Особенности операций с ячейками

Тот факт, что системы ATM работают на высокой скорости, объясняется не только желани- ем увеличить скорость обработки сообщений, но и попыткой скомпенсировать большие по- тери па обработку заголовков (проблема перегрузки заголовками - overhead). При заголовке 5 байт и полезной нагрузке 48 байт перегрузка составляет 10,41%. Учитывая, что 4 байта могут дополнительно использоваться на уровне AAL, имеем соотношение H:PL не 5:48, а 9:44, т.е. перегрузка может достигать 20,45%. Эта величина м.б. силе выше, если учесть 4% перегрузку, добавляемую па физическом уровне, например, при использовании SONET. Ясно, что ATM должна использовать высокие скорости (широкую полосу пропускания), чтобы компенсировать большую перегрузку заголовками.

Другая проблема - обеспечение фиксированной и небольшой задержки трафика между источником и приемником при передаче голоса и видео. Такой трафик относится к классу изохронного. Для него ITU-T рекомендует иметь максимальную задержку <200 мс, хотя другие исследования показывают, что она м.б. <600 мс.

Источники задержек в ATM тракте вполне очевидны - это операции, совершаемые над голосовым сигналом при его прохождения по тракту (операционные задержки - C/SD); задержки на распространение (PD) при прохождении по физической среде передачи (4- 5 мкс/км); задержки на переключение (SD) и задержки на нахождение в очереди (QD), обусловленные коммутаторами. В рек. Q.507, например, исходят из средней задержки <450 мкс. Общие оценки м.б. получены суммированием всех задержек. Подсчет для модельных примеров даст величину порядка 15 мс. К этому надо добавить задержку в 6 мс, возникающую при пропадании каждой ячейки для стандартной схемы кодирования речи (64 кбит/с).

Уровень адаптации ATM

Для поддержки классов сервиса AAL использует протоколы AAL-n, каждый из которых, благодаря специфике CS и SAR, поддерживает определенный класс сервиса: AAL-1 - Класс А,

AAL-2 - Класс В, AAL-3/4 - Класс С и AAL-5 - Класс D. Эта специфика отражается па струк- туре PDU соответствующего AAL.

Уровень CS, согласно модели OSI, включает (рис.6-9, при движении сверху вниз) точку доступа SAP, подуровень CS (или подуровни SSCS+CPCS) вместе с их сервисным (SDU) и протокольным (PDU) блоками данных (PDU имеет характерную для OSI структуру: заголовок- полезная нагрузка-кочцевик: H-PL-T, см. рис.6-6).

Для AAL-2 (частично), AAL-3/4 и AAL-5 подуро- вень CS разбивается еще на два подуровня: SSCS-CS - часть CS, зависящая от сервиса, И CPCS - общая часть CS. Их структура та же, что и исходного CS: SDU и PDU. Наличие подуровня SSCS придает им большую гибкость в обслуживании приложений. Ниже CS, по стеку протоколов AAL непосредственно (без SAP и SDU), следует собственно SAR (или SAR-PDU, имеющий ту же, что и CS-PDU, структуру: Н-PL-T). Между подуровнями SSCS, CPCS и SAR на схеме рис.6-9 показаны примитивы – подпрограм-мы-функции, осуществляющие обработку блоков данных при переходе с одного подуровня иа другой.

Рис.6-9. Структурная схема уровня AAL В зависимости от типа AAL эта общая схема может меняться. Так, подуровень SSCS м.б. нулевым (например, для AAL-1) в том смысле, что он может обеспечивать только отображение эквивалентных примитивов уровня AAL на CPCS и обратно. С другой стороны, подуровень CPCS может отсутствовать в явном виде, будучи по-глощенным более общим подуровнем CPS, включающим CPCS и SAR (как, например, для ALL -2).

Уровень адаптации AAL-1

Уровень AAL-1 обеспечивает следующие типы сервиса (1.363.1):

· передачу блоков SDU с постоянной скоростью, определяемой источником, и доставку их с той же скоростью;

· передачу сигналов синхронизации между источником и назначением;

· передачу информации о структуре сигнала между источником и назначением;

индикацию (при необходимости) потерянной или с ошибками принятой информации, не восстановленной на уровне AAL-1.

Для обеспечения сервиса на уровне AAL-1 м.б. использованы следующие функции:

· сегментации и сборки пользовательской информации;

· обработки изменений времени задержки, потери или ошибочной вставки ячеек;

· восстановления частоты таймера источника в точке приема;

· восстановления структуры данных источника в точке приема;

· мониторинга ошибок и обработки ошибок управляющей информации протокола AAL-PCI.

Блок PDU для AAL-1

PDU для AAL-1 существует как в виде CS-PDU, так и в виде SAR-PDU. Мы будем рассмат-риватьтолько SAR-PDU в силу фантомного характера CS-PDU. Блок SAR-PDU имеет сле-дующую структуру:

4 бита	4 бита	8 бит	47 или 46 байт
SN	SNP	Указатель P(для Р-формата PL)	Полезная нагрузка PL

Здесь использованы следующие обозначения для полей:

- none SN - последовательный номер ячейки - состоит из флага CSI наличия/отсутствия указателя дополнительного подуровня CS (1 бит) и номера ячейки (3 бита), позволяющего организовать счет ячеек по модулю 8 (8 SAR-PDU, нумеруемых от 0 до 7);

- поле SNP - защита последовательного номера ячейки - обнаруживает множественные и корректирует одиночные ошибки заголовка SAR-PDU, состоит из CRC (3 бита) и поля проверки на четность 7 битного кодового слова (1 бит): SN + SNP-CRC;

- поле Р - указатель - состоит из бита проверки на четность и собственно указателя - 7-битного поля смещения;

- поле PL - полезная нагрузка - может иметь два формата: нормальный (без указателя), длиной 47 байт (флаг CSI=0), и Р-формат, состоящий из поля указателя длиной 1 байт и поля PL длиной 46 байт (флаг CSI=1).

При формировании PL подуровень CS-AAL-1 позволяет использовать метод передачи структурированных данных (SDT-method), под которыми понимаются цифровые данные систем ISDN для передачи голоса (64 кбит/с), голоса и данных (2x64 кбит/с, формат 2B+D), видео-конференц-связи (384 кбит/с, формат 6В), а также каналов НИ (1536 кбит/с, формат 23B+D) и Н12 (1920 кбит/с, формат 30B+D).

Другой особенностью уровня AAL-1 является возможность коррекции ошибок (и допустимость потери ячеек) за счет использования упреждающей коррекции ошибок (FEC), реализованной кодами Рида-Соломопа (128, 124). Код корректирует 2 ошибочных байта в каждом фрейме FEC, если не было потери ячеек.

Итак, данная структура AAL-1 PDU позволяет обнаруживать потерянные или неправильно пронумерованные ячейки, даст возможность восстанавливать частоту синхронизации в точке приема и использовать упреждающую коррекцию ошибок при передаче аудио/видео приложений. Она позволяет также использовать два режима передачи CBR трафика: неструктурированный (UDT) и структурированный (SDT), характерные для ИКМ (АДИКМ).

Уровень адаптации AAL-2

Уровень AAL.-2 обеспечивает следующие типы сервиса:

- передачу блоков SDU с переменной скоростью, определяемой источником;

- передачу сигналов синхронизации между источником и назначением;

- индикацию потерянной или с ошибками принятой информации, не восстановленной на уровне AAL-2.

Для обеспечения сервиса на уровне AAL-2 м.б. использованы следующие функции:

- сегментации и сборки пользовательской информации;

- обработки изменений времени задержки ячеек;

- обработки потери или ошибочной вставки ячеек;

- восстановления частоты таймера источника и структуры данных в точке приема;

- мониторинга и обработки ошибок управляющей информации протокола AAL-PCI.

Несмотря на сходство функций с AAL-1, AAL-2 имеет другие упомянутые ранее подуровни (1.363.2):

- SSCS - подуровень конвергенции, зависящий от сервиса, осуществляющий те же функции, что и CS;

- CPS - подуровень общей части (уровня AAL), который должен осуществлять те же функции, что CS и SAR.

Вместо одной здесь используются несколько точек SAP_i, обеспечивающих разные уровни QoS_i. Это позволяет (в отличие от AAL-1) осуществлять мультиплексирование соединений на уровне AAL-2, которое должно происходить на подуровне CPS, чтобы ассоциировать эти связи с одним соединением на уровне АТМ.

Аналогично предыдущему, мы будем рассматривать только PDU нижнего уровня, т.е. CPS-PDU. Учитывая разнообразие асинхронных типов сервиса и использование разных уровней QoS, а также возможность мультиплексирования соединений на подуровне CPS, можно предположить, что результатом работы CPS д.б. пакет переменной длины, который затем и вставляется в CPS-PDU. Таким пакетом является CPS-Packet.

Блок PDU для AAL-2

Перед описанием CPS-PDU для AAL-2, опишем формат пакета CPS-Packet. Он имеет следующую структуру:

8 бит	6 бит	5 бит	5 бит	1-45/64 байтов
CID	LI	UUI	HEC	Полезная нагрузка

Пакет имеет заголовок CPS-PH (3-байта), полезную нагрузку CPS-PP переменной длины и ноля:

CID - идентификатор канала - определяет пользователя двунаправленного канала, значения идентификатора лежат в пределах 8-255;

LI - указатель длины полезной нагрузки в байтах, она д.б. <45 (чтобы общая длина была <48 байтов), в противном случае - 64 байта;

UUI - указатель типа пользователей CPS, между которыми устанавливается связь (напри-мер, между объектами SSCS), допустимые значения - 0-31, из которых 0-27 используется для объектов SSCS, а 30-31 для менеджмента уровней;

HEC - код контроля ошибок заголовка - код CRC-5, вычисляемый для полей CID+ LI +UUI;

CPS-PP - полезная нагрузка CPS - длина нагрузки указана в поле LI.

Пакеты CPS Packet упаковываются в CPS-PDU, имеющие следующую структуру:

6 бит	1 бит	1 бит	0-47 байтов
OSF	SN	P	Полезная нагрузка (PAD)

Здесь:

STF - начальное поле длиной в 1 байт, объединяющее поля OSF, SN и Р;

OSF - поле смещения - число байт между концом STF и началом 1-го пакета CPS-Packet или поля дополнения (до 48 байтов) PAD;

SN - номер последовательности - поле (1 бит), используемое для того, чтобы пометить (по модулю 2) пары потоков CPS-PDU;

Р - бит проверки на четность - бит, используемый для обнаружения ошибок в начальном поле путем проверки на нечетность.

Особенность формата полезной нагрузки CPS-PDU в том, что она м.б. пустой, или нести 1 или больше (полных или частичных) пакетов CPS-Packet. Оставшаяся часть нагрузки заполняется "0"-байтамп поля дополнения PDU до 48 байтов. Пакет CPS-Packet может перекрывать границы одной или двух ячеек ATM. Для сравнения приводим старый тип PDU, описанный ранее для использования в связи с AAL-2.

4 бита	4 бита	45 байт	6 бит	10 бит
SN	IT	Полезная нагрузка	LI	CRC

Здесь:

SN - последовательный номер ячейки;

IT - тип информационного сегмента (начало - ВОМ, продолжение - СОМ и конец сообщения - ЕОМ);

LI - указатель длины полезной нагрузки.

Эта структчра AAL-PDU поддерживает передачу речи, видео и данных в канале (VBR-сервис, использующий процедуру пакетирования). Для такой передачи речь и видео формируются в виде последовательности сообщений, упакованных в пакеты переменной длины (определяемой полем LI), размещаемых в поле полезной нагрузки, контролируемой CRC. Поле IT указывает, какая часть сообщения передастся. Поле SN, как и в AAL-1 PDU, позволяет обнаружить потерянные или неправильно пронумерованные ячейки.

Для специалистов важно то, что размер пакета получается больше максимальной длины поля полезной нагрузки. Так, для АДИКМ с 4-х битными выборками (32 Кбит/с) длина нпформа-

ционной части пакета - 64 байта. Сам пакет формируется в соответствии с форматом рек. G.764. Он затем инкапсулируется в пакет данных типа UI с заголовком HDLC-типа и концеви- ком, содержащим поле FCS. Задержки трафика в сумме (при передаче речи) не д.б. >200 мс. Общее же число блоков, которые м.б. сброшены, не больше 3. что указано в поле BDI пакета формата G.764. Этот пакет размещается в поле полезной нагрузки с указателями LI и IT.

6.6.3. PDU для AAL-3/4

Протокольный блок данных для AAL-3/4 имеет следующую структуру:

2 бита	4 бита	10 бит	44 байта	6 бит	10 бит
SN	IT	MID	Полезная нагрузка	LI	CRC

Здесь:

ST - тип сегмента (BOM, COM, ЕОМ, SSM), MID - идентификатор сообщения (используется на стадии сборки сообщения из принятых ячеек-сегментов); SN, LI и CRC - аналогичны предыдущему.

Исходно предполагалось использовать AAL-3 для передачи данных с переменной скоростью (VBR-сервис) с ориентацией на установление соединения, a AAL-4 - для того же, но без установления соединения. Затем эти два типа были объединены в AAL-3/4, предназначенный для взаимодействия ATM с SMDS и MAN (наиболее близких к ATM технологий), которые также использует 53 байтные ячейки, что делает реализацию данного протокола ATM наиболее простым.

AAL-3/4 поддерживает два типа передачи: сервис в режиме передачи сообщений и сервис в режиме передачи непрерывного потока. Первый тип допускает разбиение SDU на более мелкие сегменты, а второй - наоборот, допускает передачу нескольких SDU в виде одного PDU, минимальный размер SDU может составлять один байт.

PDU для AAL-5

Протокольный блок данных CPCS-PDU имеет следующую структуру:

Байты 0-65535	0-47 байта	1 байт	1 байт	2 байта	4 байта
Данные пользователя (CRCS-PDU)	PAD	CRCS-UU	CPI	LI	CRC

Здесь:

PAD - поле, дополняющее PDU до 48 байтов, CPCS-UU - общая часть CS - тип нагрузки пользователя, CPI - указатель общей части CS, LI - указатель длины полезной нагрузки, CRC - циклический избыточный код контроля данных пользователя (SSCS-PDU).

AAL-5 имеет более простую, чем AAL-3/4, структуру и нацелен на транспорт протоколов верхних уровней через ATM. SSCS м.б. нулевым, если он отображает примитивы верхних уровней на CPCS и обратно.

AAL-5 поддерживает сервис с установлением соединения и удобен для передачи трафика FR.