Sisteme digitale sincrone (Standardul SONET/SDH)

Apariţia standardului SONET în SUA a fost determinată de posibilităţile de transmitere

a informaţiei pe fibre optice. Acest standard defineşte o strategie de debite, cadre temporale şi

posibilităţi de multiplexare, fiind folosit aproape în exclusivitate pentru transmiterea unor

fluxuri importante de date pe distanţe mari ( pe mediul conductor→ SONET-electric, având

cadrul de bază STS-l şi SONET-optic→ pe FO având cadrul de bază OC-l, definit asemănător)

Proiectul SONET a urmărit:

• Compatibilitatea unor echipamente de telecomunicaţii produse de fabricanţi diferiţi;

• Multiplexarea mai multor canale digitale (lente şi rapide) până la debite importante

(compatibile cu posibilităţile fibrelor optice), avându-se în vedere reţelele digitale cu

servicii integrate de bandă largă (BISDN);

• Accesul direct la fiecare afluent; afluenţii rămân “vizibili” în cadru chiar dacă au debite

diferite;

• Posibilitatea unificării sistemelor digitale diferite utilizate în SUA, Japonia şi Europa;

• Asigurarea unui suport de operare, administrare şi întreţinere optimal;

Acest standard permite extragerea sau inserarea (intr-un flux de date) a unor debite fară

a face operaţii de multiplexare/demultiplexare succesivă până la afluentul cu debitul respectiv,

ca în sistemele plesiocrone PDH.

SONET dispune de o fiabilitate remarcabilă (erori sub 10-15). Sistemul sincron SONET

este controlat de un “ceas” principal (cu eroare mai mică de 10-9)→biţii sunt astfel transmişi pe

linie la intervale extrem de precise.

SDH (Sincronous Digital Hierarchy) este o variantă europeană a SONET, permiţând

adaptarea între standardele americane şi europene.Cadrul de bază pentru SDH este STM-1

(Synchronous Transport Module level 1) din considerente de compatibilitate cu echipamentele

de comutatie europene.

Observatii:SDH este primul standard care prevede un sistem integrat de gestiune şi

întreţinere a reţelei (NM -“Network Management”)→5% din debitul transportat pe reţea

constituie redundanţa incorporată EO -“Embedded Overhead” şi este utilizată pentru NM;

• Canalele fizice de transmitere ale datelor (DCC→“Data Comunicator Channel”)

reprezintă fluxul util. Echipamentele de interconectare (DCS→“Digital Cross-conect

Systems”) oferă interfaţa dintre NM şi DCC realizând o gestiune “on-line” a reţelei SDH.

• Un avantaj important al SDH este compatibilitatea cu retelele PDH; pe de altă parte, ele

constituie suportul pentru reţelele de comunicaţii BISDN şi pentru reţelele informatice de mare

viteză (LAN, MAN). Astfel pe SDH pot fi transportate semnale ATM-“Asyncronous Transfer

Mode” utilizate în reţele BISDN şi reţelele locale informatice.

Cu toate că ATM poate folosi orice tip de mediu, el a fost dezvoltat pentru SDH în

scopul de a realiza joncţiunea “telecom-datacom” având un grad înalt de interoperabilitate .

• SDH abordează conceptul de transport într-o viziune detaşată de sistemele “punct la

punct”, incluzând tehnologia necesară în reţea pentru transmisie, rutare şi control. SDH poate fi

utilizat atât pentru reţele locale, cât şi pentru cele extinse. Deasemenea, acest standard este

compatibil cu noile servicii ce vor apare în BISDN.

Arhitectura SDH/SONET

În principal, se poate spune că există 4 categorii de arhitectură SONET (SDH). Cea

mai simplă este legătura optică „punct la punct”. Se poate menţiona, arhitectura „lanţ”(care a

fost posibilă prin introducerea ADM) şi varianta „inel” obţinută prin perfecţionarea ADM.În

sfârşit „reţeaua SONET” în care nodurile conţin echipamente SDH.

În figura 1 a fost schiţată o legătură de tip „punct la punct” care poate cuprinde mai multe

secţiuni de multiplexare şi un număr de secţiuni de regenerare. O astfel de legătură implică un

circuit dedicat→termenul de „cale” descrie întregul circuit ce se află între cele două puncte

terminale.O astfel de „cale” suportă în mod obişnuit un trafic important şi are nevoie de

Cale

Secţiune de multiplexare

Cale Multiplexor Regenerator

Cale Multiplexor Regenerator

Secţiune de regenerare

Fig.1 Cale, secţiunea de multiplexare, secţiunea de multiplexare.

circuite speciale distincte (sistem de protecţie) pentru supraveghere şi service.

