Preslikavanje parametara kvaliteta usluga na protokole ATM mreza

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицина


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Profesor dr Milojko Jevtovic,
dipl. inz.
Elektrotehnicki fakultet, Banja Luka
PRESLIKAVANJE PARAMETARA KVALITETA USLUGA NA PROTOKOLE ATM MRE@A
UDC: 004. 738
Rezime:
Preslikavanje parametara kvaliteta usluga (Quality of Service — QoS) jedan je od bitnih elemenata u koncepciji ATM (Asynchronous Transfer Mode) sirokopojasnih mre'-a. U radu su opisani parametri QoS-a (verovatnoce pogresnih ramova i celija, propusni opseg, kasnjenje ce-lija, varijacija kasnjenja) koji sepreslikavaju naprotokole ATMmre'-a. Preslikavanje se izvodi izmedu korisnickog i aplikacionog QoS-a, a aplikacioni QoS se preslikava na QoS prenosa i komutacije, odnosno na ATM protokole, tzv. protokole ATM adaptacionog sloja i, konacno, preslikava se (mapira) na ATM mre'-neperformanse (ATMsloj). Analiza procesapreslikavanja parametara kvaliteta usluga znacajna je sa stanovista korisnika usluga ATM mre'-a pri izboru klasa usluga koje ce koristiti u komunikaciji preko date ATM mre'-e.
Kljucne reci: kvalitet usluga (QoS), preslikavanje, asinhroni naan transfera (ATM), proto-koli, ATM telekomunikacione mre'-e, QoS parametri, protokoli ATM-a.
QUALITY OF SERVICE MAPPING TO ATM NETWORK PROTOCOLS
Summary:
Quality of service mapping is one of the crucial elements in ATM concept of wide networks. In this paper QoS parameters mapping to ATM network protocols are described. Mapping is made between QoS user and QoS application, and application QoS is mapped to QoS transfer and commutation i.e. to ATM protocols — ATM adaptation layer protocols and finally it is mapped to ATM network performances. Analysis of this QoS mapping parameters process is very important for ATM users when they are choosing classes of service that can be used in communication process through ATM network.
Key words: Quality of Service (QoS), mapping, Asynchronous Transfer Mode (ATM), protocols, ATM communication networks, QoS parameters, ATM protocols.
Uvod
Telekomunikacione {irokopojasne ATM (Asynchronous Transfer Mode) mre'-e realizuju se radi obezbedenja isto-vremenog prenosa govornih, video i audio signala, tekstualnih i grafickih poruka, mirne slike i podataka, odnosno da obez-bede prenos multimedijalnih poruka. Za svaki pomenuti tip poruka od ATM mreze zahteva se odredeni nivo kvaliteta usluga (Quality of Service — QoS). Multimedijal-
na komunikacija nametnula je potrebu za uvodenjem zahteva za kvalitet usluga [1]. Kvalitet usluga definisan je za digitalne telekomunikacije ITU-T preporukom I. 350. Ovom preporukom — standardom, QoS se defini{e kao zdruzeni efekat per-formansi usluge koji odreduje nivo zado-voljstva korisnika datom uslugom. S obzi-rom na to da je zadovoljstvo korisnika uslugom subjektivna velicina, potrebno je da se utvrde objektivni parametri. Ti parametri kvaliteta su kvantitativne velicine, a
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
553
mogu se neposredno meriti u tacki u kojoj korisnik direktno pristupa usluzi [2].
Tehnika asinhronog nacina prenosa (ATM), primenjena pri multipleksiranju, prenosu i komutaciji, omogu}ila je da se formiraju {irokopojasne telekomunikaci-one mreze sa novom mreznom arhitektu-rom i mogu}nostima realizacije novih mreznih usluga, ukljucuju}i multimedi-jalnu komunikaciju.
Arhitektura ATM protokola
Arhitektura ATM protokola, sa de-taljnije predstavljenim protokolima ATM adaptacionog sloja, prikazana je na slici 1.
Funkcija fizickog sloja jeste da omogu}i prenos signala, tj. ATM }elija, preko medijuma prenosa (metalni kabl, opticki kabl, radio-relejni linkovi).
ATM sloj ili protokol sadrzi identi-fikatore virtuelnih kanala (VCI) i virtuel-nih puteva (VPI), omogu}ava prenos, ge-nerisanje i izdvajanje zaglavlja }elije, kao i multipleksiranje i demultipleksira-nje }elija sa razlicitim VPI/VCI [1].
ATM adaptacioni sloj (AAL sloj) namenjen je za realizaciju razlicitih usluga, prilagodavaju}i format korisnickih informacija strukturi }elije. Sloj ALL sa-drzi vi{e tipova protokola koji podrzava-ju odredene klase usluga.
Sl. 1 — Arhitektura ATM protokola (AAL sloj):
AAL — ATM adaptacioni sloj (ATM Adaptation Layer) — A, B, C, D — klase usluga definisane ITU-T-«X»" Y" - klase usluga pri promenljivoj bitskoj brzini- «N/A» — klase usluga koje se odnose na signalizaciju AAL- SVC-komutirani — virtuelm kanali ili komutirana virtuelna kola- SVC class — SVC klase usluga- VBR — promenljiva bitska brzina (Variable Bit Rate) — SSCS — podsloj specificne usluge (Service Specific Convergence Sublayer) — SAR — segmentacija i reasembliranje (Segmentation and Reassembly) — TCP/IP-protokol upravljanja prenosom/medumreini protokol (Transmission Control Protocol/Internet) — CLNS — mreme usluge (Connection less network services)
554
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
Protokol AAL-1 koristi se za prenos signala primarnog multipleksa E1 i T1.
