Ανάπτυξη Μηχανισμών Ελέγχου Ροής Πληροφορίας Σε Δίκτυα Atm

Transcript

1 Ανάπτυξη Μηχανισμών Ελέγχου Ροής Πληροφορίας Σε Δίκτυα Atm ΜΕΤΣΙΟΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ ΜΑΡΙΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ:ΑΝΑΛΥΤΗ ΚΑΤΕΡΙΝΑ ΑΡΤΑ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΨΗΦΙΑΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΕΝΟΠΟΙΗΜΕΝΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΕΥΡΕΟΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ BISDN 1.2 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΤΟΥ BISDN 1.3 TAΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥΣ 1.4 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΟΥ BISDN 1.5 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ 1.6 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΤΟ BISDN ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΕΚΠΛΗΡΩΣΕΙ 1.7 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΥ ΑΤΜ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΤΟΥ BISDN ΚΑΙ Η ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΤΟΥ 2.1 ΠΡΟΤΥΠΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ ΤΟΥ BISDN 2.2 TO ATM CELL 2.3 ΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΕΛΕΓΧΟΣ ΛΑΘΩΝ ΣΤΟ HEADER(HEC) ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΟΡΙΩΝ ΤΩΝ CELLS SCRAMBLING 2.4 ΤΟ ATM ΕΠΙΠΕΔΟ ΝΟΗΤΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΑΙ ΝΟΗΤΑ ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ 2.4.2ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΑΤΜ ΕΠΙΠΕΔΟΥ 2.5 TO AAL ΕΠΙΠΕΔΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΑΑL-1 ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΑΑL-2 ΕΠΙΠΕΔΟΥ 2

3 2.5.3 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΑΑL-3 ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΑΑL-4 ΕΠΙΠΕΔΟΥ 2.6 ΑΥΤΟΣΥΝΤΗΡΗΣΗ(ΟΑΜ) 2.7 ΣΗΜΑΤΟΔΟΣΙΑ 2.8 METASIGNALING ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΕΝΟΣ ATM ΔΙΚΤΥΟΥ 3.1 ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ(QoS) 3.2 ΕΛΕΓΧΟΣ ΡΟΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ (FLOW CONTROL) AΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΙΣΤΩΣΗΣ(CMA) AΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ(DRC) AΛΓΟΡΙΘΜΟI ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ TOY BUFFER 3.3 ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΠΟΔΟΧΗΣ ΚΛΗΣΗΣ(CAC) 3.4 ΕΥΡΕΣΗ ΤΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΡΟΛΟΓΙΟΥ ΤΗΣ ΠΗΓΗΣ CBR ΣΗΜΑΤΑ VBR ΣΗΜΑΤΑ 3.5 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΤΟ ISDN 1. ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 2. SDU KAI PDU 3. ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ ΤΟΥ ΧΡΗΣΤΗ 4. ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ 5. ΣΗΜΕΙΟ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΣΕ ΥΠΗΡΕΣΙΑ 6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΨΗΦΙΑΚΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ(SDH) 7. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΚΑΙ ΠΛΗΣΙΟΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ 8. CELL-ΒΑΣΙΖΟΜΕΝΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ 9. SDH-ΒΑΣΙΖΟΜΕΝΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ 10. G.702- ή PDH ΒΑΣΙΖΟΜΕΝΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ 11. ΔΙΑΦΑΝΕΙΑ 12. JITTER ΚΑΙ WANDER 13. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 4

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Xdsl 1. ΓΕΝΙΚΑ 2. DSL 3. ADSL 4. ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΕΣ ADSL 5. Ο ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΟΙ ΧΡΕΩΣΕΙΣ 6. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ADSL 7. ADSL ΤΕΧΝΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ APTS 8. ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΗ Η ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΤΑΣΗ ADSL ΟΤΑΝ Η GRΑΜΜΗ ΕΧΕΙ DACS 9. Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙΑ ΕΝΟΣ MICRO-FILTER 10. HDSL 11. SDSL 12. UDSL 13. MSDSL 14. RADSL 15. IDSL 5

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΨΗΦΙΑΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΕΝΟΠΟΙΗΜΕΝΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΕΥΡΕΟΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ BISDN Ο όρος BISDN σημαίνει Broadband Integrated Services Digital Network το οποίο μεταφράζεται ως ψηφιακό δίκτυο ενοποιημένων (ολοκληρωμένων) υπηρεσιών ευρέος φάσματος. Βασικός στόχος του BISDN είναι - όπως φαίνεται και από την ονομασία του - η κατασκευή ενός ψηφιακού δικτύου που θα ενοποιήσει τους διάφορους τύπους υπηρεσιών ευρέος φάσματος παρέχοντάς τους ένα κοινό (για όλες) πλαίσιο υποστήριξης. Μπορεί δηλαδή να θεωρηθεί ως επέκταση του ISDN, εξοπλισμένο όμως με δυνατότητες εξυπηρέτησης σημάτων ευρέος φάσματος. Η διαφορά όμως μεταξύ του ISDN και του BISDN είναι ότι το πρώτο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος (circuit-mode-oriented network) που όμως έχει τη δυνατότητα να υλοποιήσει μετάδοση μεταγωγής πακέτων (packet-mode transmission), ενώ το BISDN είναι ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων (packet-modeoriented network) που έχει τη δυνατότητα να υλοποιήσει μετάδοση μεταγωγής κυκλώματος (circuit-mode transmission). Ο όρος ευρύς (broadband) στο BISDN, σημαίνει με τη στενή του έννοια ότι το BISDN είναι ικανό να παρέχει υπηρεσίες ευρέος φάσματος (υπηρεσίες εκατοντάδων megabits το δευτερόλεπτο), ενώ μια πιο πλατειά θεώρηση του όρου σημαίνει ότι τόσο η συχνότητα /ρυθμός μετάδοσης (bit rate) όσο και η διάρκεια των παρεχόμενων υπηρεσιών έχουν κατανομή που εκτείνεται σε ευρεία περιοχή τιμών. Το ακόλουθο σχήμα είναι ενδεικτικό αυτού ακριβώς του γεγονότος. 6

7 Σχήμα 1.1 BISDN service distribution Οι βασικές υπηρεσίες που θα προσφέρει το BISDN είναι αυτές που θα εμφανισθούν στο άμεσο αλλά και στο απώτερο μέλλον. Ήδη, καθώς οι κοινωνικές και επαγγελματικές δραστηριότητες γίνονται όλο και πιο απαιτητικές, η ζήτηση για υπηρεσίες πολυμέσων (multimedia) και ευρέος φάσματος (π.χ. video conference - συνεδρίαση μέσω βίντεο) γίνεται όλο και πιο έντονη. Οι υπηρεσίες του BISDN μπορούν να ταξινομηθούν σε υπηρεσίες αλληλεπίδρασης (interactive) και υπηρεσίες διανομής σήματος (distributive), σύμφωνα με τη διεύθυνση ροής της πληροφορίας. Οι πρώτες χωρίζονται επιπλέον σε διαλογικές (conversational), απόδοσης (retrieval) και υπηρεσίες μηνυμάτων (message). Οι δεύτερες αποτελούνται από τις υπηρεσίες που επιτρέπουν έλεγχο (controllable) και αυτές που δεν επιτρέπουν έλεγχο (noncontrollable). Η ταξινόμηση αυτή, μαζί με παραδείγματα υπηρεσιών, φαίνεται στον κάτωθι πίνακα. 7

8 Πίνακας 1.1 Classification of BISDN services Σε γενικές γραμμές, μία διαλογική υπηρεσία παρέχει επικοινωνία πραγματικού χρόνου δύο διευθύνσεων (real-time bidirectional communication) μεταξύ δύο χρηστών, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση του εικονοτηλεφώνου (video telephone). Μία υπηρεσία μηνυμάτων παρέχει επικοινωνία μεταξύ χρηστών με τη βοήθεια συσκευών αποθήκευσης, οι οποίες αποθηκεύουν, μεταδίδουν και επεξεργάζονται μηνύματα. Οι υπηρεσίες απόδοσης περιλαμβάνουν την πρόσβαση σε μία κεντρική τράπεζα δεδομένων για την απόκτηση πληροφοριών σε ατομική βάση. Στις υπηρεσίες διανομής σήματος που δεν επιτρέπουν έλεγχο υπάρχει ένα κεντρικό γραφείο από το οποίο ένας οργανισμός/εταιρεία μεταδίδει πληροφορία συνεχούς ροής σε έναν απεριόριστο αριθμό χρηστών στο δίκτυο. Οι χρήστες έχουν πρόσβαση στη ροή της πληροφορίας, αλλά δεν ελέγχουν την έναρξη της εκπομπής ούτε και το τι αυτή περιλαμβάνει. Τυπικό παράδειγμα η εκπομπή ραδιοφωνικού ή τηλεοπτικού σήματος. Τέλος, οι υπηρεσίες εκπομπής σήματος που επιτρέπουν έλεγχο είναι ίδιες με αυτές που δεν επιτρέπουν έλεγχο όσον αφορά το κεντρικό γραφείο από το οποίο μεταδίδεται η πληροφορία, με τη διαφορά όμως ότι η ροή της πληροφορίας αποτελείται από "ενότητες" πληροφορίας που επαναλαμβάνονται περιοδικά. Δίνεται δηλαδή στο χρήστη η δυνατότητα να επιλέξει μεταξύ αυτών των ενοτήτων, ελέγχοντας επομένως 8