Fizic, o legătură punct la punct SDH este formată din trei tipuri de segmente:

-sectiunea de regenerare;

-sectiunea de multiplexare;

-cale.(path)

• Sectiunea de regenerare contine mediul fizic şi echipamentele asociate pentru a

asigura transportul intre două regeneratoare, sau intre un NE şi un regenerator. Echipamentele

asociate realizeaza interfaţa electro-optică şi opto-electrică, generează şi inserează antetul

(header) corespunzator sectiunii de emisie , pe care recepţia il extrage şi il analizează.

•Sectiunea de multiplexare (sistem de transport) asigură transportul intre două noduri:

“origine” şi “destinaţie” (MUX, ADM sau DCS). Şi în acest nivel se generează şi se inserează

la emisie un antet (corespunzător secţiunii) care este apoi extras şi analizat, la recepţie.

•Calea este o conexiune logică intre punctul de asamblare a informatiei şi cel de

dezasamblare. Căile SDH pot fi de ordin superior sau inferior. Căile de ordin superior asigură

transportul “containerelor virtuale “ (Virtual Container) de ordin superior, iar cele inferioare

asigura transportul unor afluenţi cu debite mai mici (sub 40Mbit/s). O cale incepe şi se termină

prin inserarea/extragerea antetului de cale POH (Path OverHead).

Un element important de arhitectură este multiplexorul cu inserţie/extragere (ADM).

Scopul acestui bloc este acela de a permite folosirea unei „porţiuni”din capacitatea legăturii

optice aşa cum se prezintă în figura 2.

→„Lanţul” permite partajarea capacităţii oferite de legătura optică între terminalele

Terminal . MUX

A B

Add/Drop . MUX

C

Add/Drop . MUX

C A

Terminal

. MUX

B

Fig.2 Lanţ SONET cu multiplexoare terminale şi ADM.

ADD/ DROP MUX

ADD/ DROP MUX

ADD/ DROP MUX

Fig.3 Inel SONET

A,B,C. În condiţiile schimbării cerinţelor de trafic „lanţul” poate fi reconfigurat. Se pot

observa variantele posibile ale legăturilor A→A B→B C→C.

→ Arhitectura „inel”prezentată în figura 3 permite o flexibilizare a sistemului SONET

asemănătoare cu cea oferită de „lanţ”. Inelul, realizează în plus, supravegherea şi service-ul

pentru diferitele tronsoane de fibră. Se realizează o protecţie a sistemului în cazul defectării

unui nod sau ruperii cablului optic. Astfel, echipamentul electronic reconfigurează ruta datelor

pentru a ocoli întreruperea apărută. Există practic trei tipuri de inele SONET în funcţie de

directia de « deplasare » a traficului dacă transmisia este uni sau bidirecţională sau dacă sunt

folosite 2 sau 4 fibre.

→Reţeaua SDH este formată din linii şi noduri:

• liniile SDH sunt formate din secţiuni de fibră optică şi regeneratoare;

• nodurile (fig.4) conţin echipamente SDH (NE-“Network Elements”) pentru:

-multiplexare MUX (SDH), terminale sau linie;

-insertie/extractie ADM (Add /Drop Multiplexer);

-interconectare DCS (Digital Cross Connect);

-gestiune.

O variantă este prezentată în figura 5. Se remarcă câteva subsisteme SDH birecţionale cu

ierarhii diferite STM-1,STM-4,STM-16 interconectate prin DCS.De exemplu, un semnal de

155 Mbit/s de la o interfaţă poate fi interconectat cu un canal de 155 Mbit/s din fluxul de 2.5

Gbit/s.În figura 6, se prezintă o reţea SDH care asamblează într-un MUX-SONET debite

OC-1 pornind de la DS1.Trei debite OC-1 sunt multiplexate într-un ADM formând un

OC-3. Sunt puse în evidenţă secţiunile, liniile şi căile sistemului sincron SDH

Fig.5 Diagrama conceptuală a unei „reţele SDH” (SDH digital cross-connect switch)

Fig.4 Schema simplificata a unei retele SDH

STM-1 155 Mbit/s

STM-16 2.5 Gbit/s

STM-4 622 Mbit/s

Digital Cross- connect Switch

DCS

.

Cadrul SONET

Un “cadru” temporal SONET are 810 octeti, adică 810·8=6480 biţi transmişi odată la

fiecare 125µs. Debitul este deci, DOC1=6480/125µs= 51.84 Mbit/s. Cei 810 octeţi pot fi

“aşezaţi”, din punct de vedere logic, intr-o “matrice” cu 90 coloane şi 9 linii (la intersecţia

cărora se află un octet). Fiecare octet apare de 8000 de ori intr-o secundă, deci constituie

(pentru a asigura compatibilitatea cu PDH) un canal PCM de 64 kbit/s. O “matrice”, transmisă

în 125µs reprezintă un cadru de bază denumit STS-l (Synchronous Transport Signal- l ).

