Jerzy Zacharków Tomasz Tomala Obszar Telekomunikacji w Opolu Telekomunikacja Polska S.A. Migracja tradycyjnych systemów komutacyjnych w kierunku szerokopasmowej platformy dostępu abonenckiego STRESZCZENIE W referacie przedstawiona zostanie architektura współczesnych systemów komutacyjnych i współpracujących z nimi sieciami dostępu abonenckiego. Ponadto omówione zostaną nowoczesne techniki komutacji pakietów i ewolucyjny sposób ich wdrażania. Modelowo przedstawiony zostanie sposób przejścia obecnych, wąskopasmowych systemów komutacyjnych do szerokopasmowego węzła usługowego. W podsumowaniu dokonana zostanie próba zestawienia bilansu korzyści i strat wynikających ze stosowania technologii komutacji pakietów w szerokopasmowych systemach telekomunikacyjnych. WPROWADZENIE Rozwój światowej sieci telekomunikacyjnej wyznaczony jest w głównej mierze przez zapotrzebowanie abonentów na nowe rodzaje usług. Do niedawna sieć telekomunikacyjna tworzona i rozwijana była wyłącznie dla zaspokojenia potrzeb tylko jednej usługi telefonii. Wprowadzenie technik multimedialnych, znaczny wzrost zapotrzebowania na usługi transmisji danych oraz dynamiczny rozwój Internetu spowodował, iż komutowane łącza analogowe i cyfrowe nie były w stanie sprostać rosnącym wymaganiom użytkowników. Pojawiły się techniki integrujące w sobie transmisję głosu, danych oraz dostępu do sieci multimedialnych. Potrzeby te zmusiły operatorów sieci telekomunikacyjnych do wprowadzania systemów łatwo adoptowalnych do nowych wymagań.[1] Nowoczesne sieci telekomunikacyjne zaprojektowano uwzględniając stałą ewolucję sprzętu oraz konieczność ciągłego upraszczania i minimalizacji kosztów jego eksploatacji. Modułowa architektura systemów umożliwia ciągłe dodawanie nowych usług i zwiększanie zdolności ich przetwarzania w czasie bez wstrzymywania realizacji obecnych funkcji. Współczesne systemy telekomunikacyjne to typowe węzły wielousługowe, które realizują określone, pojedyncze funkcje lub integrują szereg aplikacji w ramach pojedynczego systemu.[2] MODEL WSPÓŁCZESNEGO SYSTEMU KOMUTACYJNEGO Analizując struktury i rozwiązania techniczne dostawców systemów komutacyjnych można zauważyć, iż mimo sporych różnic w architekturze sprzętu i oprogramowania tych systemów, z punktu widzenia realizacji usług wszystkie rozwiązania można sprowadzić do pewnego uogólnionego modelu usługowego wyposażonego w standaryzowane zakończenia i interfejsy sieciowe.
Z punktu widzenia abonenta wszystkie współczesne systemy komutacyjne charakteryzują się pakietem usług podstawowych: klasyczną telefonią analogową POTS, wąskopasmową telefonią cyfrową ISDN, realizacją połączeń półtrwałych, dostępem do sieci Internet, podstawowym pakietem usług dodanych, w przyszłości zaś: AODI, rozszerzony pakietem usług dodanych. Analizując model współczesnego systemu komutacyjnego z pozycji operatora sieci należy przede wszystkim zwrócić uwagę na standaryzowane zakończenia sieciowe, stanowiące otwartą platformę do współpracy z sieciami innych operatorów, z systemami dostępu abonenckiego i z systemami zarządzania oraz bazami danych. W chwili obecnej wykorzystywane są następujące interfejsy centralowe: do współpracy z inny systemami komutacyjnymi E1 CCS7 ISUP-2, do współpracy z centralami abonenckimi i urządzeniami sieciowymi ISDN 30B+D, do współpracy z systemami baz danych CCS7 INAP, SCCP do współpracy z sieciami radiowego i światłowodowego dostępu V5.1, V5.2. Schematycznie model