12. Сетевые решения АТМ

12.1. Сетевые интерфейсы АТМ

На рисунке 12.1 представлена структура сети АТМ с различными интерфейсами.

Интерфейсы, приведенные на схеме:

DXI, Data Exchange Interface – интерфейс АТМ для обмена данными для обмена между терминалом пользователя (ТЕ) и устройством доступа (мультиплексором/концентратором) DSU (Data Service Unit);
UNI, интерфейс пользователя, который может быть использован и для связи коммутаторов разного уровня;
NNI, сетевой интерфейс взаимодействия коммутаторов сетей общего пользования и PNNI сетей частных операторов;
B-ICI (Broadband Inter Carrier Interface) – интерфейс между широкополосными сетями разных операторов;
IWI (Inter Working Function) – шлюз для подключения к сети АТМ различных сетей передачи данных, например, Frame Relay или SMDS (Switched Multimegabit Data Service) – службы мультимегабитной коммутируемой передачи данных;

Рисунок 12.1. Структура сети АТМ

Рисунок 12.1. Структура сети АТМ

IWF – шлюзы конвертации протоколов передачи данных.

Указанные интерфейсы в сети АТМ выполняют свои функции со своей протокольной и физической ориентацией.

Руководящим документом отрасли в России PД45.123-99 ре-комендовано рассматривать следующие интерфейсы и протоколы взаимодействия (таблица 12.1).

Таблица 12.1. Интерфейсы и протоколы используемые при взаимодействии различных узлов сети АТМ

Взаимодействие узлов АТМ Интерфейс Протокол
сигнализации
Магистральный узел – магистральный узел NNI B-ISUP
Магистральные узлы разных операторов NNI B-ISUP
Магистральный узел – узел зарубежных операторов NNI B-ISUP
Магистральный узел – региональный узел NNI B-ISUP
Магистральный узел – другие сети электросвязи UNI, специальный интерфейс пользователя DSS 2
UNI 3.1
UNI 4.0
Магистральный узел – абонент UNI, специальный интерфейс пользователя DSS 2
UNI 3.1
UNI 4.0
Региональный узел – региональный узел NNI B-ISUP
PNNI
Региональный узел – узел услуг NNI B-ISUP
PNNI
Региональные узлы разных операторов NNI B-ISUP
PNNI
Региональный узел – другие сети электросвязи UNI, специальный интерфейс пользователя DSS 2
UNI 3.1
UNI 4.0
Региональный узел – абонент UNI, специальный интерфейс пользователя DSS 2
UNI 3.1
UNI 4.0

12.2. Доступ в сеть АТМ

ITU-T определил базовые архитектуры доступа в сети АТМ. Примеры этих архитектур приведены на рисунке 12.2.

Архитектуры представлены функциональными группами (B-TE1, B-NT, B-TA и т.д.) и эталонными точками (интерфейсами SB, TB, R).

Рисунок 12.2. Эталонные конфигурации доступа

Рисунок 12.2. Эталонные конфигурации доступа

Одно или несколько стандартных широкополосных оконечных устройств пользователей (B-TE1 – Broadband Terminal Equip-ment) подключается к широкополосному сетевому окончанию (B-NT – Broadband Network Termination). При этом оконечные устройства могут быть однотипными или представлять собой комбинацию разнотипных устройств. B-NT1 выполняет функции линейного оконча-ния. B-NT2 выполняет функции подключения к одной линии доступа нескольких линий для различных услуг. Эталонные точки SB, TB, R предназначены для преобразования сигналов. Устройства, ранее не приспособленные к работе в сети АТМ, могут быть подключены через широкополосные терминальные адаптеры (B-TA). B-NT1 обеспечивает независимость всех остальных функциональных групп от способа передачи по линии доступа. B-NT2 выполняет функции как физического уровня так и функции протокольных уров-ней (ATM, AAL, ISO/OSI). Такими функциями могут быть:

  • адаптация к различным физическим интерфейсам и топологиям (шина, кольцо, звезда в сетях Ethernet, Token Ring, FDDI и др.);
  • мультиплексирование/демультиплексирование, т.е. концентрация/ разделение трафика источников;
  • распределение ресурсов по приоритетам;
  • контроль параметров пользователей;
  • управление сигнализацией;
  • замыкание внутреннего трафика.

Пример эталонной конфигурации широкополосной сети АТМ приведен на рисунке 12.3.

Рисунок 12.3. Эталонная конфигурация B-ISDN согласно ITU-T

Рисунок 12.3. Эталонная конфигурация B-ISDN согласно ITU-T

Из рисунка 12.3 видна граница между сетью доступа и транспортной сетью, которая проходит через интерфейс ТВ, т.е. точку, в которой формируется поток ячеек АТМ.

Рисунок 12.4. Варианты сети доступа АТМ

Рисунок 12.4. Варианты сети доступа АТМ

Типовыми физическими конфигурациями сети доступа принято считать, согласно ряда рекомендаций ITU-T (G.902, G.982, I.432), следующие:

  • пассивную оптическую сеть с оптическими сетевыми блоками на конце и оптоволокном в дом;
  • сеть доступа с медными линиями и технологиями xDSL (ADSL, HDSL, SHDSL);
  • радиодоступ по схеме «точка-точка» или «точка-много точек».

Пассивные оптические сети могут быть выполнены по одному из следующих вариантов (рисунок 12.4):

  • оптическое волокно до сетевого окончания у абонента FTTH (Fi-bre to the Home);
  • оптическое волокно до распределительного шкафа, к которому подключены несколько пользователей FTTC (Fibre to the Carb);
  • оптическое волокно до офиса FITO (Fibre to the Office);
  • гибридные решения FTTC – медные линии (коаксиальные, давшие название HFC (Hybrid Fibre Coax), и симметричные витые
  • пары – неэкранированные UTP (Unshielded Twisted Pair) и экранированные STP (Shielded Twisted Pair).

Пример интегрированной пассивной оптической сети доступа приведен на рисунке 12.5.

Рисунок 12.5. Пример построения пассивной оптической сети АТМ, совмещенной с сетью телевидения

Рисунок 12.5. Пример построения пассивной оптической сети АТМ, совмещенной с сетью телевидения

E/O – электрооптический преобразователь;
O/E– оптоэлектронный преобразователь;
PON (Passive Optical Network) – пассивная оптическая сеть;
ES – электрический разветвитель;
OS – оптический разветвитель;
ATM NT – сетевое окончание сети АТМ;
ONT (Optical Network Termination) – оптическое сетевое окончание

Рисунок 12.6. Решения по доступу в АТМ с технологиями xDSL

Рисунок 12.6. Решения по доступу в АТМ с технологиями xDSL

DSLAM (DSL Access Multiplexer) – мультиплексор доступа
технологий DSL;
VBx – широкополосный стандартный интерфейс;
Ш – шлюзовое подключение пользователей (адаптеры)

Пример сети на рисунке 12.5 характерен низкой стоимостью подключения пользователей и по этой причине решение PON нашло широкое применение. По некоторым оценкам [42] это решение позволит ежегодно подключать в B-ISDN до 80 000 пользователей в Северной Америке.

Альтернативным или дополняющим решением по доступу в АТМ-PON считается xDSL (Digital Subscriber Line) – цифровая абонентская линия на медном кабеле.

Некоторые возможные решения по доступу в АТМ с техноло-гиями xDSL показаны на рисунке 12.6.
Технологии xDSL, пригодные для использования в доступе к сети АТМ подразделяются:

HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop) – высокоскоростная цифровая абонентская линия, обеспечивающая скорость передачи данных до 2,048 Мбит/с по одной, двум, трем парам медных кабелей;
SHDSL (Single Pair Symmetrical DSL) – симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, работающая по одной паре медного кабеля, обеспечивающая передачу данных на скорости до 2,048 Мбит/с;
ADSL и ADSL-lite (Asymmetric DSL) – асимметричная цифровая абонентская линия и облегченная цифровая абонентская линия, не требующая специального разветвителя, обеспечивают передачу данных разными скоростями от абонентов до 1 Мбит/с и к абонентам до 8 Мбит/c;
VDSL (Very-high-rate DSL) – высокоскоростной DSL – дельнейшее развитие ADSL, которое позволяет перейти к режимам передачи к абоненту по симметричной витой паре до 52 Мбит/с и от абонента до 2,3 Мбит/с.

Сочетание xDSL и DSLAM также позволяют строить эффективную систему доступа. Учитывая, что для xDSL решений подходят низкочастотные медные кабели телефонных сетей при соответствующем подборе пар, эти решения могут быстро внедряться на сети доступа. Детальные сведения по технологиям xDSL можно найти в многочисленной литературе [30, 31, 34, 41, 43].

Важными элементами сетей доступа с АТМ являются широкополосные интерфейсы VBx (х = 1, 2, 3, 4, 5), стандартизированные ITU-T и ETSI в 1994 году [47, 48]. Функции интерфейса VB5.х рас-смотрены в отдельном разделе.

Беспроводной доступ в АТМ сеть (радиодоступ) может рассматриваться также альтернативным решением оптическому проводному. Такие решения предлагают ряд ведущих производителей широкополосного оборудования (Alcatel, BOSCH, Siemens). При этом в режиме тока-точка гарантируется скоростной режим передачи от 2 Мбит/с до 52 Мбит/с на расстояние от 5 до 10 км в диапазоне частот 2 - 40ГГц.

Другим вариантом беспроводного доступа может быть атмосферный лазерный канал, зависящий от погодных условий, по которому можно передавать данные от 2 Мбит/с до 155 Мбит/с, но с ограничением дальности передачи соответственно скоростям от 10 до 1 км.

12.3. Интерфейсы широкополосного доступа VB5x

Интерфейсы VB5.1 и VB5.2 определены рекомендациями ITU-T G.964, G.965 и специфицированы ETSI.

Функциональное наполнение интерфейсов:

  • основаны на АТМ;
  • реализуются независимо от физического уровня;
  • независимы от используемых сигнальных протоколов;
  • обеспечивают концентрацию в сети доступа;
  • масштабируемы;
  • поддерживают B-ISDN и не B-ISDN доступ;
  • поддерживают интерфейсы UNI.

Рисунок 12.7. Функции интерфейса VB5

Рисунок 12.7. Функции интерфейса VB5

Рисунок 12.8. Структура терминала мультимедиа для B-ISDN

Рисунок 12.8. Структура терминала мультимедиа для B-ISDN

VB5.1 обеспечивает простые кроссовые соединения виртуальных путей VP. VB5.2 кроме соединений обеспечивает концентрацию в сети доступа под контролем узла услуг. Составляющие интерфейса VB5 показаны в упрощенном формате на рисунке 12.7.

Сокращения на рисунке 12.7:

RTMC (Real-Time Management Co-ordination) – координация управления в реальном времени;
B-BCC (Broadband Bearer Channel Connection) – соединение широкополосного пользовательского канала.

Протоколы RTMC и B-BCC обеспечивают поддержку сигнального обмена между сетью доступа и узлом услуг [48].

12.4. Структура типового терминала B-ISDN

Для прямого подключения к B-ISDN на основе АТМ ITU-T предложил два варианта мультимедийных терминалов: Н.310 и Н.321. При этом терминал Н.321 является адаптированным, т.к. он изначально создавался для N-ISDN. На рисунке 12.8 представлена структура терминала мультимедиа для B-ISDN, определенная рекомендациями ITU-T Н.321.

Как видно из рисунка все функциональные узлы определены рекомендациями ITU-T, более детальный анализ которых применительно к мультимедийным терминалам можно найти в [50].

12.5. Взаимодействие сетей АТМ с другими сетями

Сеть АТМ может использоваться в качестве транспортной сети, обеспечивающей взаимодействие вторичных сетей, таких как телефонные, ISDN, сетей передачи данных Х.25, Frame Relay, IP.

Рассмотрение вопросов, связанных с этими взаимодействиями тема отдельной учебной работы, объем которой не уступит предлагаемому учебному пособию. Необходимую информацию по взаимодействию сетей можно найти в многочисленных изданиях, которые стали доступны в последние годы [1, 2, 9, 11, 20, 21, 28, 29].

Рисунок 12.9. Относительная эффективность использования линейной скорости в сети АТМ

Рисунок 12.9. Относительная эффективность использования линейной скорости в сети АТМ

12.6. Эффективность мультиплексирования трафика в сети АТМ

На рисунке 12.9 демонстрируется эффективность статистического мультиплексирования разнотипного трафика в сети АТМ (VBR) относительно передачи с постоянной скоростью (CBR). Ниже приведены соотношения для расчёта основных показателей трафика и производительности узлов коммутации. В основе расчетов использованы соотношения, рассмотренные в [1, 14, 25].

Трафик сети АТМ может быть охарактеризован следующими показателями:

  • пиковая скорость передачи К-ой службы: В(к)пик ; (максим)
  • средняя скорость передачи К-ой службы: В(к)ср;
  • пачечность К(к)пач , определяемая соотношением:
  • среднее время пика Тр(к) К-ой службы

Скорость передачи информации, доступная пользователю данной службы, - одно из ключевых понятий в B-ISDN. Поэтому все службы B-ISDN разделяются на две категории – с постоянной (ПСП) и изменяющейся (ИСП) скоростями передачи.

Каждое сетевое окончание (абонентская установка) характеризуется параметрами телетрафика:

  • интенсивность входящего потока заявок на предоставление услуг (вызов/час), - терм;
  • средняя длительность сеанса связи Т(к)сеанс;
  • удельная интенсивность нагрузки:

Для служб с изменяющимся трафиком для описания скорости передачи используются:

  • пиковая (максимальная) скорость передачи В(к)мах;
  • средняя битовая скорость В(к)ср;
  • пачечность К(к)пач = В(к)мах / В(к)ср;
  • среднее время пика Т(к)пик.

Для служб с постоянной скоростью передачи В(к)мах = const на всем периоде сеанса.

Для расчета необходимой пропускной способности цифровых трактов (секций) и производительности коммутаторов предполагается:

  • поток заявок, поступающий от К-ой службы для доступа к коммутатору, является пуассоновским с функцией распределения вероятностей промежутков времени между поступлениями:
    ;
  • скорости передачи терминалов К-ой службы с изменяющейся скоростью передачи – случайные дискретные величины, принимающие значения В(к)мах или 0 с вероятностью
    Р(к) = 1 / К(к)n или q(к) = 1 – Р(к) соответственно.

Среднее значение и дисперсия битовой скорости передачи К-ой службы при образовании N-числа виртуальных каналов могут быть найдены:

Среднее значение и дисперсия случайной величины битовой скорости передачи в тракте, которая требуется для удовлетворения потребностей пользователей, определяется согласно теоремам сложения математических ожиданий и дисперсий:

Среднее значение и дисперсия пакетов (ячеек) АТМ, кото-рые необходимы в единицу времени абоненту К-ой службы для транспортировки трафика:

Учитывая, что число абонентов B-ISDN достаточно велико, можно считать закон распределения суммарной пропускной способности узла и трактов нормальным. В этом случае вероятность события, состоящего в том, что требуемая различными службами скорость передачи информации превышает битовую скорость тракта: ,

где Ф(U) - интегральная функция нормального закона распределения,

Задаваясь значением Р (В >= Вмах тр) можно найти значение U и вычислить Вмах тр:

Все необходимые исходные данные приведены в указанной литературе.

Контрольные вопросы

1. Какие сетевые интерфейсы могут быть в сети АТМ?
2. Чем отличаются NNI и PNNI?
3. В каких случаях UNI выполняют функции UNI?
4. Какие протоколы сигнализации предусмотрены для NNI и UNI?
5. Какие элементы входят в эталонную архитектуру доступа в B-ISDN?
6. Какие функции выполняет B-NT1, B-NT2?
7. Какое назначение имеют интерфейсы SB, TB, R в структуре доступа в B-ISDN?
8. Что может служить основой сети доступа B-ISDN?
9. В чем смысл технологий доступа FTTH, FTTC, FTTO?
10. Почему пассивные оптические сети признаны одним из оптимальных способов построения доступа в B-ISDN?
11. Когда имеет смысл применять технологии доступа xDSL?
12. Чем отличается HDSL, SHDSL, ADSL?
13. Какие виды беспроводного доступа могут быть применены в B-ISDN?
14. Какие функции обеспечивают интерфейсы VB5.x?
15. Что входит в структуру типового терминала B-ISDN?
16. Почему мультиплексирование в АТМ на переменной скорости эффективно?
17. Какими данные необходимы для расчёта пропускной способности трактов и производительности центров коммутации?

Основы асинхронного режима передачи


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.