Đề tài Phân tích cấu trúc phần cứng chuyển mạch ATM và xem xét ảnh hưởng của nó đến chất lượng dịch vụ

Trong tiªu ®Ò cña tÕ bµo ATM, viÖc thiÕt lËp bit CLP=0 hay 1 sÏ quyÕt ®Þnh møc ­u tiªn tæn thÊt tÕ bµo. Th­êng dÞch vô nµy cho phÐp tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo rÊt thÊp vµ trÔ nhá. + DÞch vô tèc ®é bit thay ®æi VBR: DÞch vô nµy cho phÐp ng­êi sö dông truyÒn tÕ bµo víi tèc ®é thay ®æi. Do sö dông ghÐp kªnh thèng kª nªn x¶y ra tæn thÊt tÕ bµo. Dùa vµo ®é nh¹y víi trÔ, c¸c dÞch vô VBR ®­îc chia thµnh hai lo¹i: VBR yªu cÇu thêi gian thùc vµ VBR kh«ng yªu cÇu thêi gian thùc. §èi víi VBR yªu cÇu thêi gian thùc cÇn quan t©m ®Õn ®é trÔ vµ sù thay ®æi trÔ t¹i ttèc ®é ®Ønh tÕ bµo . §èi víi VBR kh«ng yªu cÇu thêi gian thùc th× chØ quan t©m ®Õn trÔ trung b×nh. + DÞch vô tèc ®é bit dµnh s½n ABR: DÞch vô nµy dµnh cho øng dông kh«ng theo thêi gian thùc trong m¹ng ATM. Tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo vµ sù thay ®æi trÔ truyÒn kh«ng ®­îc chuÈn ho¸. C¨n cø vµo tr¹ng th¸i l­u l­îng m¹ng, ¸tmÏ cho phÐp ng­êi sö dông truúen víi tèc ®é thÊp h¬n tèc ®é tèi thiÓu ®· ®¨ng ký víi m¹ng. + DÞch vô tèc ®é bit kh«ng x¸c ®Þnh UBR ®­îc dµnh cho c¸c øng dông kh«ng theo kh«ng theo thêi gian thùc vµ kh«ng cã c¸c giíi h¹n chÆt chÏ vÒ trÔ tÕ bµo vµ biÕn trÔ tÕ bµo. DÞch vô nµy ®­îc ®­a ra nh»m khai th¸c tèi ®a kh¶ n¨ng cña m¹ng ATM. Nh­ vËy viÖc ph©n lo¹i trªn cã thÓ ®­îc tãm t¾t trong b¶ng 3.3 nh­ sau: ATM Forum XÕp theo B-ISDN DiÔn gi¶i XÕp theo UNI 3.0/3.1 QoS XÕp theoUNI 4.0 QoS 0 UBR Kh«ng x¸c ®Þnh tèc ®é 1 CBR A Tèc ®é truyÒn kh«ng ®æi 2 VBR thêi gian thùc B Tèc ®é truyÒn kh«ng ®æi 3 VBR kh«ng thêi gian thùc C Tèc ®é truyÒn thay ®æi,cã h­íng liªn kÕt 4 ABR kh«ng thêi gian thùc D Tèc ®é truyÒn thay ®æi, h­íng kh«ng liªn kÕt B¶ng 3.3: C¸c lo¹i QoS Tªn cña c¸c lo¹i chÊt l­îng dÞch vô trªn cã kh¸c nhau gi÷a ITU-T vµ ATM Forum, vµ vËy b¶ng 3.3 ë trªn lµ b¶ng tæng qu¸t biÓu diÔn sù t­¬ng ®­¬ng gi÷a c¸c ®Þng nghÜa cña c¸c lo¹i dÞch vô QoS theo tiªu chuÈn hiÖn hµnh. IV. c¸c yªu cÇu cña qos ®èi víi c¸c øng dông C¸c øng dông kh¸c nhau cã c¸c yªu cÇu vÒ QoS kh¸c nhau. H×nh 3.5 biÓu diÔn c¸c yªu cÇu cña QoS ®èi víi c¸c lo¹i dÞch vô kh¸c nhau: dÞch vô tiÕng nãi, dÞch vô truyÒn file, truyÒn sè liÖu, truyªnd h×nh ¶nh vµ video. X¸c suÊt tæn thÊt tÕ bµo 10-4 10-6 10-8 10-10 TiÕng nãi TruyÒn file Sè liÖu Video H×nh ¶nh 0,01 0,1 .1 1 10 §é biÕn ®æi trÔ cùc ®¹i(s) H×nh 3.5: C¸c yªu cÇu cña QoS ®èi víi c¸c lo¹i dÞch vô kh¸c nhau Trong m¹ng ®iÖn thho¹i, nÕu tÝn hiÖu tiÕng nãi cã trÔ lín h¬n 15ms th× lu©n lu©n cã tiÕng väng. Trong tr­êng hîp tÝn hiÖu tiÕng nãi ®­îc gãi ho¸ th× cã thÓ chÊp nhËn tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo xÊp xØ 1% mµ kh«ng g©y khã chÞu ®èi víi ng­êi nghe. TÝn hiÖu tho¹i vµ video cã ®é biÕn ®æi trÔ nh­ nhau, nh­ng x¸c suÊt tæn thÊt tÕ bµo cho phep ®èi víi tÝn hiÖu tho¹i kho¶ng 10-3-10-5, víi tÝn hiÖu video tõ 10-8-10-10. C¸c yªu cÇu øng dông video phô thuéc vµo nhiÒu nh©n tè bao gåm thuËt to¸n m· ho¸ tÝn hiÖu video, ®é ®éng cÇn thiÕt cña chuçi h×nh ¶nh vµ ®é ph©n gi¶i cÇn thiÕt cña h×nh ¶nh. §èi víi h×nh ¶nh x¸c suÊt tæn thÊt tÕ bµo cho phÐp kho¶ng 10-7-10-9. Nh×n chung ®é tæn thÊt ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng cña h×nh ¶nh, víi møc tõ mÐo d¹ng mét khung h×nh ¶nh ®Õn mÊt lu«n toµn bé khung h×nh, tuú thuéc vµo møca ®é tæn thÊt vµ ®é nh¹y cña thuËt to¸n m· ho¸ video. ThËt vËy, khi ®é trÔ biÕn ®æi tõ 20 ms ®Õn 40 ms th× cã thÓ g©y nªn giËt h×nh ¶nh rÊt dÔ nhËn thÊy trong khi xem video. C¸c øng dông truyÒn file còng rÊt n¹y víi tæn thÊt vµ sù biÕn ®æi cña trÔ do yªu cÇu truyÒn l¹i vµ hËu qu¶ lµ hiÖu suÊt sö dông gi¶m. ë ®©y ®é nh¹y phô thuéc vµo thuËt to¸n nhËn d¹ng tæn thÊt vµ c¸ch thøc truyÒn l¹i cña øng dông. C¸c øng dông c¬ së d÷ liÖu rÊt nh¹y víi trÔ, tæn thÊt, vµ biÕn ®æi cña x¸c suÊt tæn thÊt tÕ bµo cho phÐp kho¶ng 10-3-10-5 vµ ®é biÕn ®æi trÔ kho¶ng 15ms-10 s. §iÒu lý t­ëng ®èi víi c¸c øng dông lo¹i nµy lµ ®é réng b¨ng lµ v« h¹n, tèc ®é truyÒn gÇn víi ¸nh s¸ng. V. tãm t¾t Ch­¬ng 3 ®Ò cËp ®Õn c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õ hîp ®ång l­u th«ng chÊt l­îng dÞch vô QoS. Quan ®iÓm vÒ QoS cña ISO trªn c¬ së m« h×nh OSI cña ITU-T vµ ATM Forum. Ph©n lo¹i chÊt l­îng dÞch vô theo ATM Forum ITU-T. C¸c tham sè chÝnh cña chÊt l­îng dÞch vô QoS lµ: trÔ trung b×nh, trÔ tÕ bµo vµ tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo . mét sè yªu cÇu vÒ ®é trÔ vµ x¸c suÊt tæn thÊt tÕ bµo cña QoS ®èi víi c¸c lo¹i h×nh dÞch vô kh¸c nhau, ®¶m b¶o chÊt l­îng dÞch vô ®óng theo yªu cÇu cña ng­êi sö dông. Ch­¬ng 4 ¶nh h­ëng cña cÊu tróc phÇn cøng chuyÓn m¹ch atm ®Õn chÊt l­îng dÞch vô I. tæng quan Nh­ chóng ta ®· biÕt, yªu cÇu chung cña m¹ng chuyÓn m¹ch ATM lµ xö lý tèc ®é cao, dung l­îng lín, chÊt l­îng truy nhËp cao, vµ viÖc ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch dÔ dµng, ®¬n gi¶n. Ngoµi ra m¹ng chuyÓn m¹ch ATM cßn ph¶i cã kh¶ n¨ng duy tr× trËt tù truyÒn dÉn c¸c tÕ bµo trªn m¹ng, chuyÓn m¹ch còng cÇn ph¶i ®­îc modul ho¸ vµ cã kh¶ n¨ng ph¸t triÓn tèt. V× thÕ ,sù tæn th©t tÕ bµo ,sù trÔ trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉnvµ tû lÖ chÌn sai tÕ bµo lµ nh÷ng yÕu tè chÝnh®Ó quyÕt ®Þnh chÊt l­îng cña hÖ thèng chuyÓn m¹ch, ®ång thêi ®ã còng lµ nh÷ng tham sè quan träng quyÕt ®Þnh chÊt l­îng dÞch vô (QoS). §Ó ®¶m b¶o cho chÊt l­îng dÞch vô ®óng yªu cÇu cña ng­êi sö dông , ®iÒu quan träng lµlµm thÕ nµo cho dßng tÕ bµo truyÒn ®¹t ®­îc ®¶m b¶o tu©n theo ®óng hîp ®ång l­u th«ng. §Ó ®¹t ®­îc ®iÒu nµy mäi thiÕt bÞ , ph­¬ng tiÖn trªn m¹ng ph¶i phèi hîp víi nhau mét c¸ch nhÞp nhµng, nghÜa lµ cÊu tróc phÇn cøng cña nót chuyÓn m¹ch ATM ph¶i ®¶m b¶o sao cho tèc ®é chuyÓn m¹ch , sù trÔ trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn tÕ bµo, tû lÖ chÌn sai tÕ bµo vµ hÖ sè tæn thÊt tÕ bµo trong giíi h¹n cho phÐp tuú theo tõng dÞch vô cô thÓ. §ång thêi nót chuyÓn m¹ch ATM cßn ®­îc ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t bëi phÇn mÒm. Trong ®o viÖc xö lý l­u l­îng ®i qua nót chuyÓn m¹ch lµ mét vÊn ®Ò quan träng ¶nh h­ëng lín ®Õn chÊt l­îng dÞch vô. Sau ®©y chóng ta xem xÐt mét sè khÝa c¹nh cña cÊu tróc phÇn cøng chuyÓn m¹ch ATM ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng dÞch vô. II. ¶nh h­ëng cña cÊu tróc chuyÓn m¹ch ®Õn chÊt l­îng dÞch vô M¹ng viÔn th«ng ®­îc kÕt hîp