|
Retele de
telefonie si retele IP Tehnologia ATM si reteaua ISDN de
banda larga
|
Retele de telefonie si retele IP
Dezvoltarea Internet-ului, cerintele
crescande de integrare a traficului video, audio si de date au
condus piata telecomunicatiilor catre transformari pe care
nici un alt domeniu nu le-a cunoscut vreodata. Provocarile au
aparut cand a devenit obligatorie gasirea unor solutii de
integrare a tehnologiei Internet-ului, bazata pe inteligenta
terminalelor utilizator, cu tehnologiile de telecomunicatii
traditionale in care "inteligenta" e parte componenta a
retelei, iar securitatea, siguranta si asigurarea parametrilor
de calitate doriti sunt functii testate si verificate in timp.
Retelele de telefonie si retelele IP
gestioneaza in mod diferit alocarile de nume, adresarea si
rutarea; astfel, gasirea unei scheme universale care sa
rezolve aceste functii devine o problema de actualitate. Se
stie faptul ca reteaua de telefonie manipuleaza in special
trafic audio si video, pe cand Internet-ul e modelat pentru
traficul de date. Co-existenta celor doua tipuri de retele
este obligatorie, o tehnologie nu trebuie sa o elimine pe
cealalta. Solutia pe termen scurt o reprezinta portile de
legatura. Insa definirea unei platforme comune de servicii ar
putea raspunde necesitatilor de convergenta imediata ale
diferitelor tipuri de retele si ar uniformiza intr-o oarecare
masura lumea atat de eterogena a telecomunicatiilor.
Serviciile definite in sistemele PSTN
(CUG - Closed User
Group, CLIP/CLIR - Calling Line
Identification Presentation and Restriction) sunt destul
de greu de implementat si de gestionat intr-o retea,
strategiile de dezvoltare ramanand aceleasi: extinderea
serviciilor cu pastrarea platformelor de retea existente.
Totusi, pentru a se putea face fata cu usurinta cresterilor
explozive ale serviciilor, in afara retelelor au fost plasate
servicii
inteligente si a fost definita notiunea de retea inteligenta ( IN -
Intelligent Network ), solutia fiind dezvoltata in ciuda
complexitatii noilor protocoale INAP (IN Application
Protocol).
Aparitia serviciilor VoIP (voice-over-IP) a
determinat implementarea portilor si a controlerelor
multipoint specifice intr-o infrastructura de retea fara
conexiuni, accesata de majoritatea utilizatorilor prin
intermediul sistemelor PSTN. VoIP a atras dupa sine definirea
unei serii de protocoale (H.323, H.248/Media Gateway
Control - Megaco, Session Initiation Protocol - SIP) care
sa faca viabila interactiunea tehnologiilor IP, PSTN si
IN.
Principiile si arhitectura TINA
Consortiul TINA (TINA-C) a fost creat
in 1993 prin aderarea a peste 40 de operatori de
telecomunicatii, producatori de calculatoare si de echipamente
de telecomunicatii. In cadrul manifestarilor Telecom 95, TINA-C a
enuntat principiile arhitecturii propuse, sincronizandu-si
ulterior activitatea cu organizatii precum ITU-T (International
Telecommunication Union - Telecommunication Standardization
Sector), ATMF (ATM
Forum), OMG (Object
Management Group), DAVIC (Digital Audio-Visual
Council). La sfarsitul anului 1997 a fost furnizat un set
de specificatii si s-au continuat cercetarile in vederea
integrarii concrete a tehnologiei pe piata. Dupa numai un an,
TINA-C a demonstrat in mod real capabilitatile arhitecturii si
a mentinut dezvoltarea suportului pentru noile standarde
aparute.
TINA inglobeaza toate functiile de
control si de management intr-o arhitectura software unitara
si separa logic ultimul nivel al aplicatiilor (software-ul
care implementeaza capabilitatile furnizate de sistem) de
infrastructura DPE (Distributed Processing
Environment - software-ul ce suporta executia distribuita
a aplicatiilor de telecomunicatii), eliminand necesitatea
comunicarii directe dintre cele doua entitati. Prin aceasta
izolare a aspectelor legate de controlul si de managementul
sistemului fata de evolutiile si schimbarile extrem de
dinamice ale tehnologiilor, se incearca furnizarea serviciilor
multimedia avansate, adaugarea si manipularea noilor servicii
intr-un mod cat mai facil si crearea unei piete deschise
pentru dezvoltarea componentelor software in domeniul
telecomunicatiilor.