współczesnego systemu komutacyjnego przedstawia poniższy rysunek 1. Z E1 CCS7 ISUP-2 NT U E1 ISDN DSS-1 Dostęp do Internetu Centrala E1 CCS7 INAP, SCCP Połączenie półtrwałe E1 V5.1, V5.2 Rysunek 1 Model systemu komutacyjnego interfejsy centralowe Systemy komutacyjne stosowane dotychczas charakteryzują się zwielokrotnieniem z podziałem czasowym TDM (Time Division Multiplexing). W metodzie tej impulsy odpowiadające różnym informacjom są przesyłane w pewnych, stałych odstępach czasowych w kanale transmisyjnym. Każdy strumień danych posiada przyporządkowany odcinek czasowy, następnie kilka kanałów o mniejszej przepływności łączy się w jeden kanał o dużej przepływności. Zaletą tej metody jest niewątpliwe stałe, niewielkie opóźnienie czasowe, oraz stałe gwarantowane pasmo transmisyjne 64kbit/s (lub krotności 64kbit/s). Wadą jest, przede wszystkim nieefektywne gospodarowanie dostępnymi zasobami transmisyjnymi. Na podstawie analiz i pomiarów w rzeczywistych systemach wykorzystanie pasma w TDM dla transmisji głosu nie przekracza 50%. W przypadku nowszych rozwiązań ATM (Asynchronous Transfer Mode) dochodzi do 95%. Szerzej jednak, nowsze techniki zwielokrotnienia opisane zostaną w dalszej części referatu. Współczesne systemy komutacyjne to platformy wielousługowe, które mogą być wykorzystane do realizacji określonej, pojedynczej funkcji lub połączenia szeregu aplikacji w ramach jednego urządzenia.
NT U Z Koncentrator abonencki łącza systemowe Funkcje systemu komutacyjnego: - Sieć inteligentna (IN) - Punkt komutacji usług (SSP) - Centrum sieci komórkowej (MSC) - Tranzyt połączeń Z Z Sieć dostępowa E1 - V5.2 System Komutacyjny Sieć telekomunikacyjna Rysunek 2 Przykładowa konfiguracja systemu komutacyjnego Przykładową konfigurację współczesnego systemu komutacyjnego ilustruje rysunek 2. Systemy takie zapewniają dużą elastyczność obsługi abonentów. Można: Dołączać abonentów wyposażonych w urządzenia cyfrowe lub analogowe, Optymalizować wykorzystanie urządzeń dostępowych stosownie do rozkładu przestrzennego abonentów, wykorzystując architekturę sieci z dwupoziomową koncentracją przyłączy abonenckich, Wyniesione jednostki abonenckie współpracują z centralą za pomocą standardowych traktów PCM. Do komunikacji z jednostką nadrzędną wykorzystują przeważnie wewnętrzne protokoły sygnalizacyjne.[4] Współpraca z sieciami dostępu abonenckiego odbywa się obecnie z wykorzystaniem interfejsów ze zwielokrotnieniem TDM V5.x. Usługi przenoszenia i teleusługi ISDN nie powinny podlegać jakimkolwiek ograniczeniom. Możliwe powinno być przesyłanie danych pakietowych zarówno w kanele D jak i B. Przenoszone prędkości, są krotnościami 64kbit/s, zaś inne przepływności realizowane są poprzez aplikację użytkownika. Poprzez wykorzystanie jednego lub obu kanałów B powinno być dostępne zestawienie stałych lub półtrwałych połączeń dzierżawnych [3]. W architekturze współczesnych systemów komutacyjnych można wyodrębnić podstawowe bloki funkcjonalne realizujące określone funkcje: Pole komutacyjne ze zwielokrotnieniem TDM, Zespoły łączy 2Mbit/s, 34Mbit/s, 155Mbit/s, Zespoły komutacji pakietów PSU (Packet Switch Unit), Jednostki dostępu abonenckiego, Systemy zarządzania i nadzoru. Przyglądając się możliwościom migracji współczesnych systemów komutacyjnych w kierunku szerokopasmowych platform dostępowych, koniecznym jest stopniowa eliminacja zwielokrotnienia w dziedzinie czasu i zastępowanie go nowszymi metodami komutacji. Czasowoprzestrzenne struktury pól komutacyjnych powinny być zastąpione komutatorami szerokopasmowymi np. ATM, DTM czy GigabitEthernet. Jednostki komutacji pakietów PSU z matrycami procesorów sygnałowych zapewnią efektywne przetwarzanie i transfer sygnalizacji CCS7 (ISUP-2, INAP, SCCP), DSS-1, V5.x. Funkcje warstwy drugiej modelu odniesienia OSI, takie jak rozgraniczenie jednostek sygnalizacyjnych oraz wyrównywanie jednostek sygnalizacyjnych, wykrywanie i korekcja błędów
