Đồ án tốt nghiệp “ Công nghệ
ATM giải pháp truyền dẫn của
mạng B-ISDN ”
MỤC LỤC
Đồ ố ệ ệ ả ề ẫ ủ ạ
Ụ Ụ
! "Ờ ĐẦ #
$%"& $& '($Ổ Ề Ạ Ễ )
$& '($' *ĐẶ Đ Ể Ạ Ễ Ệ )
+ ế ị ấ à ạ ,
#- . ỹ ậ ạ ễ ,
. đặ đ ể ủ ạ ễ ệ /
# 0111.12314567ự đờ ủ 8
9 /
9 /
- " Ế Ậ ):
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhu cầu của con người cũng
ngày càng đòi hỏi cao hơn cho cuộc sống. Nhu cầu về sử dụng các công nghệ trong viễn
thông một cách có hiệu quả nhất cũng trở nên rất bức thiết.
Và lĩnh vực này được coi là một trong những nền tảng để đánh giá sự phát triển cho mỗi quốc
gia. Sự phát triển của nghành viễn thông đã chứng minh cho điều này. Từ những ứng dụng
thiết thực mà nó đem lại, đã không ngừng thúc đẩy sự nghiên cứu, tìm hiểu về những kỹ thuật
Chương I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG
1.1. ĐẶC ĐIỂM MẠNG VIỄN THÔNG HIỆN NAY.
1.1.1. Các khái niệm trong mạng viễn thông.
1.1.1.1 Khái niệm mạng viễn thông.
Mạng viễn thông là tập hợp tất cả các thiết bị viễn thông và phương thức dùng để truyền
thông tin giữa những người sử dụng khi thực hiện các dịch vụ tương ứng. Các dịch vụ viễn
thông bao gồm các dịch vụ truyền tín hiệu thoại, dịch vụ truyến số liệu, truyền hình
1.1.1.2. Thiết bị cấu thành mạng.
Theo quan điểm phần cứng thì mạng viễn thông chỉ bao gồm các thiết bị cấu thành mạng
đó là thiết bị đầu cuối, thiết bị chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn .
• Thiết bị đầu cuối
Là những thiết bị giao tiếp giữa mạng viễn thông và người sử dụng. Nó có nhiệm vụ
chuyển đổi thông tin sang tín hiệu điện ( ở bên phát) và chuyển tín hiệu điện thành thông tin
ban đầu ( ở bên nhận). Đồng thời thực hiện trao đổi các tín hiệu điều khiển giữa người sử
dụng và mạng viễn thông .
• Thiết bị chuyển mạch
Chức năng chính là thiết lập đường truyền dẫn giữa các thiết bị đầu cuối
cho một mạng viễn thông.
Chuyển mạch có thể được phân ra là chuyển mạch nội hạt và chuyển mạch chuyển
tiếp:
_ Chuyển mạch nội hạt là chuyển mạch cung cấp trực tiếp tuyến truyền dẫn tới thuê bao.
_ Chuyển mạch chuyển tiếp là chuyển mạch cung cấp truyền tuyến dẫn giữa các chuyển
mạch nội hạt.
• Thiết bị truyền dẫn
Là thiết bị được sử dụng để truyền các tuyến truyền dẫn mà thiết bị chuyển mạch đã thiết
lập .Tuỳ theo tính chất truyền dẫn mà có các kiểu truyền dẫn và thiết bị truyền dẫn tương ứng.
Có thể là cáp quang, cáp đồng trục, vi ba, vệ tinh
cáp đồng trục hoặc cáp quang. Giữa hai thiết bị đầu cuối có một kênh được thiết lập sẵn trước
khi có cuộc gọi. Vì thế mạng điện thoại có thể được gọi là một mạng chuyển mạch kênh
( Circuit – Switching).
Mạng truyền số liệu: dùng để trao đổi số liệu giữa các thiết bị đầu cuối là các máy
tính. Mạng này sử dụng phương pháp chuyển mạch kênh hoặc chuyển mạch gói ( Packet-
Switching). Nghĩa là số liệu trước khi truyền dẫn trong mạng sẽ được chia thành các gói tin.
Các gói tin này sẽ được truyền qua các nút mạng để đến được trạm đích thông qua địa chỉ tại
các gói tin đó . Mạng số liệu đang rất phát triển với nhu cầu sử dụng ngày càng cao.