9 τόσο το χρόνο έναρξης (η επιλεχθείσα ενότητα λαμβάνεται πάντοτε από την αρχή της), όσο και το περιεχόμενο του προγράμματος. 1.2 Χαρακτηριστικά των υπηρεσιών του BISDN Τα BISDN δίκτυα προσφέρουν ενοποίηση των υπηρεσιών, με άμεση συνέπεια την συνύπαρξη πολλών και διαφορετικών υπηρεσιών στα πλαίσια ενός τέτοιου δικτύου. Αυτό άλλωστε είναι και το κύριο χαρακτηριστικό του BISDN : η ποικιλία των υπηρεσιών που αυτό υποστηρίζει. Παροχή υπηρεσιών πολυμέσων (multimedia) Το πρώτο χαρακτηριστικό των BISDN υπηρεσιών είναι ότι εν γένει είναι υπηρεσίες πολυμέσων. Για παράδειγμα το εικονοτηλέφωνο (video telephone) περιλαμβάνει τρία διαφορετικά μέσα μετάδοσης πληροφορίας : φωνή, εικόνα, data. Επίσης, ανάλογα με την υπηρεσία, είναι δυνατόν να περιλαμβάνεται και κείμενο ή γραφικά. Συνύπαρξη υπηρεσιών διανομής σήματος και υπηρεσιών αλληλεπίδρασης Η συνύπαρξη τόσο υπηρεσιών διανομής σήματος (distributive services, π.χ. CATV - CAble TV, δηλαδή καλωδιακή TV) όσο και υπηρεσιών αλληλεπίδρασης (interactive services, π.χ. video telephone, δηλαδή εικονοτηλέφωνο) αποτελεί ένα μοναδικό χαρακτηριστικό, αφού στα μέχρι στιγμής δίκτυα ήταν επιβεβλημένη η κατασκευή διαφορετικών δικτύων για κάθε μία κατηγορία υπηρεσιών. Μεγάλη διασπορά του φάσματος και της διάρκειας των υπηρεσιών Ενώ στο ISDN τα σήματα που μεταδίδονται βρίσκονται στην περιοχή των 64 kbps, στο BISDN υπάρχει πολύ μεγάλη διασπορά συχνοτήτων. Υπάρχουν τόσο σήματα μερικών 9

10 bits ανά δευτερόλεπτο (σήματα τηλεμετρίας), όσο και σήματα μερικών δεκάδων kilobits ανά δευτερόλεπτο (φωνή), όπως και σήματα εκατοντάδων megabits ανά δευτερόλεπτο (βίντεο σήματα). Επίσης η διάρκεια των παρεχόμενων υπηρεσιών κυμαίνεται από μερικά δευτερόλεπτα για data χαμηλής ταχύτητας ως και μερικές ώρες για υπηρεσίες βίντεο (σχημα 1.1). Συνύπαρξη υπηρεσιών συνεχούς και μη συνεχούς τύπου Ένα ακόμα χαρακτηριστικό του BISDN είναι ότι τα συνεχή σήματα (continuous signals) όπως ο ήχος και η εικόνα μπορούν να συνυπάρχουν με μη συνεχή σήματα (bursty signals) όπως data από κάποιο τερματικό. Ανάλογα με το πως γίνεται η ψηφιοποίηση, τα σήματα ήχου και εικόνας μπορούν να μετατραπούν σε ένα σήμα σταθερού ρυθμού μετάδοσης (CBR - Constant Bit Rate) ή σε σήματα με ρυθμό μετάδοσης που παρουσιάζει μικρές αυξομειώσεις. Στην περίπτωση όμως που μεταδίδονται data, ο ρυθμός μετάδοσης παρουσιάζει πάντοτε μεγάλες αυξομειώσεις αφού το τερματικό αποστέλλει τα data με τη μορφή "ριπών" (bursts) μεταξύ δύο διαδοχικών ανενεργών περιόδων ηρεμίας (idle periods). 1.3 Ταξινόμηση των υπηρεσιών ως προς τα τηλεπικοινωνιακά χαρακτηριστικά τους Η ταξινόμηση που δόθηκε στην προηγούμενη παράγραφο ήταν προσανατολισμένη στο πως ο χρήστης βλέπει τις υπηρεσίες. Εντούτοις, από την πλευρά του δικτύου, οι υπηρεσίες μπορούν να ταξινομηθούν εκ νέου με βάση άλλους παράγοντες, όπως το ρυθμό μετάδοσής τους (σταθερό/μεταβλητό - CBR/VBR services), την απαίτηση ή μη χρονισμού (πραγματικού/μη πραγματικού χρόνου - real-time/non-real-time services) και τον τρόπο σύνδεσης (σταθερής/μη σταθερής σύνδεσης - connectionoriented/connectionless services). Ο ακόλουθος πίνακας δίνει την προαναφερθείσα ταξινόμηση. 10

11 Πίνακας 1.2 Service classification Ο λόγος που μας οδήγησε στην ταξινόμηση με βάση τα παραπάνω χαρακτηριστικά είναι ότι όσον αφορά την επεξεργασία της πληροφορίας εντός του τηλεπικοινωνιακού δικτύου, είναι κατά πολύ βολικότερο να θεωρήσουμε γνωρίσματα όπως ο ρυθμός μετάδοσης, ο χρονισμός και ο τρόπος σύνδεσης για τη διάκριση/περιγραφή των υπηρεσιών, παρά να χρησιμοποιήσουμε κριτήρια όπως αν η υπηρεσία που μας ενδιαφέρει αποτελείται κυρίως από ήχο ή εικόνα. Ουσιαστικά δηλαδή δεν μας ενδιαφέρει τι είδους σήματα συνιστούν μία υπηρεσία, παρά μόνο τα τηλεπικοινωνιακά χαρακτηριστικά αυτής. Σύμφωνα με αυτά τα χαρακτηριστικά οι διάφορες BISDN υπηρεσίες χωρίζονται σε τέσσερις κλάσεις : A, B, C και D, όπως φαίνεται και στον προηγούμενο πίνακα. Υπηρεσίες σταθερού και μεταβλητού ρυθμού μετάδοσης Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα υπηρεσίας σταθερού ρυθμού μετάδοσης (CBR) είναι το 64 kbps PCM σήμα φωνής. Τα βίντεο σήματα όπως επίσης και τα data σήματα μπορούν να αποκτήσουν CBR μορφή, όμως λόγω του ότι τα data σήματα εμφανίζουν VBR χαρακτηριστικά, είναι πιο φυσικό να έχουν VBR μορφή. Από την άλλη, τόσο τα σήματα φωνής, όσο και βίντεο μπορούν να αποκτήσουν VBR μορφή. 11

12 Στην περίπτωση των CBR υπηρεσιών, ο ρυθμός μετάδοσης καθορίζεται μετά από διαπραγμάτευση (negotiation) μεταξύ του χρήστη και του δικτύου και διατηρείται σταθερός καθ' όλη τη διάρκεια της υπηρεσίας. Όσον αφορά τις VBR υπηρεσίες, ο ρυθμός μετάδοσης μεταβάλλεται στη διάρκεια της υπηρεσίας, όμως το δίκτυο, πριν την αποδοχή της κλήσης, πρέπει να ενημερωθεί για τις χαρακτηριστικές παραμέτρους της VBR υπηρεσίας, καθώς υπερβολικές μεταβολές στο ρυθμό μετάδοσης αυτής είναι δυνατό να παρεμποδίσουν τη λειτουργία του δικτύου. Οι χαρακτηριστικές παράμετροι περιλαμβάνουν συνήθως το μέσο και το μέγιστο ρυθμό μετάδοσης (average and maximum bit rate), την κατανομή του ρυθμού μετάδοσης (bit rate distribution) και πληροφορία σχετικά με τις "εκρήξεις" που παρουσιάζει ο ρυθμός μετάδοσης (burstiness of bit rate). Υπηρεσίες πραγματικού και μη πραγματικού χρόνου Είναι οι λεγόμενες real-time και non-real-time υπηρεσίες, διαχωρισμός ο οποίος γίνεται με βάση το αν η παροχή της υπηρεσίας γίνεται σε πραγματικό χρόνο ή όχι. Οι πρώτες παρουσιάζουν εκφυλισμό της ποιότητας τους (ή γίνονται και ακατάληπτες) αν υπάρχουν καθυστερήσεις στη μεταφορά της πληροφορίας από την πηγή στο δέκτη, ενώ οι δεύτερες μένουν ανεπηρέαστες από τις καθυστερήσεις. Παραδείγματα real-time υπηρεσιών είναι το εικονοτηλέφωνο και η βίντεο σύσκεψη (video conferencing), ενώ οι κάθε είδους μεταδόσεις data αντιπροσωπεύουν τις non-real-time υπηρεσίες. Υπηρεσίες σταθερών και μη σταθερών συνδέσεων Στις υπηρεσίες μη σταθερών συνδέσεων (CL - ConnectionLess), τα cells μπορούν να ακολουθήσουν οποιαδήποτε διαδρομή από τον αποστολέα ως το δέκτη. Δηλαδή cells της ίδιας υπηρεσίας είναι δυνατόν να περάσουν από διαφορετικά σημεία του δικτύου έως ότου φτάσουν στον προορισμό τους. Στις υπηρεσίες σταθερών συνδέσεων (CO - Connection-Oriented), ένας συγκεκριμένος αριθμός φυσικών γραμμών συνδέονται και σχηματίζουν ένα νοητό μονοπάτι (VP - Virtual Path). Οι υπηρεσίες σταθερών συνδέσεων περνάνε όλα τα cells τους μέσα από 12

