3.3 Передача ячеек в транспортной сети.

Самый нижний уровень в модели ATM это физический уровень. Главная задача этого уровня состоит в накоплении АТМ ячеек, посылаемых уровнем АТМ, и трансляции их физическому средству передачи. В противоположном направлении передачи физический уровень выделяет ячейки из потока битов, передаваемых средствами передачи, и посылает их уровню АТМ.

Физический уровень состоит из подуровней физической среды и конвергенции с системой передачи.

Физические среды АТМ специфицированы рядом международных организаций по стандартизации (АТМ-Forum, ITU-T, ANSI, ETSI). Пример спецификации приведен в таблице 3.5

Через физическую среду транслируется тактовый синхронизм в сети АТМ. Качество синхронизма определяется тактовым генератором и средствами передачи. В частности линейным кодированием:

CMI, кодом с инверсией групп символов; HDB-3 – троичным 2-х полярным кодом с чередованием полярности и вставками; NRZ-скремблированным – первым стандартом на линейное кодирование для транспортных сетей в глобальном масштабе.

Для размещения ячеек ATM на физическом уровне применяются следующие методы, рекомендованные ITU-T:

прямое размещение в среде передачи с выравниванием скоростей;

размещение в структуре STM-N;

размещение в структуре цикла передачи PDH;

размещение в структуре кадра PLCP и другие.

Прямые размещения в среде.

С помощью этого метода ячейки передаются непосредственно по подходящей физической среде, например, по медному или оптическому кабелю. Для выравнивания скорости битов и тем самым сохранения синхронизации применяются пустые ячейки, не несущие информации (рисунок 3.11). Пример стандартизированых скоростей передачи: 155 Мбит/с, 622 Мбит/с. Перед передачей возможно скремблирование.

Метод прямого размещения в среде передачи рекомендован к использованию на участке пользователь-сеть (интерфейс UNI).

3.11.png

Рис. 3.11 ячейки АТМ в среде передачи.

Таблица 3.5 Примеры стандартов физического уровня АТМ

Структура передачи	Скорость Мбит/с	Средство передачи	Длина волны или волновое сопр.	Кодирование
STM-4	622.080	Одномодовое стекловолокно 9/125 мкм	1300 нм (2-60 км)	Скремблер NRZ
STM-1	155.520	Одномодовое стекловолокно 9/125 мкм	1300 нм (2-60 км)	Скремблер NRZ
STM-1	155.520	Коаксиальный кабель	75 Ом	CMI
E4	139.264	Коаксиальный кабель	75 Ом	CMI
E3	34.368	Коаксиальный кабель	75 Ом	HDB-3
E1	2.048	Витая пара или коаксиальный кабель	120 Ом или 75 Ом	HDB-3 HDB-3

Размещение в структуре STM-N

Для отображения ячеек ATM в структуре STN-N, где N = 1, 4, 16, 64, они вставляются непосредственно в контейнер С4. При этом каждый байт ячейки ATM занимает один байт для передачи информации в С4. Поскольку число байтов для передачи информации в С4 не кратно числу байтов в одной ячейке, ячейки могут перемещаться в пределах контейнера. Пример размещения приведен на (рисунке 2.12). При использовании STM-1 для ячеек отведен виртуальный контейнер VC4. Выделяемая при этом скорость передачи составляет = 149,76 Мбит/c.

Для STM-4 пропускная способность составляет 599,04 Мбит/с. В заголовке виртуального контейнера VC4 байт Н4 отмечает начало размещения ячеек АТМ. Адресное пространство размещения ячеек в VC4 ограничено числом 0-52 после Н4. В байте С2 заголовка VC4 делается отметка о загрузке ячеек АТМ.

Двоичная комбинация С2 будет соответствовать: 00010011.

3.12.png

Рисунок 3.12 размещение ячеек АТМ в STM-1.

Обозначения на рисунке 3.12:

RSOH, MSOH – заголовки секций регенерации и мультиплексирования;

J1, B3, C2, G1, F2, F3, H4, K3, N1 – байты маршрутного заголовка виртуального контейнера VC4;

STM-1 – синхронный транспортный модуль, передаваемый через физическую среду на скорости 155,520 Мбит/с.

Ячейки мультиплексируются в циклы VC4 (длительность цикла 125 мкс) одна за одной без свободных промежутков. В случае отсутствия информационных ячеек емкость VC4 заполняется пустыми ячейками. При этом разграничение ячеек происходит по байтам HEC и пустыми ячейками. В некоторых случаях возможно разграничение ячеек регулярными кадровыми структурами, как показано ниже, кадрами PLCP.

Размещение в структуре циклов передачи PDH

Ячейки ATM могут вставляться в сигналы PDH со скоростями 2,048 Мбит/с; 34,368 Мбит/с; 139,264 Мбит/с. Это стало возможным после принятия дополнений к рекомендациям ITU-Т G.804, G.832 и ETSI ETS 300 337. Разработанные новые циклы для 34,368 Мбит/с и 139,264 Мбит/с получили длительность 125 мкс, а также структуру и заголовки, аналогичные принятым в SDH.

