Основная | О фирме  | Новости  | Продукция |  Продажа  | Поддержка  | Разное |


 ПАКЕТНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ 

О. Василик                                                                                     Сети и телекоммуникации № 11, 1007

  Как можно осуществлять обслуживание потребителей традиционных услуг с использованием современной операторской инфраструктуры? 

  Необходимость перехода на современные пакетные технологии в ходе предоставления сервисов в корпоративном секторе, а также постепенное сворачивание решений доступа на базе Frame Relay, ATM и TDM уже ни у кого не вызывает сомнения. Сложившаяся ситуация порождает бум на рынке современных пакетных услуг. Согласно прогнозу компании Vertical Systems Group, опубликованному в апреле текущего года, количество портов операторских решений доступа Ethernet только в США за три года увеличится более чем на 400% (со 120 тыс. в 2007 году до более 500 тыс. в 2010). Аналогичные тенденции отмечаются для Европы, Азиатско-Тихоокеанского региона, Ближнего Востока и Латинской Америки. Это вынуждает операторов разворачивать инфраструктуру, позволяющую успевать за изменением спроса. В Восточной Европе и Странах СНГ упомянутые процессы могут протекать еще быстрее, поскольку производится замена давно устаревшего оборудования и строятся сети новых операторов. В Украине запущено в эксплуатацию несколько национальных сетей MPLS. 
   Прогноз роста аналитики Vertical Systems Group сопровождают данными о том, что свыше 85% компаний и организаций на конец 2006 года вынуждены считаться с очень большими инвестициями в традиционные решения доступа, такие как выделенные линии. Если рассматривать Украину, то отказ от решений с коммутацией пакетов и, прежде всего, от традиционной телефонии для многих организаций сейчас попросту не представляется возможным. Операторы вынуждены решать, каким образом обслуживать подобных абонентов, используя современную инфраструктуру? 

Поддержка традиционных решений 
  
Как вариант выхода следует рассматривать эмуляцию каналов в псевдопроводных решениях. Это механизм инкапсуляции TDM-трафика для передачи его в сетях IP/MPLS. Используя его, операторы и поставщики услуг могут обеспечить взаимодействие с разными типами сервисов, ориентированными на коммутацию каналов. При этом обеспечиваются качество обслуживания, сохраняются механизмы ОАМ, гарантируется надежность доставки трафика, в том числе и при наращивании его объемов. Псевдопроводные соединения дают операторам возможность на границе сети обеспечивать соединения с любыми технологиями второго уровня, включая Asynchronous Transfer Mode (ATM), E1, Frame Relay и Point-to-Point Protocol. 
   Они позволяют реализовывать соединения сегментов с коммутацией каналов через сеть IP/MPLS, разворачивать на базе такой инфраструктуры выделенные линии Е1, осуществлять подключения к магистралям для базовых станций мобильной связи. 
   Все эти возможности проанализированы и отображены в документах, опубликованных различными органами по стандартизации. 
   Механизм эмуляции каналов был позаимствован у ATM. Для этой технологии в свое время успешно была решена задача осуществления транспорта трафика, поступающего из TDM-сетей по ATM-инфраструктуре. Впоследствии подходы, которые ATM Forum предложил для эмуляции TDM каналов, были распространены на сети MPLS. Это нашло отражение в документе Implementation Agreement MFA 4.0. Еще один документ, MFA 8.0.0 определяет особенности эмуляции каналов в MPLS на базе более современных подходов. Буквы в шифре этих документов – это ссылка на название MFA Forum, принадлежавшее группе, образовавшейся в результате слияния ATM Forum, Frame Relay Forum и MPLS Forum. С 22 октября этого года данная группа именует себя как IP/MPLS Forum. Она видит свою задачу в разработке стандартов и непосредственном содействии миграции от ATM и технологий коммутации каналов к инфраструктуре IP/MPLS. 
    Metro Ethernet Forum занимается продвижением решений Ethernet операторского класса. Этот орган опубликовал две спецификации MEF 3 и MEF 18, соответственно определяющие особенности эмуляции каналов в таких решениях и тестирование совместимости, а также документ MEF 8 "Implementation Agreement for the Emulation of PDH Circuits over Metro Ethernet Networks". 
   Наряду со специализированными отраслевыми альянсами, стандартизацию псевдопроводных решений осуществляют такие органы как Технический комитет Международного союза электросвязи (ITU-T) и Рабочая группа по развитию интернета Internet Engineering Task Force (IETF). 

