5.1. Прямые размещения ячеек в среде
Самый нижний уровень в модели ATM это физический уровень. Главная задача этого уровня состоит в накоплении АТМ ячеек, посылаемых уровнем АТМ, и трансляции их физическому средству передачи. В противоположном направлении передачи физический уровень выделяет ячейки из потока битов, передаваемых средствами передачи, и посылает их уровню АТМ.
Физический уровень состоит из подуровней физической среды и конвергенции с системой передачи.
Физические среды АТМ специфицированы рядом международных организаций по стандартизации (АТМ-Forum, ITU-T, ANSI, ETSI). Пример спецификации приведен в таблице 5.1.
Через физическую среду транслируется тактовый синхронизм в сети АТМ. Качество синхронизма определяется тактовым генератором и средствами передачи.
В частности линейным кодированием:
- CMI, кодом с инверсией групп символов;
- HDB-3 – троичным 2-х полярным кодом с чередованием полярности и вставками;
- NRZ-скремблированным – первым стандартом на линейное кодирование для транспортных сетей в глобальном масштабе.
Для размещения ячеек ATM на физическом уровне применяются следующие методы, рекомендованные ITU-T:
Таблица 5.1. Примеры стандартов физического уровня АТМ
Структура передачи | Скорость Мбит/с | Средство передачи | Длина волны или волновое сопр. | Кодирование |
STM-4 | 622.080 | Одномодовое стекловолокно 9/125 мкм | 1300 нм (2-60 км) | Скремблер NRZ |
STM-1 | 155.520 | Одномодовое стекловолокно 9/125 мкм | 1300 нм (2-60 км) | Скремблер NRZ |
STM-1 | 155.520 | Коаксиальный кабель | 75 Ом | CMI |
E4 | 139.264 | Коаксиальный кабель | 75 Ом | CMI |
E3 | 34.368 | Коаксиальный кабель | 75 Ом | HDB-3 |
E1 | 2.048 | Витая пара или коаксиальный кабель | 120 Ом или 75 Ом | HDB-3 |
прямое размещение в среде передачи с выравниванием скоростей;
размещение в структуре STM-N;
размещение в структуре цикла передачи PDH;
размещение в структуре кадра PLCP и другие [1, 49].
5.1. Прямые размещения в среде
С помощью этого метода ячейки передаются непосредственно по подходящей физической среде, например, по медному или оптическому кабелю. Для выравнивания скорости битов и тем самым сохранения синхронизации применяются пустые ячейки, не несущие информации (рисунок 5.1).
Пример стандартизированых скоростей передачи: 155 Мбит/с, 622 Мбит/с. Перед передачей возможно скремблирование.
Метод прямого размещения в среде передачи рекомендован к использованию на участке пользовательсеть (интерфейс UNI).
5.2. Размещение в структуре STM-N
Для отображения ячеек ATM в структуре STN-N, где N = 1, 4, 16, 64, они вставляются непосредственно в контейнер С4. При этом каждый байт ячейки ATM занимает один байт для передачи информации в С4. Поскольку число байтов для передачи информации в С4 не кратно числу байтов в одной ячейке, ячейки могут перемещаться в пределах контейнера. Пример размещения приведен на рисунке 5.2. При использовании STM-1 для ячеек отведен виртуальный контейнер VC4. Выделяемая при этом скорость передачи составляет (9*60*8)/(125*10-6) = 149,76 Мбит/c.
Для STM-4 пропускная способность составляет 4*149.76= 599,04 Мбит/с. В заголовке виртуального контейнера VC4 байт Н4 отмечает начало размещения ячеек АТМ. Адресное пространство размещения ячеек в VC4 ограничено числом 0-52 после Н4. В байте С2 заголовка VC4 делается отметка о загрузке ячеек АТМ.
Двоичная комбинация С2 будет соответствовать: 00010011.
Рисунок 5.1. Ячейки АТМ в среде передачи
Рисунок 5.2. Размещение ячеек АТМ в STM-1
Обозначения на рисунке 5.2:
RSOH, MSOH – заголовки секций регенерации и мультиплексирования;
J1, B3, C2, G1, F2, F3, H4, K3, N1 – байты маршрутного заголовка виртуального контейнера VC4;
STM-1 – синхронный транспортный модуль, передаваемый через физическую среду на скорости 155,520 Мбит/с [16].
Ячейки мультиплексируются в циклы VC4 (длительность цикла 125 мкс) одна за одной без свободных промежутков. В случае отсутствия информационных ячеек емкость VC4 заполняется пустыми ячейками. При этом разграничение ячеек происходит по байтам HEC и пустыми ячейками. В некоторых случаях возможно разграничение ячеек регулярными кадровыми структурами, как показано ниже, кадрами PLCP.
5.3. Размещение в структуре циклов передачи PDH
Ячейки ATM могут вставляться в сигналы PDH со скоростями 2,048 Мбит/с; 34,368 Мбит/с; 139,264 Мбит/с.
Это стало возможным после принятия дополнений к рекомендациям ITU-Т G.804, G.832 и ETSI ETS 300 337. Разработанные новые циклы для 34,368 Мбит/с и 139,264 Мбит/с получили длительность 125 мкс, а также структуру и заголовки, аналогичные принятым в SDH.
Рисунок 5.3. Отображение ячеек АТМ в сигнале Е1
5.3.1. Ячейки АТМ в сигнале 2,048 Мбит/с (Е1)
Ячейки ATM вставляются с байтовой синхронизацией в канальные интервалы 1-15 и 17-31 цикла передачи 2,048 Мбит/с, т.е. каждый байт ячейки передается точно одним временным каналом из 8 бит. Для каждой ячейки требуется примерно два цикла 2,048 Мбит/с.
На рисунке 5.3 показано отображение ячеек ATM в сигнал 2,048 Мбит/с (Е1).
Байты синхронизации и сигнализации сохраняют свои функции при загрузке Е1 байтами ячеек АТМ.
Согласно рекомендации I.432.3 возможно скремблирование Е1 для повышения защищенности ячеек.
5.3.2. Ячейки АТМ в сигнале 34,368 Мбит/с (Е3)
Ячейки ATM вставляются с байтовой синхронизацией в байты поля информации кадра 34 Мбит/с (ЕЗ). Структура кадра аналогична структуре, применяемой в SDH. Он изображается в виде строк и столбцов (рисунок 5.4). В кадре предусмотрены дополнительные байты для управления и обслуживания (7 байтов), из которых байты FA1 и FA2 служат для синхронизации, байт ЕМ для контроля ошибок, байт TR для метки тракта, байт МА для обслуживания и управления, байт NR для оператора сети, байт GC для общей связи.
Рисунок 5.4. Отображение ячеек АТМ в сигнале Е3
5.3.3. Ячейки ATM в сигнале 34,368 Мбит/с (ЕЗ), вводимые через кадры PLCP
При этом методе размещения ячеек в сигнале 34,368 Мбит/с цикл передачи PDH несколько видоизменяется, но структура кадра сохраняется.
Видоизменение основано на процедуре преобразования физического уровня PLCP (Physical Layer Convergence Procedure). Структура цикла передачи приведена на рисунке 5.5 и кадр PLCP на рисунке 5.6.
В структуре цикла передачи сигнала 34,368 Мбит/с биты 13-16 каждого цикла заполняются фиксированной последовательностью битов. Для каждого цикла передачи PLCP имеется 190 байтов. Поэтому кадр PLCP может быть вставлен с побайтовой синхронизацией.
Заголовок кадра PLCP содержит 4 байта.
Рисунок 5.5. Структура цикла передачи
Рисунок 5.6. Кадр PLCP
Первые два байта каждого заголовка PLCP перед ячейками ATM являются цикловым синхросигналом для каждой из 9 ячеек ATM. Третий байт представляет собой индикатор трактового заголовка.
Четвертый байт: резервируется для ячеек 1...3; образует канал пользователя длячетвертой ячейки; контролирует трассировку кадра PLCP перед пятой ячейкой; определяет статус трассировки перед шестой ячейкой; содержит информацию управления для сети персональных компьютеров перед ячейками 7 и 8; содержит байт проверки заполнения перед ячейкой 9. Хвост кадра PLCP, состоящий из 18-20 байтов, создает возможность цифрового выравнивания.
5.3.4. Ячейки ATM в сигнале 139,264 Мбит/с (Е4)
В качестве кадра 139,264 Мбит/с используется стандартный цикл передачи длительностью 125 мкс. Структура кадра, похожая на цикл SDH (9 строк), делится на отдельные байты (242 в строке), рисунок 5.7. Поскольку продолжительность каждого кадра составляет ровно 125мкс, каждый байт характеризуется пропускной способностью 64кбит/с.
Дополнительная информация вкладывается между 2160 байтами кадра. Они составляют 16 байтов. Ячейки ATM вставляются в кадр Е4 с побайтовой синхронизацией. Обозначения на рисунке 5.7:
FA1, FA2 – цикловая синхронизация кадра;
ЕМ – контроль ошибок;
TR – метка тракта (трассировка);
МА – обслуживание и управления;
NR – байт оператора сети;
GC – байт общей связи;
Рисунок 5.7. Отображение ячеек АТМ в сигнале Е4
P1, P2 – автоматическое резервирование.
На физическом уровне сети АТМ важнейшее значение придаётся тактовой синхронизации, которая должна формироваться в первичных эталонных генераторах (атомных часах, например цезиевых) и гарантированно распространяться на все узлы цифровой транспортной сети по наикротчайшим путям с наименьшим накоплением фазовых дрожаний. Подробную информацию по тактовой сетевой синхронизации можно найти в [28, 31, 61].
Контрольные вопросы
1. Какие стандарты физического уровня предусмотрены для передачи ячеек АТМ?
2. Что характерно для прямой передачи ячеек АТМ через физическую среду?
3. Сколько ячеек можно разместить в VC4?
4. Каким образом опознается трафик АТМ в структуре STM-N?
5. Каким образом ячейки АТМ размещаются в циклах Е1?
6. Что представляет собой кадр PLCP?
7. Каким образом ячейки АТМ могут быть включены в циклы Е3 и Е4?
8. С какой целью ячейки перед размещением в физическую среду скремблируются?
9. Каким образом возможно разделение потока ячеек на приемной стороне?
10. Сколько ячеек размещается в циклах Е1, Е3, Е4 и кадре PLCP?
11. Какое значение имеет в сети АТМ тактовая синхронизация?