Protokol AAL-2 razvijen je za prenos signala sa promenljivom bitskom br-zinom, kao sto su signali multimedijalnih poruka, prenos komprimovanih video i audio signala, pri cemu se koriste razlicite tehnike kompresije.
Protokol AAL-¾ namenjen je za prenos podataka po uspostavljenoj vezi. AAL-¾ podrzava razlicite protokole, ukljucujuci TCP/IP komplet protokola.
Protokol AAL-4 primenjuje se za prenos podataka bez prethodne uspostave veze.
Protokol AAL-5 opisuje se kao jed-nostavan i efikasan protokol za prenos po-dataka po uspostavljenoj vezi.
Za razliku od drugih telekomunikaci-onih mreza, sirokopojasne ATM mreze omogucavaju garantovani kvalitet usluga pri prenosu multimedijalnih poruka. Kod ATM mreza QoS se definise kao tehnika koja se odnosi na skup parametara za opi-sivanje ATM karakteristika, koje karakte-risu saobracaj na datom virtuelnom putu ATM mreze. U ovom slucaju parametre kvaliteta cine: verovatnoca gubitka celije, broj pogresno prenetih celija, verovatnoca pojave pogresno ubacenih celija, kasnje-nje celija u prenosu, varijacija kasnjenja celija i verovatnoca bitske greske.
Karakteristike ATM saobracaja
ATM saobracaj cini protok celija kroz telekomunikacionu mrezu. Krajnje odredi-ste celije navedeno je u njenom zaglavlju. To zaglavlje analizira se u svakom ATM cvoru mreze, a celija se usmerava u toku prenosa preko virtuelnih kanala, koji defi-
nisu put poruke od izvora do odredista. ATM veze ne zahtevaju striktno defnisan kanal vec je konkretna ATM veza podrza-na odredenim kapacitetom kanala koji je potreban u datom momentu [3].
ATM mreza dodeljuje korisniku propusni opseg za razlicite bitske proto-ke, odnosno onaj propusni opseg koji se korisniku (u zahtevanom trenutku) moze staviti na raspolaganje.
Zahtev za novu vezu mreza prihvata se samo ukoliko trazeni kvalitet usluge moze biti osiguran, a kvalitet ranije uspo-stavljenih veza ocuvan, tj. bez narusava-nja ugovorenog kvaliteta sa drugim kori-snicima.
Kasnjenje signala
Klasicne digitalne mreze, zasnovane na komutaciji kola-kanala, pri prenosu govornih signala, unose kasnjenje reda 450 p, s po jednom cvoru ili manje. Pri kasnjenju vecem od 25 p, s moraju se pri-menjivati tehnike ponistavanja eha (odje-ka). Kasnjenje vece od 75 p, s primetno je za ucesnike u razgovoru. Kasnjenja govornih signala veca od 200 p, s unose znatno smanjenje kvaliteta govora pri prenosu, a ako su veca od 450 p, s, medu sagovornicima dijalog nije moguc.
Kasnjenja u ATM mrezi su reda 6 p, s za funkciju segmentacije i reasembli-ranja (Segmentation And Reasembling -SAR), odnosno deljenje poruke na celije i ponovno sastavljanje celovite poruke. Ako se koriste postupci ponistavanja va-rijacije kasnjenja signala, unosi se dodat-no kasnjenje reda 2 p, s. Takode, kasnjenje unose i razliciti medijumi prenosa ATM signala.
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
555
Zagusenje u ATMsaobracaju
Problem zagusenja u saobracaju na-staje kada je broj dolaznih celija veci od kapaciteta bafera odredenog komutacionog cvora ili prenosnog puta izmedu cvorova. Formiraju se redovi cekanja, cime se unosi kasnjenje u prenosu. Problem je kako izbe-ci prepunjavanje redova cekanja u pristupu baferima komutacionih cvorova, onda kada protok premasi kapacitet raspolozivih kanala.
Jedan od nacina resavanja problema zagusenja jeste da se izvrsi korektno di-menzioniranje kapaciteta bafera u komu-tacionim cvorovima. Takode, resenje je u kontroli i upravljanju saobracajem, pri-menom mera kao sto su: upravljanje pri-stupom mrezi, oblikovanje saobracaja, nadgledanje saobracaja u cvorovima i kontrola zagusenja.
Brzine prenosa ATM signala
Da bi se podrzale razlicite korisnicke potrebe i zadovoljile nove komunikacione usluge, a u prvom redu multimedijalna komunikacija, ATM mreza treba da omo-guci prenos poruka razlicitim bitskim br-zinama, odnosno protocima, kao sto su:
— konstantan bitski protok CBR
(Constant Bit Rate),
— promenljivi bitski protok VBR (Variable Bit Rate),
— raspolozivi bitski protok ABR
(Avilable Bit Rate),
— neodredeni bitski protok UBR
(Unspecified Bit Rate).
Svaka od navedenih bitskih brzina namenjena je za realizaciju razlicitih kla-sa usluga.
Zahtevani kvalitet
Osnovni parametri kvaliteta koje treba da obezbedi telekomunikaciona mreza, a koji se zahtevaju za prenos go-vora, video signala i podataka, prikazani su u tabeli 1.
Tabela 1
Zahtevani kvalitet u prenosu govora, video signala i podataka
Zahtevani kvalitet Govorni signali Video signali Podaci
Propusni opseg uzak sirok varijabilan
Osetljivost na kasnjenje velika srednja varijabilna
Osetljivost na greske mala relativno mala velika
Usnopljenost poruka u prenosu ne postoji ne postoji velika
Pri prenosu govorni signal zahteva uzak propusni opseg, veoma je osetljiv na kasnjenje, nije osetljiv na bitske greske i prenosi se kontinualno.