oraz raportowanie o uszkodzeniach przęseł, obsługiwane są przez układ obsługi protokołów PH (Protocol Handler) zespołu PSU. Układ PH zajmuje się także funkcjami warstwy trzeciej, które związane są z obsługą wiadomości poprzez kierowanie wiadomości do właściwego traktu SDL lub do właściwej warstwy użytkownika UP (User Part). Każdy układ PH zawiera oprogramowanie niezbędne do obsługi układów dostarczania MD (Massage Delivery) oraz traktów SL (Signalling Link). Wszystkie trakty obsługiwane przez określony układ PH powinny zostać przypisane do wirtualnego elementu nazywanego logicznym układem PH lub do grupy układów PH stanowiących matrycę procesorów sygnałowych. Wewnętrznie logiczny układ PH jest odwzorowywany na fizyczny układ PH. Oprogramowanie układu PH dotyczy również tablic routingu sygnalizacji, które zapewniają efektywny transfer wiadomości. ROZWÓJ NOWOCZESNYCH TECHNIK KOMUTACJI SZEROKOPASMOWEJ Rozwój i wdrażanie nowoczesnych platform szerokopasmowych pociąga za sobą konieczność stworzenia efektywnych technik komutacji szerokopasmowej. W ostatnich latach najbardziej obiecujące efekty przynosi technika transferu asynchronicznego ATM lub zastosowanie synchronicznego zwielokrotnienia w dziedzinie czasu DTM. Technika ATM jest metodą przekazywania informacji cyfrowej poprzez umieszczanie jej w pakietach o stałej długości równej 53 oktetom (48 bajtów informacji + 5 bajtów nagłówka) zwanych komórkami. Istotą techniki ATM jest to, że dane wysyłane przez użytkownika umieszczane są w komórkach w sposób asynchroniczny, natomiast sam transfer komórek w łączu realizowany jest synchronicznie. Dzięki zastosowaniu techniki multipleksacji statystycznej uzyskuje się znacznie lepsze wykorzystanie przepustowości niż w tradycyjnych systemach TDM. Informacja jest przekazywana w trybie połączeniowym - poprzez "połączenie wirtualne", zestawiane i rozłączane na żądanie użytkowników. Wywołanie wiąże się z wymianą informacji sygnalizacyjnych pomiędzy abonentem a siecią, umożliwiającą uzgodnienie wymaganych parametrów połączenia wirtualnego. Transfer komórek niosących informację użytkową (a nie sygnalizacyjną) odbywa się po utworzonej drodze i nie obciąża sterowania węzłów komutacyjnych. Sam proces komutacji składa się z dwóch części: translacji informacji zawartej w nagłówkach komórek (identyfikatory VPI i VCI), komutacji przestrzennej (skierowanie komórki do odpowiedniego portu wyjściowego w przełączniku). Dzięki zastosowaniu stałej długości komórki ATM komutacja realizowana jest w sposób sprzętowy, co znaczenie zmniejsza opóźnienie związane z przechodzeniem pakietów przez elementy komutacyjne na drodze połączeniowej. Zasadę multipleksacji ATM ilustruje rysunek 3. S 1 S 2 S 3 Multiplekser ATM Komórka nieprzydzielona Rysunek 3 Zasada multipleksacji ATM [4] W sieci ATM w momencie nawiązywania połączenia, w węźle dostępowym zawierany jest kontrakt pomiędzy użytkownikiem a siecią, w następstwie którego użytkownik zobowiązuje się do transmisji komórek zgodnie z podanym tzw. deskryptorem połączenia, natomiast sieć zapewnia odpowiednią jakość połączenia tzw. QoS. Stąd w węzłach sieci ATM zaimplementowane są specjalne funkcje, które monitorują ruch generowany przez każde źródło, a przyjęcie nowego połączenia wymaga analizy kontraktów dla istniejących połączeń i stwierdzenia, czy przyjęcie