bëi c¸c phÇn tö m¹ng,bao gåm c¸c ®­êng truyÒn dÉn vµ t¹i c¸c nut (giao cña c¸c ®­êng truyÒn dÉn ) lµ c¸c chuyÓn m¹ch. Do ®ã khi d÷ liÖu cña c¸c dÞch vô ®­îc truyÒn ®i tõ ®iÓm ph¸t tíi ®iÓm nhËn, d÷ liÖu ®­îc truyÒn qua ®­êng dÉn vµ c¸c chuyÓn m¹ch. M¹ng ATM víi ®­êng truyÒn dÉn lµ c¸p quang nªn cã ®é tin cËy cao, tû lÖ lçi thÊp, tèc ®é d÷ liÖu cã thÓ truyÒn cao nªn d÷ liÖu truyÒn trªn ®­êng cã ®é tin cËy rÊt cao. C¸c chuyÓn m¹ch lóc nµy nh­ lµ nót cæ chai v× thùc tÕ nã cã ttãc ®ä vµ ®é tin cËy nhá nhÊt , tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo cao nhÊt. Do ®ã chÊt l­pîng dÞch vô cña m¹ng phô thuéc chñ yÕu vµo tèc ®é, ®é tin cËy, tû lÖ lçi cña c¸c chuyÓn m¹ch vµ viÖc qu¶n lý l­u l­îng t¹i c¸c nót chuyÓn m¹ch. ChuyÓn m¹ch cã nhiÖm vô ®Þnh tuyÕn cho c¸c tÕ bµo ATM sao cho cãp tèc ®é vµ ®é tin cËy cµng cao cµng tèt, tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo cµng nhá cµng tèt vµ tÊt nhiªn gi¸ thµnh cµng rÎ cµng tèt, nghÜa lµ ®¶m b¶o chÊt l­îng dÞch vô ë møc cao nhÊt. Thùc tÕ lµ c¸c yªu cÇu nay rÊt m©u then víi nhau. VÝ dô nh­: ®èi víi mét chuyÓn m¹ch nhÊt ®Þnh khi l­u l­îng dßng d÷ liÖu qua chuyÓn m¹ch t¨ng th× tû lÖ lçi t¨ng lªn . Khi l­u l­îng dßng d÷ liÖu t¨ng tíi mét møc nµo ®ã th× sÏ kh«ng ®¶m b¶o tû lÖ mÊt tÕ bµo. V× vËy chØ cã thÓ xÐt ¶nh h­ëng cña cÊu tróc chuyÓn m¹ch ATM tíi chÊt l­îng dÞch vô ë mét møc ®é nhÊt ®Þnh. Do cÊu tróc cña khèi chuyÓn m¹ch ATM gåm cã c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch nèi víi nhau theo mét c¸ch nµo ®ã, nªn c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng dÞch vô QoS cÇn xÐt ®Õn lµ: + Lo¹i phÇn tö chuyÓn m¹ch. + PhÇn tö chuyÓn m¹ch. + Bé ®Öm cña chuyÓn m¹ch. + KÝch th­íc chuyÓn m¹ch. 1. Lo¹i chuyÓn m¹ch §©y lµ mét trong c¸c yÕu tè quan träng cña chuyÓn m¹ch. Nã quyÕt ®Þnh c¸ch thøc ho¹t ®éng cña chuyÓn m¹ch. Ta ph¶i xÐt : + CuyÓn m¹ch lo¹i nµo : chuyÓn m¹ch chÆn, chuyÓn m¹ch kiÓu vßng.. + M¹ng t«-p« cña chuyÓn m¹ch nµy lµg m¹ng g×: m¹ng thanh ngang, m¹ng Banyan, m¹ng s¾p xÕp + Bé ®Öm (vÞ trÝ ®Æt, kÝch th­íc, tèc ®é ghi/®äcbé ®Öm) 2. CÊu tróc phÇn tö chuyÓn m¹ch PhÇn tö chuyÓn m¹ch quyÕt ®Þnh nhiÒu yÕu tè: tèc ®é, trÔ chuyÓn m¹ch, sè tÇng trong chuyÓn m¹ch.Tuú theo yªu cÇu cña c¸c tham sè cña chÊt l­îng dÞch vô mµ ta ph¶i xÐt: + CÊu tróc phÇn tö chuyÓn m¹ch: CÊu tróc kiÓu ma trËn (sö dông bé ®Öm ®Çu vµo,®Çu ra hay t¹i ®iÓm chuyÓn m¹ch), cÊu tróc bus, cÊu tróc vßng, cÊu gtróc bé nhí dïng chung. Mçi cÊu tróc nµy cã ­u nh­îc ®iÓm riªng. + Tèc ®é cña c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch ®ã: nã cã thÓ nhËn dßng sè liÖu vµo víi tèc ®é bao nhiªu(vÝ dô tèc ®é 155Mb/s hay 620 Mb/s) . TÊt nhiªn lµ tèc ®é cña c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch cµng cao th× tèc ®é dßng sè liÖu cã thÓ qua chuyÓn m¹ch cµng cao. + Tû lÖ lçi vµ trÔ cña c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch ®èi víi c¸c lo¹i dÞch vô t¹i c¸c ®iÓm chuyÓn m¹ch. + KÝch th­íc cña c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch : sè ®Çu ra ®Çu vµo cña chóng. NÕu kÝch th­íc cña chóng cµng lín th× sè tÇng trong trong chuyÓn m¹ch cµng nhá vµ sÏ ¶nh h­ëng l¬ns trong c¸c chuyÓn m¹ch nghhÏn. KÝch th­íc c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch th­êng t­¬ng ®èi nhá: vÝ dô 8x8 hay 16x16. 3. Bé ®Öm Bé ®Öm ®ãng vai trß rÊt quan träng trong cÊu tróc chuyÓn m¹ch, nã lµ nh©n tè quyÕt ®Þnh tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo, tû lÖ lçi trong hÇu hÕt c¸c chuyÓn m¹ch. - vÞ trÝ ®Æt bé ®Öm: ®Çu vµo , ®Çu ra , dïng chung hay kÕt hîp gi÷a c¸c vÞ trÝ trªn. - Ph­¬ng thøc ghi ®äc bé ®Öm -Tèc ®é ghi ®äc bé ®Öm (chó ý tèc ®é ghi ®äc bé ®Öm ®Æt t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhaulµ kh¸c nhau) - KÝch th­íc bé ®Öm - TrÔ trong bé ®Öm III. ¶nh h­ëng cña phÇn tö chuyÓn m¹ch atm ®Õn qos C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt cña phÇn tö chuyÓn m¹ch ¶nh h­ëng tíi chÊt l­îng dÞch vô QoS cña m¹ng ATM bao gåm: lo¹i phÇn tö chuyÓn m¹ch sö dông, tèc ®é cña phÇn tö chuyÓn m¹ch, tû lÖ lçi, lo¹i phÇn tö chuyÓn m¹ch sö dông ®Ó t¹o nªn chuyÓn m¹ch. 1. Lo¹i phÇn tö chuyÓn m¹ch PhÇn tö ChuyÓn m¹ch kiÓu ma trËn ChuyÓn m¹ch kiÓu Bus ChuyÓn m¹ch vßng ChuyÓn m¹ch bé ®Öm dïng chung Nguyªn lý chuyÓn m¹ch Theo kh«ng gian Theo thêi gian Theo thêi gian Theo thêi gian Yªu cÇu bé ®Öm Cã Cã Kh«ng Cã TrÔ Lín nhÊt Phô thuéc qu¸ tr×nh truyÒn Phô thuéc qu¸ tr×nh truyÒn Phô thuéc qu¸ tr×nh truyÒn HiÖu qu¶ sö dông bé ®Öm Th­êng hoÆc thÊp Th­êng Cao §iÒu khiÓn bé ®Öm Tuú vÞ trÝ bé ®Öm Phøc t¹p RÊt phøc t¹p HiÖu suÊt sö dông 0,58-1 1 1 1 Tèc ®é xö lý trong B»ng tèc ®é dßng d÷ liÖu B»ng tèc ®é dßng d÷ liÖu B»ng tèc ®é dßng d÷ liÖu ThÊp h¬n tèc ®é dßng d÷ liÖu Nh¹y c¶m víi l­u l­îng bïng næ Nh¹y c¶m Kh«ng x¸c ®Þnh Kh«ng x¸c ®Þnh Kh«ng x¸c ®Þnh HiÖu qu¶ sö dông ®­êng truyÒn <=1 Cã thÓ >1 B¶ng 4.1 C¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch 2. Tèc ®é phÇn tö chuyÓn m¹ch Mét kªnh ATM gåm nhiÒu lo¹i th«ng tin kh¸c nhau nh­ tho¹i, sè liÖu, h×nh ¶nh.V× mét nguån tin sinh ra c¸c tÕ bµo tin theo tèc ®é dÞch vô cña nã nªn tèc ®é kªnh còng thay ®æi theo, do ®ã chuyÓn m¹ch ATM còng ph¶i cã tèc ®é phï hîp víi tõng lo¹i dÞch vô. DÞch vô Tèc ®é (Mb/s) TruyÒn sè liÖu (h­íng liªn kÕt) 1,5-130 TruyÒn sè liÖu (Kh«ng liªn kÕt) 1,5-130 TruyÒn v¨n b¶n, tµi liÖu 1,5-45 §iÖn tho¹i truyÒn h×nh/ Héi nghÞ truyÒn h×nh 1,5-130 TruyÒn h×nh 30-130 TruyÒn h×nh ph©n gi¶i cao 130 B¶ng 4.2: C¸c dÞch vô c¬ b¶n vµ tèc ®é t­¬ng øng cña chóng 3. TrÔ vµ tû lÖ lçi cña phÇn tö chuyÓn m¹ch. TrÔ xö lý x¶y ra t¹i c¸c nót chuyÓn m¹ch ®­îc quyÕt ®Þnh bëi cÊu t¹o vËt lý cña mçi nót. Theo ITU-T, ®é trÔ trung b×nh trong chuyÓn m¹ch sè ph¶i nhá h¬n 450 mico gi©y. Trong ATM, gi¸ trÞ nµy bÐ h¬n do tèc ®é xö lý®· t¨ng lªn ®¸ng kÓ. DÞch vô CER CLR CMR TrÔ (ms) Tho¹i 10-7 10-3 10-3 25-500 TruyÒn sè liÖu 10-7 10-6 10-6 < 10,00 TruyÒn h×nh qu¶ng b¸ 10-6 10-8 10-8 < 1,00 ¢m thanh chÊt l­îng cao 10-8 10-7 10-7 < 25 Xö lý, ®iÒu khiÓn tõ xa 10-3 10-3 10-3 10,00 B¶ng 4.3 Tû lÖ lçi vµ trÔ cho phÐp cña c¸c lo¹i dÞch vô kh¸c nhau. Theo sè liÖu cña Bellcore ë b¶ng 4.4, x¸c suÊt cña sù trÔ truyÒn tÕ bµo v­ît qu¸ 150 s lµ nhá h¬n 1%, vµ x¸c suÊt cña ®é réng trÔ truyÒn mµ v­ît qu¸ 250 s lµ kh«ng ®­îc lín h¬n 10-10. Nh÷ng yÕu tè nh­ sù trÔ trong qu¸ tr×nh thiÕt lËp tÕ bµo, trÔ trong truyÒn tÕ bµo, trong hµng ®îi t¹i nót chuyÓn m¹ch vµ trong