Video signal u prenosu zahteva si-rok propusni opseg, umereno je osetljiv na kasnjenje, a osetljivost na greske mu je relativno mala.
Podaci za prenos zahtevaju varijabi-lan propusni opseg, osetljivost na kasnje-nje je varijabilna, dok im je osetljivost na greske velika. Poseduju osobinu naletno-sti, odnosno usnopljen karakter informa-cija pri prenosu.
Zahtevi za kvalitet prenosa signala preko ATM mreza definisani su standar-dima Medunarodne unije za telekomuni-kacije (ITU-T), koji se odnose na siroko-pojasne mreze [4].
Performanse ATM mreze karakteri-su sledeci mrezni parametri kvaliteta:
— verovatnoca gubitka celija CLR (Cell Loss Ratio) — odnos broja izgublje-nih prema zbiru broja izgubljenih i uspe-sno prenetih celija-
556
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
— brzina ubacivanja celija CIRa (Cell Insertion Rate) — broj ubacenih ce-lija (u nizu primljenih celija u posmatra-nom intervalu vremena) u jedinici vre-mena-
— verovatnoca ubacivanja celija CIR (Cell Insertion Ratio) — odnos broja ubacenih celija prema zbiru broja ubacenih i broja otpremljenih celija-
— verovatnoca prosecno pogresnih celija SCR (Severely Cell Ratio) — odnos broja prosecno pogresnih celija prema broju uspesno prenetih celija-
— kapacitet prenosa celija CTC (Cell Transfer Capacity) — maksimalan broj uspesno prenetih celija u jedinici vremena, na posmatranoj vezi-
— kasnjenje u prenosu celija CTD (Cell Transfer Delay) — aritmeticka sred-nja vrednost kasnjenja odredenog broja celija-
— varijacija kasnjenja celija CVD (Cell Variation Delay) — ukupno kasnjenje u prenosu i komutaciji izmedu dva odredista u mrezi-
— verovatnoca bitske greske BER (Bit Error Rate) — odnos broja pogresnih bita prema broju ukupno primljenih (prenetih) bita u posmatranom intervalu.
Svi navedeni parametri kvantitativ-no su definisani preporukama ITU-T.
Preslikavanje QoS zahteva na
ATM protokole
Sirokopojasne mreze od samog pocetka su osmisljene, definisane i projektovane tako da korisnicima omoguce razlicite usluge i zahteve za QoS u istoj ATM mrezi. Tradicional-
no, po prirodi poruka, prenos podataka, govornih i video signala zahteva razlicit QoS. ATM je razvijen s ciljem da podrzi sva tri tipa saobra-caja u jednoj istoj mrezi. Pored razlici-te QoS podrske, ATM omogucava ve-oma dobru efikasnost u koriscenju ras-polozivog kapaciteta kanala i obezbe-duje dobru procenu zahtevanog kapaciteta za svaku vrstu saobracaja. Efi-kasno upravljanje kvalitetom usluga osnovna je prednost ATM tehnike prenosa, multipleksiranja i komutacije. Upravljanje QoS-om ostvaruje se pri-menom slojevite strukture ATM adap-tacionih slojeva AAL (ATM Adaptation Layer), odnosno ATM protokola, upravljanjem pristupom i uoblicava-njem ponudenog saobracaja.
U ATM mrezama QoS se obezbedu-je koriscenjem virtuelnih kanala (VC) i virtuelnih puteva (VP) koji se usposta-vljaju sistemom signalizacije No 7, pre pocetka prenosa poruka u formatu celija. Izmedu izvora i odredista uspostavlja se logicka — virtuelna veza, preko koje se prenose sve celije koje pripadaju istoj poruci.
Pri uspostavi veze uzimaju se u ob-zir parametri kvaliteta koji se odnose na zahtevani QoS, odnosno komunikaciju u realnom vremenu. To se postize preslika-vanjem odredenih klasa usluga — CoS (Class of Service) na AAL slojeve, odno-sno ATM protokole.
U tabeli 2 prikazano je preslikavanje parametara QoS na odgovarajuce AAL slojeve. Za svaku klasu data su dva imena, koje je ranije definisao ITU-T i njihovi ekvivalenti koje je defmisao ATM forum.
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
557
Tabela 2
Preslikavanje QoS na AAL protokole
ITU-T ATM forum Klasa A CBR Klasa B VRR (RT) Klasa C VBR (NRT) Klasa D UBR Klasa Y ABR
Bitska brzina konstantna varij abilna varijabilna varij abilna varijabilna
Sinhroni- zacija- vrem. odnosi zahteva se zahteva se ne zahteva se ne zahteva se ne zahteva se
Tip veze konekciono orijentisana konekciono orijentisana konekciono orijentisana bez uspostave veze bez uspostave veze
Garancija QoS gubici, kasnjenje, prop. opseg gubici, kasnjenje, prop. opseg gubici, kasnjenje, prop. opseg nema gubici, propusni opseg
AAL protokoli AAL-1 AAL-2 AAL-¾ ili AAL-5 AAL-¾ ili AAL-5 AAL-¾ ili AAL-5
U tabeli 2 prikazane su razlicite klase usluga sa razlicitim zahtevima u pogledu QoS-a. Svaka od klasa usluga podrzava odre|ene aplikacije koje nose odre|ene zahteve za kvalitet. Aplikacioni QoS zahtevi preslikavaju se na parametre kvaliteta koji moraju biti vidljivi i regi-strovani kao velicine sa kvantitativnim vrednostima, koje se mogu podesavati u odrelenim granicama.
