Preparation for teaching in the converged transmission networks. Základ dnešních sítí
tvoří protokoly IP a Ethernet
s nimiž spolupracují klasické telekomunikační technologie, např. Ethernet
over SDH nebo TDM over IP. K podpoře výuky uvedených technologií byly
využity přípravky vytvořené ve společnosti TTC.Preparation for teaching in the converged transmission networks - Abstract:
Today's networks are based on IP and Ethernet. The traditional telecommunication technologies work with IP and
Ethernet such as Ethernet
over SDH or TDM over IP. Products created by company TTC were
used to support the teaching of these technologies.
Dnešní telekomunikační systémy představují složité vybavení
kombinující hardware a software v multifunkční univerzální a
konfigurovatelnou platformu pro poskytování různých služeb v různých
aplikačních oblastech. Pro začlenění do výuky konvergovaných přenosových sítí
na katedře telekomunikační techniky byla vybrána technologie synchronní
digitální hierarchie (SDH) umožňující realizaci okruhů s rozhraními
Ethernet (Ethernet over SDH, EoSDH) a technologie přenosu klasických
digitálních toků E1 s časovým multiplexem přes paketovou síť IP (TDM over
IP, TDMoIP, E1 over Ethernet, E1oE). Pro podrobné seznámení s vlastnostmi a
realizací uvedených technologií bylo využito spolupráce se společností TTC
Telekomunikace, která vyrobila výukové přípravky, vycházející ze zásuvných
modulů vyvíjených pro platformu přenosových sítí označovanou PCM30U.
Přípravek Ethernet over SDH
Přenosové sítě SDH dnes běžně přenášejí rámce mezi
rozhraními Ethernet. Pro efektivní využití sítě SDH bylo zavedeno zřetězení
virtuálních kontejnerů a protokol LCAS pro jejich přidělování podle potřeby. Bližší
popis je uveden v článku Dynamické
přidělování kapacity pro Ethernet v síti SDH. Základní stupeň hierarchie
SDH je tvořen signálem s přenosovou rychlostí 155,52 Mbit/s s rámcovou
strukturou označovanou jako synchronní transportní modul STM-1. Základní rámec
vytvořený při zpracovávání příspěvkového signálu se označuje jako kontejner C.
Přidáním služebních bajtů záhlaví cesty POH (Path Overhead) se vytvoří
virtuální kontejner VC. Záhlaví cesty POH slouží k zabezpečení a kontrole
přenosu virtuálního kontejneru VC sítí SDH a provází virtuální kontejner VC od
jeho sestavení až po rozebrání. Pro přenos vysokorychlostních signálů a také
přenos signálů s jinými rychlostmi, než nabízejí typizované kontejnery, bylo
zavedeno tzv. řetězení (Concatenation) virtuálních kontejnerů. Vedle souvislého
zřetězení se užívá tzv. virtuální řetězení (Virtual Concatenation - zkratka
VCAT).
Pro praktickou realizaci uzlu SDH lze dnes využít moderních
integrovaných obvodů, které sdružují veškeré potřebné funkce na jednom čipu. Ve
výukovém přípravku je využit obvod RadioNode kanadské firmy Galazar Networks.
Přípravek představuje jednodeskový SDH muldex s linkovým zakončením 2x STM-1 se
zásuvnými moduly SFP a příspěvkovými toky 4x E1 a 4x Ethernet. Otestování
jednotky i přenosové cesty je možno bez použití externích analyzátorů pomocí
funkce vzdálená a místní smyčka a generátoru a detektoru pseudonáhodné
testovací posloupnosti.
Obr. 1 Pohled na
výukový přípravek – jednodeskový muldex SDH
Jednotka je konfigurována, řízena a dohlížena lokálním
manažerem dostupným pomocí běžného internetového prohlížeče prostřednictvím
integrovaného WEB serveru. Konfigurovat, řídit a dohlížet lze tyto stavy: aktivace
rozhraní, přiřazení toků do příslušných virtuálních kontejnerů, nastavení
parametrů toků E1, nastavení parametrů toků Ethernet, nastavení parametrů
synchronizace, nastavení parametrů zálohování SNCP (Subnetwork Connection
Protection), nastavení parametrů dohledu a přístupových práv, řízení smyček a
testů, dohled poplachů a stavů rozhraní.
V rámci laboratorních cvičení se realizují a ověřují
zálohované i nezálohované okruhy E1 a Ethernet mezi dvojicí přípravků SDH i
spolupráce s muldexy AMS z produkce Lucent. Modifikací firmware lze
modifikovat funkci zařízení a ověřovat i funkce, které nejsou dostupné u
komerčně dostupných zařízení.
