IV. Chuyển mạch trong ATM.
3. Phân loại chuyển mạch trong mạng ATM:
3.3. Chuyển mạch phân chia không gian.
Trong chuyển mạch phân chia không gian, tế bào tổng hợp từ các cổng vào khác nhaucó thể được truyền tải đồng thời đến các tuyến nối. Việc truyền tải mỗi tế bào đòi hỏi sự thiết lập đường truyền vật lý riêng trong phần tử chuyển mạch để nối tuyến nối đến và tuyến nối đi. Các phần tử chuyển mạch này cũng yêu cầu có sự phân chia điều khiển bên trong phần tử, do vậy làm giảm độ phức tạp trong thiết kế. Chuyển mạch phân chia không gian được tổ chức giống như chuyển mạch ngang dọc.
Khối chuyển mạch cơ bản trong cấu trúc chuyển mạch phân chia không gian là điểm nối chéo mà hoạt động theo sự điều khiển của khối
RAM Bộ nhớ chung Điều khiển 1 N Ghép luồng (MUX) Tách luồng (DEMUX)
điều khiển. Mỗi điểm nối chéo gồm 2 đầu vào và 2 đầu ra, cho phép 2 đường nối hoạt động đồng thời.
Tranh chấp đầu ra trong một điểm nối chéo xảy ra khi 2 đầu vào yêu cầu kết nối với cùng một đầu ra.Trong trường hợp này, chỉ một đầu vào được phép kết nối, còn tế bào của đầu vào còn lại sẽ bị loại bỏ hoặc được lưu giữ trong bộ nhớ cho đến khi đầu ra không bị chiếm giữ.
Khi sử dụng bộ nhớ, chúng có thể được đặt tại cổng vào hoặc bên trong bộ nối chéo. Trong cả hai trường hợp, do kích thước bộ nhớ chỉ có giới hạn nên việc sử dụng bộ nhớ cũng không giải quyết hết vấn đề tranh chấp đầu ra. Ngoài ra, có thể xảy ra trường hợp đầy bộ nhớ gây ra việc loại bỏ tế bào do không còn khả năng lưu giữ các tế bào đến sau.
Hình 37: Điểm nối chéo và hình thức đấu nối
Hình 38 miêu tả một cấu trúc chuyển mạch ngang dọc 8x8, trong đó mỗi một ô vuông tương ứng với một điểm nối chéo. Thông thường, một chuyển mạch ngang dọc NxN sử dụng N2 điểm nối chéo. Kết nối giữa cổng vào i với cổng ra i được thực hiện thông qua điểm nối chéo (i,j) trong ma trận NxN. Nếu như tế bào của một cổng vào muốn gửi đến các
Đầu ra Đầu vào Đầu vào
Đầu ra
N kết nối và do vậy, có thể cùng một lúc thực hiện phân chia N tế bào. Như vậy, đây là cấu trúc chuyển mạch tiếp thông hoàn toàn. Nhược điểm chính của cấu trúc 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 nên tại điểm nối chéo sẽ dẫn đến việc mất kết nối giữa hai cổng này.
Cấu trúc chuyển mạch phân chia không gian thích hợp với các dịch vụ nhân phiên bản/quảng bá nhưng có một số nhược điểm như tốc đọ chuyển mạch thấp, điều khiển ưu tiên không linh hoạt và tỷ lệ sử dụng bộ nhớ thấp.
Hình 38: Chuyển mạch ngang dọc 8x8
Các phần tử chuyển mạch sẽ được đấu ghép lại và tổ chức thành các khối chuyển mạch trong một tổng đài. Một phương pháp tổ chức khối chuyển mạch thường dùng là chuyển mạch dựa trên phân bố theo ma trận
3 1 2 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
(distributed matrix switch) hay còn gọi là chuyển mạch Banyan, chuyển mạch song song [2,5]. Cấu trúc của chuyển mạch Banyan được mô tả trong hình 39
Hình 39: Chuyển mạch phân bố ma trận
Chuyển mạch Banyan bao gồm các phần tử chuyển mạch có cùng một cấu trúc và do vậy, dễ dàng trong việc tích hợp thành chip chuyển mạch lớn. Các phần tử chuyển mạch có đặc tính tự định tuyến, nghĩa là không cần có phần mềm hay chương trình điều khiển riêng để định tuyến cho tế bào. Ma trận chuyển mạch không cần phải có tốc độ bằng tốc độ các tuyến nối đến do có nhiều đường nối bên trong phần tử chuyển mạch, phần tử chuyển mạch chỉ cần có tốc độ bằng tốc độ cao nhất giữa các tuyến nối đến.
Trong hình 39, phần “dữ liệu” D thể hiện thông tin của một tế bào (53 octet gồm cả mào đầu và trường thông tin), 3 bit gắn vào tế bào mang địa chỉ cổng ra. Sau khi được xử lý thông qua bảng định tuyến và thông dịch
0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 D 110 Dữ liệu LSB MSB đầu vào
Chuyển mạch LSB Chuyển mạch MSB Địa chỉ đầu ra
110101 101 100 010 011 001 000 111
giá trị VPI/VCI, vấn đề còn lại là chuyển mạch tế bào đi qua phần tử chuyển mạch đến cổng ra. Tế bào sẽ được xử lý tại từng phần tử chuyển mạch và việc này được quyết định trên cơ sở giá trị từng bit gắn với tế bào. Trong ví dụ trên, tế bào được chuyển qua 3 nấc chuyển mạch và được chuyển đến cổng ra có địa chỉ 110. Trong chuyển mạch Banyan, các tế bào có thể đồng thời xuất hiện tại các cổng vào và được xử lý song song, do vậy chuyển mạch Banyan còn được gọi là chuyển mạch song song.
Hạn chế của chuyển mạch Banyan là xảy ra tranh chấp nội bộ và tranh chấp bên ngoài trong các phần tử chuyển mạch. Các bộ nhớ đệm được sử dụng để giải quyết các tranh chấp này.