qu¸ tr×nh xö lý tÕ bµo bëi sù vËn hµnh phÇn mÒm, ®Òu g©y nªn sù trÔ trong m¹ng ATM. Tuy nhiªn, yÕu tè quan träng nhÊt lµ sù trÔ g©y bëi qu¸ tr×nh thiÕt lËp tÕ bµo vµ tËp hîp tÕ bµo. VÝ dô, tiÕng nãi lµ lo¹i dÞch vô CBR, th× cÇn mét kho¶ng thêi gian 125 s cho mçi byte ®Ó chuyÓn thµnh tÝn hiÖu sè 64 kb/s. Do sè l­îng th«ng tin thùc sù cã trªn mâi tÕ bµo lµ 48 byte, kh«ng kÓ phÇn tiªu ®Ò nªn thêi gian trÔ lµ 6 ms. KÕt qu¶ lµ thêi gian trÔ sÏ lín h¬n nhìng yÕu tè kh¸c hµng choc ®Õn hµng tr¨m lÇn. Bªn canh ®ã , do sù trÔ trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn cña m¹ng g©y bëi mçi tÕ bµo kh¸c nhau, nnªn khi ®é réng biÕn ®æi trÔ lín h¬n bëi khèi tÕ bµo th× chÊt l­îng dÞch vô cña mçi øng dông yªu cÇu qu¸ tr×nh xö lý thêi gian sÏ gi¶m xuèng mét c¸ch ®ét ngét. VÝ dô nh­ trong tr­êng hîp tÝn hiÖu truyÒn h×nh mµn ¶nh b¾t ®Çu nhÊp nh¸y hoÆc h×nh ¶nh vµ tiÕng nãi kh«ng phï hîp víi nhau. C¸c tham sè thùc hiÖn CPL C¸c kÕt nèi QoS 1 C¸c kÕt nèi QoS 2 Tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo (CLR) 0 < 1,7x10-10 < 10-7 Tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo (CLR) 1 < 10-4 < 10-4 TrÔ truyÒn tÕ bµo (CTD) 1/0 150 s 150 s BiÕn ®æi trÔ tÕ bµo (CDV) 0 250 s Ch­a x¸c ®Þnh BiÕn ®æi trÔ tÕ bµo (CDV) 1 Ch­a x¸c ®Þnh Ch­a x¸c ®Þnh B¶ng 4.4: ChÊt l­îng ttruyÒn dÉn cña kÕt nèi ATM ChuyÓn m¹ch ATM ®­îc xem lµ phÇn c¬ b¶n cña m¹ng ATM víi tÝnh mÒm dÎo cña b¨ng tÇn rÊt cao, tho¶ m·n hÇu hÕt c¸c lo¹i h×nh dÞch vôcã tèc ®é kh¸c nhau. Do ®ã l­u l­îng gi÷a c¸c ®­êng vµo vµ c¸c ®­êng ra tèc ®é cao thay ®æi rÊt lín, dÉn ®Õn hiÖn t­îng cã thÓ x¶y ra hiÖn t­îng t¾c nghÏn tøc thêi . V× vËy cÊu tróc chuyÓn m¹ch ATM ph¶i ®¶m b¶o sao cho hÖ sè tæn thÊt tÕ bµo cho phÐp tuú theo t­ngf lo¹i dÞch vô cô thÓ. B¶ng 4.5 cho thÊy yªu cÇu cô thÓ vÒ ®é tæn thÊt tees bµo cho tõng dÞch vô. DÞch vô Yªu cÇu Tho¹i CCITT Rec 727 cho ADPCM (32 Kb/s) CCITT Rec 711 cho PCM (64 Kb/s) < 10-2 < 10 -3 Tho¹i b¨ng réng CCITT Rec 722 cho SB- ADPCM (64 Kb/s) < 10 -2 H×nh ¶nh M· ho¸ líp TV chuÈn (CÇn lo¹i bá tÕ bµo chän läc) M· ho¸ nÐn cao TV chuÈn (tèc ®é bit trung b×nh 10 Mb/s) M· ho¸ nÐn cao TV chuÈn (tèc ®é bit trung b×nh 100 Mb/s < 10 -5 < 10-9 < 10-10 Sè liÖu Giao thøc HDLC (64 Kb/s – 100 Mb/s) Giao thøc SREJ < 10-16 < 10-3 B¶nh 4.5: Yªu cÇu vÒ ®é tæn thÊt tÕ bµo cho tõng dÞch vô Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng chuyÓn m¹ch ATM lµ qu¸ tr×nh xö lý tÕ bµo trong tr­êng hîp xö lý th«ng tin CBR lµ 10-9/nót, vµ trong tr­êng hîp xö lý th«ng tin VBR tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo cì 10-7/ nót ph¶i ®­îc ®¶m b¶o ch¾c ch¾n. Ngoµi ra cßn ph¶i ®¶m b¶o viÖc truyÒn ®¹t 100% sù hç trî cña tèc ®é truy nhËp lo¹i STM-1 (155 Mb/s) hoÆc cña líp cao h¬n trªn cæng cña phÇn tö chuyÓn m¹ch. 4. KÝch th­íc phÇn tö chuyÓn m¹ch KÝch th­íc chuyÓn m¹ch còng ¶nh h­ëng tíi chÊt l­îng dÞch vôcña chuûen m¹ch ATM. KÝch th­íc chuyÓn m¹ch ATM phô thuéc vµo ph­¬ng ph¸p chuyÓn m¹ch ATM cã bé ®Öm hay kh«ng. NÕu chuyÓn m¹ch kÝch th­íc nhá th× ta cã thÓ sö dông phÇn tö chuyÓn m¹ch lµm nhiÖm vô chuyÓn m¹ch. Khi ®ã sÏ kh«ng ph¶i xÐt ®Õn cÊu tróc chuyÓn m¹ch phøc t¹p mµ chØ cÇn sö dông chuyÓn m¹ch thanh ngang lµ ®­îc. Khi kÝch th­íc chuyÓn m¹ch t¨ng th× ph¶i sö dông cÊu tróc chuyÓn m¹ch nhiÒu tÇng ®Î gi¶m chi phÝ. Tuy nhiªn kÝch th­íc chuyÓn m¹ch cµng t¨ng th× chuyÓn m¹ch sÏ cµng nhiÌu tÇng vµ tÕ bµo muèn ®i tíi cæng ra sÏ ph¶i ®i qua nhiÒu phÇn tö chuyÓn m¹ch h¬n, do ®ã dÔ bÞ t¾c nghÏn h¬n, tæn thÊt tÕ bµo lín h¬n, vµ trÔ cña hÖ thèng chuyÓn m¹ch lµ tæng cña c¸c trÔ phÇn tö t¨ng lªn. §iÒu nµy cã nghÜa lµ c¸c tham sè cña chÊt l­îng dÞch vô kh«ng ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu QoS, ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng dÞch vô cña hÖ thèng. IV. ¶nh h­ëng cña bé ®Öm ®Õn qos Khi nghiªn cøu chuyÓn m¹ch ATM ta ®· xÐt ®Õn viÖc ph©n lo¹i c¸c chuyeenr m¹ch ATM theo c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau. Nh­ng víi bÊt cø ph­¬ng ph¸p ph©n lo¹i nµo th× trong hÖ thèng chuyÓn m¹ch ATM vaanx cã thÓ x¶y ra hiÖn t­îng xung ®ét khi hai hay nhiÒu tÕ bµo cïng yªu cÇu mét ®Ých ®Õn. Xung ®ét cã thÓ lµ xung ®ét trong hay xung ®ét ngoµi . Khi ®ã sÏ x¶y ra hiÖn t­îng mÊt tÕ bµo vµ kh«ng ®¶m b¶o chÊt l­îng dÞch vô. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy ta cã hai ph­¬ng ph¸p sau: * Ph­¬ng ph¸p sö dông chuyÓn m¹ch ATM kh«ng cã bé ®Öm: Khi x¶y ra xung ®ét th× cho phÐp 1 tÕ bµo ®­îc ra, c¸c tÕ bµo cßn l¹i tiÕp tôc ®­îc truyÒn trong chuyÓn m¹ch * Ph­¬ng ph¸p sö dông chuyÓn m¹ch ATM cã bé ®Öm: Dïng bé ®Öm ®Î l­u gi÷ l¹i c¸c tÕ bµo ch­a ®­îc truyÒn ®i. Trong thøc tÕ ph­¬ng ph¸p sö dông bé ®Öm ®­îc sö dông trong hÇu hÕt c¸c chuyÓn m¹ch. Do ®ã ta ph¶i nghiªn cøu kü vÒ vai trß bé ®Öm trong chuyÓn m¹ch ATM. §èi víi bé ®Öm, ta cÇn t×m hiÓu c¸c yÕu tè : VÞ trÝ ®Æt bé ®Öm, kÝch th­íc bé ®Öm. Víi chuyÓn m¹ch nhÊt ®Þnh vµ víi bé ®Öm ®· chä ta ph¶i xem xÐt c¸c tham sè: x¸c suÊt c¸c tr¹ng th¸i bé ®Öm, tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo, ®é trÔ trung b×nh , trÔ thay ®æi, lo¹i dÞch vô . TÊt c¶ c¸c yÕu tè trªn ®Òu ¶nh h­ëng lÉn nhau.VÝ dô nÕu ta t¨ng dßng l­u l­îng sè liÖu qua 1 nót chuyÓn m¹ch th× ®Î ®¶m b¶o chÊt l­îng dÞch vô ta ph¶i t¨ng kÝch th­íc bé ®Öm hoÆc t¨ng tèc ®é ghi ®äc bä ®Öm. Sau ®©y ta sÏ xÐt tõng yÕu tè. §iÒu ®Çu tiªn ph¶i xem xÐt lµ dÞch vô ë ®©y lµ lo¹i dÞch vô nµo, cã 1 hay nhiÒu lo¹i dÞch vô, tèc ®é dÞch vô lµ bao nhiªu, yªu cÇu chÊt l­îng dÞch vô nh­ thÕ nµo, tõ ®ã cã c¸c yªu cÇu kü thuËt: tû lÖ mÊt goÝ, ®ä trÔ trung b×nh, tèc ®é, tõ ®ã cã thÓ t×m ®­îc cÊu tróc chuyÓn m¹ch thÝch hîp. Mét sè lo¹i dÞch vô yªu cÇu CLR rÊt nhá , cì kho¶ng 10-9 (kho¶ng 1 gi©y trong 32 n¨m) trong khi mét sè lo¹i dÞch vô kh¸c nh­ tiÕng nãi chØ yªu cÇu CLR lµ 10-3. Mét sè lo¹i tªu cÇu thêi gian thùc, sè kh¸c l¹i kh«ng. Cã lo¹i yªu cÇu tèc ®é kh¸ lín nh­ng cã lo¹i yªu cÇu tèc ®é nhá.Víi mçi lo¹i dÞch vô ta sÏ cã kÝch th­íc bé ®Öm phï hîp. 1. ChuyÓn m¹ch kh«ng sö dông bé ®Öm T¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu cña 1 chu kú, tÊt c¶ c¸c cæng vµo cã tÕ bµo cïng mét lóc ®­a yªu cÇu tíi tÇng chuyÓn m¹ch thø nhÊt. T¹i mçi tÇng, c¸c yªu cÇu nµy ssÏ ®­îc göi tr­íc tíi tÇng tiÕp theo (theo ®­êng do b¶ng ®iÒu khiÓn ®Þnh tuyÕn x¸c ®Þnh). NÕu hai hay nhiÒu yªu cÇu ph¶i ®i qua cïng mét ®­êng th× sÏ x¶y ra xung ®ét. Lóc ®ã mét yªu cÇu ®­îc chän , c¸c yªu