TINA este modelata intr-un singur
cadru DPE, aplicandu-se tuturor sistemelor informationale si
de telecomunicatii (routere, switch-uri, terminale, servere
Web, servere de management). Astfel, functiile de control si
de management sunt plasate dinamic in retea, nefiind necesare
sisteme dedicate acestui scop. TINA nu ascunde un echipament
CEP (Customer Premise
Equipment) in spatele unei interfete traditionale UNI (User Network
Interface).
Asigurarea portabilitatii si a
reutilizarii componentelor software, crearea unei independente
fata de tehnologiile specifice si distribuirea uniforma a
gestionarii sistemelor complexe intre consumatorii si
furnizorii de servicii, au la baza patru principii formulate
de TINA-C:
1.
Planul si analiza orientata-obiect
desfac sistemul intr-un set de modele de complexitate redusa
care interactioneaza intre ele:
·
Business
Model: descrie partile implicate
in furnizarea serviciilor; rolul fiecarei parti este definit
de catre interfetele incluse in cadrul punctelor de referinta
(Reference Points) - TINA
specifica punctele de referinta ca standarde ce trebuie
respectate in vederea asigurarii interoperabilitatii
sistemelor TINA; mai mult, sistemele TINA trebuie sa fie
capabile sa interactioneze cu sistemele non-TINA la orice
nivel al retelei sau al serviciului.
·
Information Model:
descrie entitatile purtatoare de informatie, relatiile dintre
ele, precum si regulile care guverneaza comportamentul lor.
·
Computational Model:
descrie, cu ajutorul limbajului Object Definition
Language, obiectele computationale si legaturile dintre
ele.
2.
Distributia componentelor software de servicii de-a lungul retelei cu scopul adaptarii
caracteristicilor de trafic, a incarcarii retelei si a
cererilor clientilor.
3.
Decuplarea componentelor software astfel incat schimbarile aparute in interiorul unei
componente (modificari de programe, de standarde, de retele,
de materiale) sa nu afecteze celelalte componente.
4. Introducerea unor concepte complexe
in protocoalele de baza creeaza de multe ori probleme, solutia
imediata fiind separarea participarii
partilor din sistem (Figura Principiul separarii
participarii):
·
separarea
aplicatiilor de mediul DPE pe care ruleaza; asa cum serviciul
este independent de retea, aceeasi "inteligenta" de serviciu
poate fi utilizata atat intr-o retea PSTN, cat si intr-o retea
IP.
·
separarea
aplicatiilor intr-o parte specifica serviciului si o parte
generica de control si de management; se realizeaza o
diferentiere clara intre accesul utilizatorilor la servicii si
utilizarea curenta a serviciului.
Principiul separarii imparte TINA in trei
sub-arhitecturi:
1.
Arhitectura de calcul
defineste DPE-ul si conceptele de modelare (Figura Arhitectura
de calcul TINA). Functiile
2.
DPE-ului, prin ascunderea distributiei sale, furnizeaza
aplicatiilor descrise in modelul computational un sistem unic
de executie. Obiectele din aplicatii interactioneaza intre ele
prin intermediul unui DPE fara sa tina cont de detaliile
mediului de comunicatie si de calcul, mediu numit NCCE (Native Computing
Communications Environment). DPE-ul este bazat pe
tehnologii OMG precum CORBA (Common Object Request
Broker Architecture). Desi aplicatiile si DPE-ul sunt
construite ca obiecte ce pot interactiona, pentru
implementarea lor nu este obligatorie folosirea limbajelor de
programare orientate-obiect. Serviciile DPE sunt distribuite
de-a lungul nodurilor prin intermediul retelei logice KTN (Kernel Transport
Network). Totalitatea DPE-urilor formeaza o suprafata DPE.
2.
Arhitectura de serviciu defineste
un set de principii necesare furnizarii serviciilor.
Serviciile TINA includ: servicii de telecomunicatii
(responsabile pentru stabilirea conexiunii si procesarea
informatiilor la nivelul conexiunilor), servicii de management
(responsabile pentru managementul resurselor TINA) si servicii
de informatii (trateaza informatia de tip video, audio, date).