13 αυτό το μονοπάτι και μόνο μέσα από αυτό. Βέβαια είναι δυνατόν μέσα από αυτό το νοητό μονοπάτι (VP) να περνάνε cells και άλλων υπηρεσιών (σε αντίθεση με τα κυκλώματα - circuits - που χρησιμοποιούνται αποκλειστικά από μία και μόνο μία υπηρεσία). Αναφέρεται επίσης ότι όλες οι υπηρεσίες μεταγωγής κυκλώματος (circuit-mode) είναι υπηρεσίες σταθερών συνδέσεων (CO) και από τις υπηρεσίες μετάδοσης και μεταγωγής πακέτων (packet-mode) εκείνες που χρησιμοποιούν νοητά κανάλια (VCs - Virtual Channels) είναι υπηρεσίες σταθερών συνδέσεων (CO), ενώ εκείνες που χρησιμοποιούν το datagram scheme είναι υπηρεσίες μη σταθερών συνδέσεων (CL). 1.4 Τεχνολογικές απαιτήσεις του BISDN Λόγω της μεγάλης ποικιλίας των υπηρεσιών (αλλά και της ποικιλίας των χαρακτηριστικών τους) που το BISDN πρέπει να υποστηρίξει, είναι απαραίτητη η ωρίμανση πολλών διαφορετικών κλάδων της τεχνολογίας για την υλοποίηση του BISDN. Κατ αρχήν, εφόσον τα υψηλών ταχυτήτων σήματα ευρέος φάσματος αποτελούν το βασικό άξονα του BISDN, είναι αναπόφευκτο να συμβαδίζει η εξέλιξη του με την εξέλιξη στον τομέα μετάδοσης σημάτων υψηλής ταχύτητας (high-speed transmission), επεξεργασίας σημάτων υψηλής ταχύτητας (high-speed signal processing) και την εξέλιξη στην τεχνολογία διακοπτών υψηλής ταχύτητας (high-speed switching). Επίσης, σημαντικό ρόλο παίζουν οι εξελίξεις σε υλικό (hardware) και λογισμικό (software), στην τεχνολογία ημιαγωγών και την τεχνολογία τηλεπικοινωνιακών δικτύων (π.χ. ήδη οι οπτικές ίνες προκαλούν εξασθένηση του σήματος που δεν υπερβαίνει τα 0.5 db/km, ενώ οι τιμές των συσκευών εκπομπής και ανίχνευσης φωτός έχουν μειωθεί δραστικά). 13

14 1.5 Τεχνολογία οπτικών ινών Η υλοποίηση του BISDN θα δώσει τη δυνατότητα στους χρήστες να προσπελαύνουν κάθε είδους υπηρεσίες, των οποίων οι ρυθμοί μετάδοσης θα φτάνουν ως και τα 600 Mbps. Για να συμβεί όμως κάτι τέτοιο είναι απαραίτητη η κατασκευή ενός δικτύου οπτικών ινών που θα εκτείνεται ως και τα σπίτια των καταναλωτών. Ένα πιθανό σενάριο όσον αφορά την επέκταση της χρήσης των οπτικών ινών (οι οποίες χρησιμοποιούνται στην Αμερική και την Ιαπωνία ήδη από το τέλος της δεκαετίας του 1970) περιλαμβάνει τα ακόλουθα τρία βήματα. Στο πρώτο βήμα οι οπτικές ίνες θα φθάσουν στις επιχειρήσεις μεγάλου μεγέθους (FTTO - Fiber To The Office), στο δεύτερο θα φθάσουν στη γωνία του οικοδομικού τετραγώνου (FTTC - Fiber To The Curb) απ όπου το δίκτυο θα συνεχίζει ως τους καταναλωτές με τα υπάρχοντα καλώδια χαλκού και τέλος, στο τρίτο βήμα, οι οπτικές ίνες θα φθάσουν ως τους καταναλωτές (FTTH - Fiber To The Home), ολοκληρώνοντας την κατασκευή ενός πλήρως οπτικού δικτύου. Βεβαίως ως τότε μένει πολύς δρόμος να διανυθεί. Η οπτική ίνα έχει τη μορφή μιας λεπτής κλωστής κατασκευασμένης από silica (πυριτική ένωση) και είναι σχεδιασμένη έτσι ώστε ο δείκτης διάθλασης (refractive index) του εσωτερικού τμήματος (core - πυρήνας) να είναι ελαφρώς μεγαλύτερος από αυτόν του εξωτερικού τμήματος (cladding - περίβλημα). Όταν το φως σχηματίζει γωνία που έχει τιμή μικρότερη από την τιμή μιας κρίσιμης γωνίας (critical angle) κατά την πρόσπτωσή του στην εσωτερική επιφάνεια του περιβλήματος, τότε το φως υφίσταται ολική ανάκλαση (σχήμα 1.2). Είναι δυνατόν όμως, αν η οπτική ίνα καμφθεί απότομα, η γωνία πρόσπτωσης να γίνει μεγαλύτερη της κρίσιμης γωνίας με συνέπεια ένα μέρος του φωτός να κατευθυνθεί προς το περίβλημα (δηλαδή να μην έχουμε ολική ανάκλαση), που οδηγεί σε απώλεια ισχύος. Σχήμα 1.2 Step-index multimode fiber 14

15 Από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα που οι οπτικές ίνες έχουν έναντι των συρμάτων χαλκού είναι ότι παρέχουν υψηλές ταχύτητες μετάδοσης ενώ ταυτόχρονα υποφέρουν από μικρές απώλειες κατά τη μετάδοση (transmission loss). Για παράδειγμα, αναφέρεται ότι οι απώλειες κατά τη μετάδοση όταν χρησιμοποιείται αξονικό καλώδιο με την ελάχιστη εξασθένιση σήματος (propagation attenuation) είναι γύρω στα 3.5 db/km στα 2.5 MHz, ενώ οι οπτικές ίνες παρουσιάζουν απώλειες της τάξης των 0.2 db/km στο 1 GHz. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων τους είναι δυνατόν να αυξήσουμε τις αποστάσεις μεταξύ των αναμεταδοτών (repeater spacing) σε εκατοντάδες χιλιομέτρων για ταχύτητες δεκάδων Gbps. Άλλα πλεονεκτήματα των οπτικών ινών περιλαμβάνουν το μικρό βάρος και πάχος τους και το ότι είναι ανεπηρέαστες από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, ενώ αναφέρεται ότι η δυνατότητα τους για μετάδοση πληροφορίας αυξάνεται σημαντικά με τη χρήση της τεχνικής πολυπλεξίας στο πεδίο του μήκους κύματος (WDM - Wavelength Division Multiplexing). Η τεχνική αυτή αξιοποιεί το γεγονός ότι οι οπτικές ίνες παρουσιάζουν μικρές απώλειες για μήκη κύματος 0,8 ως 1,6 μm για να διαμορφώσει διαφορετικά μήκη κύματος με ποικίλα σήματα και στη συνέχεια να τα πολυπλέξει και να τα μεταδώσει (simultaneously transmit a multiple number of optical signals on different wavelengths through a single optical fiber). Η απόσταση των οπτικών ινών περιορίζεται από παράγοντες όπως η απώλεια φωτός και η επικάλυψη (dispersion). Η απώλεια φωτός, που είναι η κύρια πηγή απωλειών μετάδοσης, οφείλεται σε απώλειες απορρόφησης (absorption loss - φαινόμενο κατά το οποίο το προσπίπτον φως απορροφάται από τις ακαθαρσίες), σε απώλειες λόγω ατελειών της δομής της οπτικής ίνας (structural instability loss), σε απώλειες διασποράς (scattering loss - φαινόμενο κατά το οποίο συμβαίνει διασπορά του φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις όταν αυτό έρθει σε επαφή με κάποιο αντικείμενο μεγέθους όχι πολύ μεγαλύτερου του μήκους κύματος) και σε απώλειες κάμψης του άξονα (microbending loss - απώλειες που οφείλονται σε μικρές κάμψεις του άξονα της οπτικής ίνας όταν ασκείται ασύμμετρη πίεση στην επιφάνειά της μετά την κατασκευή της). Τέλος, η επικάλυψη (dispersion) αποτελεί παράγοντα περιορισμού της ικανότητας μεταφοράς πληροφορίας, αφού η αντιμετώπισή της επιβάλλει χαμηλότερους ρυθμούς μετάδοσης. Οι παλμοί φωτός είναι δυνατόν να παραμορφωθούν όταν διασχίζουν 15

