INFORMATIONSTECHNIK UND ARMEE - hamfu.ch · PDF fileINFORMATIONSTECHNIK UND ARMEE Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich im Wintersemester 1992/1993

INFORMATIONSTECHNIK UND ARMEE

Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürichim Wintersemester 1992/1993

Leitung:Bundesamt für Übermittlungstruppen

Divisionär E. Ebert, Waffenchef der Übermittlungstruppen

ATM, eine neue Technikfür die Telekommunikation

Referent: P.A. Merz und Ch. Klingler

Diese Vorlesung wurde durch die Stiftung HAMFU digitalisiert und alsPDF Dokument für www.hamfu.ch aufbereitet.

Hinweis:Auf das Wintersemester 1991/1992 wurde die bisherige Vorlesungsreihe

„Krieg im Aether“ umbenannt auf „Informationstechnik und Armee“.

ATM, eine neue Technik für die Telekommunikation - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1992/1993 (ETH Zürich) HAMFU History

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5-1

ATM, eine neue Technik für dieTelekommunikation

P.A. MerzCh. Klingler

Inhalt

Zusammenfassung

Teil I: ATM-Technik

1. Einleitung

2. Referenzmodelle

3. ATM Adaptation Layer (AAL)

4 . ATM Layer

5. Physical Layer

6. Uebertragung von ATM über die synchrone digitale Hierarchie SDH

7. Uebertragung reiner ATM Zellen (cell based transmission)

8. Uebertragung von ATM über die plesiochrone digitale Hierarchie POH

9. Schlussbetrachtung

Teil II: Anwendung von ATM im B-ISDN

1. Dienste des B-ISDN

1.1. Video Services

1.2. Multimedia Services

2. Einführungsstrategie von B-ISDN

2.1. Trends für künftige Netztopologie

2.2. Phase 1 : SDH und MAN

2.3. Phase 2: ATM Crossconnect, Connectionless Server

2.4. Phase 3: B-ISDN Switching System

2.5. Phase 4: Universal B-ISDN

2.6. Zeitliche Abfolge der Phasen

Adresse der Autoren:

Siemens-Albis AG Informationstechnik und ArmeeAlbisriederstrasse 245

3 2 F o l g e 1 9 9 2 / 9 3

8047 Zürich '

20U 13374



4-2

Zusammenfassung

Asynchronous Transfer Mode (ATM) und Broadband Integrated Digital Network (B-ISDN) sind neue Schlagwor-te in der Telekommunikation.

In einem ersten Teil wird auf die Technik von ATM eingegangen. Im Gegensatz zur bekannten Uebertra-gungstechnik, wo die Nutzdaten in fest zugeordneten Zeitschlitzen eines festen Rahmens übertragen wer-den, benützt die ATM Technik einzelne Uebertragungszellen mit eigenem Zellenkopf und Datenfeld. DieseZellen werden flexibel, mit eigener Adresse und Nutzdaten versehen, durch ganze Uebertragungs- und Ver-mittlungsnetze geschickt.

In einem zweiten Teil wird auf die Anwendung von ATM im B-ISDN eingegangen. Dank dieser Technik lassensich neue Telekommunikationsnetze aufbauen, welche Dienste mit den unterschiedlichsten Eigenschaften un-terstützen, wie interaktive Dienste und Verteildienste für Standbilder, Bewegtbilder, Text, Grafik, Tonund Daten.

Teil I: ATM-Technik

1. Einleitung

Die Telekommunikation hat sich ständig an die neuen Bedürfnisse der Benutzer anzupassen.

In der Anfangszeit galt es, Telefonsignale Uber elektrische Leitungen zu übertragen. Beim Aufbauvon Telefon-Netzen wurde bald einmal klar, dass aus wirtschaftlichen Gründen pro Leitung mehrereSignale gleichzeitig übertragen werden müssen. Die Trägerfrequenztechnik (Figur 1) erlaubte erst-mals die Multiplexierung von Analogsignalen. Die Kanalkapazität beträgt 300 - 3400 Hz. In jederVermittlungszentrale werden die Signale demoduliert, raumvermittelt und anschliessend wieder mo-duliert. Bei jedem Modulations-/Demodulationsvorgang werden genaue Trägerfrequenzen und präziseAnalogfilter benötigt.

128 kHz {Vormodulationsträger)

1,85 kHzU^li.131'81

Vormodulation /

/ U l i/128.3 131,4 kHzNF-Kanal / 131,4 kHz

i O E Z ' f ï S I ' i E L OSTPt 84,08 kHz

Grundprlmârgruppe

Eigenschaften;

Multiplexierung und Demultiplexierung von Analogsignalen

- Signale: Analogsignale (Sprache, modulierte Daten)- Kanalkapazität: Sprache: 300 - 3400 Hz

Modulierte Daten: 2400 Bit/s- Vermittlung: Raumvermittlung der Grundsignale

Figur 1 Trägerfrequenztechnik

Ein weiterer Meilenstein in der Telekommunikation war die PCM-Technik (Figur 2). Diese Technikerlaubte es, dank A/D und D/A Wandlern die Analogsignale zu digitalisieren. Die Uebertragungsbit-rate bei PCM beträgt 2048 Kbit/s mit einer Kanalkapazität von 64 Kbit/s. Jedem Kanal ist ein fes-ter Zeitschlitz von 8 Bit zugeordnet; man spricht deshalb auch vom sogenannten Synchronous Trans-fer Mode STM. Bei der Vermittlung von PCM Signalen können die Digitalsignale direkt räum- undzeitvermittelt werden.



3-3

STM-Charakteristiken

Rahmen

W/,m.

0 31 30 17 16 15 0 31 30 0 31

Eigenschaften:

Multiplexierung und Übertragung von digitalen Signalen

Signal: Digitalsignale (PCM, digitale Daten)

Kanalkapazität: Granularität: 64 Kbit/s

Multiplexierte Signale: 2048 Kbit/s

Übertragung: Digitale Übertragung; feste Zeitschli tzzuordnung

(Synchronous Transfer Mode STM)

Vermittlung: Raumvermittlung und Zeitvermittlung (Zeitschlitzwechsel)

Figur 2 PCM-Technik (Synchronous Transfer mode STM)

B-ISDN erfordert eine neue Technik für die Behandlung von Diensten mit den unterschiedlichstenBitraten. Das neue Schlagwort heisst Asynchronous Transfer Mode ATM (Figur 3). Alle Nutzdatenwerden "zerstückelt" und in Zellen mit eigener Adresse durch ganze Uebertragungs- und Vermitt-lungsnetze geschickt. Die Uebertragungsbitrate beträgt 155 Mbit/s resp. 622 Mbit/s.

Constant bi trate Packet- Variable

64 Kbit/s 2 Mbit/s 3d Mbit/s or iented data b i trate

Figur 3 ATM-Funktionsprinzip

Packetizer

I ;• Cell

• Adress ramic = i «E23I

Netzeingang:- Zerschneiden der Daten in kleine Pakete- Adresse hinzufügen- Multiplexen

Netzausgang:- Pakete verteilen- Adresse wegschneiden- Datenpaket wieder herstellen

2. Referenzmodel le

Referenzmodelle di enen dazu, die bei der Telekommunikation erforderlichen Funktionen zu glie-d e m . Das wohl bekannteste Referenzmodell ist das OSI Referenzmodell mit seinen 7 Schichten. Fürdie Breitbandkommunikation wurde neu das B-ISDN Protokoll Referenz Modell geschaffen, um dieFunktionen der ATM-Technik Ubersichtlich zu ordnen.



5-4

2.1. OSI Referenzmodell

Das OSI Referenzmodell schafft Ordnung und eine anerkannte Basis für die Festlegung der Kommuni-kationsschnittstellen und Protokolle. Im Modell ist festgehalten, welche Funktionen von den aneiner Kommunikationsschnittstelle beteiligten Komponenten erwartet werden, und wie diese Funktio-nen aufeinander aufbauen.

