Giải pháp chuyển mạch cho các dịch vụ thông tin băng rộng

9/10/2010 1 vinhtt.dce@gmail.com9/10/2010 Nội dung  Giới thiệu các kỹ thuật chuyển mạch  Giới thiệu ATM  B-ISDN và các dịch vụ 9/10/2010 2 Copyright by DCE-SOICT Các kỹ thuật chuyển mạch 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 3  Trong viễn thông có 3 phương pháp chuyển mạch chính  Chuyển mạch kênh (Circuit switching)  Chuyển mạch tin nhắn (Message switching)  Chuyển mạch gói (Package switching) Chuyển mạch kênh 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 4  Chuyển mạch kênh thực hiện việc cung cấp kênh dẫn cho user theo yêu cầu dưới sự điều khiển của các bộ xử lý hoặc máy tính.  Tín hiệu đi qua kênh dẫn thông thường là tín hiệu PCM được ghép kênh với tốc độ cao nhằm tăng khả năng của hệ thống.  Việc ghép kênh được thực hiện trên cơ sở phân chia theo thời gian TDM (trước đây là FDM) nên mỗi kênh được chứa trong khe thời gian tương ứng.  Nhiệm vụ chuyển mạch là chuyển đổi nội dung giữa các khe thời gian ngõ vào và ngõ ra. 9/10/2010 2 Chuyển mạch kênh 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 5  Chuyển mạch kênh được thiết lập thông qua 3 giai đoạn  Thiết lập kênh dẫn: trước khi dữ liệu được truyển đi một kênh dẫn point to point sẽ được thiết lập  Duy trì kênh dẫn(truyền dữ liệu): duy trì trong suốt thời gian 2 đối tượng trao đổi thông tin  Giải phóng kênh dẫn: kênh dẫn được giải phóng khi có yêu cầu của 1 trong 2 đối tượng sử dụng Chuyển mạch kênh 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 6  Đặc điểm của chuyển mạch kênh  Thực hiện trao đổi thông tin giữa 2 đối tượng băng kênh dẫn thời gian thực\  Đối tượng sử dụng làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi thông tin  hiệu suất thấp  Yêu cầu độ chính xác không cao  Nội dung trao đổi không cần địa chỉ  Được áp dụng trong mạng thông tin thoại. Tuy nhiên khi lưu lượng lên quá cao cuộc gói có thể bị khóa (blocked) Chuyển mạch tin 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 7  Là loại chuyển mạch phục vụ trao đổi các bản tin (điện tín, thư điện tử, file) giữa các đối tượng với nhau. Chuyển mạch tin 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 8  Chuyển mạch tin không cần thiết lập đường dẫn truyền riêng.  Bản tin được ấn định lộ trình bằng địa chỉ nơi nhận, mà mỗi trung tâm có thể nhận dạng  Tại mỗi trung tâm, bản tin này sẽ được lưu lại, xử lý rồi truyền sang trung tâm mới nếu tuyến này rỗi  Phương pháp này gọi là “store and forward” 9/10/2010 3 Chuyển mạch tin 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 9  Đặc điểm của chuyển mạch tin.  Chuyển mạch tin không tồn tại sự thiết lập và cung cấp đường truyền giữa 2 điểm đầu cuối nên thời gian trễ lớn  Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn  Yêu cầu độ chính xác cao  Địa chỉ của nơi nhận được gắn vào bản tin và chuyển lên mạng từ node này sang node khác  Tốc độ truyền không phụ thuộc vào đối tượng sử dụng  Hiệu suất cao do kênh dẫn có thể dùng chung cho nhiều đối tượng khác nhau  Áp dụng cho truyền số liệu, chữ viết, hình ảnh.  Khi lưu lượng tăng cao nó vẫn chấp nhận các yêu cầu kết nối mới nhưng thời gian truyền dẫn có thể dài, độ trễ lớn Chuyển mạch gói 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 10  Tận dụng được các ưu điểmvà khắc phục được nhược điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch tin. Chuyển mạch gói 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 11  Mạng chuyển mạch gói hoạt động giống như mạng chuyển mạch tin  Nhưng các gói tin được cắt nhỏ thành từng gói. Các gói được gắn header (chứa địa chỉ và thông tin điều khiển).  Các gói được gửi đi trên mạng theo nguyên tắc tích lũy trung gian giống như chuyển mạch tin.  Tại trung tâm nhận tin, các gói tin được sắp xếp lại hợp thành 1 bản tin và chuyển cho nơi xử lý.  Các trung tâm nhận tin, khi nhận được các gói sẽ xử lý các tín hiệu kiểm tra lỗi. Nếu có lỗi xảy ra nó sẽ phát tín hiệu yêu cầu gửi lại gói tin. Vì vậy phương pháp này hầu như không có lỗi. Chuyển mạch gói 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 12  Đặc điểm của chuyển mạch gói:  Là phương pháp sử dụng kết hợp tuyến truyền dẫn theo yêu cầu. Mỗi gói tin được truyền đi ngay khi đường truyền dẫn tương ứng rỗi.  