc bộ ghộp kờnh cho cỏc đầu cuối thuờ bao. Khối SLU nội hạt được kết nối trực tiếp tới SN, khối SLU đầu xa thỡ được tập trung lại và đưa tới khối AU. Trong khối SLU cú trường chuyển mạch SN-ATM của riờng nú, trường chuyển mạch này cú thể được dựng để liờn kết tất cả cỏc thuờ bao nội hạt và cú thể cung cấp một số đường liờn kết tới trường chuyển mạch SN- ATM chớnh. Về mặt tổng quỏt, SLU gồm cú một số lượng nhỏ cỏc Modul đường dõy dựng cho cỏc thuờ bao băng rộng SLMB và một phần trung tõm nhỏ.
SLMB SLMB SU HT HT HT HT HT HT A M X A M X CTR TC SLM ATM SN HT IF HT IF Đến trung tâm BBS NB-S DB-T
Hỡnh 3.7. Khối đường dõy thuờ bao
AMX : Bộ ghộp kờnh ATM
BB-S : Cỏc thuờ bao băng rộng NB-S : Cỏc thuờ bao băng hẹp
DB-T : Cỏc đường trung kế STM cửa sau
CTR : Bộ điều khiển
HT : Bộ chuyển đổi tiờu đề
IF : Kết nối tới trường chuyển mạch trung tõm
SLM : Modul thuờ bao băng hẹp
SLMB : Modul thuờ bao băng rộng
SN : Mạng chuyển mạch ATM
SU : Khối dịch vụ.
TC : Mạng đường trục
- Bộ ghộp kờnh ATM (AMX) thực hiện việc ghộp kờnh đơn giản và cỏc chức năng chuyển đổi tốc độ.
- Khối dịch vụ SU thực hiện toàn bộ chức năng xử lý tớn hiệu.
- Khối đấu nối thuờ bao SLU đầu xa, cú cỏc đường trung kế STM cửa sau để kết nối tuyến chuyển mạch nội hạt. Nú cú khả năng kết nối nội hạt đơn giản (băng hẹp) giữa cỏc thuờ bao băng hẹp và thuờ bao băng rộng thuộc
được bảo đảm bởi khả năng hoạt động của bộ dịch tiờu đề (HT) bộ này được đặt trong mỗi khối ngoại vi. Sự cú mặt của HT ở mỗi khối ngoại vi đạt tớnh linh hoạt tổng thể trong khả năng kết nối nội bộ và tỷ lệ tập trung hoỏ khả biến .
- Đơn vị truy nhập AU. Bỏo hiệu của mạng cũng nh thụng tin về tiờu đề (Overhead) của SDH khụng được xử lý trong bản thõn khối AU. Chỳng chỉ được đưa vào và tỏch ra ở khối AU mà thụi. Thụng tin qua khối này được truyền qua SN tới cỏc bộ xử lý tập trung GP. Do vậy mà khối AU hoàn toàn thụng suốt đối với bỏo hiệu mạng, đối với cỏc chức năng đo thử và điều khiển.
- Khối giao tiếp tương tỏc IWU: cỏc giao điện mạng STM được cung cấp qua IWU . Như hỡnh vẽ 13, cấu chỳc khối IWU rất giống khối AU, cỏc TM đường trục của SDH giống hệt như trong khối AU.
3.1.4. Cỏc dạng kết nối trong ATM.
Chuyển mạch N*N là một khối với N đầu vào và N đầu ra để chuyển tải tế bào từ tuyến nối đến ra tuyến nối đi. Cỏc tuyến nối đều được đấu nối với cỏc phần tử chuyển mạch thụng qua cỏc cổng vào. Sau khi xử lý mào đầu tế bào để xỏc định tuyến nối đi, tế bào được chuyển qua phần tử chuyển mạch để chuyển tiếp tới tuyến nối đi. Giao tiếp giữa phần tử chuyển mạch và tuyến nối đi được gọi là cổng ra.