Tabelle 1 zeigt den Aufbau des OSI Referenzmodelles. Es baut auf folgenden Prinzipien auf:

• Protocol LayeringDas OSI-Referenzmodel1 hat sieben Schichten, jede mit spezifischen Funktionen.

• Layer Service DefinitionJede Schicht bietet der nächst höheren Schicht ihre Dienste an.

• Service PrimitivesDie Kommunikation zwischen benachbarten Schichten geschieht mit Hilfe von sogenannten Primiti-ves .

• ModularitätDas OSI-Referenzmodell ist modular aufgebaut; Instanzen, die derselben Schicht angehören, kom-munizieren nach einem gemeinsamen Protokoll (peer to peer Kommunikation).

2.2. B-ISDN Protokoll Referenz Modell

Das B-ISDN Protokoll Referenz Modell ist in der CCITT Empfehlung 1.321 festgelegt. Es werdenGruppen von Funktionen, von der Anpassung eines Dienstes an ATM über die Vermittlung bis zurUebertragung, in Schichten (Layers) zusammengefasst. Diese Schichtung erlaubt es, die Zusammen-hänge der ATM Technik besser zu verstehen. Das B-ISDN Protokoll Referenz Modell berücksichtigtdie Prinzipien des OSI Referenzmodelles.

Tabelle 2 zeigt die Funktionen und Schichten des B-ISDN Protokoll Referenz Modelles.

• Die Higher Layer Functions entsprechen den Anwendungsprotokollen.• Der ATM Adaptation Layer AAL dient der Anpassung einer Anwendung an ATM.• Der ATM Layer gewährleistet den Transport und die Vermittlung der ATM-Zellen durch das Netz.• Der Physical Layer ist für die Uebertragung der ATM-Zellen verantwortlich.

Schicht Funktion

Schicht 7(Application Layer)

Konkretisierung, Ausführung der Aufgabe= Anwendungsschicht

Schicht 6(Presentation Layer)

Festlegung der Bedeutung ausgetauschter Datenund damit das Schaffen von benutzer- und geräte-unabhängiger Kommunikation= Darstellungsschicht

Schicht 5(Session Layer)

Festlegung für die logische Ende zu Ende-Ver-bindung zwischen zwei Kommunikationspartnernund die Steuerung der End-zu-End-Verbindungen= Kommunikationssteuerungsschicht

Schicht 4(Transport Layer)

Festlegung der für den Datentransport auf der ge-samten Strecke vom Sender- zum Empfänger-system erforderlichen Funktionen= Transportschicht

Schicht 3(Network Layer)

Festlegungen zur Vermittlung und zum Aufbaudes gesamten Uebertragungsweges= Vermittlungsschicht

Schicht 2(Link Layer)

Festlegung für eine gesicherte Uebertragung aufden einzelnen Teilstrecken des gesamten Ueber-tragungsweges= Sicherungsschicht

Schicht 1(Physical Layer)

Die Festlegungen zur Steuerung des physischenUebertragungsmediums innerhalb des Kommuni-kationssystems= Bit-Uebertragungsschicht(das für die Uebertragung benutzte Medium (Kupfer-adern, Koaxial-Kabel, Lichtwellenleiter, Funkstrecken)liegt logisch unterhalb der Schicht 1 und ist nichtGegenstand des OSl-Modells).

Higher Layer Functions Higher layers

C AL Convergence Sa A

Ser

Segmentat ion and reassembly AR

L

Generic f low contro lM Cell header generat ion/extract iona Cell VPI/VCI translationna

Cell mult iplex and demult ip lex

ge Cell rate decoup l ing

P

m HEC sequence generat ion/veri f icat ion ye Cell delineationn Transmission f rame adaptat iont Transmission f rame generat ion/recovery c

a

Bit t iming P

I

L

Physical medium yer

Tab. 1 Aufbau des OSI Referenzmodelles Tab. 2 Funktionen und Schichten des B-ISDN

3. ATM Adaptation Layer (AAL)

Der ATM Adaptation Layer (AAL) dient der Anpassung der Dienste an das ATM Prinzip und bearbeitetdas Informationsfeld der ATM-Zellen (Figur 4). Die Anpassung an ATM geschieht dabei in zweiSchritten. In einem ersten Schritt werden die Daten aufbereitet (Convergence) und in einem zwei-ten Schritt werden die Daten in das Informationsfeld der ATM-Zellen eingefügt. (Segmentation andReassembly). Jedem Schritt ist ein eigener Sublayer zugeordnet.



3-5

3.1. Convergence Sublayer

In diesem Sublayer werden die Daten beim Anwender an ATM angepasst und umgekehrt. Die wichtig-

sten Funktionen sind:

• Behandlung von Laufzeitunterschieden, die bei der ATM Uebertragung auftreten können,• Massnahmen gegen Informationsverlust,• Unterstützung von Anwenderfunktionen,• Wiederherstellung der source clock Frequenz der Gegenstelle,• Forward error correction für Video und High quality audio,• Erzeugung von Status Reports betreffend End to End Performance, wie Information über verlore-

ne oder falsch eingefügte Zellen, Buffer overflow, Ereignisse infolge Bitfehler.

3.2. Segmentation and Reassembly Sublayer

In diesem Sublayer werden die Daten sendeseitig zerstückelt und in das Informationsfeld von ATM-Zellen eingefügt. Empfangsseitig werden die Daten aus dem Datenfeld herausgelöst und wieder zumursprünglichen Datensignal zusammengesetzt.

3.3. Klassifizierung der AAL-Dienste

Um die Anzahl der AAL-Protokolle beschränkt zu halten, wird eine Dienstklassifikation einge-führt. Diese basiert auf den folgenden Parametern:

• Zeitliche Beziehung zwischen dem Sender und Empfänger verlangt oder nicht verlangt.• Bitrate konstant oder variabel.• Verbindungstyp der höheren Schichten verbindungs-orientiert oder verbindungslos.

Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D

Zeitliche Beziehung verlangt nicht verlangt

Bitrate konstant variabel

Verbindungsart verbindungs-orientiert verbindungslos

Beispiel KonventionellesPCM Signal

Video mit varia-bler Bitrate

verbindungs-orientierteDatenübertragung

verbindungsloseDatenübertragung

Higher Layer

XConve rgence

Header5 octets

1Segmenta t ionReassembly

In fo rmat ion1 Field

48 octets:

iÉ'iïlfM^p r n M H H

1Segmenta t ionReassembly

In fo rmat ion1 Field

48 octets:

iÉ'iïlfM^p r n M H H

ATM-Zelle

Convergence Sublayer- Anpassung der Dienste an das ATM-Prinzip

. Behandlung von Laufzeitunterschieden

. Massnahmen gegen Informationsverlust

. Unterstützung von Anwenderfunkt ionen

Segmentat ion and Reassembly- Sendeseite: Zerstückelung und Einfügung ins

Informationsfeld

- Empfangsseite: Herauslösung aus dem Datenfeld undZusammensetzung

8 7 6 5 4 3 2 1B i t /

/Octet

GFC/VPI VPI 1

VPI VCI 2

VCI 3

VCI PT CLP 4

HEC 5

CLP : Cell loss priorityGFC : Generic flow control (UNI)PT Payload typeHEC : Header errror controlVPI : Virtual path Identif ierVCI : Virtual Channel Identifier

Figur 4 ATM Adaptation Layer Figur 5 Aufbau des Zellenkopfes



3-6

4. ATM Laver

Der ATM Layer gewahrleistet den Transport der ATM-Zellen durch das Netz, unabhängig von derUebertragungsart und dem physikalischen Medium. Der ATM Layer bearbeitet den Zellenkopf ohne dasHEC-Feld (Figur 5). Der Aufbau des Zellenkopfes ist bei der Teilnehmerschnittstelle (UNI) etwasanders als bei der netzinternen Schnittstelle (NNI).