Lectura acestui cadru se face de la dreapta la stânga şi de sus în jos.

Fig.7. Organizarea unui cadru SONET

Primele trei coloane, (figura 7) sunt coloane “OH-OverHead” ; ele furnizează informaţii

necesare funcţionării sistemului (debit suplimentar TOH-Transport OverHead). Următoarele 87

de coloane reprezintă “datele” (denumite SPE-Synchronous Payload Envelope); SPE poate

încape oriunde în interiorul cadrului şi se poate extinde chiar pe două cadre. Coloana de

inceput a cadrului SPE reprezintă “supraîncărcarea” de cadru.

Prima linie din supraîncarcarea de linie defineşte “pointerii” cadrului. “Pointerii” sunt

necesari pentru a asigura “vizibilitatea” în fiecare nod al unei reţele sincrone a afluentilor în

cadru. Prezenţa pointerilor reprezintă “artificiul” utilizat în standardul SONET pentru a

sincroniza afluenţi al caror tact (ceas) este uşor diferit.

In figura 8 este prezentată în detaliu structura informaţiilor de supraîncărcare.

Dacă nu există date, cadrele se transmit “goale”. La apariţia unor date în cursul

construcţiei unui cadru, acestea vor fi imediat inserate fară a aştepta inceputul unui nou cadru

SONET.

Observaţii

Semnalul de bază pentru SDH are debitul de 155,52 Mbit/s şi este denumit STM-1.

Ierarhia superioară se obţine prin multiplicare cu 4. Semnalele SDH şi SONET sunt

compatibile .Semnalul de bază SONET denumit STS-1, cu debitul de 51.84 Mbit/s (exact o

treime din debitul STM-1) a fost creat pentru a asigura transportul eficient al DS-3 (Digital

Signal Level 3) cu debitul de 44,736 Mbit/s şi adaptat ulterior pentru compatibilitate cu SDH.

Termenul de semnal „concatenat” (concatenated signal) este folosit pentru a indica un

semnal care nu este compus. Aceste semnale se notează cu un C terminal, de exemplu:

STM-4C sau STS-12C şi trebuie transmise intact..

Fig.8 Aranjarea

bitilor “overhead“

într-un cadru SONET STS - 1

Semnificatia bitilor “overhead”:

Camp Nr.biti Explicatii

16 1111 0110 0010 1000 biti de inceput cadru SONET

8 Identificare cadru STS-l.

8 Octet în fiecare STS-l pentru funcţia de monitorizare

8 Cale de comandă rezervată pentru comunicaţii între

regeneratoare, hub-uri şi echipamente terminale distante.

8 Canal la dispoziţia utilizatorului.

24 Canal de 192 Kbit/s pentru alarmă, service intre echipamentele

terminale.

16 16 biti pentru “pointer”.Indică offsetul în timp faţă de to pentru a

controla diferenţele de viteză intre fluxul datelor de intrare şi cel de

iesire.Dacă fluxul de intrare are ceas mai lent, atunci pointerul

este incrementat periodic (până la valoarea maximă -809 după

care este readus la 0).Dacă fluxul de intrare are ceas mai rapid,

atunci pointerul este decrementat până la valoarea 0, când octetul de

date ce se pierde va fi plasat în H.

8 v. explicaţiile de mai sus.

8 Se alocă în fiecare STS-1, monitorizând funcţia de eroare linie.

16 Canalul de semnalizare APS intre doua entităti ale nivelului

“linie”.

72 576 Kbit /s pentru comunicatii de service, alarmă, intreţinere ,

control,etc.

40 Rezervaţi pentru aplicaţii viitoare.

8 Cale de comandă intre două entitaţi ale nivelului “linie”.

8 Utilizat de echipamentele terminale pentru verificarea

legăturii (verificare cale)

8 Monitorizarea erorilor de cale.

8 Indică construcţia funcţională a SPE.

8 La dispoziţia operatorului de reţea.

8 Canal de 192 Mbits/s pentru alarmă, control, intreţinere

În figura 9 se prezintă modul în care pointerii menţin sincronizarea şi permit

multiplexarea fără a fi necesară alinierea cadrelor.

Sisteme sincrone de ordin superior

Cadrul STS-3 (STM-1) are 9 linii şi 270 coloane (octeti) ce vor fi “transmise” tot în

125µs. Debitul rezultant pentru STS-3 este: D=(9·270·8)/125µs=155.52Mbit/s.

