ATM GIẢI PHÁP CHO CÁC DỊCH VỤ VIỄN THÔNG BĂNG RỘNG 1.1Giới thiệu. 1.1.1.Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay. Cho đến nay các mạng viễn thông là các mạng chuyên dụng, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông để phục vụ dịch vụ đó. Ví dụ ;  mạng telex : dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã 5 bit ( mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp ( từ 75 đến 300 bit/s ).  Mạng điện thoại công cộng : còn gọi là mạng POTS ( plain old telephone service ), ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch qua hệ thống mạch điện thoại công cộng PSTN ( Public switched telephone network )  Mạng truyền số liệu bao gồm mạng truyền mạch gói để trao đổi giữa các máy tính dựa trên các thủ tục X25 và mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh X21.  Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo 3 cách : truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV ( community antenna TV) bằng cáp đồng trục hoặc qua hệ thống vệ tinh, còn gọi hệ thống truyền hình trực tiếp DBS ( direct broadcast system ).  Trong phạm vi cơ quan việc truyền số liệu giữa các máy tính được thực hiện bởi mạng cục bộ LAN ( local area network ) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, token bus và token ring Mỗi mạng trên được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác. Ví dụ : ta không thể truyền hệ thống nói qua mạng truyển mạch gói X25 vì trễ qua mạng này quá lớn. Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại. Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau. Như vậy mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là : - Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng loại mạng . - Thiếu mềm dẻo : sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh và tiến bộ trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mãnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu. Ngoài ra còn có nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán trước được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy rằng hệ thống hiện nay rất khó thích nghi yêu cầu của các dịch vụ khác trong tương lai. - Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài nguyên. Vì tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng. 1.1.2.Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN Như đã nêu trên, yêu cầu có một mạng viễn thông duy nhất ngày càng trở nên bức thiết, chủ yếu là do các nguyên nhân sau : - Các yêu cầu dịch vụ băng đang tăng lên - Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyể mạch truyền dẫn ở tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực. - Những tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu - Sự phát triển của mạng ứng dụng phền mềm trong lĩch vực tin học và viễn thông. - Sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất. So với các mạng khác, dịch vụ tổ hợp và mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm về mặt kinh tế, phát triển, thực hiện vận hành và bảo dưỡng. - Sự cần thiết phải thoả mãn tính mền dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng, cũng như người quản trị mạng ( về mặt tốc độ truyền, chất lượng dịch vụ ). - Khuyến nghị ITU -T121 đưa ra tổng quan về khả năng của B-ISDN như sau : B-ISDN cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch các cuộc nối cố định ( parmanent ) hoặc bán cố định ( Semi – parmanent ), các cuộc nối từ điểm tới điểm, hoặc từ điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu cố định. Cuộc nối trong B- ISDN phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện( Multimedia ), đơn phương tiện ( monomedia) theo kiểu hướng liên kết ( connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng B- ISDN là một mạch thông minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các cung cụ bảo dưỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạch rất hiệu quả. 1.2. Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM. 1.2.1. Khái niệm cơ bản về ATM. B-ISDN theo ITU-T dựa trên cơ sở truyền không đồng bộ ATM. Như vậy ATM sẽ là nền tảng của B- ISDN trong tương lai. Hình 1.1. Cấu trúc khung thời gian trong ATM Kênh1 Kênh2 Kênh n Kênh1 Kênh2 Kênhn Khe thời gian Kkung thời gian 125µ Hình 1.1 : Cấu trúc khung thời gian trong STM Kênh1 Kênh5 Kênh1 Kênh1 Kênh5 Kênh1 Kênh không sử dụng Phần tiêu đề của tế bào ATM Phần thông tin của người sử dụng Hình 1.2 : cấu trúc luồng thông tin trong ATM Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ “ truyền “ bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch, do 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 trong đó các gói trong cùng một cuộc nối có thể lặp lại một cách bất thường như lúc chúng đựoc tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ. Để minh hoạ, hình 1.1 và 1.2 biểu diễn sự khác nhau giữa dạng truyền đồng bộ và dạng truyền không đồng bộ. Trong dạng truyền đồng bộ STM ( Synchronous transfer mode ), các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền ( Hình 1 ) trong khi ở ATM các gói thuộc về một cuộc nối lại tương ứng với các kênh ảo cụ thể và có thể xuất hiện tại bất kỳ vị trí nào ( Hình 2). ATM còn có hai đặc điểm quan trọng  Thứ nhất : ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM ( ATM cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ là cho trễ truyền và biến động trễ ( delay jitter) giảm đủ nhỏ đối với 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 : còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo ( Virtual path) 1.2.2.Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát triển của ATM. Có hai yếu tố ảnh hưởng tới ATM đó là : - Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn cũng như công nghệ quang điện tử. - Sự phát triển các ý tưởng mới và khái niệm hệ thống . 1.2.2.1. Các tiến bộ về mặt công nghệ.  Công nghệ bán dẫn : Công nghệ CMOS là công nghệ rất có triển vọng bởi độ tích hợp lớn, tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s, độ tiêu tốn năng lượng thấp.  Công nghệ quang : Các đưòng truyền dẫn quang có các ưu điểm như : độ suy giảm thấp ( dẫn tói khoảng cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thước nhỏ, độ mền dẻo cơ học cao, tránh được nhiễu của trường điện từ, xác suất truyền lỗi thấp và không có nhiều xuyên âm. 1.2.2.2. Các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống. Các quan điểm mới vê hệ thống đựoc phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đó là hệ thống phải có độ mên dẻo thích hợp, độ rộng băng của hệ thống tuỳ thuộc cào yuê cầu của từng dịch vụ cụ thể, các dịch vụ thời gian thực đựoc truyền theo phương pháp truyền mạng gói. Các ý tưởng này phải thoả mãn hai chức năng chính của mạng đó là : 1 3 3 2 1 3 2 1 3 2 2 1 Điều khiẻn lỗi đầy đủ Nút chuyển mạch Đầu cuối Điều khiển lỗi đầy đủ Đầu cuôi - Tính trong suốt về mặt nội dung ( Semantic transparency ). Tính trong suốt về nội dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng từ đàu phát tới đầu thu ( tức là sự chính xác về mặt nội dung ) - Hình 1.3 : Điều khiển lỗi đầy đủ trên mọi liên kết của mạng Chuyển mạch gói Trong các mạng chuyển gói khi mới ra đời, chất lượng truyền số liệu còn thấp, do đó để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được, người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên mọi liên kết ( link by link ). Việc điều khiển lỗi nay được thực hiện bởi các thủ tục HDL ( Hight level Data Link control) bao gồm các chức năng : giới hạn khung ( frame delimiting ), đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi ( kiểm tra mã dư vòng CRC - Cyclic Redundancy Check ), sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại. Hình 1.3 trình bày thủ tục điều khiển lỗi đầy đủ của mạng chuyển mạch gói thông qua mô hình liên kết các hệ thống mở OSI. Ta thấy rằng quá trình điều khiển được thực hiện trên lớp 2. Ơ đây quá trình điều khiển lỗi được thực hiện trên mọi liên kết thông qua nút chuyển mạch, do đó nút chuyển mạch phải xử lý rất nhiều thông tin làm ảnh hưỏng tới độ xử lý và độ tin cậy của hệ thống. 2a 2b 1 2a 1 2a 1 2b 2a 1 3 3 Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối đến đầu cuối) Đầu cuối Đầu cuối Điều khiẻn lỗi có giứa hạn Điều khiẻn lỗi có giứa hạn Hình 1.4 : Điều khiển lỗi có giới hạn ở mạng chuyển tiếp khung. 1b 2 1a 1b 1a 1b 1a 2 1b 1a 3 3 Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối đến đầu cuối) Đầu cuối Đầu cuối Hình 1.5 : chuyển mạch tế bào trong mạng ATM với các chức năng tối thiểu. Chức năng Chuyển mạch gói Chuyển tiếp khung ATM Truyền lại gói X - - Giới hạn khung X X - Kiểm tra lỗi X X - Bảng 1.1 : Các chức năng thực hiện ở nút mạng của X25 chuyển tiếp khung ATM. Đối với B- ISDN ý tưởng này còn được mở rộng hơn nữa, các chức năng điều khiển lỗi không còn được cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạng nữa mà trong trường hợp cần thiết, sẽ được cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối. Như vậy các chức năng điều khiển trong mạng được giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ ( full error control ) ở mạng chuyển gói X 25 xuống còn cực kỳ tối thiểu ở mạng ATM, do đó các nút ở ATM có độ phức tạp tối thiểu và vì thế có tốc độ truyền rất cao, có thể lên tới 600 Mbit/s ( Hình 1.5). Bảng 1.1 trình bày các chức năng được thực hiện ở tại nút mạng chuyển mạch gói thế hệ cũ và mạng chuyển mạch gói thế hệ mới ( phương pháp chuyển tiếp khung) của mạng ATM. Rõ ràng nút mạng ATM hầu như không phải xử lý thông tin điều khiển nào trong khi đó nút mạng của hệ thống chuyển gói thế hệ cũ phải xử lý rất nhiều thông tin. - Độ trong suốt về mặt thời gian ( time transferency). Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi được truyền từ đầu phát tới đầu thu. Có thể phân biệt hai loại trễ : trễ do chuyển mạch và trễ do truyền từ điểm đầu tới điểm cuối. Hệ thống chuyển mạch gói và chuyển tiếp khung rất khó khăn khi thực hiện các dịch vụ thời gian thực vì độ trễ cao. Do độ phức tạp của nút chuyển mạch, chúng chỉ có thể hoạt động ở tốc độ vừa và thấp. Mạng ATM chỉ cần các chức năng tối thiểu ở nút chuyển mạch , do đó nó cho phép truyền số liệu với tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến động giảm xuống còn vài trăm µs , do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợp chuyển mạch kênh. 1.3.Tóm tắt. Chương này đã trình bày các đặc điểm của các mạng viễn thông hiện hữu cũng như các hạn chế của chúng và nhu cầu dịch vụ băng rộngđang tăng lên. Từ đó vấn đề đặt ra là phải có một mạng tổ hợp băng rộng duy nhất ( B-ISDN) thay thế tất cả các mạng viễn thông nói trên. Chính trên cơ sở này mà ATM hình thành và phát triển. Sự phát triển của kỹ thuật ATM là kết quả trực tiếp của các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống được hỗ trợ bởi các thành tựu to lớn trong công nghệ bán dẫn và công nghệ quang điện tử. ATM có khả năng đáp ứng được một loạt các dịch vụ băng rộng khác nhau, kể cả trong lĩnh vực gia đình cũng như trong thương mại. . ATM GIẢI PHÁP CHO CÁC DỊCH VỤ VIỄN THÔNG BĂNG RỘNG 1.1Giới thiệu. 1.1.1 .Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay. Cho đến nay các mạng viễn thông là các. ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông để phục vụ dịch vụ đó. Ví dụ ;  mạng telex : dùng để gửi các bức điện dưới