Voice and Telephony Services Over ATM

PRZESYŁ GŁOSU PRZEZ ATM - PODSTAWY
Standaryzacją przekazu głosu przez sieci ATM zajmuje się grupa robocza
VTOA (Voice and Telephony Services Over ATM), utworzona w 1993 r.
przy ATM Forum.
Podstawowym i najprostszym sposobem realizacji kanałów głosowych w
sieci ATM jest kategoria usług CBR o ustalonej charakterystyce
przenoszenia.
Stabilność warunków przekazu jest okupiona stosunkowo wysoką stratą
przepustowości łącza, związaną z narzutem sieci (5 bajtów więcej na
każde 48 bajtów danych) dla naturalnej przepływności głosu 64 kb/s.

Przekaz głosu w kategorii usług VBR o zmiennej szybkości i dodatkowo z
kompresją danych wraz z tłumieniem ciszy daje duże oszczędności
pasma, jednak brak jest jeszcze jednolitych i uzgodnionych standardów.

Duże nadzieje są związane z protokołem AAL6, definiującym usługi
kanałów VBR dla wolnych kanałów głosowych (przepływność kanałowa 32
kb/s,16 kb/s lub mniej).
VOICE OVER ATM
Do rodziny technologii VoATM zaliczyć można też większość
systemów Voice over DSL, które w warstwie drugiej wykorzystują
ATM. Standard ATM zawiera odpowiednie mechanizmy
zapewnienia wymaganej przy transmisji głosu jakości usług. Dwie
spośród definiowanych w ATM usług można uznać za nadające się
do przekazu głosu: CBR i VBR-rt.
CBR (Constant Bit Rate) to usługa transmisji danych o stałej
prędkości w czasie rzeczywistym;
–
VBR-rt (Variable Bit Rate - real time) również dotyczy transmisji
danych w czasie rzeczywistym, lecz o zmiennych w czasie
wymaganiach transmisyjnych. VBR-rt lepiej nadaje się do przekazu
wideo, ale w niektórych przypadkach może służyć również do
transmisji głosu.
WARSTWY APLIKACYJNE AAL
Ważnym pojęciem związanym z usługą ATM są warstwy aplikacyjne
AAL (ATM Aplication Layers), ponumerowane od AAL1 do AAL5.
Do przenoszenia głosu przez sieć ATM mogą służyć warstwy
pierwsza, druga i piąta, które odpowiadają różnym usługom ATM
(AAL1 - CBR, AAL2 - VBR-rt, AAL 3/4 i AAL 5 - różnym sposobom
przenoszenia danych).
Pierwotnie warstwy trzecia i czwarta były oddzielnymi warstwami, z
których jedna odpowiadała za tryb połączeniowy, a druga za
bezpołączeniowy. Ponieważ warstwa AAL 3/4 wprowadzała duży
narzut protokołu, wprowadzono warstwę piątą, której zwykle używa
się zamiast AAL 3/4.
VoATM - USŁUGI
CES - Circuit Emulation Service (rekomendacja af-vtoa-0078) emulacja łączy E1,T1,E3,T3 i J2 za pomocą AAL1. Z punktu
widzenia użytkownika jest to zwykłe łącze (np. E1) i nie musi on
nawet wiedzieć, że ma do czynienia z ATM.
LSCES - Low Speed CES (af-vtoa-0119) - emulacja łącza o niskiej
prędkości, głównie EIA-449, EIA/TIA-530-A i V.35. Chociaż ma
przenosić głównie strumienie o przepływności mniejszej niż 64
Kbit/s, maksymalna jej prędkość to 2 Mbit/s. Wykorzystuje AAL1.
DBCES - Dynamic Bandwidth CES (af-vtoa-0085) - emulacja łącza
64 Kbit z dynamicznym wykorzystaniem pasma (AAL1).
Voice and Multimedia over ATM - Loop Emulation Service using
AAL2 (af-vtoa-0145) - emulacja łącza multimedialnego przez
warstwę AAL2. Podobne zastosowania mają ATM trunking using
AAL2 (af-vtoa-113) i ATM trunking using AAL1 (af-vtoa-0089).
Voice and Telephony Over ATM - właściwa usługa VoATM (afvtoa-0083), wykorzystuje AAL1 lub AAL5.
VoATM - FUNKCJE
Dokument af-vtoa-0145 opisuje również realizację klasycznych procedur
znanych z telefonii, takich jak wykrywanie ciszy, odtwarzanie ciszy i
eliminacja echa.
W ramach emulacji łącza zostaje przeniesiona sygnalizacja DTMF, istnieją
też mechanizmy do przenoszenia sygnalizacji CAS i CCS (zarówno
skojarzonej jak i wspólnokanałowej)
Kolejnymi funkcjami oferowanymi przez protokół są wykrywanie modemu
oraz przenoszenie sygnału modemu lub faksu (demodulacja i remodulacja
na krańcach połączenia).
Jako mechanizm kodowania mowy wykorzystany został standard PCM
64kbit/s.
Brak jest w tej usłudze realizacji komutacji na poziomie sieci ATM. Do tego
celu musi służyć osobny węzeł - np. centralka PABX.
VoATM – EMULACJA ŁĄCZA PRZEZ AAL2
Sieć ATM przenosi połączenia głosowe pomiędzy węzłami CO-IWF i CPIWF.
CO-IWF (Central Office Interworking Function) służy do podłączenia
węzła usługowego a CP-IWF (Customer Premises Interworking Function)
- do podłączenia terminala abonenta.
Funkcje węzła usługowego może spełniać np. centralka PABX.
PRZYKŁAD WYKORZYSTANIA VoATM
Pełna usługa VoATM pozwala na użycie terminala ATM w roli telefonu.
Wszystkie terminale - zarówno z sieci publicznej, jak i prywatnej, ATM
czy PSTN mogą nawiązywać ze sobą połączenia.
Po stronie ATM użyta została sygnalizacja DSS2 - szerokopasmowy
odpowiednik DSS1.
PRZESYŁ GŁOSU PRZEZ xDSL
Druga generacja dostępu abonenckiego IAD (ang. Integrated Access
Devices) oferuje skuteczniejszą integrację głosu z danymi,
transmitowanymi w formacie pakietowym.
Największe
oczekiwania
wobec
technologii
przekazów
szerokopasmowych DSL wiążą się z przekazami multimedialnymi,
przy czym równocześnie z dostępem szerokopasmowym mogą być
dostarczane usługi telefonii analogowej (POTS) i cyfrowej z
integracją usług (ISDN - Integrated Subscriber Digital Network).
Dostęp abonencki xDSL umożliwia realizację typowych usług
szerokopasmowych, takich jak: wideo na żądanie, wideokonferencje
czy szybki dostęp do Internetu, a ponadto tradycyjnych usług
telefonicznych, pod postacią usług głosowych VoDSL (Voice over
DSL).
METODY TRANSMISJI VoDSL
Istnieją dwa odmienne sposoby transmisji głosu przez łącza xDSL:
 przesyłanie głosu przez łącza szerokopasmowe ADSL w wydzielonym
pasmie 0-4 kHz (POTS) - pierwsza generacja przekazów głosowych VoDSL.
Ten sposób przekazu głosu wymaga odseparowania kanałów głosowych i
multimedialnych za pomocą odpowiednich filtrów pasmowych.
 druga generacja przekazów głosowych VoDSL, jest oparta na pakietowym
przekazie głosu łącznie z danymi, również przez szerokopasmowe fizyczne
medium transmisyjne. Jest to ewolucyjne przejście w kierunku konwergencji
(głos z danymi) oraz potrzebuje dodatkowych urządzeń integrujących klasy
IAD po stronie użytkownika sieci.
TRADYCYJNE ROZWIĄZANIA DSL
Rodzina urządzeń cyfrowych xDSL ma obecnie kilkanaście rozwiązań technologicznych o
coraz wyższych przepływnościach, uzyskiwanych za pomocą jednej dwuprzewodowej,
miedzianej linii telefonicznej, bądź działających przez wydzielone dwuprzewodowe,
dwukierunkowe łącza transmisyjne.
Największą popularność wśród miedzianych rozwiązań szerokopasmowych xDSL
uzyskały urządzenia wykonane w technologiach: IDSL, HDSL, HDSL-2 (HDSL z linią
dwuprzewodową), MDSL (Multirate Single Pair DSL), oraz rozwiązania asymetryczne
ADSL i ADSL Lite (G. Lite) o maksymalnych przepływnościach dosyłowych 6/8 Mb/s i 1,0
Mb/s.
Poszczególne wersje DSL różnią
się
między
sobą
zarówno
przepływnością binarną, liczbą
potrzebnych
przewodów,
zasięgiem
działania
oraz
sposobem stosowanej modulacji
sygnałów liniowych, jak i stanem
zaawansowania
prac
standaryzacyjnych.
PROBLEMY POTS/ISDN/ADSL
Niezgodności poszczególnych rozwiązań ADSL/ISDN wynikają ze stosowania technik
kodowania o różnej skuteczności widmowej, co objawia się zajętością pasma
częstotliwości o różnej szerokości, przy tych samych wymaganych przepływnościach
transmisji.
INTEGRACJA Z WYKORZYSTANIEM IAD
Szerokopasmowe łącza abonenckie DSL, coraz częściej używane do
transmisji danych w postaci pakietowej, są obecnie najbardziej skuteczną
technologią przekazu informacji przez sieć.
Pakietowe transmisje danych z wielu terminali PC w sieci komputerowej LAN
przedsiębiorstwa mogą być łączone i integrowane z głosem w jeden strumień
informacyjny i przesyłany dalej przez szerokopasmowe łącze DSL.
TRANSMISJA GŁOSU I DANYCH
Z WYKORZYSTANIEM IAD
Druga generacja rozwiązań cyfrowych jest oparta na urządzeniach
integrujących IAD.
W urządzeniach tych transmisje przebiegają w pakietowym łączu
szerokopasmowym z wykorzystaniem modulacji z podziałem czasu TDM
(Time Division Multiplexing).
Za fizyczny przebieg transmisji, łączenie i rozdzielanie niespójnych
sygnałów, kanałów oraz usług odpowiadają urządzenia cyfrowe IAD, o
złożonej technice przetwarzania, instalowane po obydwu stronach łącza
szerokopasmowego DSL lokalnej pętli abonenckiej.
Po stronie użytkownika są to urządzenia zintegrowanego dostępu nowej
generacji NG-IAD (Next Generation IAD), a od strony sieci specjalizowane
multipleksery DSLAM (DSL Multiplexer), współpracujące zwykle z szybką
siecią szerokopasmową (ATM).
TRANSMISJA GŁOSU I DANYCH
Z WYKORZYSTANIEM IAD - CD
Modemy integrujące IAD (wspierające technologię VoDSL) zwykle mają wbudowany
router dla LAN oraz różnorodne porty głosowe (analogowe, ISDN, PBX).
Zarówno głos, jak i dane zostają spakietowane do postaci zgodnej z wymaganiami
ATM, a następnie przekierowane przez łącze DSL do węzła multipleksującego sieci
(DSLAM), gdzie są kierowane bądź przez serwer do operatora Internetu (dane), bądź
przez bramę do sieci telefonicznej PSTN (głos).
Urządzenia IAD zapewniają dostęp do wielu usług telefonicznych (POTS, ISDN,
PABX), a także pozwalają na dołączenie sieci LAN przez standardowy styk transmisji
danych (Ethernet).
TRANSMISJA GŁOSU I DANYCH
Z WYKORZYSTANIEM IAD - CD
W urządzeniu IAD dokonuje się konwersja analogowego sygnału głosu na postać
cyfrową oraz formowanie pakietów głosowych - zwykle z wykorzystaniem funkcji
warstwy ATM/AAL-2.
Urządzenie IAD nadaje pakietom głosowym wyższy priorytet niż pakietom danych.
Tak skonstruowany zbiorczy strumień pakietów, przenoszących jednocześnie głos i
dane, jest transmitowany w kierunku sieci przez łącze szerokopasmowe DSL.
Funkcjonowanie urządzenia IAD, znajdującego się u abonenta sieci, wymaga
zainstalowania po stronie lokalnej centrali telefonicznej bramy głosowej
współpracującej z koncentratorem (multiplekserem) dostępowym DSLAM (DSL
Access Multiplexer) - przetwarzającym głos z danymi, pochodzącymi od wielu
użytkowników sieci.
Multiplekser DSLAM, znajdujący się u operatora sieci i stanowiący zakończenie łączy
xDSL, formuje zbiorczy strumień danych z przekazywanych pakietów i kieruje je do
sieci ATM.
Telefoniczny ruch głosowy przekształcony na konwencjonalne sygnały głosowe jest
kierowany przez bramę do sieci telefonicznych, a dane transmitowane w postaci
pakietowej są trasowane przez router do właściwych miejsc przeznaczenia, zgodnie
z adresem docelowym.
Zwykle są to punkty usług internetowych lub inne sieci korporacyjne LAN, dla których
typowe są stałe lub wirtualne połączenia VPN.
TRANSMISJA GŁOSU I DANYCH
Z WYKORZYSTANIEM IAD – CD
Urządzenia IAD zwykle wspierają różnorodne usługi ATM, w tym obsługę
połączeń ethernetowych oraz IP (zgodnie z rekomendacją RFC1483), a
także pakietowe połączenia międzysieciowe dla Frame Relay.
Poszczególnymi jednostkami dostępowymi można zarządzać lokalnie z
terminalu ASCII lub zdalnie - z możliwością przesyłania informacji
zarządzających wewnątrz pasma komunikacyjnego lub poza nim.
CECHY CHARAKTERYSTYCZNE IAD
możliwość wykorzystania linii dzierżawionych do przesyłania danych z dużą
szybkością
integrowanie pakietowej transmisji głosowej z transmisją danych (dostęp do
Internetu, połączenie zdalnych sieci LAN, inne) - przy stosunkowo niskich
kosztach eksploatacji
uniwersalność - prawie dowolne ich konfigurowanie wraz z dostosowaniem
urządzeń dostępowych do specyficznych warunków pracy lokalnej.
możliwość skalowania pasma transmisji dla poszczególnych usług
realizowanych w czasie rzeczywistym, z uwzględnieniem bieżącego trafiku
w sieci tak, aby transmisje te przebiegały bez zakłóceń
pakietowa technologia transmisji pozwala bowiem na dynamiczne
wykorzystanie dostępnego pasma, a jakość usług jest zagwarantowana
(QoS) dzięki nadawaniu pakietom priorytetów (najwyższy dla głosu).
IAD są dostosowane do transmisji głosu i danych przez sieć ATM, lecz także
potrafią one umieszczać dane IP w komórkach ATM dla szerokopasmowej
transmisji xDSL, wspierając w ten sposób funkcje trasowania i zarządzania
adresami IP w sieci.
CECHY CHARAKTERYSTYCZNE IAD
Rynek usług xDSL, zintegrowanych w pętli lokalnej z usługami transmisji
głosu (VoDSL), jest ukierunkowany na obsługę małych i średnich
przedsiębiorstw klasy oraz klientów SOHO (Small Office/Home Office).
Zapewnienie odpowiedniej jakości połączenia głosowego - z
jednoczesnym zachowaniem maksymalnie dostępnego pasma - uzyskuje
się dzięki odpowiedniej elastycznej (dynamicznej) segmentacji ramek.
Za właściwą segmentację ethernetowych ramek danych LAN i
przeplatanie ich ramkami głosowymi odpowiada urządzenie abonenckie
CPE (IAD).
Z kolei jako podstawową technikę integrowania danych i głosu przyjmuje
się kombinację dwóch technologii multipleksowania: multipleksację z
podziałem czasu TDM połączoną z multipleksowaniem statystycznym.
INTEGRACJA USŁUG – SPOJRZENIE OGÓLNE
Bardzo korzystnym ekonomicznie rozwiązaniem w połączeniach długodystansowych
jest możliwość grupowania głosu (voice bundling) w wielousługowych urządzeniach
dostępowych.
Zapewnia to umieszczanie kilku pakietów głosowych w jednym pakiecie sieci WAN,
minimalizując w ten sposób łączną wielkość pola sterującego transmitowanych
pakietów.
Przy grupowaniu tylko pięciu pakietów głosowych uzyskuje się zaoszczędzenie pasma
o ponad 30 proc. w implementacjach IP, a w sieciach pakietowych Frame Relay o
ponad 7 proc. oszczędności w pasmie