Khi cú tế bào đồng thời truy nhập tới cổng ra tại một thời điểm, do đú sẽ xảy ra hiện tượng gọi là tranh chấp tại cổng ra. Khi tranh chấp xảy ra, chỉ cú một tế bào trong số những tế bào đến được xử lý và gửi ra tuyến nối. Số tế bào cũn lại hoặc sẽ được lưu giữ tại bộ nhớ tạm thời cho đến khi được xử lý hoặc sẽ được loại bỏ. Trong quỏ trỡnh nhớ đệm ở đầu ra, cỏc tế bào này được lưu giữ ở giữa phần tử chuyển mạch và cổng ra. Trong quỏ trỡnh nhớ đệm ở đầu vào, việc lưu giữ xảy ra ở giữ tuyến nối vào và cổng vào: ở đõy, do việc tranh chấp đầu ra, cỏc tế bào sẽ bị chốt lại cho đến khi chỳng được gửi tới cổng ra. Nếu nh bộ nhớ
đệm đầu vào là rạng FIFO (First In First Out- vào trước ra trước), tế bào bị chốt nằm đầu hàng sẽ chặn tất cả cỏc tế bào khỏc đang nằm đợi trong hàng. Trong trường hợp xảy ra nghẽn đầu đường dõy (HOL blocking) khi cú một số tế bào đang đợi trong hàng, cú thể phải chuyền mạch sang cổng hướng khỏc, khi đú cỏc tế bào này buộc phải đợi cho đến khi cỏc tế bào HOL được gửi đi. Ngoài ra, cú thể xảy ra nghẽn nội bộ khi cú nhiều tế bào muốn sử dụng một tài nguyờn chung trong phần tử chuyển mạch. Giống như trường hợp tranh chấp đầu ra, chỉ một tế bào được phộp sử dụng tài nguyờn, số cũn lại sẽ được lưu giữ tạm thời tại bộ nhớ đệm của phầp tử chuyển mạch (được gọi là nhớ đệm trong) hoặc tại bộ nhớ đầu vào. Việc dựng bộ nhớ đệm để giải quyết cỏc tranh chấp đều cú một hạn chế là tạo trễ xử lý tế bào và cú thể ảnh hưởng đến đặc tớnh hoạt động của hệ thống.
Trong mạng ATM, cỏc ứng dụng khỏc nhau cú thể yờu cầu cỏc dạnh kết nối khỏc nhau. Vớ dụ, dịch vụ thoại cú thể thực hiện giữa hai điểm kết cuối khỏch hàng; trong khi đú, sẽ cú nhiều khỏch hàng hơn cựng sử dụng điện thoại- hội nghị.
Nhỡn chung, cú 4 dạng kết nối sau:
Kết nối điểm - điểm: là kết nối được thiết lập giữa hai đầu cuối, phần lớn cỏc dịch vụ hiện nay nằm trong dạng kết nối này.
Kết nối điểm - đa điểm: là kết nối trong đú luồng tế bào được khởi tạo từ nỳt nguồn được phõn chia tới hai hoặc nhiều kết nối khỏc. Vớ dụ đặc trưng cho dạng kết nối này là việc phõn bố tớn hiệu video, trong đú mỏy video chủ được dựng để phục vụ nhiều nỳt cuối khỏc nhau.
Kết nối đa điểm - điểm: là kết nối trong đú tớn hiệu được khởi tạo từ nhiều nỳt khỏc nhau và cựng gửi tới một điểm đầu cuối. Vớ dụ: Cỏc trung tõp thu thập dữ liệu nghành ngõn hàng, ở đú dữ liệu được khởi tạo từ cỏc nỳt ở vị trớ khỏc nhau trong mạng, được thu thập và gửi tới trung tõm.
Để thực hiện cỏc yờu cầu về chuyển mạch, tế bào cú thể được chuyển mạch theo dạng điểm - điểm từ một tuyến nối đến tới nhiều tuyến nối đi. Trường hợp thứ hai thường được gọi là nhõn phiờn bản hay quảng bỏ .
3.1.5. Phõn loại chuyển mạch trong ATM.
Sự phõn loại về mặt kỹ thuật của hệ thống chuyển mạch ATM được thực hiện phự hợp với cỏc đặc trưng của yếu tố chuyển mạch hoạc với trạng thỏi của khối bờn trong của tổng đài, với vị trớ của vựng đệm tế bào trong tổng đài và với cấu trỳc Topo của mạng chuyển mạch. Xột một số loại chuyển mạch sau đõy:
3.1.5.1. Chuyển mạch phõn chia theo thời gian:
Cơ chế chuyển mạch phõn chia theo thời gian chỉ cú một tuyến nối đơn, theo đú tất cả cỏc tế bào đều đi từ cỏc cổng vào đến cỏc cổng ra. Tuyến nối dựng chung này cú thể là một bộ nhớ hoặc một phương tiện dựng chung, chẳng hạn
nh một vũng hoặc một BUS. Chuyển mạch phõn chia theo thời gian là một kỹ thuật thớch hợp để chuyển mạch với dung lượng vài Gbit/s.
Trong hệ thống này cú thể phõn loại chi tiết hơn thành hệ thống bộ nhớ dựng chung và hệ thống phương tiện dựng chung.
Thiết