cÇu cßn l¹i bÞ tõ chèi. NÕu yªu cÇu ®i tíi cæng ®Ých thµnh c«ng th× sÏ cã tÝn hiÖu thµnh c«ng b¸o trë l¹i cæng ban ®Çu. NÕu kh«ng th× cungx cã tÝn hiÖu kh«ng thµnh c«ng ph¶n håi vÒ. Khi ®ã ®­êng nèi ®­îc thiÕt lËp tõ cæng vµo ®Õn cæng ®Ých.C¸c tÕ bµo sÏ ®­îc truyÒn th¼ng trªn ®­êng ®ã tõ cæng vµo tíi cæng ®Ých. Sauk hi ®· truyÒn xong ®­êng nèi ®­îc huû bá ®Ó dµnh cho c¸c ®­êng nèi kh¸c. Khi tèc ®é dßng d÷ liÖu qua chuyÓn m¹ch t¨ng th× kh¶ n¨ng ®Ó c¸c dßng sè ph¶i yªu cÇu cïng ®Çu ra c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch trong chuyÓn m¹ch t¨ng rÊt nhanh vµ nh­ vËy x¸c suÊt ®Ó yªu cÇu bÞ tõ chèi t¨ng rÊt nhanh. Khi kÝch th­íc chuyÓn m¹ch t¨ng th× xung ®ét t¨ng ®Æc biÖt lµ víi c¸c chuyÓn m¹ch chÆn do xung ®ét gi÷a c¸c tÕ bµo khi ®i qua nhiÒu tÇng h¬n. Khi yªu cÇu bÞ tõ chèi sÏ x¶y ra hiÖn t­îng: - HoÆc tÕ bµo ph¶i thùc hiÖn ®i trong chuyÓn m¹ch lÇn n÷a (®èi víi c¸c chuyÓn m¹ch kiÓu vßng), cho nªn ®Én ®Õn trÔ truyÒn tÐ bµo t¨ng lªn. - HoÆc mÊt tÕ bµo, ®iÒu nµy l¹i dÉn tíi tû lÖ mÊt tÕ bµo t¨ng nhanh Víi c¸c chuyÓn m¹ch chÆn: NÕu kh«ng sö dông bé ®Öm th× hiÖu suÊt sö dông rÊt nhá, cß nÕu sö dông bé ®Öm th× hiÖu suÊt y¨ng lªn kh¸ nhiÒu. Víi c¸c chuyÓn m¹ch kh«ng chÆn: nÕu kh«ng sö dông bé ®Öm, do cã tû lÖ lçi qu¸ lín cho nªn ng­êi ta lu«n sö dông bé ®Öm. Ta lÊy vÝ dô chuyÓn m¹ch kiÓu Banyan kh«ng sö dông bé ®Öm: Gi¶ sö chuyÓn m¹ch Banyan kh«ng sö dông bé ®Öm kÝch th­íc bn xbn. ChuyÓn m¹ch nµy gåm n tÇng c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch b*b. Do x¸c suÊt mét tÕ bµo ®­îc ®Þnh ®Þa chØ tíi mét ®Çu ra phÇn tö chuyÓn m¹ch bËn lµ : p0=p, pi=1-(1-pi-1/b)b ( 4.1) VËy hiÖu suÊt sö dông : p=pn (4.2) Tû lÖ lçi lµ : pi=1-pn/p0 Râ rµng lµ hiÖu suÊt sö dông gi¶m khi N t¨ng lªn (hay n t¨ng). VÝ dô : b=2, p=0,6. Khi ®ã: p0=0,6; p1=0,51; p2=0,445; p3=0,395; p4=0,356; p5=0,325; p6=0,289 Khi N=64 th× hiÖu suÊt sö dông cßn cã p6=0,298. §Ó t¨ng hiÖu suÊt sö dông vµ gi¶m tû lÖ lçi, ta sö dông cÊu tróc Banyan bæ xung. CÊu tróc nµy sö dông K chuyÓn m¹ch Banyan nèi song song víi nhau. ViÖc ghi ®äc tÕ bµo cã thÓ thùc hiÖn theo 3 c¸ch: ngÉu nhiªn, ph¸t nhiÒu , lùa chän. Khi ®ã ta cã: Víi c¸ch ghi ®äc ngÉu nhiªn, x¸c suÊt mét ®Çu ra phÇn tö chuyÓn m¹ch bËn lµ: p0=p/k, pi=1-(1-pi-1/b)b (4.3) VËy hiÖu suÊt sö dông : p=1-(1-pn)k (4.4) Tû lÖ lçi lµ: pi=1-(1-(1-pn/p0)k)/p (5.5) Trong ®ã: p lµ hiÖu suÊt t¶i (offer load) Trong tr­êng hîp chuyÓn m¹ch ATM kh«ng cã bé ®Öm, ®Ó ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu vÒ c¸c tham sè chÊt l­îng chÊt l­îng dÞch vô th× kÝch th­íc cña chuyÓn m¹ch ph¶i t¨ng rÊt lín. Trë l¹i vÝ vô trªn: NÕu m¹ng Banyan kÝch th­íc bn*bn gåm n tÇng, sö dông phÇn tö chuyÓn m¹ch b*b. khi ®ã hiÖu suÊt sö dông chuyÓn m¹ch lµ p = 2b/((b-1)n+2b/p) (4.6) Khi x©y dùng c¸c chuyÓn m¹ch , ng­êi ta th­êng sö dông c¸c tÕ bµo kÝch th­íc 2*2 hay 2i*2i víi i lµ sè tù nhiªn. MÆc dï cã mét sè ph­¬ng thøc ®Ó xö lý khi sè cæng ra vµ sè cæng vµo kh¸c 2i nh­ng nãi chung cã ho¹t ®éng kh«ng tèt vµ Ýt ®­îc chó ý. §iÒu nµy do trong hÇu hÕt c¸c tr­êng hîp ph¶i sö dông m¹ng chuyÓn m¹ch víi mét sè ®Çu ra, ®Çu vµo trªn mét sè phÇn tö chuyÓn m¹ch kh«ng ®­îc sö dông§iÒu nµy lµm cho ,cost, cña chuyÓn m¹ch t¨ng h¬n so víi c¸c chuyÓn m¹ch dùa trªn phÇn tö chuyÓn m¹ch 2i*2i. Do cã mét sè ®Çu ra, ®Çu vµo kh«ng sö dông , viÖc ®iÒu khiÓn m¹ng nµy gÆp nhiÒu khã kh¨n cho nªn hiÖu suÊt sö dông gi¶m. T­¬ng tù ,c¸c chuyÓn m¹ch cã sè ®Çu vµo, ®Çu ra kh«ng b»ng nhau,hay sè ®Çu vµo ra kh«ng lµ 2i còng ph¶i bá mét sè ®Çu ra, ®Çu vµo vµ m¹ng cã thÓ ph¶i sö dông c¸c lo¹i phÇn tö chuyÓn m¹ch kh¸c nhau. V× sö dông c¸c lo¹i phÇn tö chuyÓn m¹ch kh¸c nhau cho nªn ®iÒu khiÓn ®Þnh tuyÕn khã kh¨n dÉn ®Õn kÕt qu¶ lµ sù truyÒn qua gi¶m. NÕu ®Þnh tuyÕn trong c¸c chuyÓn m¹ch dùa vµo c¸c bit ®Þnh tuyÕn th× râ rµng hiÖu suÊt sö dôngc¸c bit ®Þnh tuyÕn sÏ kh«ng caodo cã mét sè gia trÞ cña chóng kh«ng ®­îc sö dông. Cã thÓ nãi r»ng chuyÓn m¹ch ATM kh«ng dïng bé ®Öm th«ng th­êng chØ ®­îc dïng cho c¸c m¹ng cã dung l­îng nhá hoÆc dïng cho c¸c nót chuyÓn m¹ch cã l­u l­îng nhá ch¶y qua . Khi c¸c yªu cÇu vÒ chÊt l­îng dÞch vô t¨ng lªn nh­ t¨ng sè cæng vµo ra, t¨ng tèc ®é truyÒn …. HÖ thèng chuyÓn m¹ch ATM ®Î ®¸p øng ®­îc ph¶i t¨ng kÝch th­íc chuyÓn m¹ch rÊt lín, cång kÒnh, ®ßi hái c«ng nghÖ chÕ t¹o cao,vÊn ®Ò ®Þnh tuyÕn sÏ hÕt søc phøc t¹p…dÉn ®Ðn gi¸ thµnh cao vµ rÊt khã ®¸p øng. ChÝnh v× c¸c lý do trªn cho nªn chóng ta sÏ ®i s©u nghiªn cøu c¸c hÖ thèng chuyÓn m¹ch sö dông bé ®Öm. 2.ChuyÓn m¹ch sö dông bé ®Öm ChuyÓn m¹ch sö dông bé ®Öm ®­îc sö dông trong hÇu hÕt c¸c chuyÓn m¹ch ATM hiÖn nay, môc ®Ých chibhs cña viÖc sö dông bé ®Öm lµ gi¶m tû lÖ tæn thÊt tÕ bµo. C¸c tÕ bµo ch­a ®­îc truyÒn ®i sÏ ®­îc l­u gi÷ vµo bé ®Öm. Do kÝch th­íc bé ®Öm cã giíi h¹n ®Õn lóc nµo ®ã c¸o thÓ bé ®Öm sÏ bÞ ®Çy vµ nã tõ chèi nhËn thªm tÕ bµo , lóc ®ã cã thÓ sÏ bÞ mÊt tÕ bµo. Trõ vµi lo¹i chuyÓn m¹ch sö dông ph­¬ng thøc quay vßng tÕ bµo (nh­ chuyÓn m¹ch trén , lo¹i ®· ®­îc thiÕt kÕ ®Ó kh«ng cÇn sö dông bé ®Öm) cßn ®èi víi hÇu hÕt c¸c lo¹i chuyÓn m¹ch kh¸c viÖc sö dông bé ®Öm sÏ lµm t¨ng ®¸ng kÓ tèc ®é vµ ®é tin cËy cña chuyÓn m¹ch. Møc ®é t¨ng ®é tin cËy phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè trong ®ã kÝch th­íc bé ®Öm lµ quan träng nhÊt. VÝ dô khi kÝch th­íc chuyÓn m¹ch Banyan N=256 th× nÕu kh«ng sö dông bé ®Öm sÏ cã sù truyÒn qua kho¶ng 0,26 theo h×nh 4.3 nh­ng khi cã bé ®Öm th× hiÖu suÊt sö dông cã thÓ lªn tíi 0,58(víi chuyÓn m¹ch Banyan N=256, bé ®Öm vµo kÝch th­íc Bi=32) Cã thÓ coi tÊt c¶ c¸c chuyÓn m¹ch ®Òu sö dông bé ®Öm(víi c¸c chuyÓn m¹ch kh«ng sö dông bé ®Öm th× coi kÝch th­íc bé ®Öm b»ng 0).Do ®ã ta coi viÖc xÐt sö dông bé ®Öm hay kh«ng sö dông bé ®Öm chuyÓn thµnh xÐt ¶nh h­ëng cña kÝch th­íc bé ®Öm ®Õn chuyÓn m¹ch a, C¬ së lý thuyÕt ViÖc ®¸nh gi¸ ¶nh h­ëng cña phÇn cøng chuyªn m¹ch ATM ®Õn chÊt l­îng dÞch vô lµ c«ng viÖc rÊt phøc t¹p bëi v×: - Ph¶i xem cã bao nhiªu lo¹i dÞch vô, sè l­îng t­¬ng øng c¸c thuª bao øng víi mçi dÞch vô, ®Æc tÝnh kü thuËt cña dÞch vô ®ã (tèc ®é, tû lÖ lçi,…). - Khi x©y dùng chuyÓn m¹ch , ta ph¶i xem chuyÓn m¹ch ®ã cã ho¹t ®éng tèt hay kh«ng, cã ®¹t ®­îc c¸c yªu cÇu vÒ chÊt l­îng dÞch vô hay kh«ng. Cã 2 ph­¬ng ph¸p ®Ó x©y dùng ®¸nh gi¸ lµ: Ph­¬ng ph¸p ®o: ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm lµ dÔ thùc hiÖn vµ ph¶n ¸nh chÝnh x¸c chÊt l­îng dÞch vô do lo¹i chuyÓn m¹ch nµo ®ã ®ang ®­îc sö dông. Tuy nhiªn, cã nh­îc ®iÓm lµ ®ßi hái ph¶i cã sè liÖu thèng kª lín vµ chØ thùc hiÖn ®­îc ®èi víi c¸c hÖ thèng chuyÓn m¹ch ®ang ho¹t ®éng. Ph­¬ng ph¸p dù b¸o: Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm lµ kh«ng cÇn thùc hiÖn trªn c¸c chuyÓn m¹ch ®ang thùc sù ho¹t ®éng. Do ®ã hay ®­îc sö dông ®Ó xem xÐt c¸c chuyÓn m¹ch ®ang nghiªn cøu. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc x©y dùng dùa trªn sù ph©n tÝch hÖ thèng vµ tæng hîp hÖ thèng Do ®iÒu kiÖn kh«ng thÓ ®o trùc tiÕp c¸c chuyÓn m¹ch ATM trong thùc tÕ nªn trong phÇn nµy ta chØ ®Ò cËp ®Õn ph­¬ng ph¸p thø hai: ph­¬ng ph¸p dù b¸o. Khi hai hay nhiÒu tÕ bµo cïng yªu cÇu mét cæng ra th× chØ cã mét tÕ bµo ®­îc truyÒn ®i cßn c¸c tÕ bµo kh¸c ph¶i dõng l¹i trong hµng ®îi(bé ®Öm).Do ®ã viÖc t×m hiÓu lý thuyÕt xÕp hµng lµ rÊt cÇn thiÕt , nã cho biÕt tÕ bµo ph¶i chê bao l©u trong hµng ®îi, hµng chê dµi trung b×nh bao nhiªu, x¸c suÊt hµng chê v­ît qua mét ng­ìng nµo ®ã lµ bao nhiªu. Th«ng qua lý thuyÕt xÕp hµng sÏ x¸c ®Þnh ®­îc x¸c suÊt mÊt tÕ bµo, trÔ tÕ bµo trong bé ®Öm chuyÓn m¹ch a.1. Lý thuyÕt xÕp hµng Lý thuyÕt xÕp hµng ®­îc x©y dùng trªn c¬ së quan s¸t sù xÕp hµng trong hÖ thèng dÞch vô ®iÖn thoaÞ cña kü s­ Erlang ng­êi §an m¹ch .§èi t­îng nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt xÕp hµng lµ qu¸ tr×nh h×nh thµnhvµ tån t¹i hµng chê trong c¸c hÖ dÞch vô . Víi bÊt kú mét hÖ thèng dÞch vô nµo, ng­êi chñ mong muÊn cã cµng nhiÒu kh¸ch hµng cµng tèt, hiÖu suÊt sö dông cµng cao cµng tèt. Trong khi ®ã kh¸ch hµng l¹i muèn ®­îc phôc vô cµng nhanh cµng tèt. Do x¸c suÊt xuÊt hiÖn kh¸ch hµng t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau lµ kh¸c nhau , v× thÕ cÇn ph¶i nghiªn cøu quy luËt xuÊt hiÖncña kh¸ch hµng vµ hµng chê sao cho hiÖu suÊt sö dông hÖ thèng ë móc hîp lý. Kh¸ch hµng tíi hµng ®îi ®Ó nhËn ®­îc dÞch vô, hä ®îi ®Ó ®­îc phôc vô nÕu dÞch vô nµy ch­a cã s½n. Trong hµng ®îi cã bé ®Öm hä ph¶i mÊt thêi gian ®îi , phôc vô xong råi hä rêi hÖ thèng . Trong ATM, “Kh¸ch hµng” chÝnh lµ c¸c tÕ bµo , c¸c nhãm, c¸c kÕt nèi. “DÞch vô’’ chÝnh lµ c¸c kªnh dÞch vô, dung l­îng hÖ thèng. TÕ bµo tíi hµng ®îi víi tèc ®é trung b×nh (lamda). Tèc ®é phôc vô kh¸ch hµng lµ nuy hay thêi gian phôc vô kh¸ch hµng lµ s. Th¬× gian phôc vô hay tèc ®é phôc vô ®Ó nãi lªn hÖ thèng kh«ng ph¶i lµ trèng. NÕu hÖ thèng trèng, khi ®ã ng­êi ta gäi dÞch vô rçi. Khi bé ®Öm tÕ bµo ATM trèng, th× sÏ cã mét dßng liªn tôc c¸c khe tÕ bµo trèng ®­îc truyÒn ®i. VÒ mÆt ph©n tÝch to¸n häc trong bé ®Öm ATM,viÖc ®ång bé th­êng kh«ng ®­îc quan t©m, tÕ bµo ®­îc ®­a vµo phôc vô ngay khi bé ®Öm trèng. NhiÒu kªnh dÞch vô cã thÓ ®ång thêi phôc vô “kh¸ch hµng”. HÖ thèng ®a kªnh cã thÓ t­¬ng thÝch víi c¸c tæ chøc hµng ®îi:mçi kªnh phôc vô mét hµng ®îi riªng hoÆc cã chung mét hµng ®îi cho tÊt c¶ c¸c kªnh.Dung l­îng hÖ thèng bao gåm vïng ®îi vµ kªnh phôc vô cã thÓ h¹n chÕ hoÆc kh«ng h¹n chÕ. Mét hÖ thèng xÕp hµng cã thÓ ®­îc biÓu diÔn nh­ sau: A/B/X/Y/Z (4.7) Trong ®ã: A:ph©n bè thêi gian xuÊt hiÖn “kh¸ch hµng” B: Ph©n bè thêi gian phôc vô X: sè cöa phôc vô Y: dung l­îng hÖ thèng Z: luËt xÕp hµng (gi¶ thiÕt r»ng luËt xÕp hµng lµ FIFO) A vµ B nhËn mét trong c¸c gi¸ trÞ sau: M: LuËt ph©n bè theo chuçi Markov[2] G: Ph©n bè tæng quan (General)[2] D: Ph©n bè x¸c ®Þnh [2]. Gi¶ sö hÖ thèng cã hµng chê v« h¹n vµ ta kh«ng biÕt luËn ®Õn, luËt phôc vô, sè kªnh vµ møc ®é ­u tiªn phôc vô, ta cã c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña lý thuyÕt xÕp hµngnh­ sau: - HiÖu suÊt p (®èi víi mét kªnh phôc vô) s (4.8) - Sè kh¸ch hµng (tÕ bµo) trong hµng chê w: w=.tw (4.9) - Sè kh¸ch hµng (tÕ bµo)trung b×nh trong hÖ thèng: q= .t q (4.10) - Thêi gian trung b×nh trong hÖ thèng tq: tq=tw+s (4.11) - Sos kh¸ch hµng (tÕ bµo)trong hÖ thèng : q=w+p (4.12) Trong ®ã: : tèc ®é ®Õn cña kh¸ch hµng (tÕ bµo) q : sè kh¸ch hµng trong hÖ thèng s: thêi gian phôc vô tw: thêi giant rung b×nh trong hµng chê tq: thêi gian trung b×nh trong hÖ thèng a.2. C¸c hÖ thèng hµng ®îi * HÖ thèng hµng ®îi M/M/1 HÖ thèng hµng dîi M/M/1lµ hÖ thèng cã mét cöa phôc vô víi ®Çu vµo lµ qu¸ tr×nh Poisson vµ thêi gian phôc vô lµ chuçi Markov. §iÒu nµy cã nghÜa lµ : - C¸c tÕ bµo ®Õn theo luËt Poisson. Khi ®ã x¸c suÊt ®Ó k tÕ bµo ®Õn hÖ thèng trong mét kho¶ng thêi gian T lµ: PA(k)= (4.13) - Thêi gian phôc vô c¸c tÕ bµo ph©n bè theo hµm mò (®èi víi m¹ng ATM lµ ®é dµi cña burst thay ®æi ngÉu nhiªn theo hµm mò): PB= se-sx (4.14) - HÖ thèng cã mét kªnh phôc vô. Trong ®ã: : lµ tèc ®é tÕ bµo ®Õn trung b×nh(lµ kú väng cña ph©n bè P(A)=E[P(A)]=. : lµ tèc ®é phôc vô tÕ bµo (lµ kú väng cña ph©n bè P(B) nghÜa lµ E[P(B)] =). Khi ®ã ta cã: X¸c suÊt cã n tÕ bµo chê lµ : P(n tÕ bµo chê)=pn.(1- p) (4.15) TrÔ trung b×nh lµ: tq = (4.16) * HÖ thèng hµng ®îi M/D/1 M« h×nh hµng ®îi nµy ¸p dông víi ®iÒu kiÖn: - Thêi gian ®Õn cña c¸c tÕ bµo tu©n theo luËt Poisson vµ x¸c suÊt ®Ó k tÕ bµo ®Õn hÖ thèng trong mét kho¶ng thêi gian T, tÝnh theo c«ng thøc (4.13) - Thêi gian phôc vô c¸c tÕ bµo lµ kh«ng ®æi tÝnh theo c«ng thøc (4.14) - HÖ thèng cã mét kªnh phôc vô. C«ng thøc tÝnh sè burst/s: (4.17) Trong ®ã: B: lµ sè byte trong 1 burst. R: Tèc ®é bit/s cña 1 kªnh. TrÔ trung b×nh trong hµng ®îi M/D/1 lµ : tw = NhËn thÊy: M« h×nh M/M/1 ph©n tÝch chÝnh x¸c h¬n ®èi víi nguån cã d¹ng kh«ng æn ®Þnh do ®ã ®­îc dïng ®Ó ph©n tÝch møc burst hay nguån cã tèc ®é bÝt thay ®æi VBR. Ng­îc l¹i, nÕu nguån cã d¹ng æn ®Þnh nhiÒu h¬n (ë møc tÕ bµo) th× dïng M/D/1 cho kÕt qu¶ chÝnh x¸c h¬n. * HÖ thèng hµng ®îi M/D/1/K Trong hÖ thãng nµy ta thÊy xuÊt hiÖn ký hiÖu D vµ K, ®iÒu nµy nãi lªn r»ng: - Thêi gian ®Õn cña c¸c tÕ bµo tu©n theo luËt Poisson vµ x¸c suÊt ®Ó k tÕ bµo ®Õn hÖ thèng trong mét kho¶ng thêi gian T, tÝnh theo c«ng thøc (4.13) - Thêi gian phôc vô c¸c tÕ bµo lµ kh«ng ®æi, tÝnh theo c«ng thøc (4.14) - HÖ thãng cã mét kªnh phôc vô. - HÖ thèng cã bé ®Öm dung l­îng k. M«h×nh hµng ®îi nµy dïng ®Ó ph©n tÝch hÖ thèng chuyÓn m¹ch . NhËn xÐt: Trong viÖc tÝnh to¸n ®èi víi hÖ thèng chuyÓn m¹ch ATM th× ®é mÊt tÕ bao vµ ®é trÔ tÕ bµo lµ hai ddÆc tÝnh quan träng. Tuy nhiªn ®èi víi nh÷ng dÞch vô yªu cÇu thêi gian thùc th× ®é trÔ ®Æc biÖt quan träng vµ ta cÇn ph¶i quan t©m . C«ng thøc (4.16) vµ (4.18) cho phÐp ta tÝnh ®­îc thêi gian ®îi trung b×nh tõ kÝch th­íc hµng ®îi vµ tèc ®é tíi hµng ®îi cña tÕ bµo. Trong hai hÖ thèng trªn ta nhËn thÊy thêi gian ®îi cña tÕ bµo