Mỗi mạng trên được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các
mục đích khác. Nếu người sử dụng muốn sử dụng một trong các loại hình dịch vụ trên thì họ
phải đăng kí với nhà cung cấp dịch vụ đó. Nếu muốn sử dụng một lúc nhiều loại hình thì phải
trang bị nhiều loại thiết bị đầu cuối, thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn. Bên cạnh đó,
mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau…
Do đó hệ thống viễn thông hiện nay có rất nhiều nhược điểm:
• Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng từng mạng.Thiều mềm
dẻo, linh hoạt trong truyền dẫn, chuyển mạch khi có các kỹ thuật hay công nghệ mới.
• Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành, chia sẻ tài nguyên cho các
mạng khác cùng sử dụng.
• Hạn chế sự phát triển của nhiều loại hình dịch vụ mới.
Tóm lại, hệ thống viễn thông ngày nay còn nhiều nhược điểm trong khi các yêu cầu của
người sử dụng ngày càng cao. Điều này làm cho hệ thống viễn thông cũ không còn đáp ứng
được, cần có một mạng thích hợp nhằm đáp ứng các nhu cầu trên của người sử dụng và từ
những lý do đó đã tạo điều kiện cho việc ra đời một hệ thống viễn thông mới với nhiều tiện
ích hơn, phục vụ được nhiều hơn các yêu cầu của người sử dụng cũng như để tương xứng với
sự phát triển lớn mạnh của các ngành khoa học kỹ thuật khác.
1.1.3. Sự ra đời của mạng băng rộng B-ISDN.
1.1.3.1. Sự ra đời của ISDN (Intergrated Services Digital Network).
• Kênh D là kênh truyền tín hiệu báo hiệu tốc độ cơ sở. Tốc độ của giao
diện là 1544Kb/s, gồm có 24 kênh 64Kb/s. Mỗi kênh hoạt động như một kênh báo hiệu
64Kb/s hoặc chuyển mạch gói.
"21
$1
4
;ệ
<=
ểạ
6>
ểạ
?
ị.ụ
6
$1
4
"21
$5ệ
Với hai giao diện BRI & PRI, ISDN có thể phục vụ người sử dụng tải các phần mền từ
Internet xuống, dùng trong các ứng dụng điều khiển từ xa như: giáo dục và mua hàng, , dùng
để tổ chức các hội nghị qua màn hình nhưng vấn đề đặt ra là tốc độ truyền dẫn. Tốc độ
truyền dẫn của ISDN vẫn còn hạn chế trong các lĩnh vực như dịch vụ thời gian thực Chính
vì thế mà B – ISDN ra đời.
1.1.3.2. Sự ra đời của mạng băng thông rộng B – ISDN.
Xuất phát từ những hạn chế của ISDN về mặt tốc độ truyền dẫn, bên cạnh đó còn có
các yêu cần về dịch vụ và chất lượng dịch vụ luôn luôn thay đổi và đòi hỏi ngày càng cao nên
số phương thức chuyển mạch hiện hành.
1.1.4.1. Chuyển mạch kênh.
Đây là phương pháp được sử dụng từ lâu trong mạng điện thoại PSTN. Ngày nay
phương pháp này vẫn được sử dụng trong mạng ISDN. Nó sử dụng phương pháp ghép kênh
theo thời gian TDM(Time Division Maltiplexing). Trong đó thông tin trên một kênh được
truyền theo một chu kỳ đều đặn 125 Us ở một khe thời gian cố định, tập hợp các khe thời gian
trong khoảng 125 Us tạo thành một khung thời gian. Kênh truyền trong mạng chuyển mạch
kênh là kênh thực được thiết lập trước khi có yêu cầu thiết lập cuộc gọi trong mạng. Do đó
phương pháp này thiếu tính mềm dẻo do thông tin phải truyền theo một tần số cố định dẫn tới
giới hạn về mặt tốc độ và không thích hợp cho viềc truyền các dịch vụ băng rộng có các đặc
điểm khác nhau.
1.1.4.2. Chuyển mạch kênh đa tốc độ.
Để khắc phục sự thiếu mềm dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ trong chuyển mạch
kênh người ta đưa ra hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ MRCS (Maltirate Circuit
Switching). Các đường nối trong MRCS được chia thành n kênh cơ bản gồm các khung thời
gian có độ dài khác nhau, mọi cuộc liên lạc có thể được xây dựng từ n kênh này. Thông
thường các kênh cơ bản cho một cuộc nối là:
_ Một kênh có tốc độ là 1024 Kbit/s.
_ Tám kênh H1 có tốc độ là 2048 Kbit/s.
_ Một kênh H4 có tốc độ là 139.164 Kbit/s.
MRCS rất phức tạp do mỗi kênh cơ sở của một đường nối phải giữ đồng bộ với các
kênh khác nhau để đảm bảo tính trong suốt về mặt thời gian. Ngoài ra việc sử dụng tài nguyên
chung của MRCS không đạt hiệu quả: Khi mọi kênh H1 bận thì không thể thiết lập thêm một
kênh nào khác trong khi có thể H4 vẫn rỗi. Do vậy đây chưa phải là giải pháp cho mạng băng
rộng.
1.1.4.3. Chuyển mạch kênh tốc độ cao.
Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS (Fast Circuit
hoàn gọi là một klhung cho một dịch vụ với khoảng thời gian cho một cuộc nối.
Cấu trúc khung thời gian như sau:
K1 K2 K3 Kn K1 K2 K3 Kn K1
@6
Hình 1.2 Cấu trúc khung thời gian
Khi một khe thời gian đã được gắn cho một kênh nhất định thì khe thời gian đó sẽ
dành riêng cho cuộc nối đó, đảm bảo cung cấp thông tin một cách liên tụcvới tốc độ cố định.
STM không linh hoạt trong việc phân bố độ rộng băng thông - điều cần thiết cho phần
lớn các dịch vụ băng rộng của B-ISDN và độ rộng của băng thông là cố định nên rất hạn chế,
không thích hợp với mạng B.
1.1.4.6. Công nghệ truyền tải PTM (Packet Transfer Mode).
Với công nghệ truyền tải PTM số liệu được đóng thành các gói lớn gồm rất nhiều
byte, kích thước của các gói có thể thay đổi được tuỳ theo nhu cầu truyền nhưng không được
vượt quá một giá trị giới hạn (khoảng 4048 byte).
Các gói tin được gửi tới nút mạng như một chuỗi các bit liên tục và nó chiếm toàn bộ
băng thông của đường truyền, nút mạng sẽ kiểm tra xem đường truyền nào rỗi thì gửi tin
theo đường truyền đó. Trên mỗi gói có số hiệu nhận dạng đường để cho nút mạng nhận biết
nút Nguồn và Đích của gói, từ đó chuyển tiếp gói tin đến đích đúng thứ tự. Phương pháp này
sử dụng băng thông hiệu quả hơn STM, vì khi một đường truyền rỗi thì các đường khác có thể
dùng nó cho việc truyền tải thông tin của mình. Tuy nhiên thời gian trễ lớn do đó không thích
hợp với dịch vụ thời gian thực.
Xuất phát từ những hạn chế của các công nghệ truyền dẫn trên. ITU-T đã nghiên cứu
và chọn công nghệ ATM là giải pháp truyền dẫn cho mạng băng rộng B-ISDN.
1.2. KỸ THUẬT MẠNG B-ISDN.
1.2.1. Nền tảng kỹ thuật mạng B-ISDN.
Do B-ISDN có khả năng cung cấp những dịch vụ có đặc điểm khác nhau nên một số công
_ TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối.
T E h o Æ c b é c u n g
c Ê p d Þ c h v ô
! " !
# !
$ % ! & ' (
) * !
+ $ % , ! - . / !
0 ! - . / ! 1 2 ,
! - . / ! 0 ) * ! 3
+ $ % ,
! - . / !
0 ) * !
Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc chức năng của B-ISDN.
1.2.2.2. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN.
Các đặc điểm chính của hệ thống B-ISDN được ITU-T đưa ra trong khuyến nghị I.327,
theo đó thì các khả năng về báo hiệu và truyền dẫn của B-ISDN gồm:
+ Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng.
+ Khả năng cung cấp dịch vụ cho N-ISDN với tốc độ cơ sở là 64 Kb/s.
+ Cung cấp các chức năng báo hiệu từ người sử dụng tới mạng.
+ Cung cấp các chức năng giữa các nút mạng.
Trong kỹ thuật liên kết mạng lớp vật lý bao gồm ba mức:
* Mức đường truyền dẫn: liên kết các phần tử có chức năng lắp ghép hoặc tháo thông tin
hữu ích (Payload) (trong hệ thống truyền dẫn, thông tin hữu ích cùng với các thông tin điều
khiển tạo ra một khung truyền dẫn hoàn chỉnh).
* Mức nhóm / tách số: bao gồm các phần tử có nhiệm vụ nhóm hoặc tách dòng bit liên
tục.