Cadrul cuprinde trei zone principale:

→SOH (Section OverHead) coloane 1~9, linii 1~3 (RSOH→Regenerator Section OverHead)

şi 5~9 (MSOH→Multiplexing Section OverHead) pentru controlul calităţii fiecărui sistem de

linie şi a căilor de serviciu;

→“Pointerul” (coloanele 1~9, linia 4);

→“Datele” (coloanele 9~270, liniile 1~9)→adica 2349 de octeti /125µs (deci un debit de date

de 150.336 Mbit/s);Extinzând, un cadru STS-N (STM-M) va avea 9 linii şi 90N coloane din

care 3N→TOH şi 87→SPE şi M=3N;

Multiplexarea în ierarhia sincronă

Principiul multiplexarii afluentilor este ilustrat în figura 10.

In SONET , aceasta multiplexare temporală se face octet cu octet. De exemplu , când se

face multiplexarea a 3 afluenţi STS-1 pentru a forma un STS-3, multiplexorul emite un

Fig. 9 Mecanismul de sincronizare în SDH (rolul pointerilor)

STS-i i: 1, 3, 9, 12, 18, 24, 36, 48 (SONET-electric);

OC-i i: 1, 3 9, 12, 18, 24, 36, 48 (SONET-optic);

STM-j j: 1, 3, 4, 6, 8, 12, 16 (SDH-optic);

octet de la primul STS-1, un octet de la al doillea , unul de la al treilea, şi din nou unul de la

primul, s.a.m.d.

Transcodarea este necesară pentru a imbunătăţi “ţinuta de ceas” a sistemului optic

(recuperarea tactului din fluxul de date la recepţie ) prin inlocuirea, după anumite reguli , a

unor secvente lungi de “1” sau de “0”. Ierarhia sincronă pentru SDH/SONET este:

În tabel sunt prezentate debitele acestor sisteme

SDH SONET-optic SONET-electric

51.840 Mbit/s OC-1 STS-1

155.520 Mbit/s STM-1 OC-3 STS-3C

622.080 Mbit/s STM-4 OC-12 STS-12

1.244160 Gbit/s STM-8 OC-24 STS-24

2.488320 Gbit/s STM-16 OC-48 STS-48

N*51.84 Mbit/s STM-M OC-N STS-N

Atunci când un purtător (cum ar fi OC-3) transportă date de la o singură sursă (nu este

obţinut prin multiplexare), el se notează OC-3C (concatenat), având o viteză utilă uşor mai

mare decât OC-3 (149,76/148,608) deoarece coloana pentru supraîncărcarea de cale este

introdusă în SPE o singură dată, şi nu de trei ori ca în OC-3. Cu alte cuvinte, în OC-3C, sunt

disponibile 260 de coloane, iar în OC-3C, 258 din 270 posibile.

Fig.10 Multiplexarea temporala în SDH ( FAW – cuvânt de syncro)

. În SDH topologia de bază este inelară existând patru nivele : local→2Mbit/s,

regional→140Mbit/s, national→565Mbit/s, international→2,5Gbit/s.

Reteaua naţională este accesată de reţelele regionale prin DCS, fiind formată din

trunchiuri SDH (backbone).

Reţeaua internatională interconectează reţelele naţionale prin DCS de debit mare.

Multiplexarea afluenţilor asincroni în reţeaua sincronă.

Definiţii

Container→o entitate SDH cu o capacitate “potrivita” pentru a transporta afluenti PDH.

Mapare →operatia de “inglobare” a unui afluent PDH intr-un container; identificarea

containerelor se face printr-un indice container “n”, care arată nivelul multiplexului plesiocron

pe care-l conţine. (De exemplu: E3, DS3 n=3, E4 n=4, E1 n=12 DS1 n=11 DS2 n=2)

Containerul virtual (VC) este un container cu antet de transport POH (Path Overhead)

Fig. 11 Modul de „grupare” al afluenţilor pentru a obţine fluxuri de date STM-N

Unitatea de afluent TU (Tributary Unit) se obţine prin ataşarea unui pointer la containerele

de ordin inferior (incorporate în containere de ordin superior) cu scopul de a indica poziţia

acestuia .Sunt definite 4 TU: TU11, TU12, TU2, TU3; Prin multiplexarea TU se obţin

grupuri TUG. Sunt definite 2 TUG: TUG 2 (~7 Mbit/s) şi TUG 3 (~50 Mbit/s);

TUG2 poate fi constituit din : 4 TU11 ( 3 TU12) sau (TU12 TUG3) , (7 TUG2), fie din

TU3;

Unitatea administrativă (AU) se formează prin ataşarea unui pointer la un container virtual de

ordin superior. Sunt definite: AU3 (VC3) şi AU4 (VC4);

Pointerul indică coordonatele VC în structura de transport (cadrul primar SDH). Unităţile

administrative de grup AUG pot fi constituite din 3 AU3 sau 1 AU4.