Přípravek E1 over Ethernet
S nástupem sítí nové generace (NGN) založených na přenosu
buněk ATM a zejména paketů IP je spojena snaha zajistit i přenos mezi
existujícími rozhraními sítí s přepojováním okruhů. Pro tento způsob přenosu se
používá poněkud nepřesně zkratka TDM (Time Division Multiplex) a vzniklo tak
označení TDM over ATM, zkráceně TDMoATM, a TDM over IP,
zkráceně TDMoIP. Signálem TDM se má obvykle na mysli v Evropě tok E1, méně
často i E3. Velice častý bývá stále ještě požadavek na přenos signálu E1, např.
pro propojení klasických telefonních ústředen, což může být kvůli dosažení
nižšího zpoždění výhodnější než konverze hovorového signálu na formát VoIP
(Voice over IP) pomocí bran na hranici sítě IP. Více informací obsahuje článek Přenos E1
přes sítě IP (TDMoIP).
Pro přenos toku E1 pomocí IP se užívá způsob převzatý
z ATM. Nabízí se adaptační vrstva AAL1, která byla zavedena pro přenos
v reálném čase s konstantní přenosovou rychlostí a používá se pro
přenos TDM over ATM. Vytváří se informační pole buňky s délkou 48 bajtů,
přičemž 1 bajt z informačního pole zabere pořadové číslo a jeho
zabezpečení kódem CRC. Pro vlastní kanálové intervaly E1 lze tedy použít 47
bajtů, případně násobky 47, pokud je snaha zefektivnit přenos, ovšem na úkor
zpoždění.
K realizaci přípravku je využit obvod firmy TranSwitch
Corporation disponující čtyřmi rozhraními E1 a zajišťující všechny
potřebné funkce včetně adaptace E1 do informačního pole paketu, zajištění
priority při přenosu, vyrovnávání kolísání zpoždění a obnovu taktu.
Klíčovou při implementaci TDMoIP je obnova taktu. V
integrovaném obvodu jsou použity účinné mechanismy obnovy časové složky
zaručující splnění standardů ITU-T G.823/824 z pohledu přípustného
fázového chvění (jitter a wander).
Variantně jsou použity dvě metody přenosu:
SAToP (Structure-Agnostic Time Division Multiplexing
over Packet) umožňuje zapouzdření nerámcovaných toků E1 nebo sériových dat pro
přenos sítěmi IP, MPLS nebo Ethernet v souladu s ITU-T Y.1413, MEF 8, MFA8.0.0
a IETF RFC 4553.
CESoPSN (Circuit Emulation Service over Packet
Switched Network) umožňuje zapouzdření rámcovaných toků E1, jednotlivých
kanálových intervalů či jejich skupin pro přenos sítěmi IP, MPLS nebo Ethernet
se statickým přiřazením kanálových intervalů uvnitř svazku (bunde).
Pro ověřování funkce přenosu TDM over IP je využita emulace
sítě Ethernet pomocí na katedře vyvíjeného emulátoru EtherShaper, který slouží
k nastavení ztrátovosti paketů, zpoždění a jeho kolísání. Zpoždění při zapouzdření lze spočítat
z následujícího vztahu:
kde TS je počet kanálových intervalů (v nerámcovaném režimu
je to 32) a
kde MTDM je počet bajtů zapouzdřovaných do
jednoho IP paketu.
Celkové zpoždění při přenosu v obou směrech (round trip
delay) lze vyjádřit:
kde dJB je velikost potlačovače kolísání
zpoždění, dN je zpoždění v síti.
Zvýšením počet bajtů zapouzdřovaných do jednoho IP paketu MTDM
(TDM payload) se zvyšuje efektivitu přenosu, což snižuje celkový požadavek na
propustnost Ethernetu. Na druhou stranu se zvýší zpoždění při zapouzdření.
Obr. 2 Pohled na pracoviště
se dvěma výukovými přípravky E1oE a analyzátorem E1
V rámci úloh se ověřuje celkové zpoždění
v závislosti na nastavení parametrů (počet zapouzdřovaných bajtů, velikost
potlačovače kolísání zpoždění), odolnost proti kolísání zpoždění a kvalita
obnovy taktu.
Závěr
V rámci projektu a spolupráce se společností TTC bylo
realizováno několik laboratorních pracovišť s demonstračními kity, které jsou
založeny na moderních obvodech pro přenos signálů E1 pomocí Ethernetu a technologie
SDH. Po specifické použití bylo přizpůsobeno konstrukční uspořádání tak, aby
vyhovovalo laboratornímu uplatnění. Bylo vyřešeno připojení rozhraní na
konektory kompatibilní se zařízeními a přístroji v laboratoři, napájecí
moduly a mechanické provedení s plexisklovými průhlednými kryty shora i
zdola desky s plošnými spoji, aby byly chráněny obvody, ale zároveň bylo
možné sledovat konstrukční řešení desek. Veškeré nastavování, konfigurace,
update firmware se provádí softwarově.
Příspěvek vznikl za podpory projektu FRVŠ 2195/2010 a
výzkumného záměru MSM6840770014.
Odkazy
[1] Vodrážka, J.: Dynamické
přidělování kapacity pro Ethernet v síti SDH. Access server. ISSN 1214-9675.
[2] Vodrážka, J.: Přenos E1
přes sítě IP (TDMoIP). Access server. ISSN 1214-9675.
[3] Firemní dokumentace TTC Telekomunikace.
Přípravky pro výuku v oblasti konvergovaných přenosových sítí