nowego połączenia nie spowoduje złamania warunków kontraktów dla istniejących połączeń. Stąd technika ta wymaga zaawansowanych i kosztownych algorytmów kontroli ruchu w sieci. Zasadniczym celem zastosowania techniki ATM jest realizacji funkcji dostępu, komutacji i transmisji dla różnych rodzajów usług. Dopuszcza się wykorzystanie ATM zarówno do świadczenia usług wymagających zapewnienia stałego pasma oraz relacji czasowych, jak również usług o zmiennym zapotrzebowaniu na pasmo, cechujących się dużą nierytmicznością generowania danych (dane komputerowe). Aby zapewnić odpowiednią współpracę ATM z różnymi aplikacjami stosuje się odpowiednie mechanizmy adaptacyjne warstwa adaptacji AAL (ATM Adaptation Layer) Obecnie najczęściej stosowane są warstwy AAL1 oraz AAL5. Warstwa AAL1 umożliwia przesyłanie danych w trybie CBR (Constant Bit Rate) przy zachowaniu stałego opóźnienia komórek przy przejściu przez sieć oraz synchronizacji pomiędzy terminalami biorącymi udział w transmisji. Typowym zastosowaniem tej warstwy jest emulacja łączy sztywnych (emulacja strumienia E1 lub kanałów n 64kbit/s). Z kolei warstwa AAL5 umożliwia transport informacji w trybie bezpołączeniowym i połączeniowym bez zagwarantowania stałej przepustowości i rygorów czasowych między nadajnikiem i odbiornikiem. Warstwa ta wykorzystywana jest do przesyłania w sieci ATM datagramów IP. Dzięki swoim zaletom technika ATM znajduje coraz szersze zastosowanie w nowoczesnych systemach komutacyjnych, zapewniając integrację wielu rodzajów usług, a dzięki efektywnemu wykorzystaniu pasma pozwala na użycie jej przy budowie struktur komutacyjnych w tradycyjnych centralach telefonicznych[5]. Kolejną, nowoczesną techniką komutacji szerokopasmowej jest metoda DTM. Podstawowym założeniem techniki komutacji DTM jest zastosowanie synchronicznego zwielokrotnienia w dziedzinie czasu SDTM (Synchronous Time Division Multiplexing) oraz komutacja kanałów. Jest to więc technika, której podstawowe założenia są takie jak dla techniki używanej w sieciach N-ISDN. Jednakże technika DTM została wzbogacona o wiele istotnych mechanizmów sieciowych, zapewniających elastyczność i skuteczność obsługi różnorodnych strumieni ruchu zarówno ruchu wymagającego zachowania reżimów czasu rzeczywistego (audio, wideo), jak i teleinformatycznego. Topologia sieci wykorzystuje wspólne medium transmisyjne.[6] W technice TDM zbiorczy strumień binarny dzielony jest na szczeliny czasowe o ustalonej liczbie bitów, które następnie są grupowane w ramki (cykle) o ustalonym czasie trwania. Poszczególne szczeliny czasowe w ramce są numerowane. W odróżnieniu od rozwiązań stosowanych w N-ISDN, pojedyncza szczelina zawiera nie 8 ale 64 bity. Natomiast czas trwania ramki ustalono na 125µs (rysunek 4). Przyjęcie stałego czasu trwania ramki powoduje że liczba 64- bitowych szczelin przypadających na pojedynczą ramkę jest zależna od szybkości strumienia binarnego w medium zgodnie ze wzorem: N = B 125 10 gdzie: N ilość szczelin czasowych w jednym cyklu, B przepustowość bitowa w medium transmisyjnym. Organizacja strumienia binarnego w technice DTM przedstawia rysunek 4. 6 64