Klasa CBR podrzava aplikacije koje se obavljaju u realnom vremenu i imaju stoga ogranicenja u pogledu kasnjenja i varijacije kasnjenja. Primeri za ovakve aplikacije su prenos govornih signala i emulacija kanala za prenos multipleksnih E1/T1 signala.
Parametri kvaliteta usluga su: kasnjenje celije u prenosu (CTD — Cell Transfer Delay), varijacija kasnjenja celi-ja (CVD — Cell Variation Delay) i vero-vatnoca gubitka celija (Cell Loss Rate).
Za usluge klase CBR koriste se me-hanizmi koje poseduje protokol AAL-1 za obezbelenje parametara kvaliteta. On omogucava prenos signala sa konstant-nom bitskom brzinom i isporuku signala na odrediste istom bitskom brzinom. Da bi protokol AAL-1 omogucio pomenute
usluge, mora da poseduje niz funkcija, kao sto su: segmentacija i reasembliranje, postupci sa varijacijom kasnjenja i ubace-nim celijama, ekstrakcija digitskog takta u prijemniku i obrada pogresnih bita.
Protokol AAL-1 ima i druge funkci-onalne performanse. Da bi obezbedio za-dovoljavajucu vrednost parametara kvaliteta CTD, protokol AAL-1 poseduje funkcionalnu mogucnost koja je poznata kao struktuirani transfer podataka (STD). STD pruza mogucnost da se dolazni niz bita iz predajnika smesta u SAR PDU (Protocol Data Unit) pejlod i otprema bez cekanja da se kompletna celija popu-ni bitima. Na ovaj nacin stvorena je mo-gucnost resavanja problema kasnjenja pri prenosu paketizovanih govornih signala.
Varijacija kasnjenja celija (CVD) resava se koriscenjem bafera u prijemniku. SAR PDU pejlod skladisti se u ba-feru koji se stalno puni novim podacima. Pejlodi pristizu sa malom varijacijom bit-ske brzine. Bafer prijemnika prazni se konstantnom brzinom. Kada se isprazni AAL-1 CS mora ubacivati prazne bite, a CS mora prekidati ulaz celija u bafer u slucaju kada je prepunjen. U tom slucaju AAL-1 omogucava primenu dve metode koje prijemniku obezbeluju informaciju o velicini kasnjenja, a to su metoda sin-hrone rezidentne vremenske markice (SRTS) i metoda adaptivnog takta.
Svi ATM protokoli, izuzimajuci AAL-5, sadrze brojac sekvence celija, cija je svr-ha da se na osnovu sadrzaja brojaca u prijemniku detektuje greska, odnosno gubitak celije. AAL-1 protokol poseduje mehani-zme za korekciju pojedinacnih gresaka i ot-krivanje visestrukih bitskih gresaka.
Klasa VBR ima dve potklase: RT VBR (Real-Time VBR), koja se realizuje u realnom vremenu, i NRT VBR (Non-
558
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
Real Time VBR), tj. VBR koji se ne od-vija u realnom vremenu.
RT VBR je namenjen za aplikacije ko-je imaju stroga ograni~enja u kasnjenju sig-nala, kao sto je to slu~aj sa video uslugama.
QoS parametri za RT VBR su mak-simalno kasnjenje celija u prenosu i am-plituda varijacije kasnjenja celija.
Protokol AAL-2 namenjen je za reali-zaciju usluge klase B, kao sto je, na primer, prenos komprimovanih audio i video sig-nala. Ova usluga se odlikuje time sto se prenos obavlja po uspostavljenoj vezi pro-menljivom brzinom, a postoji velika ose-tljivost na gubitak bitske sinhronizacije.
Zbog primenjene kompresije izvor konstantne bitske brzine postaje varijabi-lan, a trenutna bitska brzina zavisi od ste-pena kompresije signala. Na primer, ako je stepen kompresije video signala 10: 1, generise se samo 10% bita u odnosu na broj bita bez kompresije. Zato se ne mo-gu u potpunosti puniti SAR PDU pejlodi. Da bi se izbeglo kasnjenje zbog ~ekanja i potpuno napunili SAR PDU pejlodi, protokol AAL-2 mora biti opremljen meha-nizmima za delimi~no popunjavanje po-lja SAR PDU. Zbog toga AAL-2 SAR PDU protokol poseduje polje L1 koje predstavlja indikator duzine. Polje L1 na-menjeno je za ozna~avanje parcijalne za-uzetosti korisni~kog polja celije, a na taj na~in izbegava se unosenje kasnjenja.
NRT VBR namenjen je za aplikacije koje su mnogo manje osetljive na vari-jaciju kasnjenja kroz mrezu. Medu takve aplikacije spada usluga prenosa podataka (prenos datoteka).
QoS parametri za NRT VBR usluge su: srednja vrednost bitskog protoka, CTD — kasnjenje u prenosu celija i CLR — verovatnoca gubitka celija.
Prenos podataka je, po svojoj priro-di, osetljiv na greske, a poseduje osobinu naletnosti. Za prenos podataka preko ATM mreze koriste se protokoli AAL--¾ i AAL-5. Protokol AAL-¾ podrza-va prenos podataka sa promenljivom du-zinom blokova koji se pri otpremi mora-ju segmentirati na celije, a u prijemu rea-semblirati u izvorni oblik. Ovaj protokol ima mogucnost da u komunikaciji podrzi vise korisnika istovremeno. Protokol AAL-¾ poseduje polje MID (identifi-kator multipleksa) koje omogucava mul-tipleksiranje vise istovremenih segmena-ta PDU pejloda — jednim AAL-¾.