Ячейки АТМ в сигнале 2,048 Мбит/с (Е1)

Ячейки ATM вставляются с байтовой синхронизацией в канальные интервалы 1-15 и 17-31 цикла передачи 2,048 Мбит/с, т.е. каждый байт ячейки передается точно одним временным каналом из 8 бит. Для каждой ячейки требуется примерно два цикла 2,048 Мбит/с. На рисунке 2.13 показано отображение ячеек ATM в сигнал 2,048 Мбит/с (Е1).

Байты синхронизации и сигнализации (0 и 16 канальные интервалы) сохраняют свои функции при загрузке Е1 байтами ячеек АТМ.

Согласно рекомендации I.432.3 возможно скремблирование Е1 для повышения защищенности ячеек.

Ячейки АТМ в сигнале 34,368 Мбит/с (Е3)

Ячейки ATM вставляются с байтовой синхронизацией в байты поля информации кадра 34 Мбит/с (ЕЗ). Структура кадра аналогична структуре, применяемой в SDH. Он изображается в виде строк и столбцов (рисунок 2.14). В кадре предусмотрены дополнительные байты для управления и обслуживания (7 байтов), из которых байты FA1 и FA2 служат для цикловой синхронизации, байт ЕМ для контроля ошибок по алгоритму BIP, байт TR для метки тракта, байт МА для обслуживания и управления (обратное извещение о ошибках на удалённой стороне), байт NR для оператора сети, байт GC для общей связи.

3.13.png

Рис. 3.13 отображение ячеек АТМ в сигнале Е1.

3.14.png

Рис. 3.14 отображение ячеек АТМ в сигнале Е3.

Ячейки ATM в сигнале 34,368 Мбит/с (ЕЗ), вводимые через кадры PLCP.

При этом методе размещения ячеек в сигнале 34,368 Мбит/с цикл передачи PDH несколько видоизменяется, но структура кадра сохраняется. Видоизменение основано на процедуре преобразования физического уровня PLCP (Physical Layer Convergence Procedure). Структура цикла передачи приведена на рисунке 3.15 и кадр PLCP на рисунке 3.16.

3.15.png

Рис. 3.15 структура цикла передачи 34.368 Мбит/с.

В структуре цикла передачи сигнала 34,368 Мбит/с биты 13-16 каждого цикла заполняются фиксированной последовательностью битов. Для каждого цикла передачи PLCP имеется 190 байтов. Поэтому кадр PLCP может быть вставлен с побайтовой синхронизацией. Заголовок кадра PLCP содержит 4 байта. Первые два байта каждого заголовка PLCP перед ячейками ATM являются цикловым синхросигналом для каждой из 9 ячеек ATM. Третий байт представляет собой индикатор трактового заголовка. Четвертый байт: резервируется для ячеек 1...3; образует канал пользователя для четвертой ячейки; контролирует трассировку кадра PLCP перед пятой ячейкой; определяет статус трассировки перед шестой ячейкой; содержит информацию управления для сети персональных компьютеров перед ячейками 7 и 8; содержит байт проверки заполнения перед ячейкой 9. Хвост кадра PLCP, состоящий из 18-20 байтов, создает возможность цифрового выравнивания.

3.16.png

Рис. 3.16 кадр PLCP.

Ячейки ATM в сигнале 139,264 Мбит/с (Е4)

В качестве кадра 139,264 Мбит/с используется стандартный цикл передачи длительностью 125 мкс. Структура кадра, похожая на цикл SDH (9 строк), делится на отдельные байты (242 в строке), рисунок 2.15. Поскольку продолжительность каждого кадра состав-ляет ровно 125мкс, каждый байт характеризуется пропускной способностью 64кбит/с. Дополнительная информация вкладывается между 2160 байтами кадра. Они составляют 16 байтов. Ячейки ATM вставляются в кадр Е4 с побайтовой синхронизацией. Обозначения на рисунке 2.17:

FA1, FA2 – байты цикловой синхронизация кадра;

ЕМ – байт контроля ошибок по алгоритму BIP;

TR – метка тракта (трассировка);

МА – обслуживание и управления (обратного действия-сообщения о ошибках удалённой стороны);

NR – байт оператора сети;

GC – байт общей служебной связи;

P1, P2 – автоматическое резервирование.

На физическом уровне сети АТМ важнейшее значение придаётся тактовой синхронизации, которая должна формироваться в первичных эталонных генераторах (атомных часах, например цезиевых) и гарантированно распространяться на все узлы цифровой транспортной сети по наикротчайшим путям с наименьшим накоплением фазовых дрожаний.

3.17.png

Рис. 3.17 отображение ячеек АТМ в сигнале Е4.

- Главная