trong hÖ thèng M/D/1 (víi hÖ thèng chuyÓn m¹ch cã bé ®Öm cã kÝch th­íc h¹n chÕ K th× sö dông hµng ®îi M/D/1/K ) chØ b»ng mét nöa thêi gian ®îi trong hÖ thèng M/M/1. §©y lµ gi¸ trÞ trung b×nh mµ ta tÝnh ®­îc , trong thùc tÕ tÕ bµo ph¶i mÊt thªm nhiÒu thêi gian h¬n. §é trÔ lµ tham sè ®Æc biÖt quan träng khi ta ®Ò cËp tíi c¸c kÕt nèi ®Çu cuèi-®Çu cuèi , tÊt c¶ c¸c tÕ bµo trong kÕt nèi ph¶i truyÒn qua mét chuçi c¸c bé ®Öm. T¹i c¸c bé ®Öm , nã sÏ bÞ trÔ ®i mét kho¶ng thêi gian, thêi gian trÔ nµy phô thuäc vµo sè c¸c tÕ bµo cã trong bé ®Öm. §iÒu nµy t¹o nªn c¸c tÕ bµo cã ®é trÔ kh¸c nhau, gäi lµ biÕn ®é trÔ tÕ bµo a.3. M« h×nh ph©n tÝch chuyÓn m¹ch Khi nghªn cøu bé ®Öm trong chuyÓn m¹ch ATM cÇn chó ý lµ c¸c tÕ bµo tíi c¸c bé ®Öm theo hai møc c¬ b¶m quan träng nhÊt lµ : møc tÕ bµo vµ møc burst. Møc burst lµ hiÖn t­îng bïng næ th«ng tin, nghÜa lµ sè tÕ bµo ®Õn trong mét kho¶ng thêi gian v­ît qu¸ kh¶ n¨ng cho phÐp cña hÖ thèng, cã thÓ t¹m dÞch lµ ‘chïm’ hoÆc ‘nhãm’. * C«ng thøc c©n b»ng bé ®Öm trong chuyÓn m¹ch Gäi a(k)lµ x¸c suÊt cã k tÕ bµo ®Õn trong mét khe thêi gian. Qu¸ tr×nh ®Õn nµy ph©n bè theo luËt nhÞ thøc. Do sù truy nhËp ngÉu nhiªn cña c¸c tÕ bµo ®Õn nªn t¹i mét khe thêi gian bÊt kú bé ®Öm còng cã thÓ chøa i tÕ bµo, c¸c tÕ bµo nµy cã thÓ ®Õm t¹i c¸c khe thêi gian 0,1,2,i+1. Tr¹ng th¸i i cã thÓ xuÊt ph¸t tõ 0 t¨ng ®Õn i hoÆc tõ i gi¶m xuèng 1. §Ó chuyÓn tõ tr¹ng th¸i i+1 sang tr¹ng th¸i i th× t¹i c¸c khe thêi gian ®ã kh«ng cã tÕ bµo ®Õn, nghÜa lµ a(0). Gäi s(k) lµ x¸c suÊt bé ®Öm ë tr¹ng th¸i cã k tÕ bµo. NÕu bé ®Öm cã dung l­îng kh«ng x¸c ®Þnh , x¸c suÊt ®Ó bé ®Öm kh«ng cã tÕ bµo lµ s(0), khi ®ã sè tÕ bµo bÞ mÊt b»ng : L=0 vµ ta cã A=C (4.19) KÕt qu¶ nµy ®­îc suy ra tõ c«ng thøc mÊt cuéc gäi cña Erlang L=A-C (4.20) víi: L: lµ sè thong tin bÞ mÊt. A: sè th«ng tin ®Õn. C: lµ sè th«ng tin ®­îc phôc vô. Gi¶ sö: lµ tèc ®é ®Õn cña c¸c tÕ bµo/s s lµ thêi gian phôc vô mét tÕ bµo lµ hiÖu suÊt phôc vô Khi ®ã sè tÕ bµo ®­îc phôc vô trpng 1s lµ:= (4.21) NÕu thêi gian phôc vô mét tÕ bµo ®óng b»ng ®é dµi cña mét khe thêi gian, th× sè tÕ bµo ®Õn trung b×nh trong mét khe thêi gian lµ E(a) b»ng ssè tÕ bµo ®­îc phôc vô trong mét khe thêi gian, th× sè tÕ bµo ®Õn trung b×nh trong mét khe thêi gian lµ , nghÜa lµ : E(a)=. (4.22) Nh­ng lµ tr¹ng th¸i mµ hÖ thèng kh«ng trèng , do ®ã : E(a)= =1-s(0) , hay s(o)=1- E(a) (4.23) C«ng thøc nµy dïng ®Ó x¸c ®Þnh x¸c suÊt hÖ thèng kh«ng cã hµng chê t¹i mét khe thêi gian. §ã chÝnh lµ c«ng thøc c©n b»ng bé ®Öm. Nh­ vËy nÕu ta biÕt ®­îc tèc ®é ®Çu vµo th× ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc x¸c suÊt ®Ó hÖ thèng trèng. NÕu tèc ®é ®Çu vµo lín h¬n tèc ®é phôc vô th× s(0)< 0, Th× hÖ thèng xÕp hµng kh«ng bÒn v÷ng vµ sè tÕ bµo cã trong bé ®Öm sÏ t¨ng kh«ng cã giíi h¹n. * X¸c suÊt tr¹ng th¸i cã k tÕ bµo trong bé ®Öm kh«ng giíi h¹n TÝnh s(0): XÐt víi khe thø n, ta cã : Víi tr¹ng th¸i 0 (kh«ng cã tÕ bµo),hÖ thèng cã thÓ cã mét hoÆc kh«ng cã tÕ bµo trong khe thø n-1 víi ®iÒu kiÖn kh«ng cã tÕ bµo t¹i khe thø n, nghÜa lµ: s(0)=s(0).a(0)+s(1).a(0) (4.24) s(k): chØ x¸c suÊt bé ®Öm ë trr¹ng th¸i k t¹i cuèi khe thêi gian n-1 vµ khe n. a(i): chØ x¸c suÊt cã mét tÕ bµo ®Õn t¹i khe thêi gian n. Tõ (4.20) ta cã: s(1) = s(0). (4.25) T­¬ng tù, víi tr¹ng th¸i 1 t¹i khe n, ta cã: s(1) = s(0).a(1) + s(1).a(1) + s(2).a(0) (4.26) s(2) = (4.27) Sö dông ph­¬ng ph¸p qui n¹p , mét c¸ch tæng qu¸t ta cãac suÊt tr¹ng th¸i cã k tÕ bµo trong bé ®Öm : s(k) = (4.28) Nh­ vËy , víi gi¶ thiÕt bé ®Öm cã dung l­îng kh«ng giíi h¹n th× sè tÕ bµo k cã trong bé ®Öm cã thÓ lín h¬n bao nhiªu còng ®­îc. Tuy nhiªn trong thùc tÕ kÝch th­íc bé ®Öm lµ cã giíi h¹n . Víi c«ng thøc trªn cã thÓ x¸c ®Þnh dung l­îng bé ®Öm theo x¸c suÊt mÊt tÕ bµo yªu cÇu. * X¸c suÊt tr¹ng th¸i cã k tÕ bµo trong bé ®Öm cã giíi h¹n Mét vÊn ®Ò ®Æt ra lµ ®èi víi hÖ thèng xÕp hµng cã bé ®Öm giíi h¹n th× sÏ x¶y ra hiÖn t­îng mÊt tÕ bµo. Do ®ã ta kh«ng thÓ tÝnh s(0) trùc tiÕp. Sö dông ph­¬ng ph¸p t­¬ng tù tr­êng hîp bé ®Öm kh«ng giíi h¹n, b»ng c¸ch gi¶ sö ®· biÕt s(0), ta cã: s(1)=s(0). (4.29) s(k) = (4.30) Sau ®©y sÏ tÝnh x¸c suÊt tr¹ng th¸i ®Çy cña bé ®Öm cã dung l­îng x tÕ bµo: Tr¹ng th¸i ®Çy cña bé ®Öm lµ tr¹ng th¸i t¹i ®iÓm cuèi cña khe thêi gian i cã x hoÆc nhiÒu h¬n x tÐe bµo ®Õn trong khe thêi gian ®ã. NÕu hÖ thèng lµ kh«ng rçng t¹i thêi ®iÓm xuÊt ph¸t , th× tr­íc ®iÓm mµ khe thêi gian lµm cho hÖ thèng ®Çy , hÖ thèng cã x -1 tÕ bµo, chø kh«ng ph¶i x. Do ®ã: s(x)= s(0).A(x) (4.31) Trong ®ã , A(k) lµ x¸c suÊt cã Ýt nhÊt k tÕ bµo ®Õn trong mét khe thêi gian: A(k) = 1- a(0) . a(1) ....a(k-1) (4.32) Tuy nhiªn , do s(0) ch­a x¸c ®Þnh nªn ta kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®­îc s(k). §Ó tÝnh s(k), ta ®inh nghÜa biÕn míi: u(k) = (4.33) Khi ®ã: u(0) = = 1 (4.34) u(1) = (4.35) u(k) = = = (4.36) u(k) = A(x) (4.37) Nh­ vËy , víi 0 k x ta cã thÓ x¸c ®Þnh u(k). Tuy nhiªn, cã nhËn xÐt r»ng do dung l­îng bé ®Öm cã giíi h¹n lµ x nªn x¸c suÊt ®Ó x¶y ra hµng chê trong kho¶ng 0 k x lµ 1, tøc lµ: (4.38) Tõ ®ã ta cã : = = = (4.39) V× vËy: s(0) = (4.40) Tõ (4.40) ta x¸c ®Þnh ®­îc s(0), tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc x¸c suÊt tr¹ng th¸i cã k tÕ bµo trong bé ®Öm cã giíi h¹n s(k) theo c«ng thøc sau: s(k)= s(0).u(k) (4.41) *. X¸c suÊt mÊt tÕ bµo Tõ c«ng thøc (4.20), ta cã: L = E(a)- = E(a)- (1-s(0)) (4.42) Tõ ®ã x¸c suÊt mÊt tÕ bµo lµ: PCLP = (4.43) * TrÔ Cã 3 lo¹i trÔ trong hÖ thèng xÕp hµng: TrÔ Ud: do c¸c tÕ bµo ®Õn tr­íc ®ang chê phôc vô n»m trong bé ®Öm . TrÔ Bd: do c¸c tÕ bµo kh¸c trong nhãm tÕ bµo ®Õn. TrÔ Td: lµ trÔ hÖ thèng xÕp hµng tÝnh tõ thêi ®iÓm cã tÕ bµo ®Õn vµ ®­îc phôc vô xong. Td = Ud + Bd (4.44) §èi víi trÔ Ud: Gi¶ sö mâi tÕ bµo trÔ Ýt nhÊt mét khe thêi giant a cã: - X¸c suÊt trÔ do bé ®Öm ®· cã mét tÕ bµo chê: Pr (Ud=1) = Ud (l) = s(0) + s(1) (4.45) X¸c suÊt trÔ do bé ®Öm ®· cã k tÕ bµo chê: Pr (Ud =k) = Ud (k) = s(k) víi k >1 (4.46) §èi víi trÔ Bd TrÔ g©y ra do cã k tÕ bµo ®øng tr­íc trong nhãm lµ: Bd (k)= Pr (Bd =k) (4.47) Pr(Bd=k) phô thuéc vµo vÞ trÝ k cña tÕ bµo ®ang xÐt trong nhãm. Do ®ã : Pr(Bd=k) =Bd (k) = (4.48) Tæng trÔ Td ®­îc tÝnh nh­ sau: Td (k) =Ud(j ). Bd (k-j ) (4.49) C¸c c«ng thøc trªn chÝnh lµ m« h×nh to¸n häc ®Ó x©y dùng thuËt to¸n ph©n tÝch hÖ thèng chuyÓn m¹ch .Tuy nhiªn c¸c th«ng sè x¸c ®Þnh ®­îc ®Òu mang tÝnh chÊt thèng kª. a.4. M« h×nh ph©n tÝch l­u l­îng møc tÕ bµo