Mức độ sử dụng của các tuyến tùy thuộc vào dung lượng truyền và độ phức tạp của bộ điều khiển tại các trung tâm  Độ trễ trung bình phụ thuộc vào lưu lượng mạng  Thời gian trễ liên quan đến việc lưu trữ trung gian nhỏ hơn rất nhiều so vói chuyển mạch tin. 9/10/2010 4 Chuyển mạch gói 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 13  Ưu điểm:  Độ tin cậy cao  Chất lượng cao  Kinh tế  Sử dụng được cho nhiều dịch vụ khác. Các kỹ thuật chuyển mạch kênh 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 14  Chuyển mạch kênh được tạo ra giữa trên một số các kỹ thuật  Chuyển mạch thời gian T  Chuyển mạch không gian S Chuyển mạch thời gian T 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 15  Chuyển mạch thời gian là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi nội dung giữa hai khe thời gian trên cùng một tuyến PCM. Chuyển mạch T dùng bộ trễ thời gian 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 16  Trên đường truyền dẫn của tín hiệu, đặt các đơn vị trễ có thời gian trễ bằng thời gian của một khe thời gian.  Nhược điểm:  Hiệu quả kém.  Giá thành cao.  Khó thực hiện. 9/10/2010 5 Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 17  BM ghi các khe thời gian của tuyến PCM vào các ô nhớ tương ứng.  CM điều khiển việc ghi (hoặc đọc) ô nhớ của BM. Bộ đếm khe thời gian là bộ đếm chu kỳ, với chu kỳ bằng số khe thời gian trên tuyến PCM.  Dung lượng BM: CBM=b.R bits.  Dung lượng CM: CCM=R.log2R bits. Với b: số bit mã hoá, R: số khe thời gian trong một khung Điều khiển tuần tự 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 18  Điều khiển tuần tự điều khiển việc đọc (hoặc ghi) vào các ô nhớ của bộ nhớ BM một cách liên tiếp.  Sử dụng bộ đếm khe thời gian với chu kỳ đếm R, bộ đếm này sẽ tuần tự tăng giá trị lên một sau thời gian của một khe thời gian. Điều khiển ngẫu nhiên 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 19  Điều khiển ngẫu nhiên: điều khiển việc đọc hoặc ghi) các ô nhớ cuả BM theo nhu cầu.  Sử dụng bộ nhớ điều khiển CM, ô nhớ CM chứa địa chỉ đọc (hoặc ghi) của ô nhớ của BM. Các kiểu chuyển mạch T 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 20  Chuyển mạch T ghi tuần tự, đọc ngẫu nhiên 9/10/2010 6 Các kiểu chuyển mạch T 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 21  Chuyển mạch T ghi ngẫu nhiên, đọc tuần tự Đặc điểm chuyển mạch T 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 22  Trễ (độ trễ nhỏ hơn thời gian 1 khung).  Rẻ tiền.  Dung lượng bị giới hạn bởi thời gian ghi đọc bộ nhớ.  Nhược điểm: số lượng kênh bị hạn chế bởi thời gian truy cập bộ nhớ. Hiện nay công nghệ RAM phát triển 1 cấp T có thể chuyển mạch 1024 kênh  Chỉ thích hợp với tổng đài nhỏ. Chuyển mạch không gian S 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 23  Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin giữa hai tuyến PCM trong cùng khe thời gian. Phương pháp thực hiện 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 24  Ma trận nxm, điểm thông được đặt ở giao điểm ngõ vào và ngõ ra.  Mỗi CM có R ô nhớ (số khe thời gian trong một khung) mang địa chỉ điểm thông trên cột.  Dung lượng CM: CCM=R.log2(n+1).  Dùng thêm 1 địa chỉ biểu thị tất cả điểm thông trên cột đều không nối 9/10/2010 7 Điều khiển theo đầu ra 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 25  Xác định 1 trong n ngõ vào với đầu ra tương ứng  Sử dụng các bộ ghép kênh logic số, bộ ghép kênh này hoạt động dưới sự điều khiển của các bộ nhớ CM  Dựa vào thông tin trên CM, các bộ MUX chọn ngõ vào tương ứng để ghép ở đầu ra  Dung lượng tổng cộng của các bộ nhớ C∑CM=m.R.log2(n+1). Điều khiển theo đầu vào 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 26  Xác định 1 trong n đầu ra nối với đầu vào tương ứng  Các bộ DMUX hoạt động dưới sự điều khiển của bộ nhớ CM  Dựa vào thông tin trong CM các bộ DMUX chọn ngõ ra tương ứng để tách từ đầu vào  Dung lượng tổng cộng của các bộ nhớ CΣCM=n.R.log2(n+1). Đặc điểm 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 27  Khả năng lớn (dung lượng lớn).  