Разработка широкополосной сети доступа с технологией АТМ

3.2.1 Краткое описание преимуществ технологии АТМ

Основное достоинство АТМ - это последовательная реализация метода асинхронно-адресной системы передачи и коммутации, позволяющая объединять различные типы трафика в единый поток и тем самым обеспечивать высокую эффективность использования пропускной способности канала. При этом в АТМ отработаны механизмы управления - система мер по снижению тех недостатков, которые присущи статистическому мультиплексированию.

Технология АТМ предоставляет операторам сетей уникальные возможности по обеспечению высокой гибкости и адаптируемости сети к изменению уровня требований пользователей к качеству обслуживания, так и появлению новых служб, требования которых к семантической и временной прозрачности сети еще четко не определены. Повышает эффективность использования сетевых ресурсов, а также снижает затраты на проектирование, строительство и эксплуатацию сети, и на разработку сетевого оборудования, так как создается и эксплуатируется одна сеть вместо множества вторичных сетей.

Гибкость технологии подтверждается тем, что АТМ, задуманная изначально как самодостаточная, в короткие сроки адаптировалась к широкому спектру транспортных технологий доступа, интерфейсы АТМ позволяют поддерживать значительную часть услуг передачи данных канального уровня с различными не АТМ-протоколами (Frame Relay, X.25,xDSL), а также трафик протоколов IP, IPX внутри единой инфраструктуры.

Технология АТМ наиболее эффективна при переходе от TDM-сетей к пакетным мультисервисным сетям, и дает возможность оптимально реализовать универсальные транспортные узлы в точках перехода от корпоративных сетей к уровню сетей общего пользования и в точках объединения нескольких сетей общего пользования [5]

Мультисервисные сети на базе технологии АТМ обладают рядом преимуществ - пачечная природа трафика, концепция гибкой полосы пропускания, обеспечение требуемого качества обслуживания, что делает их наиболее экономически эффективным решением для построения крупномасштабных корпоративных сетей и в перспективе позволяет заменить существующие базовые сети с различными протоколами единой широкополосной сетью.

Благодаря технологии АТМ все коммутационное оборудование становится однородным, решающим для всех видов информации одну задачу - задачу быстрой коммутации фиксированных пакетов, получивших название ячеек, и асинхронного временного разделения ресурсов, при котором множество виртуальных соединений с различными скоростями асинхронно мультиплексируются в едином физическом канале связи - цифровом тракте.

В настоящее врем, с возрастающей потребностью и спросом на мультимедийные услуги назрел вопрос строительства мультисервисной сети в г. Иркутске. Сейчас, на данном этапе, в Иркутске развивается и идет строительство магистральной мультисервисной мультипротокольной, многофункциональной сети. Организуется ядро сети с использованием технологии АТМ и пропускной способностью 155 Мбит/с, а в качестве транспортной системы используется существующая сеть SDH. Естественно одним ядром и магистралью не обойтись, с внедрением широкополосного мультисервисного ядра и появлением все новых сервисов Интернет, спросом на рынке новых услуг таких как организация выделенных защищенных корпоративных сетей (VPN), подключение УПАТС, интегрированные на IP услуги телефонии и видеоконференций, а в дальнейшем при достижении критической массы пользователей мультисервисной сети и развитию контентпровайдеров услуги ТВ, радио (мультикастинг), видео по запросу. Все это требует наличие скоростного канала от клиента до ближайшего узла мультисервисной сети.

Однако технология мультимедиа накладывает ряд существенных ограничений на использование телекоммуникационных систем:

• использование обычной аналоговой телефонной сети общего пользования и современных модемов практически невозможно, так как они не обеспечивают необходимого качества видеоизображения и звука;
• узкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания обеспечивает только передачу звука среднего качества, неподвижного изображения (монохромного или с очень ограниченной цветовой палитрой) и низкокачественного подвижного изображения, представляющего собой низкоскоростную последовательность неподвижных кадров;
• при реализации мультимедиа нельзя получить высококачественное изображение стерео вещания.

Поэтому с развитием ядра необходимо развивать и широкополосную сеть доступа [2].

Все это позволяет сделать вывод, что АТМ - это наиболее перспективная высокоскоростная технология для построения широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания, на основе которой могут строиться как сети доступа, так и транспортные сети.

Оборудование АТМ внедряется, прежде всего, в транспортные и оборудование доступа (граничные коммутаторы) и должны обеспечивать поддержку как существующих, так и появляющихся служб. Большим преимуществом сетей на технологии АТМ является их гибкость, позволяющая поддерживать как все существующие, так и перспективные службы. Хотя технология АТМ и ориентирована на соединения, она обладает достаточно гибкими возможностями переноса информации всех служб, включая и службы, не ориентированные на соединение (службы CL - Connectionless).

3.3 Качество обслуживания в сетях АТМ

 

Технология АТМ позволяет пользователям указывать полный набор запрашиваемых параметров качества обслуживания. Коммутаторы АТМ и сетевые адаптеры предоставляют пользователям доступ к различным классам обслуживания, которые определяются совокупностью параметров качества обслуживания. С появлением пользовательского интерфейса UNI 4.0 появилась возможность прямой установки значения каждого параметра. Эта версии позволяет пользователям указывать конкретные значения параметров качества обслуживания в рамках каждого класса. Отличие в том, что уже не нужно выбирать определенный класс обслуживания с предопределенными сетевым администратором параметрами качества обслуживания. Это снимает проблемы совместимости между различными провайдерами услуг АТМ, так как администраторам разных сетей не придется согласовывать параметры качества обслуживания. Эта задача будет возлагаться на конкретные приложения.

3.3.1 Параметры качества обслуживания

Форум АТМ определил три параметра, которые должны быть согласованы при установлении соединения. К ним относятся:

- время задержки при передаче ячеек (Cell Transfer Delay - CTD) - максимальное время передачи ячейки от одного узла к другому. Э тот параметр зависит от задержек при передаче и времени нахождения ячеек в очередях коммутаторов АТМ;

- вариация задержки (Cell Delay Variation - CDV) отражает разницу между максимальным и минимальным временем передачи ячейки между узлами. Эта величина зависит от числа виртуальных соединений, мультиплексируемых в один физический канал. Кроме того, на нее влияет изменение времени задержки ячеек в очередях коммутаторов;

- процент потерянных ячеек (Cell Loss Ratio -CLR) зависит от качества конкретного физического канала и алгоритма, заложенного в коммутатор для устранения перегрузок.

Форум АТМ определил четыре класса качества обслуживания:

- первый класс обеспечивает выполнение требований служб класса А. Этот класс обслуживания, должен предоставлять характеристики, сопоставимые с параметрами цифровых каналов;

- второй класс, обеспечивает выполнение требований служб класса В. Предназначен для мультимедийных приложений и предоставляет произвольную скорость передачи;

- третий класс обеспечивает выполнение требований служб класса С. Предназначен для технологий, ориентированных на соединения;

- четвертый класс обеспечивает выполнение требований служб класса D. Предназначен для технологий. Работающих без установления соединения.

Для уменьшения количества протоколов уровня адаптации АТМ выделено три признака, по которым проведена классификация приведенных служб: существует ли временная зависимость между абонентами, постоянная или изменяющаяся скорость передачи используется, необходимо ли устанавливать соединение или можно работать без установления соединения. Типичным примером класса службы А является передача речи или видео с постоянной скоростью. В АТМ службу этого класса называют эмуляцией канала. Служба класса В работает с источниками трафика с изменяющейся скоростью передачи (например, передача подвижных изображений). Служба С ориентирована на соединение и работает с источниками с изменяющейся скоростью передачи. Служба класса D предназначена для работы без установления соединения.

3.3.2 Основные службы услуг

На основе классов качества обслуживания Форум АТМ определил пять основных служб или услуг, предоставляемых сетью АТМ:

• передачу с постоянной скоростью (Constant Bit Rate - CBR);
• передачу в реальном времени с переменной скоростью (real-time Variable Bit Rate - rtVBR);

- передачу с неопределенной скоростью (Unspecified Bit Rate - UBR);

- передачу с доступной скоростью (Available Bit Rate - ABR).

Коммутатор и конечные станции в сети АТМ заключают соглашения по пропускной способности и задержкам в соединении до того момента, как оно будет установлено. То есть до установления соединения должно быть выполнено согласование трафика, или, иными словами, заключение соглашения, которое называется трафик контрактом.

Когда коммутатор получает запрос на установление виртуального соединения, он выполняет процедуру, называемую контролем за установлением соединения (Connection Admission Control, CAC). Коммутатор, выполняющий процедуру CAC, проверяет наличие доступных ресурсов в канале, или порте, через который поступил запрос на установление соединения. Требования, указанные в запросе, сравниваются с доступными ресурсами (пропускной способностью, вариацией задержки и т.д.) этого порта коммутатора. Если коммутатор не способен поддержать выдвигаемые требования, он блокирует процесс соединения, генерирует специальный ответ и возвращает его отправителю или предыдущему коммутатору в пути. Версии пользовательского интерфейса UNI 3.0/3.1 позволяют приложениям запрашивать определенный класс обслуживания во время установления виртуального соединения. Приложения при запросе класса обслуживания должно указать характеристики трафика, которые ему нужны. К таким характеристикам относятся пиковая и средняя скорости передачи ячеек, терпимость к дрожанию и т.д. Классы обслуживания, которые устанавливаются административно, определяют конкретное качество обслуживания, например: максимально допустимую задержку и коэффициент потери ячеек. Сеть будет игнорировать запрос на установление соединения, если требуемый класс обслуживания не может быть поддержан (не затрагивая уже существующее соединения). Приложение может повторить свой запрос позже, требуя тот же самый или другой класс обслуживания. Следует отметить, что после установления соединения оговоренный класс обслуживания не может быть изменен.

3.3.3 Уровни адаптации

Уровень адаптации АТМ отвечает за взаимодействие между уровнем АТМ и более высокими уровнями. При перемещении информации вниз в модели АТМ уровень адаптации разбивает пользовательскую информацию на единицы данных длиной до 48 байт, которые затем используются для формирования поля полезной нагрузки ячейки АТМ. На пути вверх в модели АТМ происходит сборка поступающих ячеек, при которой происходит восстановление пользовательской информации

На уровне адаптации могут происходить различные процессы, которые напрямую зависят от типа трафика в сети. Введение этого уровня позволяет сделать сеть не зависящей от вида трафика. Уровень ограждает верхние и нижние уровни от несвойственных им функций. Так, например, он позволяет снять с коммутаторов функции фрагментации и сборки, передав их на конечные станции. Уровень адаптации состоит из двух подуровней: подуровня схождения (Convergence Sublayer, CS) и подуровня сегментации и сборки (Segmentation and Reassembie, SAR).

Разные виды трафика предъявляют разные требования к сети. Например, при передаче аудиоинформации требуется постоянный поток; видео информация критична к временным задержкам; передача данных обычно носит непостоянный характер и допускает некоторые задержки и т.д. Различные уровни адаптации АТМ предназначены именно для предоставления возможности любому виду трафика передаваться с теми характеристиками, которые ему необходимы. Введены несколько уровней адаптации:

• AAL1;
• AAL3/4;
• AAL5

Помимо перечисленных уровней существует уровень AAL2, который был разработан с целью обеспечения переменной скорости для синхронного, чувствительного к задержкам трафика со сжатым видео. В настоящее время эта функция выполняется

Уровень адаптации АТМ состоит из четырех протоколов (называемых протоколами AAL)

Для наглядности уровень адаптации АТМ можно представить так, как показано на рисунке 3.3.3.1

 

 

Каждый уровень адаптации характеризуется двумя основными параметрами: скоростью передачи (постоянная или переменная) и режимом соединения (с установлением или без установления виртуального соединения).

Постоянная скорость передачи используется в приложения, требующих согласования между отправителем и получателем и не допускающих задержек, - например. Передача голоса. Переменная скорость позволяет адаптироваться к требованиям приложения. Такой режим идеально подходит для передачи данных, которая терпима к задержкам.

Режим с установлением соединения использует детерминированный метод доступа, похожий на телефонный вызов, где соединение устанавливается после вызова и сохраняется до окончания разговора. Для установления соединения используются специальные ячейки, содержащие адресную информацию. Установление соединения использую уровнями AAL3/4, AAL5 и работает совместно с протоколом эмуляции локальных сетей.

3.3.4 Физический уровень