Стандарт взаимодействия 
   Рекомендация ITU-T Y.1413, в которой определены особенности взаимодействия сетей TDM и MPLS при обслуживании пользователей, поддерживает несколько методов инкапсуляции. На этой основе задаются форматы для доставки TDM-трафика по инфраструктуре MPLS. Данный документ поддерживает и структурированную и неструктурированную передачу потока. Рассматривается две разновидности последней: с жестким выдерживанием и с нестрогой привязкой к структуре TDM. 

Неструктурированная транспортировка
  
В ходе неструктурированной транспортировки структура TDM-потока полностью игнорируется. Инкапсуляция не предполагает наличия каких либо механизмов для местоположения или использования сигнала выравнивания кадров (Frame Alignment Signal, FAS). При неструктурированной передаче некоторые биты, и, прежде всего, FAS, опускаются на входе в пакетную сеть и восстанавливаются на выходе. 
    Используются транспортные сегменты трафика TDM с числом октетов, которое может задаваться в процессе инициализации или же изменяться за счет применения протокола сигнализации. К тому же возможно, что это число окажется одинаковым для обоих направлений передачи или будет неизменным на протяжении соединения. 
    Неструктурированная транспортировка должна поддерживать следующие размеры: для синхронных последовательных данных – 64 байта, для E1 – 256 байтов, для T1 – 192 байта, для Е3 и Т3 – 1024 байта. Размеры нагрузки, кратные 47 байтам, могут сопрягаться с неструктурированной CES в ATM. Может устанавливаться любой размер, который не ведет к фрагментации пакетов, путем согласования входной и выходной функций взаимодействия (Interworking Function, IWF). Когда выбранные размеры кратны периодам FAS и наоборот, повышается устойчивость к потере пакетов. 
   Привязка к структуре Структурированная транспортировка в определенной степени предполагает учет структуры TDM-потока. За счет этого обеспечивается корректное функционирование TDM-интерфейса путем сокращения служебных данных о структуре на входе и их восстановлении на выходе. Целостность TDM структуры сохраняется методом жесткой привязки или методом указания. 
   Передача с жесткой привязкой к структуре предполагает полное сохранение кадров потока с жестким TDM выдерживанием и привязкой к структуре полных кадров или к дробному сервисному потоку. В инкапсулированном потоке нагрузку составляет соответствующее число кадров или каналов. Механизм транспортировки может поддерживать сигнализацию по выделенным сигнальным каналам (Channel Associated Signaling, CAS) в виде дополнительной подструктуры пакета.


Функционирование псевдопроводного соединения состоит в инкапсуляции трафика, транспортировки по туннелю и восстановлении потока на выходе из сети

