• Задержка пакетизации (при заполнении элемента информацией пользователя);
• Эффективность использования пропускной способности цифровых трактов систем передачи;
• Сложность реализации выбранной технологии.

Рисунок 5.1 – Транспортирование всех видов информации элементами фиксированной длины связи

При этом потоки элементов от разных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте (рисунок 5.2)

Особенность метода АТМ состоит в приспособлении к транспортировке информации любой службы независимо от требуемой скорости передачи, требований к временной, семантической прозрачности сети и пачечности трафика, создаваемого пользователями. Достигнутая в настоящее время производительность коммутаторов АТМ не менее 10 Гбит\с позволяет создавать единую цифровую сеть для всех известных в настоящее время служб и служб,могущих появиться в будущем.

В 80-е годы создавались сети с КП, в которых объединялся трафик служб ПД, изображений и речи. Такое объединение достигалось путем временного разделения каналов. После изучения трафика каждой службе выделялась фиксированная часть пропускной способности магистральной сети.

Рисунок 5.2 – Принцип мультиплексирования потоков разных источников в едином цифровом тракте.

Временное разделение каналов было эффективным до тех пор, пока трафик служб, интегрированных в сети, был предсказуем. Низкоскоростную ПД и телефонную службу можно отнести к службам с предсказуемым трафиком. Высокоскоростная ПД (между ЛВС) и видеослужба создают в магистральной сети взрывообразный (непредсказуемый) трафик. Суммирование максимальных интенсивностей трафика всех имеющихся в сети служб приводит к необходимости существенного наращивания пропускной способности магистральной сети, так как при TDM пропускная способность магистральной сети с КП должна быть равна или больше суммы интенсивностей трафика всех служб. Такое решение сетевой задачи без динамического перераспределения сетевого ресурса (пропускной способности магистральной сети с КП) приводит к уменьшению экономического эффекта интегрирования множества служб в одной сети. Лишь использование динамического управления сетевым ресурсом позволяет существенно снизить требования к пропускной способности магистральной сети при том же составе служб. Желательно, чтобы службы с трафиком высокой пачечности создавали заметную долю общего трафика. В этом случае эффект от применения статистического мультиплексирования будет высоким.

Функции, реализуемые протоколами АТМ, соответствуют канальному уровню ВОС. Поэтому метод АТМ может быть поддержан любыми цифровыми системами передачи. Создание единой цифровой сети для всех служб позволяет экономить средства на создание, проектирование, ввод в эксплуатацию, контроль, управление, техническое обслуживание. Метод АТМ относится к методам пакетной коммутации с установлением виртуального соединения. В фазе установления виртуального соединения выполняется проверка достаточности сетевых ресурсов для обслуживания установленных и создаваемых соединений с заданным качеством. При недостаточности сетевых ресурсов оконечное устройство получает отказ. Когда фаза передачи информации завершается, виртуальное соединение разрушается. Освободившиеся сетевые ресурсы могут быть использованы для другого виртуального соединения. Один из сетевых ресурсов – очереди в АТМ – коммутаторах, где элементы АТМ ожидают окончания маршрутирования и передачи в нужном направлении. Проверка возможности установления соединения и размера очереди позволяют решить задачу контроля уровня потерь элементов из-за переполнения буферов коммутаторов АТМ. Допустимые потери элементов в коммутаторах из-за отсутствия мест в очереди являются весьма жесткими (допустимая вероятность потери элемента АТМ определяется типом службы и варьирует в диапазоне: 10*-8 – 10*-12). Другая особенность метода АТМ, в отличие от других известных методов пакетной коммутации -ограниченность функций заголовка элемента. С помощью заголовка реализуются следующие функции:

• мультиплексирование множества виртуальных соединений в одном цифровом тракте;
• идентификация виртуального соединения;
• гарантированная доставка элементов благодаря контролю ошибок в заголовке.

Технология АТМ позволяет создать единую цифровую сеть связи для переноса информации всех известных и могущих появиться в будущем служб вместо множества разнообразных сетей, поддерживающих ограниченное количество служб. Этот метод ориентирован на сети с волоконно – оптическими линиями связи. В цифровой сети, использующей метод АТМ, решаются следующие задачи:

- сетевые ресурсы используются высокоэффективно благодаря статистическому мультиплексированию потоков множества источников с пачечным трафиком:

- высокий уровень интеллекта компонентов сети (средства доступа к ресурсам, средств маршрутирования и коммутации) обеспечивает адаптацию к требованиям предоставления новых услуг и изменению уровня требований пользователей к скорости, объему и качеству доставки информации;

- снижаются общие затраты на проектирование, строительство и эксплуатацию сети.

Реализация этих задач весьма непроста, так как службы, предоставляющие услуги в реальном масштабе времени, предъявляют высокие требования к временной (малая задержка доставки информации) и семантической прозрачности(низкая вероятность потери или вставки элемента, передачи элемента не по адресу).