Strumień Binarny Sygnalizacja Ramka 125µs - N szczelin czasowych Dane 64 bity Rysunek 4 Organizacja strumienia binarnego w technice DTM Zastosowany czas trwania ramki jest taki sam jak w tradycyjnych telefonicznych systemach cyfrowych wykorzystujących modulację PCM. Szczeliny czasowe w zbiorczym strumieniu danych podzielono na szczeliny sygnalizacyjne (Control) oraz szczeliny przenoszące dane użytkowe (Data), przy czym każdy węzeł w sieci DTM posiada dostęp (tzn. uzyskuje prawo do zapisu danych w szczelinie) do przynajmniej jednej szczeliny sygnalizacyjnej, którą odczytać mogą wszystkie pozostałe węzły w podsieci. Węzeł może tymczasowo zwiększyć przepustowość kanału sygnalizacyjnego wykorzystując do tego celu dowolną własną szczelinę danych. Analogicznie, przy dostępie do szczelin z danymi każdy węzeł ma przydzieloną pulę szczelin, z których może korzystać przy tworzeniu połączeń do innych węzłów. W przypadku gdy istnieje potrzeba zwiększenia przepustowości zestawionego połączenia dany węzeł może w sposób dynamiczny uzyskać większą liczbę szczelin kosztem szczelin skojarzonych z innymi węzłami. Kanał połączeniowy uzyskuje się poprzez grupowanie dowolnej ilości szczelin czasowych. Połączeniem lub kanałem nazywa się zbiór zarezerwowanych i skomutowanych szczelin czasowych, tak więc jego przepustowość jest wielokrotnością przepływności 512kbit/s.[7] EWOLUCJA SYSTEMÓW KOMUTACYJNYCH Współczesne sieci telefoniczne i sieci transmisji danych można uznać obecnie za odrębne systemy. Pierwszy z nich to sieć PSTN/ISDN w oparciu o klasyczną metodę komutacji ze zwielokrotnieniem czasowym TDM, zapewniająca wysokiej jakości usługi, m in. telefoniczne, wideo konferencje oraz wiele usług dodanych, np. Centrex, wirtualne sieci prywatne itp. Na drugi składają się sieci bazujące wyłącznie na komutacji pakietów w tym głównie Internet. Przewiduje się, że w najbliższym czasie masowa transmisja danych zacznie przeważać nad transmisją głosu. Jednakże głównym źródłem przychodów operatorów wciąż pozostaną stacjonarne i komórkowe usługi głosowe, a nie usługi transmisji danych. Ze względu na zwiększający się popyt na coraz większą szerokość pasma operatorzy będą wprowadzać coraz wydajniejsze szkieletowe sieci transmisji danych, poprzez które przesyłane będą również informację głosowe. Do realizacji usług głosowych o jakości przyjętej dla sieci publicznych wykorzystywane sieci pakietowe muszą zapewniać odpowiedni poziom jakości usług QoS (Quality of Service). Wymagania i niezawodność nadal najlepiej spełniają komutowane sieci ATM. Wdrażane obecnie nowe technologie routerów z komutacją IP, wyposażone w mechanizmy dyscyplinujące ruch (IP policing), formujące ruch (IP Traffic Shaping), kontrolujące natłok (IP Congestion Control) również zapewniają dość wysoką jakość i niezawodność usług w prawidłowo zaprojektowanej sieci. Prawidłową współpracę systemów komutacyjnych typu TDM z sieciami pakietowymi można zapewnić przez wprowadzenie na styku obu sieci dedykowanych urządzeń pełniących funkcje bram medialnych (Media Gateways). Urządzenia te są niezbędne do konwersji w czasie rzeczywistym strumieni mediów, umożliwiając dołączenie i obustronną konwersję strumieni przenoszących synchroniczne sygnały z próbkami głosu na pakiety, odpowiednie do transmisji sieciami ATM bądź IP. Przy tego typu rozwiązaniu nie trzeba dokonywać żadnych modernizacji w istniejących węzłach komutacji TDM.
Inną propozycją dostosowania tradycyjnego systemu komutacyjnego PSTN do współpracy z siecią pakietową jest stopniowa modernizacja poszczególnych jego elementów. Dzięki zastąpieniu w centrali PSTN tradycyjnego wąskopasmowego pola komutacyjnego pracującego w oparciu o technikę TDM matrycami realizującymi komutację szerokopasmową, możliwa staje się bezpośrednia obsługa ruchu ATM z poziomu centrali. Wykorzystanie tych możliwości w pełnym zakresie pozwala zaoferować usługi VoATM bez zapotrzebowania na dodatkowe moduły zewnętrzne. Gdy, oprócz tego, w węźle komutacyjnym zaimplementuje się funkcje sygnalizacji ATM oraz obsługi zgłoszeń z odpowiednim QoS jak również zapewni się standardowe styki ATM UNI (DSS2) oraz ATM NNI (B-ISUP), wówczas istnieje możliwość aby węzeł taki pełnił funkcję brzegowego przełącznika ATM. Oznacza to, że nie trzeba będzie budować dedykowanych brzegowych sieci ATM. Przykładem wynikającego stąd uproszczenia sieci jest połączenie między multiplekserem dostępowym DSLAM i serwerem dostępowym pakietowej sieci szkieletowej. Obecnie strumień danych wydzielony w multiplekserze DSLAM jest kierowany do serwera dostępowego sieci szkieletowej poprzez dedykowaną sieć ATM, natomiast strumień głosowy kierowany jest do sieci TDM. Jednak dzięki wyposażeniu centrali PSTN w możliwości obsługi ruchu ATM sieć ta nie jest już konieczna. Centrala jest w stanie skoncentrować ruch, przetworzyć go odpowiednio i skierować do właściwego serwera dostępowego. Na rysunku 5 pokazano zasadę działania podsystemu komutacyjnego ATM w tradycyjnej centrali PSTN. Centralnym elementem podsystemu komutacyjnego jest pole realizujące komutację komórek ATM. Pole komutacyjne może obsługiwać zarówno komórki pochodzące z innych podsystemów centrali generujących ruch ATM, jak również komórki wypełnione bajtami pochodzącymi z synchronicznych kanałów TDM o przepływności 64kb/s. Komutacja odbywa się w ten sposób, że w zależności od obciążenia ruchem do danego portu przeznaczenia tworzonych jest dynamicznie jeden bądź kilka połączeń ATM typu VCC z określonym QoS. Pole komutacyjne ATM Interfejs pola komutacyjnego Interfejs pola komutacyjnego Szczeliny czasowe 64 kb/s 1 2 3 Interfejs pola komutacyjnego Interfejs pola komutacyjnego Komórka ATM Nagłówek x5 AAL1 1 2 3 Kanały rozmówne Przestrzeń ładunkowa Bitu kontrolne Rysunek 5 Zasada działania podsystemu komutacyjnego ATM w tradycyjnej centrali PSTN Aby możliwe było odpowiednie odwzorowanie izochronicznego sygnału TDM, pochodzącego z modułów wyposażeń abonenckich bądź modułów łączy międzycentralowych w strumień komórek ATM wprowadzono dodatkowy moduł tzw. interfejs pola komutacyjnego. Realizuje on funkcję adaptacji typu AAL1 tzn. na wejściu pola komutacyjnego generuje komórki ATM umieszczając w ich przestrzeni ładunkowej zawartości szczelin czasowych sygnału TDM, natomiast na wyjściu przeprowadza operację odwrotną, przy czym na całej drodze połączenia zagwarantowana jest stała przepustowość oraz synchronizacja. Bajty stanowiące zawartości poszczególnych szczelin czasowych wprowadzane są do warstwy AAL1, która je buforuje, a następnie wprowadza 48 bajtowymi porcjami do przestrzeni ładunkowej komórek ATM. Jednostka