Møc tÐ bµo ®­îc sö dông ®èi víi nguåncã tèc ®é bit kh«ng ®æi (CBR), qu¸ tr×nh xuÊt hoÑn tÕ bµo vµo hÖ thèng kh«ng tu©n theo luËt Poisson khi sè nguån l­u l­îng nhá, ®ång thêi luËt phôc vô lµ kuËt D. Do ®ã m« h×nh M/M/1 kh«ng phï hîp mµ ph¶i dïng m« h×nh M/D/1 vµ ND/D/1. * M« h×nh ND/D/1 M« h×nh ND/D/1 gåm N nguån ®éc lËp , cã tÝnh chu kú D. Khi kÝch th­íc bé ®Öm kh«ng giíi h¹n th× x¸c suÊt mÊt tÕ bµo b»ng x¸c suÊt Q(x) cña d·y chê v­ît qu¸ kÝch th­íc x nµo ®ã: N- n PCLP= Q(x) = nN n. (4.50) Gäi sè lÇn ®Õ trong mét chu kú cña nguån CBR lµ j vµ do hiÖu suÊt nguån kh«ng vqu¸ 1 nªn j 1vµ nÕu cã N nguån th× j N. Gi¸ trÞ N nµy x¸c ®Þnh kÝch th­íc hµng chê. NÕu kÝch th­íc bé ®Ñm lín h¬n N th× sÏ kh«ng x¶y ra hiÖn t­îng mÊt tÕ bµo. M« h×nh ND/D/1 cã thÓ ®¬n gi¶n ho¸ khi l­u l­îng gÇn víi tèc ®é dÞch vô vµ gäi lµ chÕ ®é “t¶i cao”. *. Ph©n tÝch chÕ ®é t¶i cao §èi víi d·y xÕp hµng M/D/1, x¸c suÊt mÊt tÕ bµo n»m trong bé ®Öm v­ît qu¸ kÝch th­íc x bé ®Öm , nghÜa lµ : PCLP = Q(x) = exp (4.51) §Ó ý r»ng lµ chiÒu dµi trung b×nh cña d·y hµng chê . V× vËy lµ tèc ®é trung b×nh lµm cho chiÒu dµi d·y hµng chê gi¶m. NhËn xÐt r»ng c«ng thøc (4.51) ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh x¸c suÊt cña hµm ph©n bè mò . §ã lµ c«ng thøc ®Ó x¸c ®Þnh gÇn ®óng x¸c suÊt mÊt tÕ bµo ®èi víi mét bé ®Öm kÝch th­íc x. C«ng thøc (4.51) cµng chÝnh x¸c khi hiÖu suÊt cµng cao. Ta x©y dùng c«ng thøc x¸c ®Þnh mèi quan hÖ gi÷a dung l­îng bé ®Öm x vµ x¸c suÊt mÊt tÕ bµo nh­ sau: Tõ (4.51) lÊy logarit tù nhiªn hai vÕ ta cã: lnQ(x) =2x. Hay x=-ln Q(x). . hoÆc = (4.52) §èi víi d·y xÕp hµng ND/D/1, x¸c suÊt tÕ bµo ®­îc tÝnh b»ng c«ng thøc [4]: PCLP= Q(x)= exp (4.53) * Ph©n tÝch l­u l­îng ë møc nhãm (burst) tÕ bµo M« h×nh ph©n tÝch l­u l­îng ë møc nhãm tÕ bµo ®­îc ¸p dông ®Ó ph©n tÝch trong tr­êng hîp nguån VBR. Kh¸i niÖm nhãm tÕ bµo dïng ®Ó chØ tr­êng hîp tæng sè c¸c tÕ bµo ®Ðn ®ång thêi trong mét kho¶ng thoõi gian lín h¬n sè khe thêi gian. VÝ dô : NÕu trong 24 khe thêi gian cã 26 tÕ bµo ®Õn th× cã 2 tÕ bµo v­ît qu¸ sè khe thêi gian . NÕu sau 2400 khe thêi gian th× vÉn luång l­u l­îng trªn sÏ cã 200 tÕ bµo v­ît qóa dung l­îng.Sè tÕ bµo nµy sÏ ®­îc gi÷ trong bé ®Öm hoÆc bÞ mÊt . §ã lµ hiÖn t­îng Burst. Trªn c¬ së lý thuyÕt chóng ta ®· xem xÐt viÖc ®Æt bé ®Öm t¹i c¸c vÞ trÝ : ®Çu vµo, ®Çu ra, dïng chung. Mçi vÞ trÝ sÏ cã ­u nh­îc ®iÓm riªng. b. TÝnh to¸n víi bé ®Öm ®Çu ra XÐt m¹ng chuyÓn m¹ch NxN, cã N ®Çu vµo va N ®Çu ra . Gi¶ thiÕt c¸c tÕ bµo ®Õn ®Çu nót chuyÓn m¹ch lµ ngÉu nhiªn, ®éc lËp víi nhau. T¹i mét khe thêi gian , x¸c suÊt mét tÕ bµo ®Õn 1 ®Çu vµo lµ cßn gäi lµ tû lÖ sö dông kªnh (0 1). Mçi tÕ bµo cã thÓ chän 1 dÇu ra lµ 1/N. VËy s¸c suÊt dÓ 1 tÕ bµo ®Õn mét ®Çu vµo vµ chän mét ®Çu ra lµ /N. Theo c«ng thøc Bernoulli, x¸c suÊt ®Ó k=i tÕ bµo trong N ®Çu vµo ®Õn vµ chän mét ®Çu ra trong mét khe thêi gi¹n lµ: Pr[k=i] = i.N-i Víi i= 0,1,2,….,N (4,54) Qua phÐp biÕn ®æi Z, hµm sinh x¸c suÊt (PGF) cho k tÕ bµo lµ: K(z) = zi.i.N-i (4.55) Theo d·y thêi gian rêi r¹c Markov, trong mçi thêi ®iÓm, bé ®Öm t¨ng thªm k tÕ bµo míi vµ gi¶m 1 tÕ bµo, tÕ bµo nµy ®­îc truyÒn tíi ®Çu ra. Do vËy sè tÕ bµo trong bé ®Öm (chiÒu dµi hµng chê) ë thêi ®iÓm t lµ: qt = max [0, qt-1+ kt-1] (4.56 ) Trong ®ã qt-1 lµ sè tÕ bµo trong bé ®Öm ë thêi ®iÓm t-1 Hµm sinh x¸c suÊt t­¬ng øng lµ: Q(z) = (4.57) L­îng tÕ bµo trung b×nh trong bé ®Öm: 2 W= Limz = (4.58) Víi N (t­¬ng øng kÝch th­íc khèi chuyÓn m¹ch v« h¹n) Th× : 2 W= t w = (4.59) §©y còng chÝnh lµ biÓu thøc cho hµng chê M/D/1 cã ph©n bè ®Çu vµo d¹ng poisson v×: LimNr[k=i] = (4.60) Vµ LimNK(z) = e-(1-z) (4.61) Thêi gian chê trung b×nh cña mét tÕ bµo tuú ý trong bé ®Öm : Tõ c«ng thøc : W=.tw (4.62) Trong ®ã tw lµ thêi gian chê trung b×nh : Suy ra : tw = W. = (4.63) Khi N, ta cã: tw = (4.64) Tõ c¸c biÓu thøc (4.56) , (4.59), (4.63), (4.64) , th× thêi gian chê trung b×nh vµ l­îng tÕ bµo trong bé ®Öm lµ nhá khi nhá. §©y còng lµ c¬ së ®Ó tÝnh to¸n chiÒu dµi hµng chê , nghÜa lµ yªu cÇu bao nhiªu kh«ng gian ®Öm t¹i ®Çu ra ®Ó tæn thÊt tÕ bµo nhá nhÊt. c. TÝnh to¸n víi bé ®Öm ®Çu vaß Gi¶ thiÕt hµng chê ë tr¹ng th¸i b·o hoµ , nghÜa lµ lu«n cã tÕ bµo n»m s½n trong bé ®Öm vµ qu¸ tr×nh c¸c tÕ bµo ®Õn bé ®Öm ®Çu vµo tu©n theo qui luËt Bernoulli[2]. ë khe thêi gian t cã Bti tÕ bµo ®Õn cÇn chuyÓn ra ®Çu i, song bÞ chÆn l¹i ë « ®Çu hµng ®îi . còng trong thêi gian nµy cã mét sè tÕ bµo ®­îc chuyÓn ra , dµnh cho Ati tÕ bµo ®­îc dÞch ®Õn c¸c « ®Çu hµng ®îi. V× trong mét khe thêi gian chØ cã mét tÕ bµo ®­îc chuyÓn ®i , sè tÕ bµo n»m ë « ®Çu hµng ®îi ë thêi ®iÓm t lµ Bti , b»ng sè tÕ bµo n»m s½n ë thêi ®iÓm tr­íc ®ã t-1 lµ Bti-1 trõ ®i mét tÕ bµo ®· ®­îc chuyÓn ®i vµ céng thªm Ati tÕ bµo míi ®­îc ®Èy ra c¸c « ®Çu hµng ®îi . Ta cã: Bti = max(0,Bti-1-1 + Ati) (4.65) Mçi tÕ bµo míi nµy cã x¸c suÊt chän 1 trong sè N ®Çu ra cña khèi chuyÓn m¹ch lµ 1/N. Gäi Lt-1 lµ sè hµng ®îi cã sè tÕ bµo míi ®­îc ®Èy ra ®Çu hµng vµo thêi ®iÓm t-1.X¸c suÊt cho Ati =i tÕ bµo míi dÞch ®Õn ®Çu hµng ®îi sÏ lµ: iPr =i i t-i -i (4.66) Tæng sã tÕ bµo míi ®­îc ®Èy ra ®Çu c¸c hµng ®îi ë thêi ®iÓm t sÏ lµ : ti Sè nµy chÝnh b»ng sè tÕ bµo ®­îc chuyÓn qua khèi chuyÓn m¹ch tíi ®Çu ra ë thêi ®iÓm t . VËy : Lt – 1= N- ti -1 =ti (4.67) Sè tÕ bµo trung b×nh ®­îc chuyÓn tíi ®Çu ra khèi chuyÓn m¹ch lµ: =N - i (4.68) Suy ra : i =N- (4.69) Víi th«ng l­îng trªn 1 ®Çu ra ta cã: = =N. (4.70) =N(1- ) (4.71) Khi N , ta cã: i =(1- ) (4.72) MÆt kh¸c : 2 i = (4.73) So s¸nh hai biÓu thøc (4.69) vµ (4.70) ta suy ra: max =2- = 0,586 =58,6% (4.74) Th«ng l­îng cùc ®¹i max khi N , chØ ®¹t 58,6%. Nh­ vËy hÖ thèng hµng ®îi ®Çu vµo ®¹t hiÖu qu¶ thÊp, mÆc dï kÝch th­íc khèi chuyÓn m¹ch t­¬ng ®èi lín, nã chØ chuyÓn tiÕp ®­îc mét nöa t¶i nhËn ®­îc . d. Bé ®Öm dïng chung Cã ­u ®iÓm lµ kÝch th­íc bé ®Öm nhá h¬n ®¸ng kÓ so víi hai lo¹i chuyÓn m¹ch nªu trªn do hiÖu suÊt sö dông bé ®Öm cao vµ cã ®é trÔ nhë h¬n.NÕu kÝch th­íc bé ®Öm b»ng nhau th× c¸c yÕu tè kü thuËt : tèc ®é cao h¬n h¼n so víi hai lo¹i trªn, tû lÖ mÊt gãi còng nhá h¬n so víi hai lo¹i bé ®Öm vµo. Bé ®Öm dïng chung cã thÓ gåm N bé ®Öm nhá cho N cæng ra hay dïng mét bé ®Öm cho c¶ N cæng. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng thøc bé ®Öm dïng chung lµ yªu cÇu bé ®Öm ph¶i cã tèc ®é ghi ®äc cao ®Ó cã kh¶ n¨ng ghi nhiÒu tÕ bµo trong mét khe thêi gian. Cã thÓ thÊy r»ng bé ®Öm dïng chung gi¶m ®­îc tû lÖ mÊt tÕ bµo rÊt nhiÒu so víi 2 lo¹i trªn.Ta cã b¶ng so s¸nh ¶nh h­ëng cña vÞ trÝ ®Æt bé ®Öm ®Õn c¸c th«ng sè kü thuËt: Bé ®Öm ®Çu vµo Bé ®Ñm ®Çu ra Bé ®Öm dïng chung HiÖu suÊt sö dông thÊp (tèi ®a 0,58 trõ khi dïng c¸c ph­¬ng ph¸p ®Æc biÖt) cao Cao KÝch th­íc bé ®Öm trung b×nh (320 víi chuyÓn m¹ch 16*16) lín (896 víi chuyÓn m¹ch 16*16) nhá (113 víi chuyÓn m¹ch 16*16) Tèc ®é truy t×m bé ®Öm 2V (L+1)V 2V Tèc ®é ®iÒu khiÓn 2nhiÖm vô (L+1)V 2V TrÔ lín nhá Nhá Tû lÖ lçi lín trung b×nh Nhá §é nh¹y c¶m víi l­u l­îng kh«ng ®ång nhÊt nh¹y c¶m kh«ng kh«ng §é nh¹y c¶m víi l­u l­îng bïng næ nh¹y c¶m nh¹y c¶m kh«ng B¶ng 4.6: ¶nh h­ëng cña vÞ trÝ ®Æt c¸c bé ®Öm Trong ®ã: V: tèc ®é giao diÖn vµo L: lµ sè tÕ bµo ®­î phôc vô trong mét khe thêi gian Bé ®Öm phèi hîp ®Çu vµo ®Çu ra cÇn tæng bé ®ªmj nhá h¬n , bé ®Öm ®Çu vµo kh«ng ®ãng vai trß chuyÓn m¹ch nªn gi¶m ®­îc sè tÝn hiÖu b¸o hiÖu cho bé ®Öm ®Çu vµo . Sù tiÕt kiÖm nµy gi¶m ®­îc ®é phøc t¹p cña chuyÓn m¹ch vµ do ®ã c¶i thiÖn ®­îc ®Æc tÝnh chuyÓnm¹ch .nhÊt lµ chuyÓn m¹ch dung l­îng lín e. ¶nh h­ëng cña kÝch th­íc bé ®Öm §èi víi mçi lo¹i chuyÓn m¹ch nhÊt ®Þnh nÕu kÝch th­íc bé ®Öm cµng t¨ng th× kh¶ n¨ng mÊt tÕ bµo cµng gi¶m, nh­ng trÔ trong bé ®Öm cµng t¨ng. TrÔ cã ¶nh h­ëng tíi chÊt l­îng cña dÞch vô yªu cÇu thêi gian thùc . H¬n n÷a nÕu sè bé ®Öm t¨ng th× th× trÔ còng t¨ng.v× thÕ chóng ta xem xÐt kÝch th­íc bé ®Öm nh­ thÕ nµo (®Ó sè bé ®Öm tÕ bµo ph¶i ®i qua lµ Ýt nhÊt ) ®Ó võa ®¶m b¶o kh¶ n¨ng mÊt tÕ bµo nhá, võa ®¶m b¶o ®é trÔ tÕ bµo nhá nhÊt. NÕu cã hai dßng sè liÖu cïng tíi mét cöa vµ cã tæng tèc ®é nhhá h¬n dung l­îng chuyÓn m¹ch th× tÕ bµo cña mét dßng sÏ ®­îc chøa vµo bé ®Öm lóc nµy kh«ng cÇn lín l¾m. Nh­ng nÕu tæng tèc ®é lín h¬n dung l­îng chuyÓn m¹ch th× ®Ó ®¶m b¶o tû lÖ mÊt tÕ bµo chÊp nhËn ®­îc th× kÝch th­íc bé ®Öm lóc ®ã lín h¬n nhiÒu. Trong tr­êng hîp tæng tèc ®é c¸c dßng d÷ liÖu nhá h¬n tèc ®é chuyÓn m¹ch th× khi kÝch th­íc bé ®Öm t¨ng x¸c suÊt trµn bé ®Öm gi¶m rÊt nhanh .Nh­ng khi tæng tèc ®é c¸c dßng d÷ liÖu lín h¬n tèc ®é chuyÓn m¹ch th× khi kÝch th­íc bé ®Öm t¨ng rÊt nhanh trong khi x¸c suÊt trµn bé ®Öm gi¶m chËm. Ngoµi ra kÝch th­íc bé ®Öm cßn phô thuéc vµo t¶i, ®Æc biÖt lµ ®èi víi bé ®Öm ®Çu vµo. Khi dßng l­u l­îng qua chuyÓn m¹ch t¨ng th× trÔ t¨ng vµ tû lÖ lçi tÕ bµo còng t¨ng. Do ®ã nÕu ph¶i ®¶m b¶o chÊt l­îng dÞch vô khi tèc ®é dßng sè liÖu t¨ng th× ta ph¶i t¨ng dung l­îng bé ®Öm. Qua c¸c phÇn ®· tr×nh bµy trªn cho chóng ta thÊy râ sù ¶nh h­ëng rÊt quan träng cña bé ®Öm ®èi v¬Ý chÊt l­îng dÞch vô ATM vµ c«ng t¸c thiÕt kÕ mét hÖ thèng ATM. B¶ng thuËt ng÷ vµ c¸c tõ viÕt t¾t Tõ viÕt t¾t ThuËt ng÷ tiÕng Anh ThuËt ng÷ tiÕng viÖt tra cøu AAL ABR ACR ATD ATM BER B-ISDN B-NT B-TE BT BSVCI CATV CBR CCITT CEI CER CLP CN CO CP CPCS CPI CRC CS CTD DBR FCS FD FIFO GFC HEC IC IN IP ISDN ITU ISO LAN NNI OC PC PCI PCR PER PDH PIR PL PM PSTN RAM SAR SDH SONET SSCP SSCS SSM SSP ST STM SVC TDM TE VBR VC VCC VCI VP VPC VPCI VPI WAN ATM Adaption Layer Available Bit Rate Allowed Cell Rate AsynchronousTime Division Asynchronous Transfer Mode Bit Error Rate Broadband Integrate Service Digital Network Broadband Network Termination Broadband Termination Equipment Burst tolerance Broadcast Signalling Virtual Channel Identifier CommunityAntenna Television Constant Bit Rate Committee Consaltant International Telegraph And Telephone Connection Identifier Cell error rate Cell Loss Priority Customer Network Central Office Common Part Common Part Covergence Sublayer Common Part Indication Cyclic Redundancy Check Covergence Sublayer Cell Transfer Delay Deterministic bit rate Fast Circuit Switching Fixed Switching Delay First In- First Out Generic Flow Control Header Error Control Input Controller Intelligent Network Internet Protocol Integrated Service Digital Network International Telecommunication Union International Standards Organisation Local Area Network Network Node Interface Output Controller Persional Computer Protocol Control Information Peak Cell rate Packet Error Rate Protocol Data Unit Packet Insert Rate Physical Layer Physical Medium Public Switched Telephone Network Random Access Memory Segmentation And Reassembly Synchronous Digital Hierarchy Synchronous Optical Television Service Specific Cooperation Funtion Service Specific Convergen Sublayer Single Segment Message Service Specific Part Segment Type Synchonous Transfer Mode Signal Virtuaral Chanel Time Division Multiplexing Terminal Equiment Variable Bit Rate Virtuaral Chanel Virtuaral Chanel Connection Virtuaral Chanel Identifier Virtuaral Part Virtuaral Part Connection Virtuaral Part Connection Identifier Virtuaral Part Identifier Wide Area Network ThuËt ng÷ tiÕng viÖt tra cøu ATM Adaption Layer Tèc ®é bÝt cã s½n Tèc ®é bit cho phÐp HÖ thèng ghÐp kªnh thêi gian kh«ng ®ång bé D¹ng truyÒn kh«ng ®ång bé Tû lÖ lçi bÝt M¹ng tæ hîp dÞch vô sè b¨ng réng ThiÕt bÞ kÕt cuèi m¹ng b¨ng réng ThiÕt bÞ ®Çu cuèi m¹ng b¨ng réng Dung sai bïng næ sè liÖu Sè nhËn d¹ng kªnh hiÖu truyÒn th«ng HÖ thèng truyÒn h×nh c¸p Tèc ®é truyÒn lµ h»ng sè Uû ban t­ vÊn ®iÖn tho¹i ®iÖn b¸o quèc tÕ Sè hiÖu nhËn d¹ng phÇn tö cuéc nèi Tû lÖ lçi tÕ bµo Tr­êng ­u tiªn tæn thÊt tÕ bµo M¹ng cña ng­êi sö dông Bé phËn trung t©m PhÇn chung Líp con héi tô chung Tr­êng b¸o hiÖu phÇn chung M· kiÓm tra d­ vßng Líp con héi tô TrÔ truyÒn tÕ bµo Tèc ®é bit x¸c ®Þnh ChuyÓn m¹ch kªnh tèc ®é cao TrÔ chuyÓn m¹ch cè ®Þnh Bé ®Öm vµo tr­íc ra tr­íc Tr­êng ®iÒu khiÓn luång chung Tr­êng ®iÒu khiÓn lçi tiªu ®Ò Bé ®iÒu khiÓn ®Çu vµo M¹ng th«ng minh Giao thøc m¹ng Internet M¹ng tæ hîp dÞch vô sè HiÖp héi viÔn th«ng quèc tÕ Tæ chøc chuÈn quèc tÕ M¹ng côc bé Giao diÖn gi÷a c¸c nót m¹ng Bé ®iÒu khiÓn ®Çu ra M¸y tÝnh c¸ nh©n Th«ng tin ®iÒu khiÓn thñ tôc Tèc ®é tÕ bµo ®Ønh Tû lÖ lçi gãi §¬n vÞ sè liÖu thñ tôc Tû lÖ chÌn gãi Líp vËt lý Líp con ®­êng truyÒn vËt lý M¹ng ®iÖn tho¹i c«ng céng Bé nhí truy nhËp ngÉu nhiªn Líp con thiÕt lËp vµ th¸o tÕ bµo Ph©n cÊp ®ång bé sè M¹ng truyÒn dÉn quang ®ång bé Chøc n¨ng phèi hîp phô thuéc dÞch vô Líp con héi tô phô thuéc dÞch vô Th«ng ®iÖp CS-PDU ®¬n PhÇn phô thuéc dÞch vô KiÓu ph©n ®o¹n ChÕ ®é truyÒn ®ång bé Kªnh b¸o hiÖu ¶o Ph­¬ng ph¸p ghÐp kªnh theo thêi gian ThiÕt bÞ ®Çu cuèi Tèc ®é truyÒn thay ®æi Kªnh ¶o Nèi kªnh ¶o Sè hiÖu nhËn d¹ng kªnh ¶o §­êng ¶o Nèi ®­êng ¶o Sè hiÖu nhËn d¹ng cuéc nèi ®­êng ¶o Sè liÖu nhËn d¹ng ®­êng ¶o M¹ng diÖn réng