1.Описание протокольной модели технологии АТМ

Эталонная модель про­токолов Ш-ЦСИС представляет собой расширение эталонной модели про­токолов У-ЦСИС (Рекомендации МСЭ-Т I.320) и полностью соответствует эталонной модели протоколов взаимосвязи открытых систем (ВОС).

Эталонная модель протоколов Ш-ЦСИС представлена на рисунке 1.3. Модель представляет собой некую объемную "упаковку" из объектов, называемых плоскостями: пользователя, управления и менеджмента (ад­министративного управления).

Плоскость пользователя имеет уровневую структуру и обеспечивает транспортировку пользовательской информации с защитой от ошибок, контролем и управлением потоком, ограничением нагрузки.

Рисунок 5.3. Эталонная модель протоколов Ш-ЦСИС.

Плоскость управления также имеет уровневую структуру и определя­ет протоколы сигнализации, установления, разъединения и контроля со­единений.

Плоскость административного управления реализует выполнение двух видов функций : управления (менеджмента) плоскостями и управле­ния уровнями. Функции управления плоскостями, не разделенные на уров­ни, состоят в координации взаимоотношений всех остальных объектов мо­дели, то есть относятся ко всей Ш-ЦСИС.

Плоскость управления уровнями имеет уровневую структуру и ори­ентирована на решение задач управления сетью, распределения сетевых ресурсов (с оперативным согласованием их с параметрами графика), обра­ботки информации эксплуатации и технического обслуживания.

2.Функции физического уровня

Физический уровень разделен на два подуровня: зависящий от фи­зической среды и конвергенции (сходство, приближение) с системой передачи. Подуровень, зависящий от физической среды, определяет скорость передачи потока битов через физическую среду, обеспечивает синхрониза­цию между передачей и приемом, линейное кодирование. Если в качестве физической среды используется ВОЛС, то на этом подуровне обеспечива­ется электронно-оптическое и оптоэлектронное преобразование сигнала. Основное назначение подуровня конвергенции с системой передачи - оп­ределение порядка передачи элементов ATM в битовом потоке. Детальнее функции этого подуровня таковы:

- генерация кадра системы передачи и его восстановление на приеме;

- адаптация потока элементов ATM к кадру передачи и выделение элементов из кадра на приемной стороне;

- формирование поля контроля ошибок в заголовке на передающей стороне и обнаружение и, возможно, исправление ошибок на приемной стороне;

- согласование скорости элементов ATM.

Если линии между узлами коммутации Ш-ЦСИС оснащены ЦСП синхронной или плезиохронной цифровой иерархии с собственной струк­турой кадра (отличной от структуры элемента ATM), то требуется специ­альный механизм упаковки элементов ATM в поле полезной нагрузки кад­ра системы передачи.

Выделение элемента ATM из кадра ЦСП на приеме - это операция восстановления его границ (Рекомендации МСЭ-Т I.432).

Передающая сторона формирует восьмибитовую последовательность контроля ошибок в заголовке и помещает ее в соответствующее поле заго­ловка. Приемная сторона по поступающим битам заголовка пересчитывает последовательность контроля ошибок и сравнивает с поступившей Если при сравнении нет идентичности, то ошибка может исправляться, что оп­ределяется конкретным протоколом подуровня конвергенции. В противном случае элемент стирается.

Под согласованием скоростей подразумевается контроль потока эле­ментов со стороны уровня ATM для согласования с пропускной способно­стью системы передачи. Если битовая скорость элементов этого потока меньше битовой скорости системы передачи, то подуровень конвергенции на передающей стороне вставляет "пустые" элементы (не содержащие пользовательской информации), а на стороне приема - отбрасывает эти элементы.

В Ш-ЦСИС допустимы два типа интерфейсов "пользователь-сеть":

1) на скорости 155 Мбит/с и 2) 622 Мбит/с. Скорость 155 Мбит/с может быть реализована по двум коаксиальным кабелям (по одному для каждого направления передачи) или по одному оптоволоконному. Скорость 622 Мбит/с достигается при объединении четырех интерфейсов первого типа (при этом, как правило, используется один или два оптических кабеля). Скорости в обоих направлениях могут быть равными или отличаться Пере­дача по оптическому кабелю может быть реализована как с помощью кад­ров ЦСП синхронной цифровой иерархии (СЦИ), так и с помощью непре­рывного потока элементов ATM. В конкурентной борьбе телекоммуника­ционных фирм в 90-е годы появились новые предложения, относящиеся к стандартизации интерфейса "пользователь-сеть" и касающиеся снижения скорости передачи элементов ATM. Причины понижения стандартной ско­рости в интерфейсе "пользователь-сеть" таковы:

- возможность применения технологии ATM для существующих цифровых сетей и сетей доступа;

- интерфейсы на скорости ниже 155 Мбит/с позволяют создавать бо­лее экономичное терминальное оборудование, а также линейные сооруже­ния между сетевым окончанием B-NT1 и коммутатором доступа ;