Svaki PDU promenljive duzine u AAL predajniku obelezava se sadrzajima polja MID. PDU pejlodi se u isto vreme segmentiraju, kako bi se izbeglo nepri-hvatljivo kasnjenje nekog od pejloda koji se multipleksiraju. Koriscenjem polja MID PDU pejlodi se u~esljavaju, ~ime se obezbeduje njihov efikasan prenos.
Klasa ABR je relativno nova i speci-fi~na za ATM mreze. Ona podrzava aplikacije koje mogu da podnesu promenu bit-skog protoka bez nepovoljnog uticaja na funkcionalnost date aplikacije. Ovakav po-stupak prenosa obezbeduje «best effort» kvalitet usluge, koji obezbeduju IP mreze.
QoS parametar za klasu ABR je ve-rovatnoca gubitka celije. Za realizaciju ove klase usluga preko ATM mreze koriste se protokoli AAL-¾ i AAL-5.
Klasa UBR je usluga sli~na ABR, ali je prenos ovom klasom manje pouzdan. Na-menjena je za aplikacije koje su veoma tole-rantne po pitanju kasnjenja, a ne izvrsavaju se u realnom vremenu. Klasa UBR nema nikakvih garancija za kvalitet usluga. Za re-alizaciju ove klase usluga, preko ATM mre-ze, koriste se protokoli AAL-¾ i AAL-5.
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
559
Preslikavanje QoS parametara na ATM mrezne performanse
Preslikavanje QoS parametara jedan je od bitnih elemenata u koncepciji siro-kopojasnih mreza [1]. Najpre se preslikavanje izvodi izmedu korisnickog QoS-a i aplikacionog QoS-a. Zatim se aplikacioni QoS preslikava na QoS prenosa i komu-tacije, odnosno ATM protokole i konac-no se preslikava (mapira) na ATM mre-zne performanse.
Preslikavanjem QoS parametara na ATM mrezne performanse obezbeduje se garantovani kvalitet usluga s kraja na kraj veze u ATM mrezi. Garantovani kvalitet, u zavisnosti od tipa usluge, obezbeduju ATM protokoli.
U tabeli 3 prikazani su razliciti uzro-ci degradacije QoS-a, i metode koje omo-gucavaju da se sa komunikacionim proto-kolima na razlicitim slojevima otklone uzroci narusavanja kvaliteta usluga.
Tabela 3
Uzroci degradacije kvaliteta i metode otklanjanja uzroka
Komunikac. protokoli Uzroci degradacije i metode poboljsanja kvaliteta
Protokoli visih slojeva korekcija gresaka- retransmisija slojevito kodovanje poruka kasnjenje pri kodovanju dziter kodovanja
AAL protokoli prepunjavanje bafera- odbacivanje zakas. celija- ubacivanje praznih celija odbacivanje ubacenih celija kasnjenje kod asembliranja i otpreme dziter pri otpremi- dziter pri asembliranju celija
ATM sloj prepunjavanje bafera kasnjenje zbog cekanja u redovima dziter zbog cekanja u redovima
Fizicki sloj bitske greske (u pejlodu) bitske greske u zaglavlju- korekcija gresaka odbacivanje celija sa greskama kasnjenje prilikom propagacije dziter u pristupu na UNI interfejsu
Tip otkaza pogresna celija izgubljena celija ubacena celija kasnjenje celija dziter celija
Aplikacioni podsistem obezbeduje funkcije kao sto su: upravljanje multi -medijalnim pozivom i posluzivanje po-ziva, sinhronizacija medija, upravljanje izlazno-ulaznim modulima i obrada aplikacija.
Prenosni i komutacioni podsistem obezbeduje upravljanje vezom, upravljanje propusnim opsegom i bitskim proto-kom. Prenosni i komutacioni podsistemi cine mrezu i odreduju ATM mrezne performanse, a ukljucuju protokol ATM slo-ja i ATM adaptacione slojeve, odnosno AAL protokole.
S vrha do dna arhitekture ATM protokola raspodeljene su funkcije kojima se obezbeduje zahtevani QoS, odnosno ot-klanjaju uzroci koji su izazvali degrada-ciju kvaliteta usluga.
QoS parametri podr'-ani AAL proto-kolima i njihove granicne vrednosti
QoS parametri AAL-a predstavljaju QoS zahteve koji su potrebni visim nivo-ima protokola, odnosno uslugama koje ti protokoli podrzavaju pri komunikaciji preko ATM mreze. To znaci da se QoS
560
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
parametri protokola razlikuju prema vrsti usluge koju podrzavaju. QoS zahtevi predstavljaju se kao grani~ne vrednosti QoS parametara AAL-a. Zadatak AAL-a jeste da obezbedi odgovarajuci trazeni QoS za svaku vrstu usluge. Time ce se eliminisati razlika izmedu QoS AAL-a i QoS ATM sloja, odnosno protokola.
Konvergentni podsloj (Convergences Sublayer — CS) ATM adaptacio-nog sloja (AAL protokoli) podeljen je na dva podsloj a, i to: konvergentni podsloj specifi~ne usluge (Service Specific Convergence Sublayer) SS CS i zajedni~ki deo konvergentnog podsloj a (Common Part Convergence Sublayer) CP CS.
Svaki od SS CS, odnosno CP CS usmerava se prema odredenom ATM adaptacionom sloju, odnosno AAL pro-tokolu, kako je to prikazano na slici 2.
Sloj AAL protokola podeljen je na dva podsloja, i to na: podsloj segmentaci-je i reasembliranja — SAR i konvergentni podsloj — CS.