Modul de transport STM-N (Synchronous Transport Module) de ordin N se formează prin

multiplexarea a N AUG şi adăugarea unui antet de transport SOH (Section Overhead) –

redundanţa de secţiune. Astfel:

STM-1=1AUG+SOH STM-4=4AUG+SOH STM-16=16AUG+SOH

Interfata Mediu Debit Capacitate Proiectare VT/VC

DS0 Perechi torsadate 64 Kbps 1 DS0

ISDN BR Perechi torsadate 144 Kbps 2B+D

(2 DS0)

DS1/ISDN BR Perechi torsadate 1.544 Mbps 24 DS0 VT 1.5/VC-11

E1 Perechi torsadate 2.048 Mbps 32 DS0 VT 2.0/VC-12

ADSL Perechi torsadate 6.384 Mbps 96 DS0

Ethernet Coaxial 10 Mbps N/A

E3 Coaxial 34.368 Mbps 16 E1=

512 DS0

VC-31

FDDI Coaxial/Fibra

optica

100 Mbps N/A

STS-1 Coaxial 51.84 Mbps 672 DS0 28 VT 1.5 sau

DS3

STS-3 Coaxial 155.520 Mbps 2016 DS0 3 STS-1

E4 Fibra optica 139.264Mbps 4 E3 =

2.048 DS0

VC-4

OC-1 Fibra optica 51.84 Mbps 672 DS0 STS-1 optic

OC-3/STM-1 Fibra optica 155.520 Mbps 2016 DS0 3 STS-1

1 STM-1

OC-12/

STM-4

Fibra optica 622.080 Mbps 8064 DS0 12 STS-1

4 STM-1

OC-48/

STM-16

Fibra optica 2488.32

Mbps

32256 DS0 48 STS-1

16 STM-1

OC-192/

STM-64

Fibra optica 9953.28

Mbps

129024 DS0 192 STS-1

64 STM-1

În tabelul de mai sus sunt recapitulate sistemele de ordin superior ,legătura dintre sistemele

plesiocrone şi cele sincrone în relaţie cu mediul pe care se transportă informaţia.

2.13.5 ATM

ATM – (Asynchronous Transfer Mode→mod de transfer asincron) a fost proiectată

pentru transport de mare viteză pentru mai multe tipuri de trafic.ATM stă la baza serviciilor de

comutaţie şi constituie infrastuctura de transport.Arhitectura ATM constă dintr-o reţea de

comutatoare . Există în ATM circuite şi căi virtuale; primele relizează servicii utilizatorilor

terminali iar cele din urmă sunt analoage cu DCSs.Datele de identificare a căilor şi a circuitelor

virtuale sunt conţinute în antetul celulelor.În figura 12 este ilustrată relaţia dintr circuite şi căi

virtuale.Sunt figurate două căi virtuale între nodurile 1-2,1-3;dacă legătura SDH se face pe

fibră este posibil ca între cele 3

noduri să fie instalată o singură

fibră, conectată la un cap cu

comutatoarele circuitelor

virtuale, iar la celălalt cu

comutatorul central al căii

virtuale. Acesta serveşte pentru

a realiza conectarea celor 3

comutatoare de circuit virtual.

Numărul şi capacitatea căilor virtuale poate fi variat în funcţie de creşterea traficului. Există

mai multe moduri de utilizare ale căilor virtuale în reţelele publice şi private.Sunt posibile

mixări dinamice pentru a suporta creşteri de trafic dar fară a depăşi capacitatea căii.

Un alt element arhitectural pe cale de a fi implementat este calea virtuală ADM. Acest

element este analog cu SDH ADM şi este folosit în topologiile lanţ şi inel.Scopul acestui nou

element este acela de a «împărţi » între nodurile reţelei lărgimea de bandă pusă la dispoziţie de

sistem.

Comutator cale virtuală

Comutator circuit virtual 2

Comutator circuit virtual 1

Comutator circuit virtual 3 Cale virtuală

Fig.12 Relaţia între cale şi circuit

virtual

Ideea fundamentală în ATM este transmiterea unor pachete mici de lungime fixă numite

celule ce va permite realizarea unui HW de multiplexare şi rutare eficient. Spre deosebire de

LAN [Ethernet, Fast Ethernet, FDDI (Fiber Distributed Data Interface)] care lucrează cu zeci-

sute de Mbit/s (trafic variabil), ATM este proiectat pentru domeniul Gbit/s.

In plus, ATM este proiectat pentru aplicaţii orientate pe conexiuni sau pe pachete cu o

fiabilitate ridicată (calitate a serviciilor).

Utilizarea celulelor scurte de lungime fixă (spre deosebire de pachetele lungi şi de

marime variabilă folosite în Ethernet şi FDDI) conduce la cateva avantaje:

• Capetele celulelor pot fi recunoscute de HW chiar la viteze mari.

• Pachetele individuale nu pot monopoliza canalul.

• Deciziile de “manevrare” a celulelor (de exemplu în conditii de congestie sau

pentru a desfasura o anumită politică de trafic în cazul conexiunilor individuale)

poate fi facuta cu usurinta cunoscând numărul celulei fără a examina antetul pentru

a constata lungimea acesteia .

• Echipamentele HW sunt simplificate .

Un dezavantaj ar putea să fie prezenţa unor antete cu dimensiuni considerabile în raport

cu lungimea redusă a pachetului care impreună scad eficienţa transmisiei.

Structura unei celule ATM este prezentată în Fig.13

O celulă consta în → 5 byte (antet) + 48 byte (date) în care,

GFC – Generic Flow Control (control flux)

VPI – Virtual Path Identifier (identificator de cale virtuala)

VCI – Virtual Channel Identifier (identificator de canal virtual)

PT – Payload Type (tip de date)

CLP –Cell Loss Priority (indicator de prioritate)

HEC – Header Error Correction (corectii erori antet)

Fig.13 Structura unei celule

ATM

VPI → identifica 1 din 256 cai posibile la iesirea comutatorului (dispozitivului

curent) impreuna cu VCI pentru a distinge şi a localiza ruta diferitelor

fluxuri de celule. Aceste informatii sunt utilizate pentru rutarea

celulelor.

VCI → identifica 1din 65.536 canale posibile;

PT →diferentiază celulele de informaţie în raport cu alte categorii;

CLP→ folosit pentru a marca celulele cu prioritate redusă (la care se poate

renunţa în condiţii de trafic intens );

HEC→ conţine informaţii legate de primii patru octeţi ai antetului;

Spre deosebire de modul sincron E1 când cele 30 de canale işi puneau în ordine

temporală octeţii intr-un cadru de 125µs, în ATM nu există nici o constrângere asupra ordinii

celulelor provenind de la surse diferite. Este posibil să existe şi celule goale (celule libere

“speciale”) pentru perioadele în care sursele nu emit. Celulele pot fi “incapsulate” pe diverse

medii T1, T3, SONET, FDDI etc.

În standardul original ATM, viteza primară este de 155,52 Mbit/s (perioada pentru o

celulă ATM = 2,73 µs) şi 155,52·4=622,08 Mbit/s (682 ns) pentru compatibilizare cu SONET.

Există, de asemenea, standarde ATM pentru T3 (44,736 Mbit/s) şi FDDI (100 Mbit/s).

Mediul de transmisie ATM este fibra optică ( pentru distanţe sub 100 de m se poate

utiliza şi cablul coaxial).Un avantaj major pentru ATM în raport cu alte protocoale (de ex.

Ethernet ) este acela că specificaţiile celulelor ATM nu sunt dependente de mediul fizic prin

care se face transportul datelor.

Servicii ale ATM

• Clasa I ~ debit constant ( CBR – Constant Bit Rate), cu conexiune cu relaţii de timp

impuse intre sursă – destinatie→ emuleaza modul circuit (semnale tipice: vocale);

• Clasa II ~ debit variabil (VBR – Variable Bit Rate ), cu conexiune (audio/video cu debite

variabile ) cu relatii de timp impuse intre sursă– destinatie ;

• Clasa III ~ debit variabil cu conexiune, cu intârzieri variabile .

• Clasa IV ~ debit variabil fărăconexiune, deasemenea cu intârzieri variabile.

Unul din suporturile fizice uzuale pentru ATM este SONET. Celulele ATM sunt

transportate în cadrele SONET cu viteze de 155 şi 662 Mbit/s. Transportul celulelor ATM

în STM – 1 se realizează prin “maparea” celulelor intr-un container C4 ( deci este

specificată şi posibilitatea utilizării unui container de ordin inferior ). “Maparea” este

orientată pe octet.

Redundanţa de cale PDH – C4 este formată din eticheta corespunzătoare, iar

încarcatura utilă este 260·9=2340 octeţi ( deci încap 44 celule +8 octeţi ; o celulă poate fi

divizată intre două containere ).Pentru a identifica poziţia celulelor în container este nevoie

de pointer (este utilizat H4 ).

In figura 14 este ilustrat transportul ATM în VC4 ( prima celulă începe de la primul

octet al cadrului ). Pointerul va indica valoarea 5.

Modelul de referinta BISDN – ATM

BISDN cu ATM are un model diferit de OSI şi TCP/IP .

El constă din trei nivele: PHY, ATM, AAL

→Nivelul de adaptare AAL ( ATM Adaptation Layer ) este divizat în doua subnivele CS

(Convergence Sublayer) şi SAR (Segmentation and Reassembly Sublayer). CS realizeaza

adaptarea cu nivelele superioare (interfata standard), iar SAR segmenteaza în celule pachetele

de date cu dimensiuni mai mari, le transmite apoi şi le reasamblează în celalalt capăt.

→Nivelul ATM este sub nivelul AAL şi controlează fluxul de date, generează/extrage antetul

celulelor, administreaza “circuitele” virtuale, multiplexează şi demultiplexează celulele.

→Nivelul fizic(PHY) este realizat din doua subnivele TC şi PMD. TC (Transmition

Convergence Sublayer) este un nivel de convergenta care genereaza şi verifica sumele de

control din antete, genereaza celulele şi cadrele PMD (Physical Media Dependent Sublayer) se

ocupa de temporizarea bitilor şi accesul fizic la retea (interfaţa cu cablu propriu – zis).

Fig.14 Transportul

ATM în VC – 4

Nivelele sunt prezentate în figura 15.

Nivelul ATM este fix, dar au fost definite o mare varietate de nivele AAL şi PHY .

Serviciile AAL depind de tipul traficului (continuu , burst – date, cu sau fără conexiune –

datagrame ) permiţând ATM să suporte transmisii de date .

Pentru ALL au fost definite cele patru clase mentionate (ALL1... ALL4 ).

Nivelul fizic este dependent de particularitatile mediului ( uzual FO )

şi de marimea debitului transmis . In tabel se prezintă variantele standardizate.

Debit ( Mbit/s ) Mediu Semnal Specificatii UNI

1,544 perechi torsadate DS1 Public

2,048 perechi torsadate

cablu coaxial

E1 Public

6,312 cablu coaxial J2 Public

25,6 UTP – 3 flux de celule

32 Mbaud

Privat

34,368 cablu coaxial E3 Public

44,736 cablu coaxial DS3 Public

51,84 UTP – 3 STS – 1 Privat

100 MMF flux celule

125 Mbaud

Privat

155,52 UTP – 3 OC 3C Public/Privat

Fig15 Model pe nivele, ATM

voce, video, date şi multimedia interactiv

coax

155,52 MMF, STP flux celule

194,4 Mbaud

Privat

622,08 SMF, MMF OC – 12 Privat

UNI – ( ATM User Network Interface ) include două tipuri de interfaţă: public şi privat.

Nivelul fizic pentru ATM cu suport SONET/SDH optic a fost standardizat pentru

debitele 155 Mbit/s ( OC – 3 ) şi 622 Mbit/s (OC – 12); MMF ( fibră multimod) SMF

( fibră monomod) STP ( shielded twisted pair ). Există şi AAL – 5 (seal) o interfaţă pentru

aplicaţii de programare API (Application Programmer).

Comutatoare ATM

Modelul general este prezentat în figura 16

Comutatorul are un număr de linii de

intrare/iesire bidirecţionale.

Comutatoarele ATM sunt sincrone (pe

durata unui ciclu o celulă de la intrare este

preluată de comutator). Dacă este preluată

în intregime ea apare la iesirea

corespunzatoare în acelasi ciclu, iar dacă

nu este rejectată şi asteaptă un nou ciclu .

Celulele sosesc cu viteza de ~150 Mbit/s (360.000 celule/secundă) ceea ce ar conduce

la o durată de cca 2,7 µs/ciclu ( la 622 de Mbit/s ~ 0,7µs/ciclu ).

Un comutator comercial poate avea între 16 şi 2048 linii de intrare, deci ar trebui să

preia în cel mai rău caz 2048 celule in 2,7 µs.

Un comutator ATM are două scopuri principale :

• comutarea tuturor celulelor cu rată de rejectare minimă ;

• pastrarea ordinii celulelor/circuit virtual;

O problemă apare în momentul când mai multe celule, incidente la intrări diferite

“doresc” o aceeaşi ieşire. Neadmitându-se decât pierderi foarte mici ( ~1 celulă la 2 ore ), o

soluţie ar fi o coadă de aşteptare la fiecare ieşire. O celulă ( aleasă întâmplător ) ar putea pleca

iar restul ar aştepta.

Fig.16 Comutator ATM

2.14 Reteaua de acces

Reţeaua de acces cuprinde liniile si echipamentele situate între terminalul de abonat

(TA) şi nodul de acces in reţea. Ea reprezintă o investiţie importantă in cadrul infrastructurii

telecomunicaţiilor. Imbunătăţirea reţelei de acces s-ar putea face prin:

• păstrarea liniilor de cupru şi dezvoltarea unor tehnologii care să conducă la creşterea

capacitătii acestor linii;

• înlocuirea lor cu fibre optice;

• utilizarea mixtă a liniilor de cupru ( in apropierea abonaţilor ), concentrarea traficului si

transportului acestuia pe fibre optice către “nodurile reţelei”.

In figura 1 este prezentată o astfel de variantă: DLC (Digital Loop Carrier), DSL (digital

subscriber line)1.

Fig.1 Sisteme DLC

Reţele de acces de bandă largă

Cea mai ieftină soluţie este utilizarea infrastructurii de cupru si adăugarea unor

echipamente de prelucrare digitală care să facă posibil acest lucru .

Există doua soluţii tehnologice care s-au impus in acest sens

• HDSL (High bit rate DSL)

• ADSL (Asymmetrical DSL)

• O linie de abonat HDSL permite un trafic DS1 pe două perechi, respectiv E1 pe trei perechi

de linii torsadate bidirectionale. HDSL nu reprezinta propriu – zis o soluţie viabilă de acces

la BISDN, dar reprezintă baza pentru ADSL.

1 DSLeste o tehnologie care utlizează fire torsadate pentru a transporta debite superioare de date (multimedia video) . Serviciile x-DSL (x=A,S,H,etc.) sunt dedicate legaturii între abonat şi centrală.

DSL

Terminal abonat TA

Nod acces

Concentrator

Feeder, 2 Mbit/s 2 Km

Reţea

ADSL operează pe o singură pereche bifilară care transportă pe cele două direcţii fluxuri

de date diferite (asimetrice) – 1,5 pâna la 6 Mbit/s (canal video + POTS şi/sau ISDN) de la nod

spre abonat (aval) si 16 până la 640 Kbit/s (POTS – ISDN + canal control video) dinspre

abonat spre nod (amonte).

Tehnica utilizată este DMT (Discret MulTitone) prin care banda disponibilă se divide intr-

un număr de canale de bandă ingustă (- tipic 256 canale de 4 kHz) denumite “tonuri”. Fiecare

ton transportă până la 10 bit in 250µs cu o codare puternică (Reed Solomon). Există şi o

variantă mai avansată VH DSL (Very High Speed DSL) unde debitul aval poate depăsi 10

Mbit/s pentru distanţe in jurul unui km.

Fibra optica in bucla de abonat (FTIL)

Problema introducerii fibrei optice până la abonat rămâne preţul mare/abonat al

echipamentelor optice necesare. Încă se preferă varianta cu feeder optic şi cupru spre abonati.

FTTC (Fiber To The Curb, fibră către “vecinătate” )

Între nodul de reţea (de obicei, SONET optic) si o “vecinătate” (apropiată de abonat~ zeci

sute de metri) se montează fibră optică (având o lungime de câţiva Km.). Terminalul dinspre

abonaţi, ONU (Optical Network Unit) face conversia in electric, demultiplexează datele spre

abonat pe o pereche simetrică către acesta. Arhitectura este de tip stea aşa cum se vede in

figura 2.

Fig.2 FTTC

O tehnologie mai convenabilă este cea cu arbore -reţea optică pasivă PON (Passive

Optical Network) prezentată in figura 3.

Terminale abonat TA

ONU

ONU

Terminale abonat TA

Nod acces Reţea

Fig. 3 Reteaua de distributie pasivă cu topologie arbore

Funcţiile de gestiune sunt îndeplinite de nodul de acces de la care se transmite un flux

important către abonat (STM – 4 ).

Mărimea reţelei pasive - PON poate acoperi 10 – 20 km.

Deşi o astfel de arhitectură reduce numărul de fibre faţă de topologia stea ramâne înca

scumpă (mai ales pentru viteze mari)

Hibrid FO-cablu coaxial (HFL Hibrid Fiber – coax ) este o soluţie atractivă pentru a

oferi servicii de bandă largă. In partea de “feeder” HFL cuprinde FO monomod în tehnologie

stea sau arbore cu terminaţii ONU ce deservesc un grup de utilizatori. Spre deosebire de FTTC

reţeaua de distribuţie se realizează pe coax cu topologie arborescentă (liniară). Aceasta impune

din start utilizarea unor tehnici de acces multiplu (TDMA, FDMA, CDMA ), problemă ce nu se

pune in cadrul reţelei stea. Topologia liniară în reţeaua de distribuţie reduce costul cablării (de

cca. 100 ori fata de stea).

Accesul integral pe fibră optică (FTTH) (Fiber To The Home) este simplă si oferă

abonatului o bandă uriaşă dar care nu se justifică economic (costurile echipamentelor fiind

deocamdată foarte mari).

În fiecare resedinţă se instalează un terminal ONT (Optical Network Terminator) de la

care se leagă cu fire de cupru terminalele corespunzătoare.

Terminale abonat TA

ONU

Nod acces Reţea

ONU

Terminale abonat TA

BS BS

PON