SAR-PDU w warstwie AAL1 składa się z 48 bajtów, przy czym pierwszy bajt stanowi nagłówek, natomiast pozostałe bajty zawierają informację użytkową. Przy tego typu odwzorowaniu całkowite zapełnienie komórki ATM bajtami pochodzącymi z pojedynczych kanałów 64kb/s powoduje wprowadzenie znacznego opóźnienia w zestawionym kanale VCC. Opóźnienie to można zmniejszyć poprzez generowanie komórek częściowo wypełnionych, co jednak powoduje nieefektywne wykorzystanie przepustowości kanału. Zjawisko to wyeliminowano poprzez wprowadzenie techniki tzw. zbiorczego ATM. Polega ona na tym, że w interfejsach pola komutacyjnego najpierw realizowana jest multipleksacja kanałów TDM, po czym te kanały, które mają być przeniesione do tego samego portu przeznaczenia w polu komutacyjnym wypełniają po kolei zawartości komórek danego VCC. Jeżeli komórki pochodzące z wielu różnych wejść pola komutacyjnego mają być przekazane do tego samego wyjścia, może dojść do natłoku i blokady. Jednakże odpowiednio dobrana wielkość bufora zapewnia pomijalnie małe prawdopodobieństwo odrzucenia wywołania. Schemat funkcjonalny węzła komutacji PSTN z szerokopasmowym polem komutacyjnym oraz zaimplementowaną sygnalizacją ATM pokazano na rysunku 6. Oprócz nowego pola komutacyjnego węzeł wyposażono w moduły ATM TU umożliwiające współpracę z szerokopasmowymi sieciami transmisji danych poprzez interfejsy ATM UNI oraz NNI, natomiast pozostawiono zarówno sprzętowe jak i programowe moduły do obsługi połączeń PSTN/ISDN. Dodatkowo, na drodze do stworzenia wielousługowego węzła dostępowego dokonano modernizacji zarówno lokalnych jak i wyniesionych jednostek dostępu abonenckiego. Modernizacja polega na zastąpieniu półek abonenckich nowymi, których tzw. backplane wyposażony jest w dwie magistrale: magistralę wykorzystującą multipleksację z podziałem czasu, obsługującą wyposażenia abonenckie ISDN/POTS, magistralę szerokopasmową, przenoszącą ruch ATM do wyposażeń ADSL. Nowa półka oprócz kontrolera TDM wyposażona jest w multiplekser ATM, umożliwiający włączenie jej do pola komutacyjnego poprzez styk ATM UNI. Sterowanie połączeniami PSTN/ISDN Jednostka dostępu abonenckiego DSLAM ATM UNI ATM TU Sterowanie połączeniami ATM Pole komutacyjne ATM ATM TU ATM NNI sieć ATM PCM,SDH ISDN TDM TU ATM AAL1 TDM TU ATM AAL1 sieć ISDN/PSTN Węzeł komutacyjny Rysunek 6 Schemat funkcjonalny węzła komutacji PSTN z szerokopasmowym polem komutacyjnym Po zainstalowaniu w centrali pola komutacyjnego ATM wraz z modułami obsługującymi standardowe interfejsy UNI oraz NNI, kolejnym krokiem jest implementacja oprogramowania realizującego obsługę połączeń ATM w oparciu o sygnalizację DSS2 oraz B-ISUP, co umożliwi bezpośrednie włączenie centrali do sieci szkieletowej ATM. Jednocześnie zarówno lokalne jak i wyniesione jednostki dostępu abonenckiego, poprzez doposażenie w odpowiednie sterowniki, pełnić zaczną funkcję medialnych bram dostępowych (AGW). Elementy te będąc terminalami sieci ATM wyposażone zostaną w funkcje obsługi sygnalizacji DSS2, co umożliwi ich bezpośrednie włączenie do pola komutacyjnego centrali poprzez styk ATM UNI.