Podsloj CS zavisi od vrste usluge, a omogucava AAL uslugu koriscenjem AAL SAR protokola. Treba imati u vidu da poruka od visih slojeva (govor, video signal, podaci, multimedijalna poruka,
bitski niz E1/T1 signala, itd.) dolazi u formatu odredenog rama (frame), koji se segmentira u smeru predaje signala preko ATM mreze, a reasemblira u smeru prije-ma signala od ATM mreze (slika 3). Na taj na~in omogucava se prenos SAR seg-menata protokolom jedinice podataka (Protocol Data Unit — PDU). Jedinica po-dataka DU smestena je u pejlod ATM ce-lije. U zavisnosti od tipa usluge, DU ima odredenu duzinu izrazenu brojem bajtova koji ne moze biti veci od 48.
S obzirom na to da se QoS zahtevi predstavljaju kao grani~ne vrednosti QoS parametara AAL-a, vazno je da se odrede grani~ne vrednosti AAL QoS parameta-ra. U principu, QoS parametri AAL-a mogu se razlikovati prema vrsti usluge koju podrzavaju.
Definisanje opstik QoS parametara
AAL-a
Ovi parametri kvantitativno se mo-gu standardizovati ili definisati za kon-kretnu vrstu usluge.
Granicna vrednost verovatnoce po-gresnik ramova (Frame Error Ratio -FER-Bound). Ram korisni~ke poruke

Protokoli viSih slojeva
јГ Servisno specificni Konvergentni f SSCS jr podsloj N Zajednttki deo ATM adaptadoni I CS ^ CP CS sloj (AAL protokoli) Ж Podsloj segmentacije i reasembliranja SAR
Sl. 2 — Struktura podslojeva AAL protokola
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
561
Sl. 3 — Segmentiranje ramova na jedinicepodataka (SAR PDU)
predstavlja SDU koji je primljen od protokola viseg sloja. FER se definise kao odnos broja ramova sa greskama Rg pre-ma zbiru broja primljenih ramova bez gresaka Ri i broja ramova sa greskama:
FER = Rg/(Rg + Ri)
Granicna vrednost FERmax definise se izrazom:
FER & lt- FERmax gde je:
FER — verovatnoca pogresnih ramova podrzana AAL-om,
FERmax — granicna vrednost verovatno-ce pogresnih ramova odredena protoko-lom viseg sloja.
U ovom slucaju koristi se FER, tj. ve-rovatnoca pogresnih ramova umesto vero-vatnoce pogresnih bita BER (Bit Error Rate) zbog toga sto protokol svakog sloja upravlja svojim SDU, a QoS parametri moraju biti bazirani na jedinici podataka usluge, a ne na verovatnoci bitske greske.
PDU SAR predstavlja ram cija je duzina mnogo veca od velicine SAR
PDU, kako je to prikazano na slici 2. U procesu preslikavanja QoS parametara posmatra se SAR PDU, pa se prema tome FER odnosi na SAR ram.
Koriscenje FER moze biti problema-ticno u slucaju usluga prenosa video sig-nala i govora, kod kojih pojava rama sa greskom moze dovesti do gubitka sinhro-nizacije, a time i do mogucnosti ozbiljne degradacije kvaliteta video signala ili multimedijalne poruke. To se ne odnosi na slucaj kada se koristi tehnika slojevitog kodovanja video signala, kod koje se sva-ka komponenta video signala moze preno-siti odvojeno sa sopstvenim QoS zahtevi-ma. U tom slucaju komponente signala koje sadrze informacije o sinhronizaciji mogu biti prenosene sa strozim QoS-om u odnosu na druge video signale.
Minimalna granicna vrednost pro-pusnog opsega (Troughput Bound -Wmin) date veze predstavlja vrednost bitske brzine koja se sigurno moze ostva-riti datom vezom, a definise se relacijom:
W & gt- Wmin
562
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
gde je:
W — propusni opseg obezbeden AAL-om, Wmin — granicna vrednost propusnog, odredena protokolom vi{eg sloja.
Protokol AAL mora obezbediti Wmin vi{em sloju, sve vreme trajanja veze. Postoji vi{e razloga za preslikava-nje zahteva za propusni opseg. Propusni opseg koji se zahteva od korisnika usluge ne uzima u obzir prema{enja koja mogu nastati zbog upravljackih informacija, a koje zahteva skup protokola po pojedi-nim nivoima. Retransmisija kod prenosa podataka smanjuje efektivni propusni opseg, a zahtevani propusni opseg moze bi-ti znatno smanjen tehnikama kompresije govornih i video signala.
Granicna vrednost kasnjenja ramo-va (Frame Delay Bound — Dmax) defini-{e se relacijom:
Di & lt- Dmax, za svako i gdeje:
Di — ka{njenje sa kojim je i-ti ram otpre-mljen od vi{eg nivoa i isporucen na odre-di{te,
Dmax — najveca granicna vrednost ka-{njenja.
Granicna vrednost varijacije kasnjenja ramova (Frame Delay Variation Bound — Jmax) defini{e se relacijom:
Ji = Di-D & lt- Jmax, za svako i gdeje:
D — idealno ili ciljno karnjenje dobijeno pomocu AAL protokola,
Ji — dziter i-tog rama otpremljenog od vi-{eg nivoa i isporucenog na odredi{te, Jmax — najveca granicna vrednost dzitera.