* Mức phát: là một phần của mức nhóm tách số, nó có nhiệm vụ truyền tín hiệu giữa hai
điểm kế nhau.
• Lớp ATM.
Lớp ATM bao gồm hai mức:
* Mức kênh ảo: là mức có chức năng truyền đơn hướng các tế bào ATM tương ứng với
một giá trị nhận dạng chung duy nhất VCI
* Mức đường ảo: là mức có chức năng truyền đơn hướng các tế bào ATM thuộc về nhiều
kênh ảo khác nhau nhưng lại có chung một giá trị nhận dạng đường ảo VPI.
Chương II
CÔNG NGHỆ ATM
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATM.
Theo ITU – T, thì B- ISDN hoạt động dựa trên cơ sở kiểu truyễn không đồng bộ ATM
(Asynchronous Tranfer Mode). Như vậy ATM là công nghệ sẽ làm thay đổi bộ mặt ngành
viễn thông trong tương lai.
2.1.1. Khái niệm về ATM.
ATM là phương thức truyền không đồng bộ kỹ thuật chuyển mạch gói chất lượng cao.
Có phương thức truyền tải định hướng, chuyển gói nhanh dựa trên ghép không đồng bộ phân
chia theo thời gian.
Trong kiểu truyền không đồng bộ tồn tại hai thuật ngữ:
định, không có khoảng trống giữa các tế bào.
• Trong ATM thứ tự các tế bào ở bên phát và bên thu phải giống nhau (đảm bảo nhất
quán về thứ tự).
Những đặc điểm này giúp cho mạng ATM có sự mền dẻo và linh hoạt vì nó có thể tạo
ra sự tương thích về mặt tốc độ truyền của các tế bào (tốc độ của thông tin) và tốc độ của
thông tin được tạo ra (tốc độ thay đổi nguồn tín hiệu).
ATM có thể điều khiển tất cả các kiểu lưu lượng: Voice, Audio, Video, Text, Data ,
được ghép kênh và chuyển mạch trong một mạng chung. Trong mạng ATM độ rộng băng có
thể gán lại trong thời gian thực cho bất kì kiểu lưu lượng khác nhau nào theo yêu cầu, có thể
thấy rằng đây là một công nghệ cho mọi môi trường LAN, GAN, PSTN Đây là nguyên nhân
nổi bật làm cho ATM được lựa chon làm công nghệ chuyển mạch và truyền dẫn chung cho
các dịch vụ trong mạng B-ISDN.
Các tính năng ưu việt của ATM và môi trường ATM là:
• Ghép kênh không đồng bộ (ATDM) và thống kê cho mọi kiểu lưu lượng.
• Gán độ rộng kênh rất linh hoạt và mềm dẻo.
• Giảm các mạng riêng.
• Chấp nhận mạng hiện có nhờ kết nối chúng với mạng ATM mới.
• Tốc độ truy cập cao (155 Mbt/s – 16 Gbt/s)
• Tiết kiệm giá thành OA&M (Operation Administrantion and Maintenance) nhờ công
nghệ cao và đồng nhất.
Bản chất của ATM là liên kết truyền các tế bào với các thông tin được tạo ra và ATM
cung cấp khả năng ghép kênh “thống kê” với đường truyền. Do đó trong ATM đã tận dụng
được dung lượng truyền dẫn trong các thời điểm có “hoạt động thấp” của nguồn thông tin với
thay vì truyền đi các tế bào “không có ích”, là các tế bào truyền đi trong khoảng thời gian
này, sẽ có các nguồn thông tin khác nhau được thay thế. Trong trường hợp có nhiều nguồn
thông tin được thay đổi (VBR) truyền đi trên cùng một đường truyền thì khả năng ghép kênh
“thống kê” là rất cao.
Tế bào ATM có kích thước cố định và kết hợp với ghép kênh, giúp cho việc tổ hợp
8
7 6 5 4 3 2 1
Hình 2.2 Cấu trúc một tế bào ATM
Đặc điểm của ATM là hướng liên kết nên khác với chuyển mạch gói là địa chỉ nguồn,
đích và số thứ tự các gói tin là không cần thiết. ATM cũng không cung cấp cơ chế điều khiển
luồng giữa các nút mạng nhưng có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảonhằm
giúp cho việc định tuyến được dễ dàng hơn. Vì vậy chức năng cơ bản của phần tiêu đề trong
tế bào ATM là nhận dạng các cuộc nối ảo.