16 μεγάλες αποστάσεις μέσα στην οπτική ίνα, με συνέπεια να αυξηθεί το πλάτος τους και να υπάρχει επικάλυψη γειτονικών παλμών (overlapping of adjacent pulses), που εμποδίζει το δέκτη να προσδιορίσει το σήμα που ο πομπός στέλνει. Χαμηλότεροι ρυθμοί μετάδοσης επιτρέπουν μεγαλύτερα διαστήματα μεταξύ των παλμών (άρα αντιμετωπίζουν την επικάλυψη), αλλά μειώνουν τη χωρητικότητα της οπτικής ίνας. 1.6 Απαιτήσεις που το BISDN πρέπει να εκπληρώσει Συνοψίζοντας όσα έχουν αναφερθεί σε προηγούμενες παραγράφους, το BISDN πρέπει να υποστηρίζει υπηρεσίες αλληλεπίδρασης (interactive) αλλά και διανομής σήματος (distributive), να υποστηρίζει συνεχή και μη συνεχή σήματα (continuous/bursty), σήματα ευρέος και στενού φάσματος (wide and narrow bandwidth signals). Επίσης πρέπει να ενοποιήσει τις υπηρεσίες πραγματικού χρόνου (real-time) και μη πραγματικού χρόνου (non-real-time), τις υπηρεσίες σταθερού και μεταβλητού ρυθμού μετάδοσης (CBR/VBR) καθώς και τις υπηρεσίες μεταγωγής κυκλώματος και μεταγωγής πακέτων (circuit-mode/packet-mode). Όσον αφορά τα είδη των συνδέσεων, είναι επιθυμητή η υποστήριξη συνδέσεων απόσημείο-σε-σημείο (point-to-point) αλλά και συνδέσεων από-σημείο-σε-πολλά-σημεία (point-to-multipoint), μόνιμων (permanent), δεσμευμένων (reserved), αλλά και μετά από ζήτηση (on-demand) συνδέσεων. Το BISDN πρέπει να είναι αρκετά "έξυπνο" ώστε να επιτρέπει την επέκταση του δικτύου, τη μελλοντική αύξηση των παρεχόμενων υπηρεσιών και τη βελτίωση των χαρακτηριστικών τους και να διαθέτει λειτουργίες για συντήρηση (maintenance), έλεγχο (control) και διαχείριση (administration) του δικτύου. Όλες οι παραπάνω απαιτήσεις πρέπει να εκπληρωθούν κατά τέτοιο τρόπο ώστε να ωφελούνται από τις εξελίξεις στην τεχνολογία και ώστε η μετάβαση από τα υπάρχοντα δίκτυα στο BISDN να γίνει με ομαλό τρόπο. Μια πιθανή λύση για την εκπλήρωση όσων προαναφέρθηκαν είναι να μετατρέψουμε πρώτα τα σήματα κατά τέτοιο τρόπο ώστε να έχουν την ίδια μορφή εξωτερικά και στη 16

17 συνέχεια να τα πολυπλέξουμε. Το ATM cell είναι η βασική μονάδα (σταθερής και κοινής για όλα τα σήματα εξωτερικής μορφής) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά πληροφορίας και η μέθοδος πολυπλεξίας των ATM cells είναι η ασύγχρονη πολυπλεξία στο χρόνο (ATDM - Asynchronous Time Division Multiplexing). Ο μηχανισμός μετάδοσης πληροφορίας που βασίζεται στα ATM cells και στην ασύγχρονη πολυπλεξία στο χρόνο ονομάζεται ATM που είναι τα αρχικά των λέξεων Asynchronous Transfer Mode. 1.7 Βασικές αρχές του ATM Το ATM είναι μία τεχνική για τη μετάδοση πληροφορίας η οποία αρχικά τεμαχίζει την ψηφιακή έκφραση των προς μετάδοση σημάτων σε κομμάτια σταθερού μήκους τα οποία αποθηκεύει στη συνέχεια στα ATM cells. Αυτά τα (σταθερού μεγέθους) cells πολυπλέκονται ασύγχρονα στο χρόνο και τελικά μεταδίδονται μέσα από νοητά μονοπάτια (VPs - Virtual Paths) και νοητά κανάλια (VC - Virtual Channels). Η χρήση των ATM cells είναι που καθιστά δυνατό τον δυναμικό καταμερισμό χωρητικότητας στους διάφορους χρήστες, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπει τη συνύπαρξη υπηρεσιών ευρέος και στενού φάσματος μέσα στο ίδιο δίκτυο, αφού οι δύο κατηγορίες υπηρεσιών θα διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στον αριθμό των cells που απαιτούν (άλλωστε η χωρητικότητα των καναλιών μετάδοσης μετριέται σε ATM cells). Επίσης, η απαίτηση των υπηρεσιών πραγματικού χρόνου (real-time) για μικρή καθυστέρηση μετάδοσης αντιμετωπίζεται επιτυχώς με τη χρήση των νοητών καναλιών (VCs), η ύπαρξη των οποίων παρέχει εκτός των άλλων μεγάλη ευελιξία στην πρόσβαση στο δίκτυο. Το ATM είναι λοιπόν μια τεχνική μετάδοσης πληροφορίας που επιτυγχάνει την ενοποίηση της μεθόδου μεταγωγής κυκλώματος (circuit-mode transfer method) και μεταγωγής πακέτων (packet-mode transfer method) υλοποιώντας σταθερές συνδέσεις (είναι δηλαδή CO - Connection-Oriented) με την χρήση νοητών μονοπατιών και καναλιών για τη μετάδοση των cells. Η συγγένεια του ATM με τη μέθοδο μεταγωγής πακέτων οφείλεται στο γεγονός ότι το ATM χρησιμοποιεί cells (τα οποία είναι πακέτα) για τη μεταφορά πληροφορίας. Από την άλλη όμως, η μεταγωγή πακέτων σχεδιάστηκε 17

18 για data σήματα μεταβλητού ρυθμού (variable-rate) και μη πραγματικού χρόνου (nonreal-time), ενώ το ATM μπορεί να εξυπηρετήσει και σήματα πραγματικού χρόνου (real-time) και σταθερού ρυθμού (fixed-rate). Ακόμα, η μεταγωγή πακέτων χρησιμοποιείται σε τοπικά δίκτυα (LANs - Local Area Networks), ενώ το ATM χρησιμοποιείται και σε δίκτυα μεγαλύτερης έκτασης. Η θεμελιώδης διαφορά ανάμεσα στο ATM και τη μέθοδο μεταγωγής κυκλώματος είναι ότι ενώ στη μεταγωγή κυκλώματος ανατίθεται σε ένα χρήστη που απέκτησε πρόσβαση ένα αποκλειστικό κανάλι για τη μεταφορά πληροφορίας με τη μορφή ενός συνεχούς συρμού από bit (continuous bit stream), το ATM μετατρέπει το σήμα σε ATM cells τα οποία μεταδίδει μέσω νοητών καναλιών (VCs). Το ATM cell έχει μέγεθος 5+48 bytes. Η ταχύτητα του προσαρμογέα χρήστη-δικτύου (UNI - User-Network Interface) επιλέχθηκε στα Mbps (υπό την επίδραση της προηγηθείσας διαδικασίας ορισμού standards για το SDH - Synchronous Digital Hierarchy - ), ενώ ως πλαίσιο για τη μετάδοση επιλέχθηκε είτε το STM-1 πλαίσιο είτε (σκέτο) το ATM cell. Στη συνέχεια παρουσιάζονται το πρότυπο αναφοράς πρωτοκόλλου του BISDN καθώς και τα επίπεδα που αυτό ορίζει, συνοδευόμενα από περιγραφή των λειτουργιών που το καθένα τους υλοποιεί. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΤΟΥ BISDN ΚΑΙ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΤΟΥ Η ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ 2.1 Πρότυπο αναφοράς πρωτοκόλλου του BISDN Το πρότυπο αναφοράς πρωτοκόλλου (PRM - Protocol Reference Model) του BISDN αποσκοπεί να συστηματοποιήσει τη μεταφορά πληροφορίας και να την καταστήσει πιο ευέλικτη χωρίζοντας το δίκτυο σε επίπεδα (layers) και καθορίζοντας ποιες λειτουργίες του δικτύου αντιστοιχούν σε κάθε επίπεδο. Η δόμηση σε επίπεδα γίνεται κατά τέτοιο 18

19 τρόπο ώστε ο ρόλος ενός επιπέδου χαμηλής τάξεως να είναι η παροχή ενός (προκαθορισμένου) σετ υπηρεσιών στο αμέσως υψηλότερο επίπεδο. Το πρότυπο αναφοράς πρωτοκόλλου (PRM) του BISDN αποτελείται από το επίπεδο διαχείρισης (management plane), το επίπεδο ελέγχου (control plane) και το επίπεδο χρήστη (user plane) όπως φαίνεται στο σχήμα 2.1. Το επίπεδο διαχείρισης μπορεί να χωριστεί σε plane management και layer management. Το plane management είναι υπεύθυνο για τη διαχείριση όλου του συστήματος μέσα από το ρόλο του ως συντονιστή των άλλων επιπέδων, ενώ το layer management είναι υπεύθυνο για τη διαχείριση των πόρων (resources), των παραμέτρων του χρήστη και της ροής της πληροφορίας αυτοσυντήρησης (OAM information - Operation And Maintenance information). Σχήμα 2.1 BISDN protocol reference model Το επίπεδο ελέγχου παρέχει λειτουργίες που σχετίζονται με την έναρξη της κλήσης (call establishment), την επίβλεψη της (call monitoring) και τον τερματισμό της (call release). Επίσης παρέχει λειτουργίες για την αλλαγή των χαρακτηριστικών μιας κλήσης που βρίσκεται σε εξέλιξη. 19

20 Το επίπεδο χρήστη είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά της πληροφορίας του χρήστη υλοποιώντας μεταξύ των άλλων λειτουργίες διόρθωσης λαθών και ελέγχου της ροής της πληροφορίας (flow control). Τόσο το επίπεδο ελέγχου (control plane), όσο και το επίπεδο χρήστη (user plane) αποτελούνται από τα ακόλουθα επίπεδα : φυσικό, ATM, AAL και ανώτερα επίπεδα. Στον ακόλουθο πίνακα δίνεται μια περιγραφή των λειτουργιών κάθε επιπέδου.. Στον ακόλουθο πίνακα δίνεται μια περιγραφή των λειτουργιών κάθε επιπέδου. 2.2 Το ATM cell Το ATM cell είναι η βασική μονάδα μεταφοράς πληροφορίας. Αποτελείται από 53 bytes από τα οποία τα 48 χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά πληροφορίας του χρήστη (user information), ενώ τα υπόλοιπα 5 bytes αποτελούν το πρόθεμα (header) του ATM cell (σχήμα 2.2 α). 20