Tin cậy.  Chọn đường thuận tiện.  Không sử dụng độc lập trong thực tế. ATM(Asynchronous transfer mode) 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 28  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. 9/10/2010 8 ATM 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 29  ATM tồn tại hai thuật ngữ:  Thuật ngữ “ truyền ” bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch trong đó “ dạng truyền ” ám chỉ cả chế độ truyền dẫn và chuyển mạch thông tin trong mạng.  Thuật ngữ “ không đồng bộ ” giải thích cho một kiểu truyền thông, trong đó các gói tin trong cùng một cuộc nối có thể lặp đi lặp lại một cách bất thường như chúng được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ. ATM 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 30  ATM đã kết hợp tất cả những lợi thế của kỹ thuật chuyển mạch trước đây vào một kỹ thuật truyền thông duy nhất.  Sử dụng các gói cố định gọi là các tế bào  ATM có thể truyền tải một hỗn hợp các dịch vụ bao gồm thoại, hình ảnh, số liệu, có thể cung cấp các băng thông theo yêu cầu.  ATM có thể loại trừ được các “nút cổ chai” thường xảy ra ở các mạng LAN và WAN hiện nay. Đặc tính của ATM 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 31  ATM có hai đặc tính quan trọng là:  Thứ nhất:  ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là tế bào ATM (ATM cell)  Các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực.  Ngoài ra kích thước nhỏ cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.  Thứ hai:  Có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng Đặc điểm của ATM 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 32  ATM có đặc điểm gần giống với phương thức chuyển mạch gói  Tuy nhiên cũng có một số điểm khác biệt:  Để phù hợp với việc truyền tín hiệu thời gian thực thì ATM phải đạt độ trễ đủ nhỏ, tức là các tế bào phải có độ dài ngắn hơn các gói thông tin trong chuyển mạch gói.  Các tế bào có đoạn mào đầu nhỏ nhất nhằm tăng hiệu quả sử dụng vì các đường truyền có tốc độ rất cao.  Để đảm bảo độ trễ đủ nhỏ thì các tế bào được truyền ở những khoảng thời gian xác 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). 9/10/2010 9 Ưu điểm của ATM 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 33  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 Mb/s – 16 Gb/s)  Tiết kiệm giá thành OA&M (Operation Administrantion and Maintenance) nhờ công nghệ cao và đồng nhất. Ưu điểm của ATM(tiếp) 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 34  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.  Trong ATM tận dụng được dung lượng truyền dẫn trong các thời điểm có “hoạt động thấp” của nguồn thông tin.  Thay vì truyền đi các tế bào “không có ích”, 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 nhiều nguồn tín hiệu khác nhau trên một đường truyền được dễ dàng, từ đó các nhà khai thác có thể cung cấp nhiều dịch vụ cho khách hàng trên cùng một đường truyền. Nhược điểm 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 35  Tốc độ truyền dẫn phụ thuộc vào thời gian tổ hợp tế bào và trễ biến động tế bào.  Trễ biến động tế bào sinh ra bởi các giá trị trễ khác nhau tại những điểm chuyển mạch và các thiết bị tách/ghép kênh, dẫn đến khoảng cách các tế bào bị thay đổi. Trong tín hiệu thoại sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều nếu xảy ra trễ này. TrÔ cña m¹ng Gi¸ trÞ trÔ t¨ng Gi¸ trÞ trÔ gi¶m BISDN 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 36  BISDN is an extension of ISDN in terms of capabilities, i.e. it not only has the narrowband capability of ISDN but also the broadband capability. 9/10/2010 10 B-ISDN definition 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 37  A service requiring transmission channels capable of supporting rates greater than the primary rate.” ITU-T.  