4.1. Funktionen des ATM Laver

Cell multiplexing and demultiplexing

Sendeseitig werden Zellen multiplexiert, d.h. Zellen von individuellen virtuellen Pfaden (VPs)und virtuellen Kanalen (VCs) werden zu einem nicht kontinuierlichen Fluss von Zellen zusamnenge-fasst. Empfangsseitig werden die Zellen demultiplexiert, d.h. individuelle Zellen werden vom Zel-lenfluss an die entsprechenden VPs oder VCs geführt.

Virtual Path Identifier (VPI) and Virtual Channel Identifier (VCI) translation

Diese Funktion kommt bei einer ATM-Vermittlungszentrale zum Tragen. Der VPI/VCI Wert jeder ankom-menden ATM-Zelle wird ausgewertet, und die Zelle wird entsprechend vermittelt.

Cell header generation/extraction

Sendeseitig übernimmt diese Funktion das Informationsfeld vom AAL und erzeugt einen dazu passen-den Zellenkopf (ohne Bearbeitung der HEC-Sequenz). Empfangsseitig entfernt diese Funktion denZellenkopf und ubergibt das Informationsfeld dem AAL.

Generic flow control (GFC)

Diese Funktion steuert den Zellenfluss am UNI vom Anwender zum Netz. Damit wird eine Netzüberla-stung verhindert. Am NNI wird anstelle des GFC das VPI Feld erweitert.

Payload Type (PT)

Diese Funktion liefert eine Aussage Uber den Typ einer ATM-Zelle. Es wird unterschieden zwischenAnwenderzellen und netzinternen Zellen.

Cell Loss Priority (CLP)

Bei Ueberlast in einem ATM Netz werden einzelne Zellen weggeworfen. Mit CLP kann ein Anwenderfur ihn wichtige Zellen von weniger wichtigen Zellen unterscheiden. Im Netz werden dann beiUeberlast die weniger wichtigen Zellen weggeworfen.

4.2. Vermittlung von ATM-Zellen

Ï"6

.1 s t

J.

e i n

B e s p ie l einer ATM-Vermittlung wiedergegeben. Ueber m Eingänge werden seriellATM-Zellen in die Vermittlungsanlage eingelesen. Die Zellen werden anhand der VPI/VCI Werte ver-mittelt und in die entsprechende Warteschlange eingefügt. Bei Ueberlast einer Warteschlange wer-den überzählige Zellen weggeworfen. Anschliessend werden die Zellen, mit neuen VPI/VCI Wertenversehen, an die n Ausgänge weitergeleitet.

m EingängeVermittlungsanlage

n i 1

E

• H i ! 1 M i f * 1

- > 2 1 2 § r >

:

n n 1

n Ausgänge

neuer VPI/VCI-Wert

vermitteln anhand Warteschlange VPI/VCI-des VPI/VCI-Wertes mapping

n • ATM-Zelle

1...n VC/VP Identifier

Figur 6 Beispiel einer ATM-Vermittl ung

5. Physical Laver

Der Physical Layer ist zuständig für die Uebertragung von ATM Zellen. Die Bitrate am User Net-work Interface beträgt 155 520 kbit/s oder 622 080 kbit/s.



3-7

Sendeseitig werden die Nutzzellen vom ATM Layer an den Physical Layer übergeben. Dort werden die-se Zellen in ein kontinuierliches Uebertragungssignal umgewandelt und über ein physikalisches Me-dium (Lichtwellenleiter, Metalleiter, Richtfunk) zur Gegenstelle übertragen. Das empfangene Sig-nal wird wieder in ATM Zellen zurückverwandelt, die dann dem ATM Layer ubergeben werden.

Für die eigentliche Uebertragung sind heute drei Verfahren vorgesehen:

• Uebertragung von ATM Zellen über die synchrone digitale Hierarchie SDH• Uebertragung reiner ATM Zellen (cell based transmission)

- Uebertragung von ATM Zellen über die bestehende plesiochrone digitale Hierarchie POH

Der Physical Layer ist in 2 Sublayer aufgeteilt:

• Der Transmission Convergence Sublayer ist verantwortlich für die Umwandlung des Zellenflusses

vom ATM Layer in einen Fluss von Datenbits, welche über ein physikalisches Medium ubertragen

werden können, und umgekehrt.

• Der Physical Medium Sublayer gehört nicht zur eigentlichen ATM Thematik; er behandelt dieFunktionen der Uebertragung über das Uebertragungsmedium. Dazu gehören der Bit-Transfer unddie empfangsseitige Bit-Synchronisation (bit alignment), sowie die Erzeugung des Leitungsco-des i n d . einer a n f ä l l i g notwendigen elektrisch-optischen Signal umwand lung.

Im folgenden werden die Hauptfunktionen des Transmission Convergence Sublayer behandelt.

5.1. Cell Rate Decoupling

Diese Funktion ist verantwortlich für die Uebernahme/Uebergabe des nichtkontinuierlichen Zellen-

flusses an der Grenze zum ATM Layer. Durch das Einfügen/Entfernen von Leerzellen (idle cells)

wird eine Anpassung an die Uebertragungskapazität vorgenommen.

Leerzellen werden im Physical Layer erzeugt und mit einem definierten Header Pattern versehen.

Auf der Gegenseite wird dieses Header Pattern im Physical Layer erkannt, und die Leerzellen wer-

den nicht an den ATM Layer übergeben.

5.2. Bearbeitung des Header Error Control (HEC1 Feldes

Diese Funktion schützt den Zellenkopf vor Bitfehlern. Das Verfahren beruht auf einer ShortenedCyclic Code SCC Prozedur mit einer Korrekturmöglichkeit von Einzelbitfehlern und Erkennung vonMehrfachbitfehlern (Figur 7). Als Basis dient dabei ein rückgekoppeltes Schieberegister.

Sendeseitig werden die vier ersten Byte des Zellenkopfes mit diesem Polynom multipliziert und mo-dulo 2 dividiert; der berechnete Rest wird als HEC-Sequenz im HEC-Feld eingefugt. Empfangsseitigwird die HEC-Sequenz analog zur Sendeseite nochmals berechnet und mit dem übertragenen HEC-Feldverglichen. Einfache Bitfehler werden korrigiert, und mehrfache Bitfehler werden erkannt. Zellenmit mehrfachen Bitfehlern werden als fehlerhaft weggeworfen.

5.3. Zellenabgrenzung (Cell delineation)

Die Funktion Zellenabgrenzung (Cell delineation) wird benötigt, um auf der Empfangsseite einer

ATM Uebertragungsstrecke die Grenzen der ATM Zellen wiederzufinden. Diese Cell delineation wird

mit Hilfe des Zellenkopfes und des HEC-Feldes durchgeführt. ATM-Zellen sind selbstsynchronisie-

rend, das heisst der Zellenanfang jeder Zelle ist unabhängig vom Uebertragungsverfahren auffind-

bar.

GFC/VPI VPI

VPI VCI

VCI

VCI PT CLP

HEC V ' / .

- . B i t by

SCC: Shortend Cyclic Code

Sendeseite: Berechnung der HEC Sequenz

GFC/VPI VPI

VPI VCI

VCI

VCI PT CLP

,.,:;:, . HEC. . .

Einfacher Bitfehler: KorrekturMehrfacher Bitfehler: Erkennung

- v r

ALPHAconsecutiveincorrect HEC

SCCSCC

Physical Layer AL PH A DEL T A

SDH-based 7 6

cell based 7 8

Empfangsseite: Fehlerkorrektur und Fehlererkennung

Figur 7 Bearbeitung des HEC Feldes Figur 8 Statusdiagramm der cell delineation



3-8

Oie Cell delineation Prozedur beinhaltet folgende Zustände (Figur 8):

• Im HUNT Status werden die Zellengrenzen gesucht. Der cell delineation Prozess überprüft Bitfur Bit. Nach dem Finden einer ersten Zelle geht die Prozedur in den PRESYNCH Status.

• Im PRESYNCH Status muss das Funktionieren der Zellenabgrenzung bestätigt werden. Der Prozessüberprüft Zelle fur Zelle auf ein korrektes HEC Byte. Falls hintereinander DELTA korrekte HECBytes gefunden werden, geht die Prozedur in den SYNCH Status, andernfalls in den HUNT Status.

Im SYNCH Status ist die Zellenabgrenzung sichergestellt. Der Prozess überprüft Zelle für Zel-

le auf ein korrektes HEC Byte. Falls hintereinander ALPHA unkorrekte HEC Bytes gefunden wer-

uüwr c6 l n e F e h l f u n k t 1 o n d e r

Zellenabgrenzung angenommen, und die Prozedur geht in denMUN I o L d t U S .

Die Parameter ALPHA und DELTA sind so gewählt, dass der cell delineation Prozess so robust undsicher wie möglich ablauft. ALPHA ist für Robustheit gegen fehlerhaften Synchronisationsverlustinfolge Bitfehlern verantwortlich, DELTA für Robustheit gegen Fehlsynchronisation bei der Syn-chronisation. Die Werte von ALPHA und DELTA sind abhängig von der Art der ATM Uebertragung Ins-besondere die unterschiedliche Handhabung der HEC Bits bei der Uebertragung von ATM über SDH/PDHsowie der Uebertragung reiner ATM-Zellen erfordert unterschiedliche DELTA-Werte.

5

-4

- Verwürfelung des Informationsfeldes (Scrambling)

Das Informationsfeld wird vor der Uebertragung mit einem selbstsynchronisierenden Scrambler ver-w ü r f e n . Diese Verwurfelung verbessert den cell delineation Mechanismus im Zellenkopf und dasUebertragungsverhalten auf der Uebertragungsstrecke. Die Wahl des Scramblers hängt von der Artder ATM Uebertragung ab.

In^Bezug auf die Zustände der cell delineation Prozedur verhält sich der Scrambler folgendermas-

• Der Scrambler verwürfelt nur die Bits des Informationsfeldes.• Im HUNT Status ist der Descrambler ausser Betrieb.

• Im PRESYNCH und SYNCH Status ist der Descrambler in Betrieb für die 384 Bits des Informations-feldes und ausser Betrieb für die 40 Bits des Zellenkopfes.

6.

6

Uebertragung von ATM über die synchrone digitale Hierarchie SDH

Anpassung an den Uebertragungsrahmen (Transmission Frame Adaptation)

Bei der Uebertragung von ATM-Zellen über SDH werden die ATM-Zellen in einem externen Rahmen, ba-

i l V l o o uK w ly

1';or 0

„n

Q

e

nn

,d

u1

.9 i t a l e n H i e r a r c h i e

SDH, übertragen. Die verwendeten Rahmen für die155 520 kbit/s und 622 080 kbit/s Uebertragung sind in Figur 9 wiedergegeben

! byte 261 byte

STM-1

AU-4 PTR

SOH

VC-4

ATM-Cel!

0 = ]53 Octets 1 byte

POHUebertragungsbitrate: 155 520 kbit/s

I l I I M I I I "Payload: 149 760 kbit/s

260 byte

9x4 byte 261x4 byte

AU PTR

SOH

ATM-Cell

FT 153 Octets

F ; F ; FI : i :ix : x : xe | e | eD; D-D

s : s : st : t : tu ^ uf : F ; ff : f : f

1x4 bytePOH

STM-4

S VC4-4c

• I l H I I M I-Payload: 599 040 kbit/s

260x4 byte

Uebertragungsbitrate: 622 080 kbit/s

Figur 9 Uebertragung von ATM über SDH



3-9

6.1.1. Uebertraqunq mit 155 520 kbit/s

Oer ATM Zellenstrom wird als erstes in den C-4 Container und anschliessend in den virtuellen Con-tainer VC-4 mit dazugehörigem Path Overhead POH gemappt. Die ATM Zellengrenzen sind auf die Oc-tetgrenzen des synchronen Transportmodules STM-1 ausgerichtet. Da die Kapazität des C-4 Contai-ners mit 2340 Octets kein ganzzahliges Vielfach der Zellenlänge von 53 Octets beträgt, könnenZellen die C-4 Grenze überschreiten. Der Administrative Unit AU-4 Pointer zeigt auf das erste Oc-tet des POH.

6.1.2. Uebertraqunq mit 622 080 kbit/s

Der ATM Zellenstrom wird als erstes in den C-4-4c Container und anschliessend in den virtuellenContainer VC-4-4c mit dazugehörigem Path Overhead POH gemappt. Die ATM Zellengrenzen sind aufdie Octetgrenzen des synchronen Transportmodules STM-4 ausgerichtet. Da die Kapazität des C-4-4cContainers mit 9360 Octets kein ganzzahliges Vielfach der Zellenlänge von 53 Octets beträgt, kön-nen Zellen die C-4-4c Grenze überschreiten. Der Administrative Unit AU Pointer zeigt auf das er-ste Octet des POH.

6.2. Transmission frame generation and recovery

Diese Funktion erzeugt sendeseitig den Rahmen für die eigentliche Uebertragung und synchroni-siert ihn wieder auf der Empfangsseite. Diese Funktion wird durch die SDH Uebertragung wahrgenom-men.

7. Uebertraqunq reiner ATM Zellen (cell based transmission)

7.1. Anpassung an den Uebertragungsrahmen (Transmission Frame Adaptation)

Bei der Uebertragung reiner ATM-Zellen ist keine Anpassung an einen Uebertragungsrahmen notwen-dig. Die Uebertragungsstruktur besteht aus einem kontinuierlichen Strom von ATM-Zellen (Figur10). Jede Zelle enthält 53 Octets. Die Uebertragungsbitrate beträgt 155 520 kbit/s oder 622 080kbit/s.

In gewissen zeitlichen Abständen werden sogenannte Physical Layer cells in den kontinuierlichenFluss von Nutzzellen (ATM Layer cells) eingefügt. Dies erlaubt eine Anpassung des Zellenflussesan die Uebertragungsbitrate. Physical Layer cells werden auch eingefügt, wenn keine Nutzzellenzur Verfügung stehen.

Die Physical Layer cells sind entweder Leerzellen (idle cells) oder OAM-Zellen (PL-OAM cells).

Bei der Uebertragung reiner ATM-Zellen wird die Funktion transmission frame generation and reco-

very nicht benötigt.

7.2. Physical Laver OAM-Zellen (PL-OAM cells)

Physical Layer OAM-Zellen werden benützt, um Betriebs- und Unterhalt Information zur Gegenstellezu befördern. Wie oft OAM-Zellen in den Zellenfluss eingefügt werden, hängt von den OAM Anforde-rungen ab.

256 bits/125 usee^ TS16 Signaling

>r

TSO I I ITSO

TSO É t ì lP ì ITSO

TSO

TSO ISSU®TS17-TS31

P: Physical Layer ceii(idle ceil oder OAM cell)

• Headcr j ; - |

ATM-Cell 53 octets

Figur 10 Uebertragung von ATM ohne Rahmen-struktur (cell based Verfahren)

Figur 11 Transport von ATM Zellen in einem2048 kbit/s Rahmen

8. Uebertraqunq von ATM über die plesiochrone digitale Hierarchie PDH

Bestehende Uebertragungsnetze basieren auf der plesiochronen digitalen Hierarchie (PDH). Währendeiner Uebergangszeit wird es demnach notwendig sein, ATM-Zellen auch über bestehende PDH Netzeübertragen zu können. Beim CCITT werden erste Ideen für die Uebertragung von ATM-Zellen über diePDH Ausrüstungen der beiden 1544 und 2048 kbit/s Hierarchien diskutiert. Für Europa sind die Bit-raten 2048 kbit/s, 34 368 kbit/s und 139 264 kbit/s von Bedeutung.



3-10

8.1. Transport von ATM-Zellen in einem 2048 kbit/s Rahmen

Figur 11 zeigt einen möglichen Rahmenaufbau für den Transport von ATH-Zellen in einem 2048kbit/s Rahmen. Die ATM-Zellen werden in die Zeitschlitze 1 bis 15 und 17 bis 31 eingefügt. Dabeiwird die Byte Struktur der ATM-Zellen auf die Byte Struktur des Rahmens ausgerichtet.

8.2. Transport von ATM-Zellen in einem 34 368 kbit/s Rahmen

Die bestehende 34 368 kbit/s Rahmenstruktur wurde zur Multiplexierung von vier Zubringern mittieferer Bitrate entworfen und enthält als solche keine Monitoring Kapazität zur Unterstützungvon End zu End (peer to peer) Verkehr. Aus diesem Grunde wird beim CCITT eine neue Rahmenstruk-tur mit Overhead diskutiert.

Figur 12 zeigt einen möglichen Rahmenaufbau für den Transport von ATM-Zellen in einem 34 368kbit/s Rahmen. Gemäss diesem Vorschlag sind alle 125 ms 537 Bytes belegbar. Davon sind pro 125ms sieben Bytes für Overhead Funktionen reserviert und 530 Bytes stehen für den Transport vonATM-Zellen zur Verfügung. Die Byte Struktur der ATM Zellen wird dabei auf die Byte Struktur desRahmens ausgerichtet.

Die Overhead Bytes dienen der Rahmensynchronisierung (frame alignment) und dem Transport von OAMFunktionen.

7 byte 530 byte

Rahmenaufbau 34 368 kbit/s

2 byte 240 byte

OH OH MM M \ » I I -OH OH

- t e l tel tel I -Payload: 2160 bytePayload: 2160 byte

- tal125 us

OH: Overhead

ATM-Cell

Rahmenaufbau 139 264 kbit/s

Figur 12 Transport von ATM Zellen in einem 34 368 kbit/s und 139 264 kbit/s Rahmen

8.3. Transport von ATM Zellen in einem 139 264 kbit/s Rahmen

In Figur 12 ist ebenfalls eine Rahmenstruktur mit Overhead für den Transport von ATM-Zellen ineinem 139 264 kbit/s Rahmen wiedergegeben. Dabei sind alle 125 ms 2176 Bytes belegbar. Davonsind pro 125 ms 16 Bytes für Overhead Funktionen reserviert und 2160 Bytes stehen für den Trans-port von ATM-Zellen zur Verfügung. Die Byte Struktur der ATM-Zellen wird dabei auf die ByteStruktur des Rahmens ausgerichtet.

Die Overhead Bytes dienen der Rahmensynchronisierung (frame alignment) und dem Transport von OAMFunktionen.

9. Schlussbetrachtunq

ATM ist eine neue Technik der Telekommunikation, die eine neue Denkweise erfordert. Das Proto-koll Referenz Modell erlaubt eine übersichtliche Gliederung der ATM Funktionen.

Im weiteren erfordert ATM ein Umdenken in der Uebertragungstechnik. Bei den bisherigen Uebertra-gungsausrüstungen wurden vorwiegend kontinuierliche digitale Signale verarbeitet und über einphysikalisches Medium übertragen. Bei der ATM Uebertragung müssen dagegen individuelle ATM-Zel-len verarbeitet werden. Diese Technik erfordert, zusammen mit den zu verarbeitenden hohen Bitra-ten von 155 und 622 Mbit/s, modernste Bauelemente und eine hochentwickelte Technologie. Dieseneue Herausforderung verlangt eine sorgfältige Planung sowie eine enge Zusammenarbeit zwischenNetzbetreibern und Entwicklern.



3-11

Teil II: Anwendung von ATH im B-ISDN

Die Grundidee des ISDN ist die Dienstintegration. Ein breites Spektrum von Audio-, Video- und Daten-diensten soll von einem einzigen Netz angeboten werden. Bestehende Dienste von Spezialnetzen (z.B. Tele-fonnetz, Paketnetz) werden im ISDN integriert, und neue ISDN-Dienste können definiert werden. Die An-zahl verschiedener Verbindungstypen und Te1lnehmer-Netz-Schnittstellen ist minimal zu halten.

Unter der Abkürzung B-ISDN werden nachfolgend alle Breitbandaspekte dieses ISDN zusammengefasst. AusDienstesicht ist das B-ISDN eine Weiterentwicklung des Schmal band-ISDN und unterstützt daher auch des-sen Dienste. Ein Interworking des gleichen Dienstes am Schmalband-ISDN und am B-ISDN ist ohne Einschrän-kungen möglich.

Um die verlangte Dienstintegration zu erreichen, muss die Technik für das B-ISDN unabhängig von den Ei-genarten der Dienste sein und eine maximale Flexibilität aufweisen, wenn nötig auf Kosten der Effizienzfür einen einzelnen Dienst.

Von CCITT wurde bereits 1988 (Blaubuch) in der Empfehlung 1.121 festgeschrieben: "ATM is the targettransfer mode solution for implementing a B-ISDN." Grund für die Wahl von ATM war seine Flexibilität.Obwohl ATM paketorientiert aussieht, kann die Performance der Leitungsvermittlung erreicht werden. ATMist ein guter Kompromiss, der es ermöglicht, ein sehr breites Spektrum von heutigen und künftigenDiensten effizient abzudecken. Ein Vorteil, den keine andere heute diskutierte Technik bieten kann.

Der Markterfolg der Breitbanddienste, wie sie im nächsten Kapitel vorgestellt werden, ist unter Berück-sichtigung der Kosten nur schwer abschätzbar. Daher kommt der stufenweisen Einführung von ATM im öffent-lichen Netz eine grosse Bedeutung zu. Die Investitionen sollen bedarfsgerecht getätigt werden können,soweit möglich basierend auf bestehenden Infrastrukturen. Die Initialkosten müssen tief gehalten wer-den. Als zweiter Schwerpunkt, neben den Diensten, wird ein Evolutionskonzept vorgeschlagen, das diesemAnspruch gerecht wird.

1. Dienste des B-ISDN

Die Figuren Nr. 1 und 2 geben eine Uebersicht typischer Breitbanddienste, aufgeteilt 1n Klassen.Die aufgeführten Beispiele verdeutlichen unter anderem zwei Tatsachen:

Dienst D e f i n i t i o n Beispiele

Conversational

Services

Bidirectional (d ia logue)

communica t ion be tween TE's

w i t h ou t intermedia te bu f fe r ing

of user in fo rmat ion

- v ideo-te lephone

- v ideo-conferencing

- high-speed interact ive

data communica t ion

- f i le t ransfer

Messaging

Services

User-to-user communica t ion

w i t h intermedia te bu f f e r i ng

of user in fo rmat ion

- message hand l ing

- voice/video mail

- document mail

- h igh resolut ion images

Retrieval

Services

Dienst

Retrieval o f in fo rmat ion stored

in public domain on demand of

indiv idual user

Figur 1 I n t e r a k t i v e Di

D e f i n i t i on

- h i f i aud io retr ieval

- v ideo programs

- mixed mode document retrieval

- data retr ieval

enste

Beispiele

Broadcast Services

w i t h o u t indiv idual

presentat ion contro l

Cont inuous in fo rmat ion f l ow

dis t r ibuted f r om a central source

accessed by an un l im i ted number

of user w i t h ou t cont ro l on the

start and order of presentat ion

- television programs

- audio programs

Broadcast Services w i t h

indiv idual presentat ion

cont ro l

Individual access to broadcast

services w i t h cont ro l on the start

and presentat ion of the

in fo rmat ion by the user

- interact ive v ideotex

- v ideography

Figur 2 Verteildienste



3-12

1. Videodienste spielen im B-ISDN eine wichtige Rolle.

2. Bei einer Grosszahl der Dienste handelt es sich um Multimedia-Dienste.

Auf diese beiden Begriffe soll deshalb in den zwei folgenden Kapiteln kurz eingegangen werden.

Die ersten Anwender von Breitbanddiensten dürften grössere Firmen und Institute der Forschung(z.B Spitaler, Hochschulen) sein. Im Vordergrund stehen spezielle Datenapplikationen und audio-visuelle Anwendungen mit Bitraten im Bereich von 2-10 Mbit/s. Als Beispiele sind zu nennen:

- LAN- oder MAN-Kopplung- Kopplung von Hochleistungsrechnern- Document Transfer (color telefax)- Videokonferenzen

Langfristig wird aber der private Haushalt das wichtigste Marktsegment sein mit Diensten wie Vi-deotelefonie oder hochauflösendes digitales Fernsehen (HDTV).

Der Markt für fast alle diese Breitbanddienste ist aber noch recht unsicher. Die Netzfunktionenv o n d e n

künftigen Kundenbedürfnissen abhängig gemacht werden können. Eine maximaleFlexibilität und Evolutionsfähigkeit des Netzes ist eminent wichtig.

Die in Betracht gezogenen Dienste zeigen eine Reihe verschiedener Eigenschaften, welche in einemkünftigen B-ISDN berücksichtigt werden müssen (Figur Nr. 3).

1. B i t ra te : V o n w e n i g e n Kbit /s bis über 100 Mbi t /s , ze i t l i ch te i lwe ise starkva r i i e r end (var iab le B i t ra ten )

2. Sym m et r ie : B id i rec t i ona l symmetr isch / asymmet r isch , u n i d i r ec t i o n a l

3. T o p o l o g i e der K o m m u n i k a t i o n : P o in t -p o in t , p o i n t - m u l t i p o i n t , m u l t i p o i n t -p o i n t , mul t icast , b roadcast

4. Charak ter der K o m m u n i k a t i o n : V e r b i n d u n g s o r i e n t i e r t o d e rve r b in dun gs lo s

5. D e f in i e r t e D ie ns t gü t e , z.B. f ü r d ie Paramete r Cell Delay , Cell DelayV a r i a t i o n , Cell Loss

Figur 3 Zusammenstellung einiger Diensteigenschaften

1. Bitrate der Dienste:

Die Spitzenbitrate reicht von einigen Kbit/s bis über 100 Mbit/s. Ein überschaubares Set vonbtandardbitraten ist nicht definierbar. Auch die zeitliche Verteilung der Bitrate ist sehrunterschiedlich: Datenströme mit kontinuierlicher oder variabler Bitrate, darunter auch Quel-len mit On/Off-Verhalten. Für Dienste mit variabler Bitrate muss ein statistisches Multiple-xen möglich sein, damit die Netzauslastung erhöht wird.

2. Symmetrie der Kommunikation:

Neben der bidirektionalen Konfiguration (symmetrisch oder asymmetrisch) ist auch eine uni-direktionale fur Verteildienste verlangt. Das Netz soll nur die tatsächlich benötigten Res-sourcen bereitstellen.

3. Topologie der Kommunikation:

Alle theoretisch denkbaren Topologien haben Anwendungen: Point-point, point-multipoint multi-point-point, multicast und broadcast. Das Netz muss ein einfaches Duplizieren der Daten ermög-lichen.

3

4. Charakter des Dienstes:

Entweder wird vor der eigentlichen Datenübertragung eine Verbindung aufgebaut (connectionoriented service) oder die Daten werden direkt mit einer Zieladresse versehen und ins Netz ge-sendet (connectionless service). Da der ATM-Mechanismus von Natur aus einen connection orien-ted service bietet, muss der connectionless service oberhalb des ATM implementiert werden.

5. Dienstgüte (QoS: Quality of Service):

QoS-Parameter sind unter anderem cell loss ratio, cell insertion ratio, cell delay und celldelay variation. Die Werte, die in einem ATM-Netz erzielt werden können, sind noch nicht mitSicherheit anzugeben. Typisch könnte beispielsweise eine cell loss ratio von I O "

1 0

sein einece insertion ratio von 10-13,

ein cell delay von einigen wenigen Millisekunden sowie eine

cell delay variation von maximal 500 Mikrosekunden.

Video Services (Figur Nr. 4)

Das Ziel aller Anstrengungen bei den Videodiensten muss die Integration von Verteildiensten undinteraktiven Diensten sein, sowohl im Geschäftsverkehr als auch im Privatbereich. Mit dieser In-tegration erhofft man sich Endgeräte, die mehrere Dienste unterstützen und daher die Interwor-kingprobleme vereinfachen und dank der breiten Einsatzmöglichkeiten auch kostengünstiger werden



3-13

Als Konsequenz der Integration zerfällt der Videodienst in mehrere Dienstklassen mit unterschied-lichen Qualitätsansprüchen. Die Gemeinsamkeiten für alle Videoanwendungen betreffen insbesonderedie Teilnehmer-Netz-Schnittstelle, die Signalisierung, die Codiertechnik und den Bildschirm.

A n w e n d u n g : S tand - u n d B e w e g t b i l d ü b e r t r a g u n g

C h a r a k t e r i s i e r u n g :

- V e r te i l d ienste , D ia logd iens te , Speicherdienste, A b r u f d i e n s t e

- Unte rschied l ichste T o p o l o g i e n f ü r K o m m u n i k a t i o n

I n t e g r i e r t e r V i d e o d i e n s t

- Kos tengün s t ige re Endger ä te

- Einfaches I n t e r w o r k in g

1. O p t i o n : Swi tchab le Encoder

2. O p t i o n : Simulcast

3. O p t i o n : Layered Signal A p p r o a c h

Figur 4 Video Services

Im B-ISDN stehen unterschiedliche Videodienste zur Diskussion:

- Distribution Services (Verteildienste: Unterhaltung, Information)

- Conversational Services (Dialogdienste: Videotelefony, Videoconference)- Messaging services (Speicherdienste: Maildienst für Bewegtbilder)- Retrieval Services (Abrufdienste: Filmbibliothek, hochauflösende Bilder)

Aus Netzsicht sind diese Dienste durch ganz unterschiedliche Eigenschaften gekennzeichnet: DieTopologie kann bidirectional oder unidirectional sein (videoconference / broadcast TV), symme-trisch oder asymmetrisch, point-point, point-multipoint oder multipoint-point (videoconference /switched TV distribution / televoting). Die Verteilung kann selektiv oder unqualifiziert sein(switched / unswitched TV distribution). Verschiedene Bildquellen kommen in Frage (Kamera, Spei-chermedium, Satellit etc.), die Bildqualität variiert von Videotelefony mit 2x64 Kbit/s bis zuHDTV mit etwa 30 Mbit/s.

Das Interworking zwischen verschiedenen Ausprägungen des Videodienstes ist von zentraler Bedeu-tung und kann auf drei Arten gelöst werden:

1. Switchable Encoder: Je nach Partner wird die Codierung gewechselt, alle Endgeräte haben eingemeinsames Minimum implementiert.

2. Simulcast: Mehrere Signale werden gesendet mit den unterschiedlichen Codierungen, das Zielwählt das richtige aus.

3. Layered signal approach: Hierarchische Darstellung des Signals

Das Verfahren des Layered video coding steht zurzeit für die Standardisierung im Vordergrund.