21 Τα πεδία που συνθέτουν το header είναι τα ακόλουθα : I. GFC, του οποίου η κύρια λειτουργία είναι ο έλεγχος της πρόσβασης στο φυσικό μέσο (physical access control), ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την μείωση του cell jitter των υπηρεσιών σταθερού ρυθμού μετάδοσης (CBR), το δίκαιο καταμερισμό χωρητικότητας στις υπηρεσίες μεταβλητού ρυθμού μετάδοσης (VBR), καθώς και για τον έλεγχο της ροής πληροφορίας των τελευταίων. II. VPI/VCI, που χρησιμοποιείται για να καθορίσει τους κωδικούς VP/VC του cell, έτσι ώστε να είναι δυνατό να αναγνωρίσουμε τα cell που ανήκουν στην ίδια σύνδεση. III. PT, για να προσδιορίσει αν το cell περιέχει ή όχι πληροφορία του χρήστη (user information) και αν υπέφερε ή όχι από συνωστισμό (traffic congestion). IV. CLP, το οποίο είναι ένα bit που καθορίζει αν το εν λόγω cell μπορεί να απορριφθεί σε περίπτωση συνωστισμού (congestion) στο δίκτυο ή όχι. V. HEC, το οποίο έχει μέγεθος ενός byte. Ανιχνεύει και διορθώνει λάθη στο cell header, ενώ χρησιμοποιείται και για την ανίχνευση των ορίων των cell headers (delineating the cell header). Τα σχήματα 2.2 b και 2.2 c παρουσιάζουν τη δομή του header στον προσαρμογέα χρήστη-δικτύου (UNI - User-Network Interface) και δικτύου-δικτύου (NNI - Network Node Interface) αντίστοιχα. Επίσης στον πίνακα 2.2 δίνονται τα bit που καταλαμβάνει κάθε πεδίο του header. Σχήμα 2.2 ATM cell structure ( a ) cell structure ( b ) header structure at UNI ( c ) header structure at NNI 21

22 Πίνακας 2.2 Bit allocation of cell header Τα ΑΤΜ cells μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με το επίπεδο και τη λειτουργία με την οποία σχετίζονται. Για παράδειγμα το ATM layer cell είναι ένα cell που δημιουργείται στο ΑΤΜ επίπεδο και ομοίως το physical layer cell δημιουργείται στο φυσικό επίπεδο (physical layer). Μια περαιτέρω ταξινόμηση είναι αυτή του πίνακα 2.3 που χωρίζει τα cells του ATM επιπέδου (ΑΤΜ layer cells) σε assigned cells (χρησιμοποιούνται για υπηρεσίες του ΑΤΜ επιπέδου) και unassigned cells (τα υπόλοιπα) και τα cells του φυσικού επιπέδου (physical layer cells) σε ΟΑΜ cells (για τη μεταφορά ΟΑΜ πληροφορίας του φυσικού επιπέδου) και άδεια (idle) cells που στόχο έχουν να γεμίσουν το κενό που δημιουργείται όταν δεν υπάρχουν cells προς μετάδοση. Πίνακας 2.3 Classification of ATM cell 22

23 2.3 Το φυσικό επίπεδο Η κύρια λειτουργία του φυσικού επιπέδου είναι να δέχεται τα ATM cells που προέρχονται από το αμέσως ανώτερο επίπεδο (το ATM επίπεδο), να τα μετατρέπει σε μορφή κατάλληλη ώστε να μπορούν να μεταδοθούν από το φυσικό μέσο και στη συνέχεια να εκτελεί τη μετάδοση τους. Φυσικά πρέπει να έχει και τη δυνατότητα εκτέλεσης της αντίστροφης διαδικασίας. Το φυσικό επίπεδο χωρίζεται σε δύο υποεπίπεδα. Το TC (Transmission Convergence) και το PM (Physical Medium) υποεπίπεδο. Οι λειτουργίες που υλοποιεί το φυσικό επίπεδο είναι οι ακόλουθες : Λειτουργία του φυσικού μέσου Physical Medium Function Η λειτουργία του φυσικού μέσου εξαρτάται από το φυσικό μέσο που χρησιμοποιείται. Στην περίπτωση που το μέσο είναι οι οπτικές ίνες, η εν λόγω λειτουργία έχει να κάνει με τις οπτικές ίνες, τις συσκευές εκπομπής και ανίχνευσης φωτός κτλ. Λειτουργία σχετική με τον συγχρονισμό Bit Timing Information Function Αυτή η λειτουργία περιλαμβάνει στη διεύθυνση εκπομπής τη μορφοποίηση των δεδομένων προς μετάδοση σε μια μορφή τέτοια που να μπορεί να μεταδοθεί από το φυσικό μέσο και στη διεύθυνση λήψης την απομορφοποίησή τους (line coding/decoding), καθώς και την εισαγωγή/εξαγωγή πληροφορίας συγχρονισμού (timing information). Συνεπώς το PM υποεπίπεδο περνάει στο TC υποεπίπεδο ένα συρμό από bit/σύμβολα και την αντίστοιχη πληροφορία συγχρονισμού. 23

24 Λειτουργία δημιουργίας/αφαίρεσης του πλαισίου μετάδοσης Transmission Frame Generation and Extraction Function Η συγκεκριμένη λειτουργία δεν υλοποιείται στην περίπτωση που η μετάδοση είναι βασιζόμενη σε cell (cell-based), αφού δεν απαιτείται ξεχωριστό πλαίσιο μετάδοσης σε αυτήν την περίπτωση. Αν όμως η μετάδοση είναι SDH-βασιζόμενη, απαιτείται η δημιουργία STM-n πλαισίων, ενώ η G.702-βασιζόμενη μετάδοση προϋποθέτει την ύπαρξη πλαισίων για DS-3 σήματα. Περισσότερες πληροφορίες στο παράρτημα. Λειτουργία προσαρμογής στο πλαίσιο μετάδοσης Transmission Frame Adaptation Function Στην περίπτωση που το δίκτυο είναι SDH- ή G.702-βασιζόμενο, πρέπει να τοποθετηθούν τα ATM cells στο χώρο εκείνο του πλαισίου που προορίζεται για μεταφορά πληροφορίας χρήστη (payload of the transmission frame) ή αντίστοιχα να αποσπασθούν τα ATM cells από το πλαίσιο μετάδοσης. Η λειτουργία προσαρμογής στο πλαίσιο μετάδοσης είναι που υλοποιεί τα παραπάνω. Λειτουργία ανίχνευσης ορίων των cells Cell Delineation Function Στη διεύθυνση εκπομπής εκτελεί το scrambling των ATM cells ενώ στη διεύθυνση λήψης ανιχνεύει τα όρια των cells, επιβεβαιώνει τα όριά τους και εκτελεί το descrambling. Λειτουργία δημιουργίας και επαλήθευσης του HEC HEC Signal Generation and Confirmation Function Στη διεύθυνση εκπομπής δημιουργεί το HEC από τα πρώτα 4 bytes του ATM header και το εισάγει στο πέμπτο byte του header. Στη διεύθυνση λήψης εφαρμόζει τον ίδιο 24

25 υπολογισμό με πριν για να επαληθεύσει την τιμή του HEC και στην περίπτωση που ανιχνευθεί λάθος που δεν επιδέχεται διόρθωση, το cell απορρίπτεται. Λειτουργία διατήρησης σταθερής ροής από cells Cell Rate Decoupling Function Η λειτουργία αυτή δημιουργεί έναν αριθμό από άδεια (idle) cells τα οποία προσθέτει στα υπόλοιπα που μεταφέρουν πληροφορία, έτσι ώστε η συνολική ροή των cells να είναι ίση με τη χωρητικότητα του πλαισίου ή αντίστροφα αφαιρεί τα άδεια cells που δεν μεταφέρουν πληροφορία Έλεγχος λαθών στο header (HEC) Ο ρόλος του HEC είναι να διορθώνει ένα (το πολύ) λάθος του ενός bit σε όποιο σημείο του header κι αν εμφανίζεται και να ανιχνεύει λάθη πολλών bits (multibit errors). Το αποτέλεσμα που προκύπτει από τον έλεγχο με τη χρήση του HEC είναι να απορριφθεί το cell αν έχει λάθη σε περισσότερα από ένα bits (ενώ είναι δυνατόν να υπάρχει μόνο ένα λάθος του ενός bit και παρόλα αυτά, λόγω εσφαλμένης λειτουργίας, να απορριφθεί το cell) ή να θεωρηθεί σωστό (valid) αν υπάρχει το πολύ ένα λάθος του ενός bit. (Βέβαια και σε αυτή την περίπτωση είναι δυνατόν ένα cell να θεωρηθεί σωστό ενώ έχει περισσότερα λάθη). Τα σωστά cells τα οποία έχουν λάθη (valid cells with errored headers) και τα cells που απορρίπτονται (discarded cells) αποτελούν τις κύριες αιτίες εκφυλισμού της απόδοσης του BISDN. Το ακόλουθο σχήμα παρουσιάζει την πιθανότητα εμφάνισης cells των δύο προαναφερθέντων κατηγοριών ως συνάρτηση του λόγου λανθασμένα bits/συνολικά bits. 25