Conceptul de sesiune,
aparut ca urmare a faptului ca s-a considerat prea rigida
definirea data de ITU-T apelului, ofera o viziune coerenta
asupra evenimentelor si a legaturilor dintre evenimente pe
durata furnizarii unui anumit tip de serviciu. In functie de
tipul activitatii, exista sesiune de acces
(termenii si conditiile sesiunii in timpul conectarii
utilizatorului la sistem; utilizatorul poate initia o sesiune,
poate combina sesiunile si poate beneficia de mai multe
servicii; in plus, sesiunea de acces permite centralizarea
functiilor de autentificare, autorizare si contorizare,
implementeaza conceptul prezentei asa cum
este el definit in protocolul IM/IP (Instant Messaging and
Presence Protocol) si face posibila identificarea
utilizatorilor aflati intr-o retea de telefonie mobila), sesiune de serviciu
(furnizarea serviciului insusi si asigurarea coerentei
functiilor de control si de management; un furnizor extern de
servicii poate fi contactat doar prin mecanismul sesiunii de
acces a operatorului de retea), sesiune de
comunicatii (serviciile logice si functiile care permit
utilizatorului sa se alature unei sesiuni). Sesiunile sunt
administrate de servere puternice care controleaza baze de
date foarte mari. Un exemplu al acestui model il reprezinta
protocolul SIP, capabil sa stabileasca si sa intrerupa
sesiunile de comunicatie. In cadrul arhitecturii de serviciu,
obiectele sunt impartite in obiecte generice (comune tuturor
serviciilor) si in obiecte specifice serviciului (servicii
logice, de management, etc.).
3.
Arhitectura de retea descrie un
model generic, independent de tehnologie, pentru setarea
conexiunilor si gestionarea retelelor de telecomunicatii,
avand trei straturi:
·
Communication Session:
furnizeaza o interfata independenta de serviciu pentru
gestionarea comunicatiei end-to-end intr-un mod abstract.
·
Connectivity Session:
abstractizeaza toate diferentele tehnologice ale retelelor si
furnizeaza o interfata independenta de tehnologie pentru
nivelul Communication Session cu scopul interconectarii
punctelor terminale.
·
Network: generalizeaza
intr-un mod abstract orice tehnologie specifica de retea
(setarea si managementul conexiunii).
Pe de alta parte, putem identifica in
Figura Arhitectura de calcul TINA patru nivele:
·
Hardware: memorii,
procesoare, echipamente de comunicatii.
·
Software: sistemul de
operare si suportul software din cadrul resurselor de calcul.
NCCE, prezent la acest nivel, cuprinde nodurile de calcul
interconectate care la randul lor pot suporta tehnologii
diferite.
·
DPE: suportul pentru
executia distribuita a aplicatiilor de telecomunicatii, pentru
localizarea obiectelor si interactiunea lor de la distanta.
·
Aplicatiile de telecomunicatii: capabilitatile furnizate de catre sistem.
Retelele de transport ofera resurse de comutare si de
transmisie care pot fi controlate de catre software in acest
nivel. Comunicatia intre software-ul de aplicatii si
software-ul non-TINA nu e definita in specificatii.
Implementarea unui NCCE depinde de
specificul fiecarui nod. Capabilitatile care apar intr-un NCCE
si care nu sunt prezente intr-un anumit nod trebuie furnizate
nodului respectiv de catre DPE. Exista noduri DPE si noduri
non-DPE. Ultima categorie nu contine functii de procesare
si/sau contine functii care nu sunt disponibile in software-ul
DPE. Este posibil, totusi, ca o aplicatie TINA sa ruleze pe un
nod non-DPE, insa acesta trebuie sa suporte interactiunea cu
nodurile DPE.
Solutii TINA pentru telefonia mobila
si retelele IP
Datorita principiilor separarii, este
posibila interactiunea dintre un telefon celular si o
platforma TINA. Prima solutie o constituie folosirea unui
mecanism capabil sa transporte mesajul specific aplicatiei.
Acest mecanism se bazeaza pe protocolul WAP (Wireless Application Protocol) si pe
serviciile GPRS (General Packet Radio
Service). In ambele cazuri, aplicatia din telefonul
celular trebuie sa contina suficienta "inteligenta" ca sa
poata interpreta mesajele. O alta solutie o reprezinta
arhitectura OSA (Open
Service Architecture), propusa
prin proiectul 3GPP (3rd Generation Partnership Project), care
permite intr-o oarecare masura comunicarea dintre un client
3GPP-OSA cu un serviciu TINA sau TSAS (Telecommunications Service
Access and Subscription).