Any service inquiry with a speed greater than 1.544 Mbps is defined as broadband, and any communications based on this speed are called broadband communications. B-ISDN 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 38  B-ISDN is an extension of ISDN only in term of the name. Everything is different including protocol, architecture, transmission, and switching technology.  The Goal of B-ISDN is to achieve complete integration of services, ranging from low-bit--rate burst signals to high-bit-rate continuous real- time signals. B-ISDN 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 39  Designed to exploit the advances in technology.  Provides for integration of wide range of communications facilities and the support of universal communications with the following characteristics.  Worldwide exchange between any two subscribers in any medium.  Retrieval and sharing of information from multiple sources, in multiple media.  Distribution of a wide variety of materials to home or office, on demand. Broadband service 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 40 9/10/2010 11 B-ISDN services 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 41  Interactive Services  Two-way exchange of information (other than control- signaling information) between two subscribers or between a subscriber and a service provider.  Distribution Services  Primarily one way transfer of information, from service provider to B-ISDN subscriber. B-ISDN services 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 42  Distribution Services Without User Presentation Control  Referred also as broadcast services  Provide a continuous flow of information, which is distributed from a central source to an unlimited number of authorized receivers connected to the network.  User can access this flow of information but has no control over it.  Example: High definition television (HDTV) B-ISDN services 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 43  Distribution Services With User Presentation Control  Distribute information from a central source to a large number of users.  Information is provided as a sequence of information entities (e.g. , frames) with cyclical repetition.  User has the ability of individual access to the cyclical distributed information and can control start and order of presentation.  Example: cable text B-ISDN services 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 44  Services include voice-band services such as telemetry, low-speed data, telephone, and facsimile and broadband services, such as high- quality video conferencing, high-definition television (HDTV) video transmission and high speed data transmission.  Thus B-ISDN must adapt the characteristics of each of the different services and integrate them into a common transmission and switching platform. 9/10/2010 12 B-ISDN architecture 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 45 B-ISDN architecture 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 46  Function architecture  Control of B-ISDN based on common-channel signaling  B-ISDN must support all the 64-kbps transmission services, both circuit switching and packet switching.  In addition it should support higher-data-rate transmission services. Example: high resolution video(150 Mbps), video-on-demand (600 Mbps)  At the user-network interface, higher-data-rate transmission are provided using ATM.  Needs fiber subscriber loops. B-ISDN architecture 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 47  Transmission Structure  Three new transmission services  Full-duplex 155 Mbps  Asymmetrical 155 Mbps (subscriber to the network), and 622 Mbps (network to subscriber)  Full duplex 622 Mbps - for multiple video B-ISDN architecture 9/10/2010Copyright by DCE-SOICT 48 Protocols :  ATM used for transfer of information across the user-network interface  This implies that B-ISDN is a packet-based network ( at the interface and internal switching)  B-ISDN also supports circuit mode applications over a packet based transport mechanism.