26 Σχήμα 2.3 Probability of discarded cells and valid cells with errored headers Όσον αφορά τον υπολογισμό του HEC, αναφέρεται ότι βασίζεται σε έναν κυκλικό κώδικα (cyclic code) με χρήση του πολυωνύμου x 8 +x 2 +x+1. Τα πρώτα 4 bytes του cell header εκφράζονται στη μορφή ενός διωνυμικού (binary) πολυωνύμου τριακοστού πρώτου βαθμού, το οποίο στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται με x 8 και διαιρείται από το x 8 +x 2 +x+1. Το υπόλοιπο της διαίρεσης αποτελεί το πεδίο HEC του header. Η επιβεβαίωση στην πλευρά της λήψης περιλαμβάνει την έκφραση των 5 bytes του header (συμπεριλαμβανομένου του HEC) στη μορφή ενός διωνυμικού πολυωνύμου τριακοστού ενάτου βαθμού και διαίρεση με το x 8 +x 2 +x+1. Η διαίρεση πρέπει να έχει μηδενικό υπόλοιπο στην περίπτωση μη ύπαρξης λάθους Ανίχνευση ορίων των cells Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση των ορίων των cells μέσα από τον συρμό των εισερχόμενων cells, βασίζεται στην παρατήρηση του βαθμού συσχέτισης των 4 πρώτων bytes του header με το πέμπτο byte. Δηλαδή, αφότου πέντε συνεχόμενα bytes εκλεγούν και εκφρασθούν στη μορφή ενός διωνυμικού πολυωνύμου τριακοστού 26

27 ενάτου βαθμού, αν το αποτέλεσμα της διαίρεσης με το x 8 +x 2 +x+1 δίνει υπόλοιπο μηδέν, τότε τα 5 εκλεγμένα bytes θεωρούνται ως υποψήφια για header bytes. Αν το ίδιο ισχύει δ φορές στη σειρά για δ πεντάδες από bytes που βρίσκονται σε τακτικά διαστήματα των 53 bytes, τότε συμπεραίνουμε ότι τα 5 bytes που εκλέχθηκαν αποτελούν όντως ένα ATM cell header και επιτυγχάνεται συγχρονισμός. Απώλεια συγχρονισμού έχουμε στην περίπτωση που αποτυγχάνει να αναγνωρισθεί header α συνεχόμενες φορές. Στο ακόλουθο σχήμα δίνεται ο χρόνος απώλειας συντονισμού για διάφορες τιμές της παραμέτρου α, όπως επίσης και ο χρόνος που απαιτείται για την επίτευξη συγχρονισμού για διάφορες τιμές του δ. Και οι δύο χρόνοι εκφράζονται σε cells. Σχήμα 2.4 Performance of α and δ for Mbps signal ( a ) α and insynchronization time ( b ) δ and synchronization acquisition time 27

28 2.3.3 Scrambling Το scrambling είναι μία τεχνική επεξεργασίας σήματος σε επίπεδο bit, που εφαρμόζεται σε ένα σήμα τη στιγμή που προηγείται της μετάδοσής του. Στόχο έχει την εξάλειψη της εμφάνισης μεγάλων ακολουθιών από "0" ή "1" και τη δημιουργία εναλλαγών από "0" σε "1" και αντίστροφα, οι οποίες εναλλαγές είναι απαραίτητες για την επίτευξη συγχρονισμού μεταξύ πομπού και δέκτη - σε επίπεδο bit - εφόσον ο συγχρονισμός επιτυγχάνεται μέσω της ανίχνευσης της περιόδου των παλμών. Είναι φανερό ότι η περίοδος των παλμών ανιχνεύεται τόσο ευκολότερα, όσο περισσότερες εναλλαγές υπάρχουν. Στην περίπτωση της cell-βασιζόμενης μετάδοσης χρησιμοποιείται η τεχνική DSS (Distributed Sample Scrambling) για το scrambling τόσο του header, όσο και του υπόλοιπου cell. Αυτή περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας ψευδοτυχαίας ακολουθίας δυαδικών αριθμών (PRBS - Pseudo-Random Binary Sequence) που προστίθεται στη συνέχεια (με τη χρήση πυλών XOR) στα bit τόσο του header, όσο και του υπολοίπου cell. Με αυτό τον τρόπο λοιπόν, την XOR λειτουργία, επιτυγχάνεται το "σπάσιμο" των αλυσίδων από "0" ή "1". Ο συγχρονισμός του πομπού με το δέκτη όσον αφορά την ακολουθία που ο πρώτος χρησιμοποιεί (η εύρεση δηλαδή αυτής από το δέκτη), περιλαμβάνει για κάθε cell την πρόσθεση ενός τμήματος της PRBS (μήκους 2 bits) στα δύο πρώτα bits του HEC. Με αυτόν τον τρόπο και επειδή η PRBS έχει μήκος 32 bits, απαιτούνται 16 cells για την αποστολή της πλήρους ακολουθίας. Ο δέκτης πρέπει να χρησιμοποιήσει τα υπόλοιπα 6 bits του HEC για να ανιχνεύσει τα όρια του header και από τη στιγμή που αυτά βρεθούν, υπολογίζονται οι τιμές των δύο bits της PRBS που έχουν σταλεί με το συγκεκριμένο cell. Στην περίπτωση που ο μηχανισμός ανίχνευσης ορίων δεν παρουσιάσει λάθη, ο συγχρονισμός επιτυγχάνεται μετά από 16 cells. Αναφέρεται επίσης ότι η διαδικασία για το descrambling (αντίστροφη του scrambling) απαιτεί 19 XOR και 31+2 καταχωρητές ολίσθησης (shift registers), ενώ αυτή για το scrambling 2 XOR και 31+2 καταχωρητές ολίσθησης. 28

29 2.4 Το ATM επίπεδο Το ATM επίπεδο είναι ανεξάρτητο του φυσικού επιπέδου. Είναι υπεύθυνο για τον υπολογισμό και την επεξεργασία όλων των πεδίων του header εκτός του πεδίου HEC. Στη διεύθυνση εκπομπής, το ATM επίπεδο χρησιμοποιεί την πληροφορία που λαμβάνει από το αμέσως υψηλότερο επίπεδο - καθώς και από το επίπεδο διαχείρισης - για τη δημιουργία του header το οποίο προσαρτά στην πληροφορία του χρήστη που έρχεται από το AAL επίπεδο. Στη συνέχεια στέλνει το cell (όπως αυτό διαμορφώθηκε μετά την προσθήκη του header στην πληροφορία του χρήστη) στο φυσικό επίπεδο για τη μετάδοσή του. Στη διεύθυνση λήψης, τα cells τα οποία λαμβάνονται από το φυσικό επίπεδο αποσυναρμολογούνται για να απομονωθεί και να επεξεργασθεί το header και για να σταλεί η πληροφορία του χρήστη στο AAL επίπεδο Νοητά κανάλια και νοητά μονοπάτια Μια διαφανής σύνδεση (transparent connection) που παρέχεται από το ATM επίπεδο στο υψηλότερο επίπεδο, ονομάζεται ATM σύνδεση. Τα δύο είδη ATM συνδέσεων είναι οι συνδέσεις νοητών καναλιών (VCCs - Virtual Channel Connections) και οι συνδέσεις νοητών μονοπατιών (VPCs - Virtual Path Connections). Ο όρος νοητό κανάλι (virtual channel) αναφέρεται σε μία λογική σύνδεση μιας διεύθυνσης (logical unidirectional connection) μεταξύ δύο σημείων για τη μεταφορά ATM cells, ενώ ο όρος νοητό μονοπάτι (virtual path) αναφέρεται σε μία ομάδα νοητών καναλιών που έχουν τα ίδια άκρα και θεωρούνται ως μία λογική οντότητα. Κάθε νοητό κανάλι χαρακτηρίζεται από έναν αριθμό που ονομάζεται VCI (Virtual Channel Identifier) και κάθε νοητό μονοπάτι από έναν αριθμό VPI (Virtual Path Identifier). Μέσα σε μια σύνδεση νοητών μονοπατιών (VPC) είναι δυνατόν να έχουμε νοητά κανάλια που είναι διαφορετικά μεταξύ τους και ξεχωρίζουν από τα VCI τους. Από την άλλη μεριά, νοητά κανάλια που ανήκουν σε διαφορετικά νοητά μονοπάτια είναι δυνατόν να έχουν το ίδιο VCI. Επομένως, ένα νοητό κανάλι προσδιορίζεται πλήρως από δύο αριθμούς : τους αριθμούς VCI και VPI. 29