1.2. Multimedia Services (Figur Nr. 5)

Ein Multimedia Service ist definiert als ein Dienst, der aus mehr als einer Dienstkomponente zu-sammengesetzt ist. Die einzelnen Komponenten können sein:

- Text (coded information)- Graphic (vectordata)- Raster image (pixel-oriented information)- Voice (audio information)- Video (video information)

A n w e n d u n g : Ke in e i g e n s t ä n d i g e r D iens t , s o n d e r n K o n z e p t

C h a r a k t e r i s i e r u n g :

- Dienste, d ie aus m e h r er e n D i e n s t k o m p o n e n t e n zusammengese tz t sind (T ext, Graphic,

Raster Image, Voice, V ideo)

- f lex ib les M a n a g e m e n t der K o m p o n e n t e n e r fo r der l i ch

- K o m p o n e n t e n in un te rsch ied l ichen Kanälen oder g e m u l t i p l e x t in e inem Kanal

- V o r l e i s t un g e n f ü r Synchronisa t ion der K o m p o n e n t e n im Netz

- H ä u f i g k o m b i n i e r t m i t M e h r p u n k t k o m m u n i k a t i o n

Figur 5 Multimedia Services



3-212

Werden die Komponenten vom Teilnehmer auf einen Kanal multiplexiert, so handelt es sich aus Netz-sicht um einen einzigen Datenstrom, und der Dienst erscheint nicht als Multimedia Service. Erstbei mehreren Kanälen auf der Teilnehmer-Netz-Schnittstelle ist für das Netz der Multimedia Servi-ce sichtbar.

In Zukunft wird die überwiegende Anzahl der neuen Anwendungen Multimedia-Charakter haben. Eintypisches Beispiel ist Video Telefony mit den Komponenten Voice und Video, aber auch TV-Vertei-lung mit Voice, Video und eventuell Daten.

Es versteht sich, dass ein einziges Netz für alle Dienste basierend auf dem ATM-Prinzip beson-ders gut für Multimedia geeignet ist.

Einige Stichworte zur allgemeinen Charakterisierung von Multimedia:

- Multimedia Services sind nicht auf B-ISDN beschränkt, aber sie spielen im B-ISDN eine zuneh-mend wichtigere Rolle wegen der Kombinationsmöglichkeit mit der Video-Komponente.

- Das Management der Komponenten muss sehr flexibel sein (z.B. Modifikation der Media durch al-le Partner, Auf- und Abbau einer Komponente innerhalb der Kommunikation).

- Das Service Management ist unter anderem verantwortlich für die Synchronisation der Media(speziell schwierig bei Calls mit mehreren Endpunkten).

2. Einführungsstrategie von B-ISDN

Von der optimierten Netzevolution hängt der Erfolg des B-ISDN weitgehend ab. Sie soll sich ent-sprechend dem Bedarf an neuen Diensten und der zur Verfügung stehenden Technologie vollziehen.Dabei muss aus Gründen der Wirtschaftlichkeit möglichst auf vorhandenen Investitionen aufgebautwerden können.

Wichtig an Evolutionsüberlegungen ist, dass ein Konzept entsteht, das die schnelle und zielge-richtete Weiterentwicklung des Netzes ermöglicht, wenn der Markt für einen neuen Dienst da ist.Die längerfristigen Betrachtungen sollen helfen, die aktuellen Investitionen in die ATM-Technikmöglichst zukunftsgerichtet zu tätigen. Von untergeordneter Bedeutung ist, ob alle Phasen reali-siert werden oder ob eine Phase noch in weitere Stufen unterteilt wird. Ebenso sind die Termin-prognosen für die Phasen nicht entscheidend.

In den folgenden Kapiteln werden nach einer Einleitung mit grundsätzlichen Ueberlegungen zurkünftigen Netztopologie vier mögliche Evolutionsphasen gezeigt. Zu beachten ist, dass im Netzverschiedene Phasen koexistieren können. So wird zum Beispiel das SDH-Netz weiter aufgebaut (Pha-se 1), parallel zur Einführung von ersten ATM-Ausrüstungen in Phase 2.

2.1. Trends für künftige Netztopologie

Bedingt durch den Einsatz von äusserst leistungsfähigen optischen Uebertragungssystemen wirdsich die Topologie der öffentlichen Netze verändern. In Zukunft ist von einer verringerten An-zahl von Netzebenen auszugehen mit einer entsprechenden Vergrösserung der Knoten. Damit lassensich die Investitionskosten, vor allem aber die Betriebskosten für Netzplanung und Netzbetrieb,erheblich reduzi eren. Die entstehenden Netze werden zunehmend aus nur zwei Hierarchieebenen auf-gebaut sein (Figur Nr. 6):

1. Aus dem Core Network, bestehend aus sehr grossen und leistungsfähigen Crossconnects (CC) und/oder Transit Exchanges (TE), welche untereinander nach Möglichkeit direkt vermascht sind.

2. Aus dem Access Network (AN), bestehend aus Remote Units (RU), Add/drop Multiplexern (ADM),Crossconnects (CC) und local Exchanges (LE). Im Anschlussbereich werden Stern- und Ringstruk-turen mit Ersatzschaltungsmöglichkeit eingesetzt. Dual Homing ermöglicht es, die gesamte Funk-tionalität auch bei Ausfall einer LE aufrechtzuerhalten. RUs können Internverkehr auch dannabwickeln, wenn jede Verbindung zur LE unterbrochen ist.

Figur 6 Beispiel für künftige Netztopologie



3-15

2.2. Phase 1: SDH und HAN

In einer ersten Phase werden SDH Uebertragungssysteme und HANs eingeführt (Figure Nr. 7).

Figur 7 Netzevolution: Phase 1

SDH Crossconnects werden im Access Network und im Core Network verwendet zur Kopplung von Knotendes Schmalband ISDN, des Telefonnetzes und des Paketnetzes sowie für Leased Lines (PBX-Kopplung,LAN/MAN und Host-Host interconnect etc.). Das SDH-Netz ist von Natur aus dienstunabhängig. Zusam-men mit PDH Crossconnects und Multiplexern werden Bitraten von 64 kBit/s, 2 Hbit/s, 34 Hbit/s,139 Hbit/s und 150 Hbit/s unterstützt.

Im Access Network werden die Teilnehmer über RU angeschaltet, die Leased Lines Uber Flexible Mul-tiplexer oder Terminal Hultiplexer. Die Crossconnect Hultiplexer (CCM) konzentrieren den Verkehrund erhöhen die Flexibilität der Anschaltung an die LE bzw. an das Core Network. Die Bildung vonSDH-Ringen mit ADM bringt eine erhöhte Zuverlässigkeit. Bei Fehlern wird eine Rekonfiguration ba-sierend auf eingebauten Hanagement-Prozeduren durchgeführt, die von der Aussenwelt nicht sicht-bar ist. Eine weitere Verbesserung der Verfügbarkeit bringt der Anschluss der RU und CCH an zweiLE, genannt Dual Homing (siehe auch Figur Nr. 6).

Das Core Network wird aus Crossconnects mit einer Granularität von 155 Mbit/s gebildet. Vernetztwerden sie mit Uebertragungsausrüstungen, die mittelfristig im Bereich bis 2.5 Gbit/s arbeiten.

Für grosse Geschäftsbetriebe nimmt die Bedeutung der Kopplung von Datenausrüstungen wie LANs,Workstations, Servers, Hainframes immer mehr zu. Es entsteht ein Bedarf nach einem öffentlichenNetz mit Eigenschaften wie sie heutige LANs aufweisen. Hit HANs können diese Anforderungen schonvor der Einführung von ATH abgedeckt werden. Von der Technik her gleichen die MANs den LANs, dek-ken aber ein Gebiet von 100-200 km ab, arbeiten mit höheren Bitraten und können als öffentlicheNetze betrieben werden.

Die Technik der HANs beruht auf einem bidirektionalen Bus mit verteilten Warteschlangen (DQDB-Technik), wie von ETSI basierend auf IEEE 802.6 standardisiert wurde. Dieser Standard wurde soeng wie möglich an ATH angenähert um ein zukünftiges Interworking zu erleichtern.

2.3. Phase 2: ATH Crossconnect. Connectionless Server

Die zweite Phase ist zugleich die Einführungsphase von ATH und zeichnet sich aus durch den Ein-satz von ATH Multiplexern (AHX) und ATM Crossconnect (ACC) ergänzt mit Connectionless Servern(CLS), wie in den Figuren Nr. 8 und 9 dargestellt.




3-16

TMN

TMNMANMINTLAGCLSNMC

T elecommunication Management NetworkMetropolitan Area NetworkMAN-ATM-lnter(aceLAN-ATM-GatewayConnectionless ServerNetwork Management CenterNailed Up Connection (NUC)


Im Unterschied zu SDH-Netzen sind in diesem ATM Overlaynetz potentiell beliebige Bitraten mög-lich, und ein flexibles Multiplexen bis zur maximalen Bitrate wird unterstützt. Die Einschränkun-gen in der Granularität und im Multiplexmechanismus, wie sie von SDH her bekannt sind, entfal-len. An Diensten werden semi permanente VPC und VCC in Punkt-Punkt Konfiguration angeboten. DerAuf- und Abbau der Verbindungen sowie eine Aenderung der Bandbreite der Kanäle erfolgt über OAM-Prozeduren. Die ATM-Verbindungen werden über das SDH-Netz in Containern vom Typ VC4 geroutet.Die Teilnehmer-Netz-Schnittstelle (UNI) hat eine Bitrate von 150 MBit/s und basiert auf SDH imPhysical Layer.

Die ATM-Technik ermöglicht es, auf unterschiedlichen Uebertragungsinfrastrukturen aufzusetzen.Die Verwendung des SDH-Netzes ist das Ziel für B-ISDN im öffentlichen Bereich. In einer Ueber-gangszeit, solange das SDH-Netz noch nicht flächendeckend verfügbar ist, kann hier auch das PDH-Netz einbezogen werden. In der Standardisierung wird noch ein weiteres Verfahren untersucht, die"cell based transmission". Die Zukunft dieser Option mit reiner ATM-Uebertragungstechnik istaber noch ungewiss. Im privaten Bereich werden vermutlich weitere, kostengünstigere Uebertra-gungsverfahren eingesetzt, die für geringere Reichweiten ausgelegt sind.

Für eine effizientere Realisierung des MAN/LAN interconnect kann der ATM Crossconnect mit einemConnectionless Server oder Frame Relay Server ergänzt werden, der das eigentliche Routing der Da-tenpakete übernimmt. Der Zugang vom Gateway zum Server erfolgt über semi permanente VCC.

Virtuelle private Netze verwenden mit Vorteil eine VPC. In diesem VP können dann end-to-end ver-mittelte VCC aufgebaut werden. Die Signalisierung läuft über einen speziellen VCC für User-to-user Signalisierung und ist für das öffentliche Netz transparent. Die vom VP zur Verfügung ge-stellte Bandbreite kann von den Endpunkten flexibel den VCC zugeteilt werden.

2.4. Phase 3: B-ISDN Switching System

In der dritten Phase wird die B-ISDN-Vermittlung basierend auf ATM eingeführt (Figur Nr. 10).



3-17

2.5.

VCC können via Signalisierung auf- und abgebaut werden. Dazu werden die bestehenden Siqnalisier-

^ r J ü X ä S Ü S S i S ^ i s l SI S U P ) e r W e i t e r t

- < « « > kann gemein-

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«He VP-Technlk eingeführt anstelle von Mechanismen, die auf PDH/SDH basie-ren. Der Vorteil von ATM liegt in der Bandbreiteneinsparung durch M u l t i p l e n auf ATM-Basis

Bezogen auf die Knoten sind für den Uebergang von Phase 2 nach Phase 3 zwei Wege möglich:

1. Architektur: Hochrüsten aller oder einzelner ATM Crossconnects aus Phase 2 mit Funktionen fürdas Vermitteln von VCC (Funktionalität der Ausrüstung: ATM Vermittlung und ATM Crossconnect)

2. Architektur: Aufbau von Vermittlungsausrüstungen zusätzlich zu den ATM Crossconnect. Die Tren-

tind verei n fac hT zudem" das "TM^.S A

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Ìn e d r i t t e

^ c h it e kt u r zu erwähnen, ein Universalknoten für ATM Ver-mittlung, ATM Crossconnect und SDH Crossconnect, wie er in Phase 4 eingesetzt wird.

Phase 4: Universal B-ISDN

vol 1zogen*(Figur^Nr? l l hd e l

"U e b e r g a n 9 V O n e i n e m A T H

Overlay-Netz in ein flächendeckendes Netz

Broadband appl icationse.g. Mult imedia

CLS

ATMLE/TE.

CC

data lines

Other dedicated lines 1


/\

ACC

\

J 1 CC M o N CC / n \ cc11 /

2 / 155 \ / 155

Vk

p n f L V

r T

r

M Z

T +

r U n 9 e n

t

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KU r C h d

.Ìe P a k e t i

s i e r u n g der Information ist es wichtig, Verbindungen End-to-m n t p n h" ,

f U

Kh

?n

'd a d a m 1 t d 1 e A n z a h l d e r

Netzübergänge minimiert wird. Gegebenenfallsmüssen fur Sprache Echokompensatoren vorgesehen werden.

s

Ein Universal-Kommunikati onsknoten mit Vermittlungs- und Crossconnect-Funktion erlaubt den An-schluss von POH-, SDH- und ATM-Schnittstellen für Schmal- und Breitbanddienste

Î I L Â Î Ln e U e

°-tn S t e

™r d e n T e i l

" e h m e r sind Multimedia Services und die Dienste des

rend auf OSSI und" rrv^/isîip'm 0

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^ n z t mit Broadcast TV. Die Signalisierung bas?e-„ CCS7/ISUP muss in den Grundstrukturen überarbeitet werden. Zum Beispiel ist

die Unterscheidung zwischen Call und Connection zu realisieren.

Für Multimedia Services kommen die Vorteile von ATM besonders deutlich zum Ausdruck- Im Netz

b e l a u f " "e c h a n

;s m u s f ü

:a , l e

Dienstkomponenten eingesetzt. Die Ressourcen können flexl-

kann rfpr Mifit H ^ Komponenten verteilt werden. Um Synchronisationsprobleme zu vermeiden,

vermitte 1 te VpC benötigt. " "V P C r 6 a l Ì S Ì e r t d 1 e m i t V C C

- » « • " werden

l e r d ï n a f l r o M i ""t* ^ J6

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Neuerungen zu erwähnen. Zu bedenken sind dabei al-, K

e r K o n k u r r

e n z f a h i g k e i t gegenüber Spezialnetzen (Kosten der Baum-Struktu-ren). Auch die politische Komponente (ein Netzbetreiber für Sprache und TV) muss geklärt werden



5-18

2.6. Zeitliche Abfolge der Phasen

Prognosen über den Terminrahmen der einzelnen Phasen sind in Figur Nr. 12 enthalten.

Technology

UniversalB-ISDN

B-ISDN Switching Systems

C B D S over A T MA T M Crossconnects

1991 1993 1995 2000 Time

ATM: Asynchronous Transfer Mode MAN: Metropolitan Area NetworkB-ISDN: Broadband Integrated Services SDH: Synchronous Digital HierarchyCBDS: Connectionless Broadband Data Service

Figur 12 Zeitrahmen für Phasen der Netzevolution

Oie erste Phase, die Einführung von SDH-Technik und MANs ab 1991, ist bereits Tatsache. Auch dieRealisierung eines semi permanenten ATM-Dienstes ab 1993, ergänzt durch einen Connectionless Ser-ver dürfte realistisch sein. Kommerzielle Pilotprojekte verschiedener Netzbetreiber (unter ande-rem der Deutschen Bundespost Telekom, British Telecom und France Telecom) sind auf diesen Terminangekündigt, und die Entwicklungsarbeiten dafür sind im Gange. Aussagen Uber die Termine der wei-teren Phasen sind dagegen noch recht unsicher. Unter anderem hängt der Verlauf stark von den Er-fahrungen ab, die mit Phase 2 gemacht werden, insbesondere was die Nachfrage für ATM-Verbindun-gen anbelangt.

Documents

INFORMATIONSTECHNIK UND ARMEE - hamfu.ch · PDF fileINFORMATIONSTECHNIK UND ARMEE Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich im Wintersemester 1992/1993