Zadaniem bramy dostępowej będzie inicjowanie połączeń SVC, odpowiednia kompresja próbek głosu oraz wprowadzanie ich do komórek ATM, które następnie wysyłane będą w danym kanale SVC. Sterowniki bram dostępowych posiadać będą jednostki obsługujące protokół MGCP. Umożliwi to sterowanie bramami z jednego miejsca w sieci ATM, wykorzystując do tego celu dedykowane kanały typu PVC. W tej sytuacji zbędne stają się na centrali moduły programowe realizujące obsługę połączeń PSTN/ISDN. Funkcję tę przejmie tzw. serwer połączeń i usług, który wyposażony będzie w otwarty interfejs programowania aplikacji (API), pozwalający na łatwą implementację różnorodnych usług zarówno transmisji danych jak i głosu. Serwer połączeń i usług realizować będzie zadania związane z zestawianiem połączeń głosowych w sieci transmisji danych, naliczaniem opłat za usługi telefonii ATM, dostępu do sieci danych (RAS), dostępu szerokopasmowego xdsl itp. Translacja numerów realizowana będzie przez tzw. Gatekeeper. Serwer wyposażony będzie również w podsystem sygnalizacji CCS7, co umożliwi sterowanie zestawianiem połączeń do abonentów z tradycyjnych central TDM. W połączeniach tych konwersja strumieni medialnych realizowana będzie w bramach trankingowych (TGW). Schemat funkcjonalny zmodernizowanej centrali oraz współpracę z serwerem połączeń i usług pokazano na rysunku 7. Węzeł komutacyjny Moduł wyposażeń abonenckich AGW DSLAM ISDN ATM UNI ATM TU Sterowanie połączeniami ATM Pole komutacyjne ATM ATM TU TGW ATM NNI PCM,SDH sieć ATM/IP sieć ISDN/PSTN MGCP Sterowanie polączeniami IP Gatekeeper MGCP MGCP SS7 ISUP Rysunek 7 Schemat funkcjonalny zmodernizowanej centrali oraz sposób współpracy z serwerem połączeń i usług PODSUMOWANIE Integracja usług w przypadku platform szerokopasmowych oznacza wykorzystanie tych samych łączy i systemów do przenoszenia danych dowolnego typu, wymienianych między abonentami i współpracującymi systemami sieciowymi. Integracja to także daleko idące ujednolicenie zasad udostępnienia użytkownikowi różnego typu informacji oraz standaryzacja wykorzystywanych przez niego urządzeń. Współczesne platformy szerokopasmowe odznaczają się otwartą, modułową i rozproszoną architekturą. Można więc bez problemu wprowadzać nowości z zakresu sprzętu i oprogramowania. Operator sieci otrzymuje system zdolny do ewolucji pozwalającej zapewnić bieżące i przyszłe zapotrzebowanie na nowe usługi telekomunikacyjne, w tym telewizję cyfrową i transmisję obrazów ruchomych wysokiej rozdzielczości oraz szybki dostęp do sieci Internet. Kierunki rozwoju to przede wszystkim wzrost mocy obliczeniowej stacji sterujących oraz wprowadzenie nowych metod komutacji ATM, IP i innych. Systemy te bazując na komutacji
pakietów zdolne są odpowiedzieć zapotrzebowaniu na duże ilości pasma transmisyjnego wynikającego z przesyłu danych oraz zagwarantować niezawodność i dostępność sieci. Wprowadzenie szerokopasmowego pola komutacyjnego to działania mające na celu stworzenie multimedialnego węzła usługowego, który zapewni operatorowi: wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieci do utrzymania aktualnego poziomu jakości typowego dla usług głosowych, zapewni abonentom możliwości transmisji szerokopasmowej (np. ADSL) wymaganych dla aplikacji multimedialnych, przyczyni się do zwiększenia przepływności transmitowanych w systemie informacji. Możliwości realizacji usług szerokopasmowych dostępne we współczesnych platformach komutacyjnych czynią systemy te w pełni multimedialne. Zapewniają uproszczenie struktur sieci, ułatwiają zarządzanie i sterowanie usługami oraz ich przydział. Rozwiązania te nie są jednak wolne od wad. Podstawową z jest fakt sporego udziału informacji sterującej w ogólnym bilansie transferowanych danych. Ponadto systemy oparte o technikę ATM wprowadzają opóźnienia pakietyzacji i wymagają stosowania dodatkowych mechanizmów minimalizujących ich wpływ na jakość przenoszonej informacji. Podsumowując można jednak stwierdzić, iż są to w chwili obecnej optymalne rozwiązania zapewniające integrację usług szerokopasmowych z tradycyjnymi usługami głosowymi (POTS i ISDN), a dzięki zastosowaniu efektywnych mechanizmów kontroli jakości usług QoS, całość systemu stanowi nowoczesną platformę dostępu abonenckiego. BIBLIOGRAFIA [1] - Mirosław Szymanowski ISDN - kolejny krok na drodze ewolucji w telekomunikacji, Warsztaty ISDN 1998 [2] - informacje techniczne firmy Alcatel [3] - Jacek Oko ISDN w technologii FITL, Warsztaty ISDN 1999 [4] - Andrzej Jajszczyk Wstęp do Telekomunikacji, Warszawa 1998 [5] - Krzysztof Wajda Sieci szerokopasmowe, Kraków 1995 [6] - informacje techniczne firmy Dynarc [7] - informacje techniczne firmy NETInsight