30 Οι συνδέσεις νοητών καναλιών (VCCs) δημιουργούνται από τη συνένωση νοητών καναλιών (VCs) και έχουν τα άκρα τους στα σημεία εκείνα του δικτύου στα οποία το κομμάτι του cell που περιέχει την πληροφορία του χρήστη περνάει από το ATM επίπεδο στο AAL επίπεδο ή αντίστροφα. Οι συνδέσεις νοητών μονοπατιών (VPCs) δημιουργούνται από τη συνένωση νοητών μονοπατιών (VPs) και έχουν άκρα τους τα σημεία εκείνα που αποτελούν άκρα των VCCs αλλά και τα σημεία όπου τα νοητά κανάλια (VCs) του μονοπατιού οδηγούνται σε διαφορετικά νοητά μονοπάτια λόγω ύπαρξης διακόπτη νοητών καναλιών. Το ακόλουθο σχήμα παρουσιάζει με παραστατικό τρόπο όσα προαναφέρθηκαν. Τα νοητά κανάλια παραστώνται με ευθύγραμμα τμήματα και τα νοητά μονοπάτια με κυλίνδρους. Φαίνεται για παράδειγμα ότι το νοητό μονοπάτι με αριθμό VPI 1 αποτελείται από τα νοητά κανάλια με αριθμούς VCI 1 και VCI 2. Επίσης, φαίνεται ότι ο αριθμός VCI 1 δεν προσδιορίζει μονοσήμαντα ένα νοητό κανάλι, αφού υπάρχουν και άλλα νοητά μονοπάτια εκτός του VPI 1 που έχουν νοητά κανάλια με αριθμό VCI 1. Για να προσδιορισθεί επομένως ένα νοητό κανάλι μονοσήμαντα πρέπει - όπως έχει ήδη αναφερθεί - να δοθεί και το νοητό μονοπάτι στο οποίο ανήκει. Σχήμα 2.5 ATM layer connection ( a ) VPI and VCI assignments ( b ) VP and VC connections 30

31 Το S VPI συμβολίζει την ύπαρξη διακόπτη νοητών μονοπατιών (ο οποίος δεν αλλάζει τα VCI παρά μόνο τα VPI) και το S VCI συμβολίζει την ύπαρξη διακόπτη νοητών καναλιών (ο οποίος αλλάζει τόσο τα VCI όσο και τα VPI). Τέλος, ως παράδειγμα σύνδεσης νοητών μονοπατιών (VPC) δίνεται η σύνδεση που αποτελείται από τα νοητά μονοπάτια VPI 1, VPI 5 και ως παράδειγμα σύνδεσης νοητών καναλιών (VCC) δίνεται η σύνδεση που αποτελείται από τα νοητά κανάλια VCI 2 (VPI 1 ), VCI 2 (VPI 5 ), VCI 1 (VPI 10 ). Στον προσαρμογέα χρήστη-δικτύου (UNI) τα πεδία VCI/VPI καταλαμβάνουν 24 bits και στον προσαρμογέα δικτύου-δικτύου (NNI) 28 bits. Όμως, ο πραγματικός αριθμός bits αυτών των πεδίων στον προσαρμογέα χρήστη-δικτύου (UNI) καθορίζεται μετά από διαπραγμάτευση ανάμεσα στο χρήστη και το δίκτυο. Η τιμή που επιλέγεται είναι η μικρότερη μεταξύ των δύο τιμών που προβάλουν ως απαίτηση οι δύο πλευρές. Οι τιμές που εκχωρούνται για τα VPI πρέπει να είναι συνεχόμενες και εκλέγονται αρχίζοντας από το λιγότερο σημαντικό bit, ενώ τα αχρησιμοποίητα bits του VPI παίρνουν την τιμή 0. Τα ίδια ισχύουν και για το VCI. Για την περίπτωση νοητών καναλιών που χρησιμοποιούνται για metasignaling ή για σηματοδοσία (signaling), τα πεδία VPI/VCI παίρνουν τις συγκεκριμένες σταθερές τιμές που δίνονται στον κάτωθι πίνακα. Τα ΧΧΧΧΧΧΧΧ και ΥΥΥΥΥΥΥΥ δηλώνουν αυθαίρετες τιμές. Πίνακας 2.4 Pre-assigned VPI/VCI values (UNI) 31

32 Για την περίπτωση των unassigned cells (cells δηλαδή του ATM επιπέδου που δεν χρησιμοποιούνται για υπηρεσίες αυτού του επιπέδου) και των cells που είναι δεσμευμένα για το φυσικό επίπεδο, δίνονται οι ακόλουθοι πίνακες περιγραφής των 5 bytes του header. Πίνακας 2.5 Pre-assigned cell header at the UNI Πίνακας 2.6 Pre-assigned cell header at the NNI Σημειώνεται ότι τα P, A δηλώνουν bits των οποίων η τιμή προσδιορίζεται στο φυσικό και στο ATM επίπεδο αντίστοιχα. Επίσης, τα cells του φυσικού επιπέδου είναι είτε άδεια (idle) cells που στόχο έχουν να γεμίσουν το κενό που δημιουργείται στο προς μετάδοση πλαίσιο όταν δεν υπάρχουν cells προς μετάδοση, είτε cells για τη μεταφορά πληροφορίας αυτοσυντήρησης (OAM information) του φυσικού επιπέδου. Το κομμάτι PPP1 του header στον προσαρμογέα δικτύου-δικτύου (NNI) παίρνει την τιμή 0001 για τα πρώτα και την τιμή 1001 για τα δεύτερα. 32

33 Πίνακας 2.7 Header bit pattern of physical OAM cells Λειτουργίες του ATM επιπέδου Από τις λειτουργίες του ATM επιπέδου, ως πιο σημαντική μπορεί να θεωρηθεί η λειτουργία υπολογισμού των πεδίων VPI/VCI, η λειτουργία δηλαδή, που ασχολείται με τη δρομολόγηση (routing). Εκτός όμως από αυτήν, το ATM επίπεδο υλοποιεί και τις ακόλουθες λειτουργίες : Λειτουργία πολυπλεξίας και αποπολυπλεξίας των cells Cell Multiplexing and Demultiplexing Function Ασχολείται με την πολυπλεξία ATM cells που προέρχονται από διαφορετικά νοητά μονοπάτια (VPs) και νοητά κανάλια (VCs) ώστε να σχηματίσουν μια ενιαία ροή από cells καθώς και με την αντίστροφη διαδικασία. Λειτουργία σχετική με το περιεχόμενο του cell Payload Type Indication Function Από τα τρία bits του πεδίου PT του header, το πρώτο χρησιμοποιείται για να δηλώσει αν τα 48 bytes που έπονται του header περιέχουν πληροφορία του χρήστη (user information) ή πληροφορία του δικτύου (network information). Οι τιμές του bit αυτού 33

34 είναι 0 και 1 αντίστοιχα. Το δεύτερο bit, όταν αυτό χρησιμοποιείται από το δίκτυο, δηλώνει αν το cell υπέφερε (1) ή όχι (0) από συνωστισμό (congestion). Ενώ τα συνηθισμένα ATM cells παράγονται στο τερματικό του χρήστη και μπαίνουν στο δίκτυο μέσω του προσαρμογέα χρήστη-δικτύου (UNI), τα cells που χρησιμοποιούνται για μεταφορά πληροφορίας του δικτύου δημιουργούνται στο εσωτερικό του δικτύου. Λειτουργία προτεραιότητας των cells Cell Loss Priority Function Οι υπηρεσίες μεταβλητού ρυθμού μετάδοσης (VBR) παρουσιάζουν διακυμάνσεις στο ρυθμό μετάδοσης. Είναι δυνατόν να υπάρξουν στιγμές στις οποίες πολλές ταυτόχρονα VBR υπηρεσίες μεταδίδουν δεδομένα με το μέγιστο δυνατό ρυθμό, με συνέπεια να εμφανισθεί συνωστισμός στο δίκτυο (congestion). Ένας τρόπος αντιμετώπισης του φαινομένου είναι με τη χρήση της λειτουργίας προτεραιότητας των cells (CLP function - Cell Loss Priority function). Η προτεραιότητα που έχει ένα cell μιας υπηρεσίας μεταβλητού ρυθμού μετάδοσης (VBR) καταγράφεται στο μεγέθους ενός bit πεδίο (CLP) του header του cell. Η τιμή αυτή είναι 1 όταν το cell είναι χαμηλής προτεραιότητας και 0 αλλιώς. Το να έχει ένα cell χαμηλή προτεραιότητα σημαίνει ότι σε περίπτωση συνωστισμού απορρίπτεται πρώτο. Η εν λόγω λειτουργία υλοποιείται λαμβάνοντας υπ' όψιν την ποιότητα που απαιτεί η υπηρεσία (QοS - Quality of Service), η οποία καθορίζεται τη στιγμή που ο χρήστης γίνεται αποδεκτός στο δίκτυο. Η λειτουργία προτεραιότητας πρέπει να εγγυηθεί ότι ο αριθμός των cells χαμηλής προτεραιότητας θα είναι τέτοιος, ώστε ακόμα και αν απορριφθούν όλα αυτά τα cells, να παρέχεται η ποιότητα που απαίτησε η υπηρεσία τη στιγμή της αποδοχής της. Το δίκτυο πρέπει συνεχώς να επιτηρεί μέσω διαδικασιών ελέγχου παραμέτρων χρήσης (UPC - Usage Parameter Control) αν ο αριθμός των cells μιας συγκεκριμένης σύνδεσης 34