   Все пакеты, направляемые в обе стороны пути коммутации по меткам, который взаимодействует с TDM, должны переносить одинаковый объем. Это позволяет поддерживать постоянными промежутки времени, необходимые для заполнения пакета данными из TDM-потока. 
   Когда выходная IWF обеспечивает замену данными наполнения, поскольку получен пакет с набором из L бит, это должно гарантировать, что надлежащие биты FAS будут отправлены в TDM сеть. 
   Для потоков E1 (T1) и дробных E1 с N таймслотами от 1 по 30 (T1 c таймслотами от 1 по 23) полезная нагрузка состоит из целого числа кадров и устанавливается с первого октета первого кадра. Если ее составляют М кадров, задержка пакетизации будет равна (125 х М) мкс. 
   Для услуг с сигнализацией по выделенным каналам полезная нагрузка формируется из целого мультикадра (состоящего из 16 кадров). Также может образовываться целое число фрагментов равного размера, так, чтобы первый октет каждого фрагмента был первым октетом кадра. Каждый фрагмент помещается в отдельный пакет. Полю фрагментации (FRG) присваивается соответствующее значение: 00 – целый мультикадр без фрагментации, 01 – пакет содержит первый фрагмент, 10 – последний и 11 – промежуточный фрагмент. Сигнальная информация добавляется как подструктура сигнализации. Четыре бита сигнализации (А, В, С, и D) располагаются в порядке от наиболее к наименее существенному (по такому же принципу выстраиваются биты данных). 
   Если количество таймслотов оказывается нечетным, в конце добавляется выравнивающая половина октета. В мультикадре, разбитом по нескольким пакетам, сигнальная подструктура добавляется в конец последнего фрагмента. 
   При инкапсуляции с указанием структуры потока TDM используется уровень адаптации асинхронного режима (ATM Adaptation Layer, AAL). Сервисная структура AAL 1 предполагает формирование элементов данных из 48 октетов в ходе сегментации и повторной компоновки (Segmentation And Reassembly Protocol Data Unit, SAR PDU). 
   Полезную нагрузку в пакете составляют один или несколько PDU. Их количество может задаваться в процессе инициализации или же будет изменяться за счет применения протокола сигнализации. К тому же возможно, что это число окажется одинаковым для обоих направлений передачи или будет неизменным на протяжении соединения. 
   Количество PDU в пакете MPLS предварительно конфигурируется. Его значение выбирается на основе ограничений по загрузке канала и величине задержки. Использование одного PDU ведет к снижению задержки до минимума. Вместе с тем в данном случае получаются самые большие накладные расходы. Если в пакете насчитывается восемь и более PDU, механизм формирования последовательности AAL 1 перестает быть действенным, и, соответственно, усложняется взаимодействие потока с системами, базирующимися на эмуляции каналов в ATM. 
   AAL 1 дифференцирует структурированную и неструктурированную передачу. Последняя разновидность не обладает особыми преимуществами по сравнению с неструктурированной передачей вообще. Однако возможны сценарии, в которых предпочтительно использование неструктурированной передачи AAL 1. Например, когда необходимо обеспечить взаимодействие с существующей AAL 1 системой эмуляции каналов в ATM, или же если оказывается предпочтительным восстановление синхронизации, основанное на механизмах AAL 1. 
   Каждый SAR-PDU составляется из заголовка и полезной нагрузки. В заголовке SAR-PDU содержится бит CSI, который отображает появление указателя для структурированной передачи данных и может использоваться для восстановления синхронизации. 
   Если используется неструктурированный уровень адаптации AAL 1, из 48 октетов каждого подкадра один выделяется под заголовок и 47 октетов (376 битов) под данные. 
   Структурированная транспортировка может осуществляться двумя способами, один из которых предполагает использование сигнализации CAS. 
   Структурированный AAL 1 переносит выровненный по байту TDM и устанавливает синхронизацию кадров, внедряя указатель на начало следующего кадра в заголовке SAR-PDU. Структурированный AAL 1 с CAS переносит выровненный по байту TDM и устанавливает синхронизацию кадров и мультикадров, внедряя указатель на начало следующего мульти-кадра, который также содержит биты сигнализации. 

Стандарты псевдопроводных технологий 
   IETF, руководствуясь сходными соображениями, сформулировал три стандарта псевдопроводных технологий. Это TDMoIP (Time Division Multiplexing over IP – передача TDM-трафика no IP-сетям), CESoPSN (Circuit Emulation over PSN – эмуляция каналов в сетях с коммутацией пакетов) и SAToP (Structure Agnostic TDM over Packet – неструктурированная передача TDM-трафика в пакетных сетях). Технологию SAToP также определяют как свободный канал. Она представляет собой метод передачи по псевдопроводному соединению с игнорированием структуры TDM-потоков, которые рассматриваются как последовательность данных. 


В процессе инкапсуляции данные снабжаются заголовком,
 определяющим, как пакет будет передаваться по сети

   Стандарт SAToP, RFC 4553 определяет формат пакета, который примерно одинаков для всех трех технологий, рассматриваемых IETF. 
   Заголовок пакета включает в себя определения для сетевого уровня и уровня адаптации. Последний также включает в себя три компонента, заголовок UDP или L2TPv3, опциональный заголовок RTP и контрольное слово длиной 4 байта. Назначение контрольного слова состоит в определении потерь пакетов или нарушения порядка их следования, снижение загрузки пакетной сети, поскольку не осуществляется передача дефектных данных. А также оно используется при разделении проблем, возникающих в пакетной сети и в присоединенных сегментах с коммутацией каналов, что позволяет избежать нарушения в предоставлении услуг эмуляции, и информирование выходного устройства, участвующего в псевдопроводном соединении, об обнаруженных неполадках. Первые биты его контрольного слова выделены под флаги, затем идут поле длины и номер последовательности. 
   CESoPSN – это один из двух стандартов структурированной передачи. Этот тип сервиса называют "грубой" инкапсуляцией, поскольку в нем происходит непосредственное размещение последовательностей TDM в пакетах. Стандарт определяет размеры пакетов. 
   Технологию TDMoIP еще называют методом AAL 1, поскольку она предполагает осуществление инкапсуляции TDM-трафика средствами ATM. В составе пакета содержатся заголовок, контрольное слово и полезная нагрузка. Заголовок, определяющий специфику сети с коммутацией пакетов, может содержать данные UDP/IP, L2TPv3/IP, MPLS или Ethernet второго уровня. 

Проблемы, которые приходится решать 
    Существуют многочисленные вопросы, которые решаются или должны решаться в процессе стандартизации технологий эмуляции каналов. В сети с коммутацией пакетов абонент должен получать сервисы с такими же характеристиками, как и в сети с коммутацией каналов. Соответственно, при разработке стандартов, проектировании и развертывании систем должны приниматься во внимание многие факторы, обеспечивающие эксплуатационную готовность, устойчивость функционирования, совместимость, а также приемлемые значения задержек, джиттера и вандера. 
   В пакетных сетях, поддерживающих режим реального времени с постоянной скоростью передачи, наиболее существенным является обеспечение надлежащей величины общей задержки для всей сети, а также хороших значений вариации задержки. Общая задержка составляется из задержек пакетизации, транспортировки и депакетизации. При депакетизации используется буфера, чтобы выравнивать задержки. 
    Если принимать во внимание тот факт, что можно получить гарантированную величину задержки при транспортировке в хорошо управляемой сети, необходимо более критично относиться к задержкам пакетизации и депакетизации. 


Технологии эмуляции каналов поддерживают неструктурированную и структурированную передачу TDM-трафика

   Вариация задержки вносит вклад в джиттер, получаемый на выходном интерфейсе. В хорошо управляемой сети вариация сводится к минимуму. Технически совершенные маршрутизаторы и коммутаторы используют алгоритмы планирования, ограничивающие задержку. Эти алгоритмы заключаются в том, чтобы пакеты, поступающие на устройства, гарантировано обрабатывались на протяжении минимального времени. Соответственно, более значимой становится вариация задержки в процессе пакетизации. А размер буфера становится такой же характеристикой сети, как и объем полезной нагрузки. 
   Довольно часто происходят потери пакетов или нарушение порядка их следования. Даже в хорошо управляемой сети пакеты не доходят до назначения или меняются местами, так как они могут проходить различными путями. Воздействие потерь пакетов на услуги эмуляции каналов не столь ощутимо, как в случае VoIP, поскольку только определенный фрагмент, к тому же, возможно, не весь, размещается в одном пакете. Органы стандартизации предлагают и обсуждают алгоритмы снижения потерь пакетов. В простых решениях эти алгоритмы предполагают разные способы замещения недополученных пакетов определенным значением или же значением последнего дошедшего бита. 
   В приложениях, поддерживающих структурированную передачу, установленный байт мог быть байтом признака ошибки. Он указывает на то, что проблема сохраняется. 
   Один из наиболее эффективных методов – статистическая интерполяция, которая требует вычисления энергии автокорреляций одинарных и двойных сдвигов с использованием буфера истории в N образцов. Размер буфера колебания также играет роль для снижения воздействия потерь и нарушения порядка следования пакетов. Еще одну очень важную проблему для успешной транспортировки TDM составляет восстановление синхронизации. 

 
Пример подключения к магистрали базовой станции сети мобильной связи для приложений с эмуляцией каналов.

   Вместе с тем, производители не только благополучно справляются с перечисленными проблемами, но и выводят на рынок устройства, которые можно рассматривать как стандарт совместимости. 

Эмуляция каналов и VoIP 
   Технологии эмуляции каналов и VoIP решают одну и ту же задачу – передачу трафика традиционной телефонии в IP сетях. Но из-за различных подходов, заложенных в основу разработки этих технологий, они оказались весьма разными. 
   Поскольку VoIP – это революционное решение, которое потребовало фактически заново изобретать телекоммуникационную инфраструктуру, для него пришлось разрабатывать новые протоколы. Это H323, MGCP, SIP. В первое время очень остро стояли проблемы совместимости оборудования разных производителей. Решение ориентировалось исключительно на доставку голоса. Поэтому в нем используются мощные разные кодеки для сжатия потока, а также подавление пауз. Они сказываются на доставке голоса. 
   Технология эмуляции каналов ориентирована на соединение сегментов сетей с коммутацией каналов. Это позволяет сохранять функциональность УАТС. Она является прозрачной по отношению к протоколам передачи данных и сигнализации и работает с ATM, Frame Relay, ISDN, SS7, SNA, X.25. 

  О TDM over IP шлюзах семейства Dynamix можно прочитать >>>
  http://www.rus.dynamix.ua/prod/TDM-over-IP.htm

Источник: http://daily.sec.ru/dailypblshow.cfm?rid=10&pid=22136