Dựa vào cấu trúc phân cấp ATM theo sơ đồ:
ạ
ộ
ạ
ộ
0$5ệữGạ7
ạ>
ạ>
ạ6ế
ố2ửụ
ạ6ế
ố2ửụ
ạ6ế
ố2ửụ
ạ6ế
ố2ửụ
"
0$5ệạ6 7à
#
)
,
,#
1
&J
&J &
&
& J J
'K
Jầủườ
2ửụ)L+1
L8/,)# <1
#
)
,
một thứ tự cố định và lặp lại theo một chu kỳ hoàn toàn xác định bởi đồng hồ hệ thống .
Mỗi khe thời gian Tsi của một khung được gán cho một kênh liên lạc cố định trong
suốt thời gian của quá trình thông tin, do vậy thường xảy ra lãng phí nguồn tài nguyên vì kênh
đã gán dành riêng cho một quá trình thông tin thì cho dù nó không được sử dụng (khi không
có thông tin để truyền) cũng không thể dùng cho các quá trình thông tin khác.
C
B
A
A
B
C
A1
A3
B1 B2
C2 C3
A1
A3
B1 B2
C2 C3
A1 B1 B2
C2 A3
C3
A1 B1 B2 C2 A3
C3
STDM
ATDM
Hình 2.5 So sánh STDM và ATDM
tiêu đề cho các tế bào sao cho có thể định hướng chúng tới được đích mong muốn, đảm bảo
các yêu cầu trong suốt quá trình truyền tin. Mõi tế bào này theo ITT-T đưa ra kích thước là 53
byte, trong đó có 5 byte tiêu đề và 48 byte trường thông tin. Trường thông tin mang thông tin
của khách hàng và phần tiêu đề gọi là “mào đầu” mang thông tin mạng như thông tin định
tuyến.
Vì đi trên cùng một đường truyền nên có thể có nhiều tế bào từ các nguồn tín hiệu
khác nhau ghép lại với nhau tạo nên một luồng tế bào có chung một nguồn tín hiệu. Việc này
được thực hiện bằng thông tin ở mào đầu của tế bào.
M>N
O5
PQ
Hình 2.6 Cấu trúc nguyên lý dạng tế bào.
Với trường thông tin thì được truyền tải thông suốt qua mạng ATM và không bị xử lý
trong quá trình vận chuyển (không có điều khiển lỗi như trong chuyển mạch gói).
Tóm lại: ATM là chế độ truyền tải các gói tin không đồng, nó khác chế độ chuyển
mạch gói nhưng nói chung ATM có đặc trưng của chuyển mạch gói đồng thời cũng có các
đặc tính trễ và tốc độ cao như cônng nghệ chuyển mạch kênh (vì kích thước nhỏ và tiêu đề
đơn giản hơn chuyển mạch gói nhiều).
2.1.6. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM
Theo mô hình tham chiếu liên kết hệ thống mở OSI (Open System Interconnection )
của tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO ( International Standrd Organization ). Mỗi hệ thống
mở đều có các hệ thống con được sắp xếp theo thứ tự.
§êng truyÒn vËt lý
Líp cao nhÊt
Líp N+1
Một PDU lớp N bao gồm thông tin điều khiển giao thức PCI ( Protocol Control
Information ) lớp N và số liệu tới từ lớp N+1 thông tin điều khiển trao đổi giữa các thực thể
lớp N.
PDU líp N+1
SDU líp N+1
PDU líp N+1
PCI líp N
Líp N+1
Líp N
Hình 2.9 Các kiểu đơn vị số liệu và quan hệ giữa chúng
2.1.7. Lựa chọn độ dài cho tế bào.
2.1.7.1. Lựa chọn độ dài cố định hoặc thay đổi.
Việc lựa chọn độ dài tế bào cố định hay thay đổi được quyết định sau khi cân nhắc các
ưu nhược điểm của những phương án này thông qua một loạt các yếu tố như hiệu suất băng
truyền, trễ, tốc độ và độ phức tạp tại nút chuyển mạch.
• Về mặt hiệu suất băng truyền.
Ta có công thức chung để tính hiệu suất băng truyền:
Số byte thông tin
ỗ = ———————————————
Số byte thông tin + Số byte tiêu đề
* Trường hợp độ dài gói cố định:
Trong trường hợp độ dài tế bào ATM cố định, hiệu suất băng truyền được tính theo
công thức:
Copyright: Tài liệu đại học ©