35 υπερβεί την προσυμφωνημένη τιμή. Σε περίπτωση που συμβεί κάτι τέτοιο, το δίκτυο μπορεί να αγνοήσει ακόμη και τα υψηλής προτεραιότητας cells. Λειτουργία πρόσβασης στο φυσικό μέσο Generic Flow Control Function Η λειτουργία αυτή ελέγχει την πρόσβαση στο φυσικό μέσο στον προσαρμογέα χρήστηδικτύου (controls medium access at the UNI) και ελέγχει τη ροή πληροφορίας με στόχο να αντιμετωπίσει τις βραχυπρόθεσμες καταστάσεις υπερφόρτωσης. Επίσης χρησιμοποιείται για τη μείωση του jitter των υπηρεσιών σταθερού ρυθμού μετάδοσης (CBR) και το δίκαιο καταμερισμό χωρητικότητας στις υπηρεσίες μεταβλητού ρυθμού μετάδοσης (VBR), φροντίζοντας ταυτόχρονα να αποδίδεται σε κάθε χρήστη η προσυμφωνημένη χωρητικότητα. Η λειτουργία πρόσβασης στο φυσικό μέσο (GFC - Generic Flow Control) είναι ανεξάρτητη του φυσικού επιπέδου. Εφαρμόζεται οποιοσδήποτε κι αν είναι ο τρόπος σύνδεσης των χρηστών (σύνδεση δακτυλίου, διαδρόμου, αστέρα κτλ), ενώ πρέπει να είναι ανεπηρέαστη από τη συνολική τηλεπικοινωνιακή κίνηση, τον αριθμό των τερματικών και την μεταξύ τους απόσταση. Σε περίπτωση που δεν χρειάζεται η λειτουργία πρόσβασης στο φυσικό μέσο (GFC), το αντίστοιχο πεδίο του header παίρνει την τιμή Το AAL επίπεδο Το AAL επίπεδο τοποθετείται μεταξύ του ATM επιπέδου και των ανώτερων επιπέδων. Είναι υπεύθυνο για τη μετατροπή της πληροφορίας που προέρχεται από τον χρήστη (η οποία παρουσιάζει μεγάλη ποικιλία στη μορφή της) σε μια μορφή τέτοια που να είναι αποδεκτή από το ATM επίπεδο. Το AAL επίπεδο ασχολείται δηλαδή με την μετατροπή της πληροφορία που προέρχεται από τον χρήστη σε 48άδες από byte που στη συνέχεια θα σχηματίσουν τα ATM cells. 35

36 Εκτός όμως από την παραπάνω μετατροπή, το AAL επίπεδο ασχολείται και με την ανίχνευση και διόρθωση των λαθών μετάδοσης, την επεξεργασία των χαμένων, λανθασμένων και με λάθη στο header cells (lost, errored and misinserted cells), την αποστολή και την αξιοποίηση πληροφορίας συγχρονισμού (delivers and recovers timing information), καθώς και τον έλεγχο ροής πληροφορίας (flow control) για την εξασφάλιση της απαιτούμενης ποιότητας υπηρεσίας (QoS). Όπως έχει αναφερθεί σε προηγούμενη παράγραφο, οι υπηρεσίες μπορούν να χωρισθούν σε τέσσερις κλάσεις από το A ως το D, ανάλογα με το ρυθμό μετάδοσής τους, την απαίτησή τους για συγχρονισμό και το είδος της σύνδεσης που απαιτούν (πίνακας 1.2). Το AAL επίπεδο μπορεί και αυτό να χωρισθεί αντίστοιχα σε τέσσερις τύπους (AAL-1 ως AAL-4), καθένας από τους οποίους εξυπηρετεί μια κλάση. Εκτός όμως από την παραπάνω ταξινόμηση κατά την οριζόντια έννοια, το AAL επίπεδο χωρίζεται κατά την κατακόρυφη έννοια στο CS (Convergence Sublayer) και στο SAR (Segmentation And Reassembly) υποεπίπεδο. Έχοντας υπ όψιν τους ορισμούς των SDU και PDU όπως αυτοί δίνονται στο παράρτημα, για κάθε έναν από τους τέσσερις τύπους του AAL επιπέδου (AAL-1 ως AAL-4), ισχύουν τα ακόλουθα. Στη διεύθυνση εκπομπής, το CS υποεπίπεδο δέχεται τις SDU του χρήστη (User SDU U-SDU) από το ανώτερο επίπεδο του χρήστη (upper user layer) στις οποίες προσθέτει ένα πρόθεμα (header) και ένα επίθεμα (trailer) που σχετίζονται με το χειρισμό λαθών και τη διατήρηση της σειράς των δεδομένων (data priority preservation), δημιουργώντας τις SAR-PDUs, οι οποίες στη συνέχεια στέλνονται στο ATM επίπεδο. Το ακόλουθο σχήμα δίνει παραστατικά αυτή τη διαδικασία. 36

37 Σχήμα 2.6 Processing of data at AAL sublayer Στη διεύθυνση λήψης, το SAR υποεπίπεδο αναλύει τις SAR-PDUs που έρχονται από το ATM επίπεδο για να αποσπάσει από αυτές τις SAR-SDUs από τις οποίες συντίθενται κατόπιν οι CS-PDUs. Το CS υποεπίπεδο αναλύει τις CS-PDUs για να αποσπάσει τις SDU του χρήστη (U-SDU) και να τις παραδώσει τελικά στο ανώτερο επίπεδο του χρήστη (upper user layer). 37

38 Ακολουθεί ένας πίνακας αντιστοίχησης κλάσεων υπηρεσιών και AAL επιπέδων, όπως και ένας συνοπτικός πίνακας με τις κύριες λειτουργίες των 4 τύπων του AAL επιπέδου, ενώ στις επόμενες παραγράφους δίνονται αναλυτικότερες περιγραφές των υποεπιπέδων για καθένα από αυτούς τους τύπους. Πίνακας 2.8 Service classes and AAL types Πίνακας 2.9 Major functions of AAL 1 through AAL 4 38

39 2.5.1 Λειτουργίες του AAL-1 επιπέδου SAR υποεπίπεδο Η λειτουργία του AAL-3 SAR υποεπιπέδου είναι να λαμβάνει από το CS υποεπίπεδο τις μεταβλητού μήκους CS-PDUs, να τις τεμαχίζει, να προσθέτει ένα header και ένα trailer και να στέλνει τις SAR-PDUs που προκύπτουν στο ATM επίπεδο, καθώς και να εκτελεί την αντίστροφη διαδικασία. Σχήμα 2.8 SAR-PDU format for AAL - 3/4 Στο σχήμα δίνεται η δομή της SAR-PDU του AAL-3 επιπέδου. Το πεδίο ST (Segment Type) δείχνει αν το ωφέλιμο φορτίο της SAR-PDU (δηλαδή η SAR-SDU) αποτελεί την αρχή κάποιου μηνύματος, το τέλος του ή είναι ένα κομμάτι από το μέσον του. Το πεδίο SN (Sequence Number) είναι ένας αύξων αριθμός που χρησιμοποιείται όπως το αντίστοιχο πεδίο της SAR-PDU του AAL-1 επιπέδου. Το πεδίο MID (Multiplexing IDentification) χρησιμοποιείται όταν πολυπλέκονται διάφορες CPCS συνδέσεις (δες την επόμενη παράγραφο). Το πεδίο LI (Length Indicator) προσδιορίζει το μήκος του ωφέλιμου φορτίου της SAR-PDU (SAR-PDU payload) σε bytes και τέλος το πεδίο CRC (Cyclic Redundancy Check) είναι ένας κυκλικός κώδικας που εφαρμόζεται για έλεγχο όλης της SAR-PDU μαζί με το header. CS υποεπίπεδο Οι λειτουργίες του AAL-3 CS υποεπιπέδου περιλαμβάνουν τη διάφανη μετάδοση (transparent delivery) των AAL-SDUs, τη δρομολόγηση των AAL-SAPs (AAL Service 39

40 Access Points) στις κατάλληλες συνδέσεις του ATM επιπέδου, την ανίχνευση και διόρθωση λαθών, τον τεμαχισμό και την επανασυναρμολόγηση των μηνυμάτων (message segmentation and reassembly), τη δέσμευση χώρου στον buffer του δέκτη (buffer allocation), καθώς και άλλες ειδικές λειτουργίες σχετικές με τις υπηρεσίες κλάσης C. Αφού τόσο το AAL-3 όσο και το AAL-4 επίπεδο χειρίζονται data υπηρεσίες μη πραγματικού χρόνου, είναι λογικό να έχουν κάποιες κοινές λειτουργίες. Επομένως το AAL-3 CS υποεπίπεδο και το AAL-4 CS υποεπίπεδο μπορούν να χωρισθούν σε ένα κοινό κομμάτι που ονομάζεται CPCS (Common Part CS) και σε ένα κομμάτι που είναι προσανατολισμένο στις υπηρεσίες του κάθε υποεπιπέδου (SSCS - Service-Specific CS), λογική που παρουσιάζεται και στο σχημα Η δομή της CPCS-PDU είναι αυτή που φαίνεται στη συνέχεια. Το πεδίο CPI (Common Part Indicator) δείχνει αν η PDU ανήκει σε ένα κοινό κομμάτι, τα πεδία Btag/Etag είναι ετικέτες που προσαρτώνται στο header και το trailer αντίστοιχα της CPCS-PDU, το πεδίο BAsize δηλώνει το μέγεθος του buffer που πρέπει να εκχωρηθεί στο δέκτη, το πεδίο PAD (γέμισμα) έχει μεταβλητό μέγεθος και στοχεύει να κάνει το μέγεθος του ωφέλιμου φορτίου της CPCS-PDU (CPCS-PDU payload) πολλαπλάσιο των 4 bytes, το πεδίο LI (Length Indication) προσδιορίζει το μήκος του ωφέλιμου φορτίου της CPCS- PDU (CPCS-PDU payload) και τέλος το πεδίο AL (ALignment) χρησιμοποιείται για να κάνει το μέγεθος του trailer της CPCS-PDU ίσο με 32 bits. Σχήμα 2.9 CPCS-PDU structure 40