QoS parametri podr'-ani ATM
slojem i njihove granicne vrednosti
Na ATM sloju defini{u se sledeci QoS parametri i njihove granicne vrednosti:
— granicna vrednost verovatnoce gu-bitka celija (Cell Loss Ratio Bound -CLRmax) specifican je parametar ATM--a, a nastaje kao rezultat prepunjavanja bafera u ATM komutacionim sistemima. Prepunjavanje se javlja usled nagomila-vanja saobracaja-
— granicna vrednost propusnog op-sega (Throughput Bound — W’min). Zah-tevi za propusni opseg defini{u se preko Wmin parametra. U ATM sloju granicna vrednost propusnog opsega defmi{e se kao minimalna {irina propusnog opsega za datu vezu-
— granicna vrednost ka{njenja i dzi-tera (Cell Delay and Jitter Bound -D'max, J’max) u ATM sloju ima istu de-fmiciju kao u AAL-u, uzimajuci u obzir da se ove vrednosti odnose na celije, a ne na ramove-
— granicna vrednost verovatnoce ubacivanja celija (Cell Insertion Rate Bound — CIR). Ubacivanje celija nastaje kao posledica gre{aka koje nastaju u za-glavlju ATM celije. ATM komutacioni sistemi otkrivaju i odbacuju celije koje imaju gre{ku u zaglavlju, a ALL proto-koli svojim funkcijama takode otkrivaju gre{ke u zaglavlju. CIR se obicno ne tre-tira kao QoS parametar, zbog toga {to je neznatan u poredenju sa CLR, tj. vero-vatnocom gubitka celija.
Preslikavanje QoS parametara sa
SAR podsloja na ATM sloj
AAL je podeljen na SAR podsloj i konvergentni podsloj (CS). Konvergentni
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
563
podsloj zavisi od vrste usluge i omoguca-va AAL uslugu u AAL SAR. Da bi se dobili uopsteni rezultati vezani za presli-kavanje nezavisno od tipa AAL protokola, pretpostavice se da AAL ne koristi CS, vec ima SAR PDU. To je struktura kao kod AAL-1 protokola.
Preslikavanjem se formiraju granic-ne vrednosti mreznih parametara (NP) -CLRmax, W’min, D’max, J’max, korisce-njem granicnih vrednosti AAL QoS parametara — FERmax, Wmax, Dmax i Jmax. NP parametri su, u sustini, parametri ATM sloja.
Granicna vrednost verovatnoce gu-bitka celija CLRmax data je sledecom re-lacijom:
CLR (SAR) = CLR (AMT) = CLR (prema-{enja) (1)
gde je:
CLR (SAR) — CLR od SAR podsloja, CLR (ATM) — CLR na ATM sloju,
CLR (premasenje) — verovatnoca gubitka celije prouzrokovana prepunjavanjem ba-fera.
Verovatnoca pojave rama sa greskom na SAR podsloju izracunava se iz sledece relacije:
FER = ^ P (pogre{an ram M = m)
M
P (M = m)
= S[! — 0 -PeT] P (M = m)
M
= ^ m pe P (M=m),
M
(uz pretpostavku da je pe& lt-<-1 (2)
= pe ^ m P (M=m) = pe E
M
gde je:
pe — verovatnoca pojave greske SAR PDU na SAR podsloju,
M — slucajna promenljiva koja oznacava broj SAR PDU u jednom ramu,
P (M = m) — verovatnoca pogresnog rama, E — duzina rama.
Verovatnoca greske SAR PDU nije direktno povezana sa CLR (SAR) zbog toga sto se mora uzeti u obzir bilo koji mehanizam zamene SAR PDU. Tako, na primer, ako su detektovane izgubljene celije i zamenjene praznim celijama da bi se sacuvala celina broja bita, time se, ta-kode, unose greske u pejlodu. Zbog toga se CLR (SAR) mora uzeti sa odredenim faktorom korekcije. Imajuci to u vidu, verovatnoca greske SAR PDU izracuna-va se iz sledece relacije:
pe = CLR (SAR) + aCLR (SAR) (3)
gde je 1 & lt- a & lt- 376 korekcioni faktor koji zavisi od mehanizama zamene izgubljene celije. U slucaju video usluga a moze da zavisi od primenjene tehnike kodovanja, od-nosno kompresije video signala. U slucaju kada nema zamene uzima se da je a = 376.
CLR (premasenje), koje mora ga-rantovati ATM mreza, moze se izracuna-ti iz sledece relacije:
CLRmax = CLR (prema{enje) = p/a — 376/aBER (4)
Granicna vrednost propusnog opse-ga W'-min odreduje se iz relacije:
W'-min = 35/47 W min (5)
564
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
Ova relacija odnosi se na protokol AAL-1 i prenos E1/T1 signala primarnog multipleksa. Ako se koristi SDH prenos, granicna vrednost propusnog opsega mora biti pove}ana zbog prema{enja koje unosi SDH ram.
Granicne vrednosti kasnjenja celije i d'-itera D'-max i J'-max moraju biti ga-rantovane ATM slojem, odnosno proto-kolom. S druge strane, pomenute velicine zavise od velicine prijemnog bafera pri-jemnika entiteta AAL-a (tzv. playout ba-fer). Ugovorene granicne vrednosti AAL-ovim entitetima na postoje}oj vezi mogu kasnije biti promenjene u stroze granicne vrednosti ka{njenja i manje stroge granicne vrednosti dzitera.
Granicna vrednost ka{njenja D’max u ATM sloju uslovljena je procesom for-miranja SAR podsloja (slika 1), a odre-duje se iz relacije:
D'-max = Dmax — I (M-1) — dmax (playout)
(6)
gde je:
I — interval izmedu SAR PDU-ova, kada je ram podeljen na PDU-ove,
M — broj PDU-ova u jednom ramu, dmax (playout) — maksimalno ka{njenje u playout baferu.
Granicna vrednost za ATM NP (ka-{njenje zbog obrazovanja redova ceka-nja) data je slede}om relacijom:
D'-max (NP) = D'-max — Dp (7)
gde je Dp pokazatelj ka{njenja, ukljucuju-}i ka{njenje propagacije, procesiranja, itd.
Granicna vrednost dzitera na ATM sloju J’max nije uslovljena procesom SAR podsloja, {to znaci da se moze od-rediti iz izraza:
J'-max = Jmax + Jmin (playout) (8)
gde je Jmin (playout) minimalna vrednost dzitera nastala zbog ka{njenja u playout baferu.
Granicna vrednost dzitera za ATM NP (dziter zbog obrazovanja redova ce-kanja) izracunava se iz relacije:
J'-max = Jmax + Jmin (UNI) (9)
gde je sa Jmin (UNI) oznacen maksimalni dziter ATM }elija na interfejsu korisnika mreza (User Network Interface — UNI).
Postavlja se pitanje — kako se podr-zavaju parametri kvaliteta usluga koji su preslikani na ATM protokole. Re{enje se nalazi u kontroli i upravljanju saobra}a-jem, merama kao {to su:
— upravljanje pristupom mrezi (Con-venction Admission Control — CAC) —
— oblikovanje saobra}aja (Traffic Shaping — TS) —
— posluzivanje saobra}aja (Traffic Policing — TP) —
— kontrola zagu{enja (Congestion Control — CC).
CAC funkcija odnosi se na odluku o tome da li dozvoliti formiranje trazenih VPI/VCI sa zahtevanim protocima, u zavi-snosti od toga da li mreza moze da zadovo-lji QoS sa zahtevanom klasom usluga, a da se pri tome ne ugrozi QoS postoje}ih veza.
TS obavlja funkcije interfejsa kori-snik — ATM mreza (UNI). Saobra}aj se oblikuje tako da odgovara parametrima dogovorenim u trenutku uspostavljanja veza, odnosno u skladu sa algoritmima za brzinu generisanja }elija (Genetic Cell Rate Algorittam).
TP na ulazu u komutacioni cvor proverava da li se protok }elija nalazi u
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
565
dogovorenim granicama. ATM komuta-cioni cvor ima dve mogucnosti: da odba-ci celije koje se na ulazu ne mogu prosle-diti ili da njihov prioritet postavi (CLP = 1) na visok nivo.
CC funkcije obavljaju ATM komu-tacioni cvorovi unutar mreze sa ciljem da se izbegne zagusenje saobracaja. CC me-toda zasniva se na uvodenju povratne sprege kojom se celije sa izlaza vracaju na ulaz komutacionog polja.
Zakljucak
U radu je analizirano preslikavanje parametara kvaliteta usluga na ATM
adaptacione protokole, kao i preslikavanje parametara kvaliteta na ATM mrezne per-formanse. Pomocu protokola adaptacio-nog sloja ATM mreze obezbeduje se rea-lizacija razlicitih klasa usluga. Pokazano je da preslikavanje QoS-a omogucava ga-rantovani kvalitet usluga s kraja na kraj veze u ATM, odnosno B-ISDN mrezi.
Literatura:
[1] Jevtovic, M.: Multimedijalne telekomunikacije- ISBN 86 903 281−6-4- Grafo-Zig, Beograd, 2004.
[2] Jevtovic, M.: Kvalitet usluga telekomunikacionih mreza, ISBN 86−903 281−1-4- Grafo-Zig, Beograd, 2002.
[3] Jevtovic, M.: Telekomunikacione ATM mreze, Grafo-Zig, Beograd, 2001.
[4] Standardi Medunarodne unije za telekomunikacije, prepo-ruke ITU-T za sirokopojasne mreze (B-ISDN).
566
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
Tabela 3
Uzroci degradacije kvaliteta i metode otklanjanja uzroka
Komunikac. protokoli Uzroci degradacije i metode pobolj{anja kvaliteta
Protokoli vi{ih slojeva korekcija gre{aka- retransmisija slojevito kodovanje poruka ka{njenje pri kodovanju dziter kodovanja
AAL protokoli prepunjavanje bafera- odbacivanje zakas. }elija- ubacivanje praznih }elija odbacivanje uba~enih }elija ka{njenje kod asembliranja i otpreme dziter pri otpremi- dziter pri asembliranju }elija
ATM sloj prepunjavanje bafera ka{njenje zbog ~ekanja u redovima dziter zbog ~ekanja u redovima
Fizi~ki sloj bitske gre{ke (u pejlodu) bitske gre{ke u zaglavlju- korekcija gre{aka odbacivanje }elija sa gre{kama ka{njenje prilikom propagacije dziter u pristupu na UNI interfejsu
Tip otkaza pogre{na }elija izgubljena }elija uba~ena }elija ka{njenje }elija dziter }elija
Sl. 1 — Arhitektura ATM protokola (AAL sloj):
AAL — ATM adaptacioni sloj (ATMAdaptation Lauer) — A, B, C, D — klase usluga definisane ITU-T-«X»" Y" - klase usluga pri promenljivoj bitskoj brzini- «N/A» — klasa usluga koje se odnose na signalizaciju AAL- SVC — komutirani — virtuelni kanali ili komutirana virtuelna kola- SVC class — SVC klase usluga- VBR — promenljiva bitska brzina (Variable Bit Rate) — SSCS — podsloj specificne usluge (Service Specific Convergence Sublayer) — SAR — segmentacija i reasembliranje (Segmentation and Reassembly) — TCP/IP — protokol upravljanja prenosom/medumreini protokol (Transmission Control Protocol/Internet) — CLNS — mreine usluge (Connection less network services)
Sl. 2 — Struktura podslojeva AAL protokola
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.
567
Sl. 3 — Segmentiranje ramova na jedinicepodataka (SAR PDU)
568
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2005.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой