Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Передача голоса по сетям ATM (часть I)

А. Ю. Бессарабский

Преимущества использования технологии ATM для построения сетей передачи данных хорошо известны, в том числе и благодаря многочисленным публикациям в специализированной прессе. В то же время освещению вопросов передачи голоса по ATM уделяется гораздо меньше внимания. Цель этой статьи — восполнить существующий пробел и показать, что нового приносит ATM в телефонию и как строить с ее использованием телефонные сети. Из множества областей применения ATM для передачи голоса (сотовая телефония, передача телефонного трафика и данных до рабочего места и т. д.) в настоящей публикации упор будет сделан на наиболее интересной сегодня с точки зрения практики области создания распределенных корпоративных телефонных сетей и сетей общего пользования.

Краткая история

В 80-х годах корпоративные телефонные сети строились с использованием выделенных каналов T1/E1. Для уплотнения потоков применялись мультиплексоры — сначала PDH (плезиохронная цифровая иерархия), а затем, с конца 80-х, и SDH (синхронная цифровая иерархия). Переход на SDH позволил повысить качество передачи речи (благодаря уменьшению потери битов), отказоустойчивость сети (за счет механизмов автоматического переключения на резервные потоки (automatic protection switching)) и сделал возможным мультиплексирование/демультиплексирование потоков E1 непосредственно в скоростные потоки STM-1 и STM-4, минуя промежуточные стадии. В то же время принцип построения телефонных сетей кардинально не менялся. В такой сети телефонные соединения устанавливаются по предопределенным маршрутам. Если в часы пиковой загрузки полосы пропускания каналов основного маршрута не хватает, соединения могут устанавливаться по альтернативным маршрутам, но с многочисленными ограничениями. Данный подход к построению телефонных сетей порождает ряд проблем: высокую стоимость реконфигурации сети при ее расширении или изменении картины распределения телефонных потоков; неэффективное использование полосы пропускания; ухудшение качества речи при применении механизмов сжатия в сетях, состоящих из множества АТС; отказы в установлении соединений при перегрузках, которых в принципе можно было бы избежать; ограниченные возможности передачи данных в заметных объемах (а этот вид трафика растет опережающими темпами).

Новый импульс развитию телефонных сетей дало появление механизмов передачи голоса по ATM. Перспективная модель сети предполагает, что любая АТС может устанавливать прямое соединение с любой другой АТС, а сеть в целом действует как большой транзитный коммутатор, коммутирующий телефонные потоки и потоки данных.

Возможности передачи голоса по сети ATM впервые были продемонстрированы фирмой Nortel в 1994 г. на выставке Interop’94. В настоящее время технологию передачи голоса по ATM с использованием метода эмуляции выделенных каналов (Circuit Emulation) в той или иной степени освоили все основные производители оборудования ATM.

Одним из важных моментов на пути развития методов передачи телефонного трафика по ATM стал 1996 год, когда сети пограничных ATM-коммутаторов Passport фирмы Nortel были наделены функциями транзитных АТС, т. е. получили способность эмулировать межстанционные соединительные линии на базе общеканальной сигнализации (Common Channel Signalling) и в случае необходимости информировать АТС о невозможности маршрутизировать тот или иной вызов. В настоящее время в качестве единой транзитной АТС могут работать и сети, построенные на базе ATM-коммутаторов Stratacom фирмы Cisco. (В отличие от Nortel Cisco использует не распределенную, а централизованную модель маршрутизации.)

Большую активность в вопросах стандартизации передачи голоса по ATM проявляет Форум ATM (комитет Voice and Telephony over ATM). Уже приняты спецификации, где описаны основные аспекты Circuit Emulation. Подход, предложенный Nortel (ему посвящена вторая часть данной статьи), еще не стандартизован, но соответствующая работа ведется, и результаты ее мы, вероятно, увидим уже в 1998 г.

Методы передачи голоса по ATM

Несмотря на то что изначально технология ATM создавалась для передачи смешанного трафика, лишь в последнее время благодаря усилиям производителей оборудования и организаций по стандартизации задача передачи голоса по сетям ATM перешла из теоретической плоскости в практическую.

На сегодняшний день сети ATM, построенные на базе оборудования ведущих производителей, даже при значительной загрузке смешанным трафиком способны обеспечивать определяющие приемлемое качество передачи голоса значения соответствующих параметров. К таким параметрам относятся задержки ячеек при передаче по сети (Cell Transfer Delay — CTD), вариация задержек (Cell Delay Variation — CDV), относительное число потерянных ячеек (Cell Loss Ratio — CLR).

Способы передачи голоса по ATM можно разбить на две группы: с использованием сервиса CBR (передача одного или нескольких каналов 64 Кбит/с, потоков Е1 и Е3) и сервиса rt-VBR. В настоящее время разработан целый ряд механизмов адаптации (ATM Adaptation Layer — AAL) для передачи голоса по ATM. Уровень AAL0 предназначен для разработки нестандартных (фирменных) алгоритмов адаптации голоса.

Уровень AAL1 позволяет организовать передачу голоса в режиме CBR (выделяется полоса пропускания соответствующей ширины). Формат ячейки AAL1 (SDT и UDT) дает возможность передавать по сети информацию о синхронизации (time stamp) и частично заполнять ячейки данными для уменьшения задержек, а также предусматривает наличие счетчика ячеек (для обнаружения их потери). Заметим, что AAL1/voice, используемый для передачи одного разговора на скорости 64 Кбит/с, не обладает возможностями других разновидностей AAL1 (частичное заполнение ячеек), но позволяет обеспечить недорогое (с низкими затратами на оборудование) подключение абонента.

Применение уровня AAL5 — наиболее дешевый способ доведения голоса по ATM до рабочего места. Согласно спецификации UNI 4.0 Форума ATM, с помощью этого уровня адаптации можно пересылать трафик в режиме CBR. Однако он не совместим с сетями, использующими AAL1 (например, с сетями общего пользования).

Механизм адаптации AAL-CU, применяемый в сотовой телефонии, позволяет мультиплексировать трафик, генерируемый разными пользователями, в одном виртуальном канале, а следовательно, уменьшить задержки и повысить эффективность использования полосы пропускания каналов связи.

В данной статье более подобно рассматриваются механизмы AAL1/UDT, AAL1/SDT и AAL2, нашедшие наибольшее применение при организации корпоративных телефонных сетей и сетей общего пользования.

Синхронизация

Известно, что недостаточная синхронизация в телефонных сетях может приводить к серьезному ухудшению качества связи. Приступая к рассмотрению методов синхронизации потоков Е1 (рис. 1), необходимо разобраться, какие же сети ATM можно считать синхронными.

Рис. 1. Соединение двух АТС через сеть АТМ

Рис. 1. Соединение двух АТС через сеть АТМ

Согласно спецификации G.703, точность отсчета битов в потоке E1 должна быть не хуже 50 ppm (1 ppm (part per million) — величина погрешности, равная одной условной единице на миллион таких единиц). Поэтому корпоративные сети, соответствующие спецификации G.703 на интерфейс STM-1 (точность хода часов — 20 ppm), могут считаться синхронными (так как точность хода их часов выше, чем требуется для передачи потока Е1). Для городских и зональных сетей общего пользования, а также крупных корпоративных сетей требование по синхронизации еще более строгое — STRATUM 3 (STRATUM — иерархия точности отсчета времени; STRATUM 3 соответствует точности, равной 4,6 ppm). В то же время спецификация UNI 3.1 для интерфейсов частной сети (private UNI) требует, чтобы часы коммутаторов ATM имели точность хода, равную лишь 100 ppm, т. е. с точки зрения передачи телефонного трафика удовлетворяющая этой спецификации сеть ATM необязательно будет синхронной. Для решения возникающей проблемы может использоваться адаптивный метод синхронизации.

Рассмотрим реализованные в пограничных коммутаторах ATM (устройствах доступа) методы синхронизации АТС, связанных через сеть ATM.

Синхронизация от сети. Это один из основных методов синхронизации интерфейсов Е1. Он широко применяется в устройствах доступа, поддерживающих режим Circuit Emulation. При использовании этого метода сеть ATM должна, разумеется, обеспечивать синхронный транспорт.

Synchronous Residual Time Stamp (SRTS). Метод SRTS тоже требует наличия синхронной сети ATM. Суть его заключается в том, что устройство доступа на входе в сеть АТМ вычисляет разность хода часов на интерфейсе Е1 и в сети ATM, кодирует ее и передает по сети с использованием служебного байта ячейки AAL1 (информация передается битом CSI). Другие устройства доступа (на выходе), получив эту информацию, могут синхронизовать потоки Е1, поскольку сеть является синхронной. Метод SRTS позволяет передавать данные о ходе часов по синхронной сети ATM, не требуя при этом ее синхронизации с телефонной сетью.

Примерами устройств, в которых реализован метод SRTS, являются AAC3 (ADC Kentrox), CellPath300 (FORE Systems), платы Circuit Emulation в ATM-коммутаторах ASX 200BX/1000 (FORE Systems ) и LightStream1010 (Cisco). Метод передачи закодированных синхроотсчетов (time stamp) также используется кодировщиками MPEG и пограничными коммутаторами, передающими голосовой трафик в режиме VBR.

Адаптивный метод. Описанные выше методы не работают, если сеть ATM недостаточно синхронна (например, точность ее часов соответствует UNI 3.1). В этом случае возможно применение адаптивного метода синхронизации: определенное число ячеек, приходящих из сети ATM, размещаются в буфере (FIFO) устройства доступа, а скорость считывания из этого буфера (локальные часы) постоянно подстраивается таким образом, чтобы поддерживать примерно постоянный уровень его заполнения. Однако за возможность объединять АТС через недостаточно синхронную сеть ATM приходится платить. В частности, при использовании адаптивного метода увеличиваются задержки при прохождении голоса, причем, чем большую степень асинхронности сети ATM мы пытаемся компенсировать, тем больше эти задержки. Адаптивный метод синхронизации реализован, например, в устройствах доступа фирмы CellWare.

Circuit Emulation

Circuit Emulation (CE) является одним из основных методов передачи голоса по сети ATM (Circuit Emulation v.2.0 — последняя из ряда соответствующих спецификаций, принятых Форумом ATM). Он позволяет передавать телефонный трафик в режиме CBR, т. е. организовать между двумя точками сети «трубу» нужного «диаметра» (например, Е1), вся пропускная способность которой будет гарантированно доступна для конкретного соединения. С точки зрения телефонии передача голоса по сети ATM в режиме CBR и передача голоса по сети SDH очень похожи: в обоих случаях обеспечивается транспорт «точка—точка» по каналу постоянной ширины и в канал STM-1 помещается одинаковое число потоков Е1 и Е3.

Таким образом, с помощью сервиса Circuit Emulation сеть ATM может эмулировать работу сети SDH. Получается, что, построив скоростную ATM-сеть передачи данных, мы в то же время можем использовать и службы передачи голоса, аналогичные тем, что предоставляет сеть SDH. Более того, режим Circuit Emulation сети ATM имеет ряд преимуществ перед SDH. Обеспечивая удобные средства единого управления смешанным (голос + данные + видео) трафиком, он позволяет:

  • маршрутизировать части потока Е1 в разных направлениях с «прозрачной» передачей телефонной сигнализации (при использовании структурированного режима);
  • передавать не задействованную под голосовой трафик часть зарезервированной полосы другому трафику (стенки «трубы» Circuit Emulation не столь непроницаемы для посторонних потоков, как виртуальные контейнеры SDH);
  • группировать вызовы с единым пунктом назначения в сети АТМ в единое соединение Nх64 Кбит/с;
  • инициировать соединение ATM при наступлении определенного времени дня или по запросу сигнализации ISDN.

Частичное заполнение ячеек

Частичное заполнение ячеек — одна из дополнительных возможностей, предоставляемых коммутаторами ATM, поддерживающими Circuit Emulation. Ее использование позволяет уменьшить задержку при формировании пакета, а значит, и величину CTD.

Структурированный и неструктурированный режимы

Неструктурированный (unstructured) режим AAL1/UDT (рис. 2а) предназначен для передачи по АТМ-сети потоков CBR, например потока 2,048 Мбит/с со структурой Е1 или любой другой. В этом случае все байты цикла Е1 отображаются в область данных ячеек AAL1.

Рис. 2. Неструктурированный (а) и структурированный (б) режимы Circuit Emulation

Рис. 2. Неструктурированный (а) и структурированный (б) режимы Circuit Emulation

Структурированный (structured) режим AAL1/SDT (рис. 2б) предназначен для передачи дробных (fractional) потоков E1 (Nх64 Кбит/с), когда передаются только те тайм-слоты потока Fractional E1 (FE1), которые несут полезную информацию. В этом случае структура N байт отображается в область данных ячейки AAL1. Для определения начала структуры используется специальный байт-указатель.

Структурированный режим Circuit Emulation позволяет нескольким эмулируемым линиям совместно использовать один интерфейс E1, а значит, коммутаторы ATM могут эмулировать функционирование цифрового кросс-коннекта E1. Пример такой эмуляции показан на рис. 3.

Рис. 3. Пример использования структурированного режима Circuit Emulation

Рис. 3. Пример использования структурированного режима Circuit Emulation

Применение структурированного режима позволяет заметно улучшить использование полосы пропускания и управление аварийными ситуациями благодаря возможности извещения отправителя трафика (АТС) о неисправностях. В то же время задействование этого режима означает отказ от передачи потока с произвольной структурой цикла (только структура Е1 в соответствии с G.704) и от использования адаптивного метода синхронизации.

Динамическое выделение полосы

Как уже отмечалось, механизмы Circuit Emulation позволяют более гибко, чем это возможно в сетях мультиплексоров, использовать полосу пропускания, выделяемую под телефонный трафик. Основная идея здесь состоит в том, чтобы при уменьшении телефонного трафика дать возможность другим приложениям задействовать освободившуюся полосу пропускания. Есть два способа ее реализации. Первый предусматривает изменение «диаметра трубы» Circuit Emulation в зависимости от времени суток: в часы наибольшей нагрузки она больше, а в остальное время — меньше (рис. 4). При использовании второго способа, коммутатор ATM освобождает полосу пропускания в соответствии с сигнализацией, получаемой со стороны АТС. Рассмотрим его более подробно.

Рис. 4. Динамическое перераспределение полосы пропускания в зависимости от времени суток

Рис. 4. Динамическое перераспределение полосы пропускания в зависимости от времени суток

Часть ячеек AAL1 содержат специальный байт-маску, показывающий, какие из каналов заняты, а какие свободны. Предположим, установлено соединение для передачи шести телефонных каналов и по всему его маршруту коммутаторами ATM зарезервирована соответствующая полоса пропускания. Если в какой-то момент времени один из каналов, например второй, оказывается свободным (согласно сигнализации в D-канале), пограничный коммутатор меняет «1» на «0» во втором бите байт-маски. Это служит сигналом, что высвобождающаяся полоса 64 Кбит/с может быть использована для других приложений. Однако, поскольку в любой момент времени может случиться так, что эту полосу придется вернуть, ее можно использовать не для всех приложений. Например, ее нельзя задействовать для установления новых CBR-соединений, но вполне можно занять под трафик с неспецифицированной скоростью передачи битов (Unspecified Bit Rаte — UBR).

***

Итак, сети ATM способны передавать голосовой трафик, эмулируя работу традиционных мультиплексоров. В то же время хорошо известно, что при передаче данных возможности, предоставляемые АТМ, гораздо шире, чем предоставление простого канала «точка—точка» фиксированной ширины. Сеть ATM не только транспортирует данные, но и осуществляет их коммутацию. Она может выполнять маршрутизацию пакетов данных, основываясь на содержащихся в них адресах второго или третьего уровня, гораздо экономнее (по сравнению с SDH) использует полосу пропускания, имеет мощные средства управления трафиком, позволяет создавать наложенные виртуальные сети и т. д. Возможен ли подобный сервис и при передаче голоса или ATM для телефонии останется лишь «улучшенной SDH»? Ответить на этот вопрос мы постараемся во второй части этой статьи.


Ман кожа рубашка купить ман pt-trucks.ru/katalog-tehniki/gruzovaya/man/.




  
1 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Главные мысли о старом

локальные сети

• Коммутаторы и сетевые адаптеры Gigabit Ethernet

• Медные провода "протянут" до XXI века

• "5–4–3" — формула успеха

• Краткий англо-русский толковый словарь терминов СКС

• Нахождение отказов в высокопроизводительных ЛВС

корпоративные сети

• Предприятие как единый объект автоматизации. Размышления на тему

• Теряет ли АТМ свою привлекательность?

• Полезные привычки, или Как избежать ночных кошмаров

• Исследование схем тиражирования в распределенных БД

системы учрежденческой связи

• CTI: подружились компьютер с телефоном

• Учрежденческий радиопейджинг: связь внутри предприятий

услуги сетей связи

• Устройства доступа к Frame Relay

• Передача голоса по сетям АТМ (часть I)

• Телевидение: от эфирного к кабельному и далее...

интернет и интрасети

• Реализация push-технологии: JavaScript против CDF

• Факсимильная связь через Интернет

• Что могут ISP?

защита данных

• Иерархические системы хранения данных

• Исповедь взломщика-консультанта

новые продукты

• Коммутатор NH2024 фирмы NBase, Диагностический прибор для линий xDSL, Стековая система удаленного доступа фирмы 3Com, Шлюз BayStack Instant Internet II, Маршрутизирующие коммутаторы: гонка со скоростью, Coral SL — малая система с большими возможностями

бизнес

• Продолжая лучшие традиции (интервью президента АО "Информсвязь" М. Б. Купермана)

• Внимание: РИФ!

только на сервере

• Организация множественного доступа в Интернет

• xDLS-модем ASMi-50 фирмы RAD data communications



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх