Асинхронен трансферен метод. Комуникационен стандарт АТМ – мрежа за пренос на данни, глас, изображения и видеокартина

Asynchronous Transfer Mode ATM на дейността по разработката на широколентови цифрови мрежи с интегрирани услуги (Broadband Integrated Services Digital Network BISDN Cisco Systems NET ADAPTIVE Nothern Telecom Sprint Forum ATM мрежа и услуги в Бъргария

cell relay technics cells TDM

payload data

TDM frames time slots

TDM Synchronous Transfer Mode STM TDM

TDM ATM

HDLC High Level Data Link Control

ATM switches

Fame Relay UNI User Network Interface

АТМ е адаптивен, тъй като докато даден АТМ комутатор не е достигнал максималната си обща скорост на предаване на клетки, към него без промени могат да се включат нови връзки. При това общата честотна лента на системата съответна нараства. Ако комутаторът може да предава клетки по всички свои интерфейси с максималната им скорост, то той се нарича неблокиран. Например за да бъде неблокиран един АTМ комутатор с 16 интерфейса, всеки от които има максимална скорост на предаване 115 Mb s Gb s

Mb s G ps

VCI a

UNI User Network Interface NNI Network Node Interface

UNI

GFC Generic Flow Control GFC

VPI Virtual Path Identifier VCI

VCI Virtual Channel Identifier VPI VPI VCI

PT Payload Type

CLP Congestion Loss Priority при нейното преминаване през мрежата. По-подробно описание на полето CLP

Header Error Control

NNI GFC VPI NNI UNI

ISO ISO ISO

Първото изискване за работата на терминално оборудване с АТМ мрежа е да предава информацията на физическото ниво по подходящ начин.

ISO PMD TCS PMD Physical Medium Dependent

PDM TCS Transmission Convergence Sublayer cell delineation

TCS

TCS

При цифровото предаване на глас за преобразуване на аналоговия сигнал и двоичен код се използва импулсно кодова модулация PCM Pulse Code Modulation

При импулсно кодова модулация моментната стойност на амплитудата на входния сигнал се определя 8000 пъти в секунда, т.е. на всеки 125 μs. Входният сигнал се преобразува в последователност от импулси, всеки от които е с амплитуда, равна на амплитудата на оригиналния аналогов сигнал за съответния момент от време. Тази последователност се нарича амплитудно модулиран импулсен – PAM (Pulse Amplitude Modulated) сигнал. Осем бита /1 байт/ се използва за кодиране в двоичен вид на всеки импулс от РАМ сигнал. Първият бит на определя поляритета на импулса, а останалите битове a quantization . При цифровото предаване на глас получените при импулсно кодовата модулация байтове се предават последователно бит след бит със скорост 64 Kb s

Скоростта на изменение на амплитудата на синусоидалния сигнал е различна в различните части на сигнала. В областите с ниски амплитуди скоростта на изменение на амплитудата е висока, докато в областите с високи амплитуди тази скорост е ниска. Ако квaнтоването е линейно, това ще доведе до загуба на стойности на амплитудата, които сас съществени при възстановяването на аналоговия сигнал и съответно до изкривяване на неговите форми.

За да се избегнат изкривяванията на аналоговия сигнал се използва нелинейно квантоване. При него амплитудата на сигнала се разделя на равни части, наречени сегменти. Когато се кодира дадена моментна стойност на амплитудата, три бита се използват за определяне на сегмента, в който тя се намира, а четири бита за квантоване нейната конкретна стойност в рамките на този сегмент. По този начин за всеки сегмент се използват 16 стойности на нивото на амплитудата.

Нека предположим, че полето “Данни” на клетката е с дължина 40 байта. При предаване на глас през АТМ мрежа това поле трябва да се запълни с 40 стойности на амплитудата на аналоговия сигнал. Първата стойност ще престои в клетката, докато тя изцяло се запълни и бъде предадена в АТМ мрежата. Времето за нейния престой е равно на 40 интервала на отчитане. Оттук следва, че закъснението на първата стойност до момента на предаване на клетката в мрежата е равно на 5 ms 125 μs . 40 = 5000 μs = 5 ms

При сателитните комуникации закъснението е от порядъка на 250 mSec във всяка посока. Такива големи закъснения предизвикват смущения на нормалния телефонен разговор и трябва да се избягват.

Дори и по-малки закъснения от порядъка на 10 до 100 ms могат да доведат до проблеми, поради възможността да се получи ефектът “ехо” при преобразуването на аналоговия в цифров сигнал. Този ефект се наблюдава в цифровите телефонни мрежи, когато устройствата за подтискане на ехото са повредени и се провежда разговор между два абоната, намиращи се на голямо разстояние един от друг. В този случай всеки от говорещите чува след малко закъснение като ехо своя собствен глас.

Да предположим, че по единична DS3 връзка, която се ползва разпределено от 100 други източници на данни, трябва да се предаде съобщение с дължина 100 байта. В най-добрия случай, когато нито един от източниците няма данни за предаване, съобщението се предава веднага и закъснението при преминаване през мрежата е равно на нула. В най-лошия случай всеки от тези източници има данни за предаване. Тогава съобщението трябва да изчака всичките 100 източника да предадат своите данни. Времето на изчакване представлява закъснението при преминаване през мрежата. При малък размер на клетката то има малки стойности. При клетка с голяма дължина закъснението рязко нараства. Размерът на АТМ клетката е избран, така че да осигури минимално закъснение при преминаване през мрежата.

Конкретният размер на АТМ клетката е определен на базата на съвместяване на техническите изисквания на Европа и Северна Америка. В Европа основното изискване е минимално време за пакетиране, тъй като европейските цифрови телефонни мрежи не са много големи по размер. Затова при тях не се използва технология за подтискане на ехото. В Северна Америка предаването на трафик от едното до другото крайбрежие налага използването на такава технология. Поради тази причина при стандартизирането на АТМ мрежите американското предложение в полето “Заглавие” да бъде с дължина 5 байта, а полето “Данни”- с дължина 64 байта, докато европейското предложение определя 4-байтово поле “Заглавие” и 32-байтово поле “Данни”. Размерът на АТМ клетките е компромисен вариант, при който 48-те байта на полето “Данни” представляват средно аритметично между 64 и 32.

Функции на АТМ слоя

АТМ слоят извършва маршрутизиране на клетките през мрежата и установяването на връзки между нейните абонати. За целта той използва полетата VPI VCI

Този приоритет се определя от бита CLP

Различни са причините, поради които клетките могат да бъдат маркирани с най-висок приоритет за изхвърляне. Например това може да се извърши от терминалът, в случай, че се използват услуги на глобални мрежи, за които има ценова граница. Също така могат да се въведат различни приоритети за различни видове трафик. Битът CLP се използва от управлението на трафика и може да бъде установен от АТМ мрежата.

ATM Adaptation Layer AAL например AppleTalk Internet протоколи или NetWare

AAL 1

Адаптивният слой AAL1 подготвя клетката за предаване. Данните, които се предават и приемат от този слой, представляват синхронни порции от информация- например при предаване на глас един байт се генерира на всеки 125 μs.

Първите два байта, които слоят AAL1 записва в полето “Данни” изпълняват служебни функции. Байтът SN (Sequence Number) съдържа поредния номер на клетката, а байтът SNP (Sequence Number Protection) представлява поле за контрол на този номер. Тази информация е необходима за приемащия слой AAL1, за да извърши проверка дали клетките пристигат в коректна последователност. Останалата част от полето “Данни” на клетката се запълват с 46 байта полезна информация.

Слоят AAL1 е подходящ за транспорт на телефонен трафик и некомпресиран видео трафик. Той изисква синхронизация между източника и приемника и поради тази причина трябва да се използва с физическа среда, която поддържа такава синхронизация- например SONET.