- техника сжатия сигналов достигла такой степени совершенства, что оказалось возможным передавать информацию большинства широкопо­лосных служб на скоростях ниже 155 Мбит/с. Учитывая эти обстоятельст­ва МСЭ-Т дополнил два прежних стандарта новыми со скоростями: 100 Мбит/с, 51,84 Мбит/с, 34,45 Мбит/с, 25 Мбит/с, 2 Мбит/с. - в целях про­никновения технологии ATM на существующие сети (в частности - на ло­кальные вычислительные сети предприятий и организаций, внешний обмен которых стремительно растет) со старой кабельной проводкой в зданиях Использование технологии ATM на скорости 25 Мбит/с для сетей типа Token Ring должно обеспечить повышение их эффективности. Интерфейс с очень низкой скоростью в 2 Мбит/с (получил обидное название "ATM для бедных") позволит использовать обычную телефонную проводку в жилых домах. При этом используется известный протокол управления звеном данных верхнего уровня HDLC, применяемый на звене в сетях с пакетной коммутацией (ПК).

3.Функции уровня АТМ

Основным его назначением является обеспечение не­зависимости уровней выше физического от типа линии и вида передавае­мой информации, Функции уровня ATM таковы:

- мультиплексирование и демультиплексирование элементов ATM;

- преобразование идентификаторов виртуальных путей (ИВП) и вир­туальных каналов (ИВК);

- генерация или удаление заголовков элементов,

- общее управление потоком в интерфейсе "пользователь-сеть''. Мультиплексирование элементов от разных источников в единый по­ток происходит на передающей стороне. На приемной стороне выполняет­ся разделение единого потока элементов ATM на множество потоков в со­ответствие с их ИВП и ИВК.

Преобразование ИВП и ИВК происходит в коммутаторах ATM. Здесь происходит замена входящих ИВП и ИВК на исходящие.

Генерация или удаление заголовков элементов происходит только в оконечных объектах уровня ATM. Здесь добавляется заголовок к 48 байтам полезной нагрузки, поступающим от уровня адаптации ATM, т.е. происхо­дит формирование элемента, в котором остается не заполненным только поле контроля ошибок в заголовке. Функции циклического кодирования и заполнения этого поля принадлежат физическому уровню. На приемной стороне, перед передачей на уровень адаптации ATM, происходит удале­ние заголовка.

Управление потоком элементов необходимо для контроля нагрузки в сети доступа и защиты от перегрузки.

Каждый элемент ATM содержит в заголовке адрес, состоящий из ИВП и ИВК, позволяющий однозначно идентифицировать его на обоих концах одного звена в виртуальном соединении. Элемент ATM, передан­ный коммутатором в смежное звено виртуального соединения, может иметь другие значения ИВП и ИВК. В коммутационных узлах ведомствен­ных Ш-ЦСИС с полупостоянной коммутацией модификация ИВП и ИВК в элементах ATM реализуется с помощью маршрутной таблицы, создавае­мой в процессе администрирования. В коммутационных узлах Ш-ЦСИС общего пользования с оперативной коммутацией виртуальных путей (ВП) и виртуальных каналов (ВК) модификация ИВП и ИВК в элементах ATM реализуется в процессе обмена сигнальными сообщениями с маршрутиза­тором, ответственным за выбор маршрута для виртуального соединения из конца в конец. Маршрутизатор назначает ИВП и ИВК в зависимости от ти­па графика (данные, речь, видеоинформация) и заданного приоритета эле­мента ATM (допустима его потеря при перегрузке в коммутационном узле или нет).

4.Функции уровня адаптации АТМ

Функции этого уровня определены в Рекомендациях МСЭ-Т I.362 и состоят в пре­доставлении услуг более высоким уровням. Подуровень сегментации и сборки на передающей стороне обеспечивает разделение (сегментацию) блоков данных более высокого уровня на сегменты, объем которых доста­точен для размещения в информационном поле элемента ATM (рисунок 64). На приемной стороне протокол этого уровня восстанавливает блоки данных из информационных полей элементов уровня ATM.

Функции подуровня конвергенции существенно зависят от вида служ­бы. Здесь учитываются требования служб всех 4-х классов. Это подуровень предоставляет более высоким уровням услуги подуровня сегментации и сборки через точки доступа к услугам. Для каждой из су­ществующих служб разработан свой протокол уровня адаптации ATM, так как конкретная служба формирует информационные блоки данных своеоб­разной структуры и предъявляет специфические требования к их переносу через Ш-ЦСИС. В целях уменьшения количества протоколов уровня адаптации ATM МСЭ-Т предложил классификацию всех служб по трем признакам : временной зависимости между источ­ником и получателем, скорости источника (постоянная или изменяющаяся скорость во время сеанса), режиму связи (С установлением или без уста­новления виртуального соединения).

В Меню

В Пункт 5.3