Adaugarea unor capabilitati in
retelele IP se realizeaza prin intermediul serviciilor
suplimentare sau cu ajutorul unei platforme de servicii
unificate precum TINA. Aceasta platforma va trimite o cerere
de conectare catre o platforma separata de management a
resurselor care face posibila co-existenta si interactiunea
diferitelor tehnologii de comunicatii. In acelasi timp,
platforma de management va raspunde tuturor solicitarilor din
partea platformei de servicii.
Tehnologia
ATM si reteaua ISDN de banda larga
In
prezent, in lume exista diverse tipuri de retele de
comunicatii (telefonie, telex, transmisii de date, televiziune
prin cablu etc.), fiecare avand propria tehnologie, mijloace
de transmisie si oferind servicii specifice.
In viitor se
preconizeaza integrarea tuturor retelelor specializate prin
apariti unei singure retele care va permite transmiterea
tuturor tipurilor de informatie indiferent de viteza, largime
de banda si serviciile oferite, fiind, de asemenea, posibila
si aparitia unei mari varietati de servicii noi, potrivit cu
cerintele utilizatorilor.
Aceasta retea este B-ISDN
(Broadband Integrated Servicies Digital Network), reteaua
digitala cu servicii integrate de banda larga si ea va oferi
transport de voce si date de mare viteza, TV in direct cu
numeroase surse (videoconferinta), video la cerere, muzica la
calitatea CD-urilor, posta electronica multimedia, navigare
prin Web cu un transfer al fisierelor in fundal, instruire si
asistenta de la distanta (telescoala, telemedicina,
televotare, telemarketing etc.), conectare LAN/MAN/WAN de mare
viteza, precum si numeroase servicii, dintre care unele nu au
fost imaginate inca.
Suportul fizic al retelei B-ISDN,
complet digitale, il constituie: cablurile coaxiale, fibrele
optice, radio-retelele digitale, microundele si
satelitii.
B-ISDN reprezinta o paradigma a schimbarii,
corespunzatoare cerintelor actuale, reprezentand un pas spre
era digitala.
B-ISDN se bazeaza pe tehnologia ATM (Modul de
Transfer Asincron), tehnologie numita astfel deoarece
receptionarea si retransimiterea celulelor de catre
comutatoarele ATM nu este sincrona (legata de un ceas master
asa cum este in cazul ierarhiei digitale SONET/SDH).
ATM
utilizeaza circuitele digitale virtuale pentru transportul
pachetelor de date de dimensiune fixa (numite celule) de la
sursa la destinatie, cu viteze de 155,52 Mbps si 622 Mbps, cu
posibilitate ulterioara de a atinge viteze de ordinul
Gbps.
Beneficiile aduse de folosirea ATM sunt
importante:
- cresterea lungimii de banda de circa 500 de
ori fata de ISDN banda ingusta;
- flexibilitatea in
gestionarea de servicii noi, cu caracteristici
necunoscute;
- simplitate in comutarea celulelor, in
comparatie cu multiplexarea/demultiplexarea de circuite;
-
usurinta de a trata la fel de bine, atat trafic cu viteza
constanta (audio, video), cat si trafic cu viteza variabila
(date);
- asigurarea difuzarii simultane a informatiei
catre mai multi utilizatori;
- alocarea flexibila a
largimii de banda, conform cerintelor utilizatorilor;
-
existenta unui numar mai mic de interfete standard in retea
pentru asigurarea unor servicii diverse;
- proceduri de
realizare a conexiunilor bine definite prin standarde
internationale;
- operarea cu celule ATM de format fix
contribuie la simplificarea hardware-ului din comutatoare si
evita problemele complexe pe care le ridica o sincronizare de
mare performanta.
Realizarea B-ISDN ridica insa o serie de
probleme deosebite.
- In primul rand, utilizarea unei
tehnologii cu comutare de celule reprezinta o uriasa ruptura
cu traditia comutarii de circuite, pe care se bazeaza atat
PSTN, cat si ISDN de banda ingusta. Mai mult decat atat,
B-ISDN nu poate folosi infrastructura existenta, bazata pe
cabluri de cupru, in care s-au facut investitii uriase.
Trecerea completa la B-ISDN presupune eliminarea totala a
cablurilor de cupru si inlocuirea lor cu cabluri de fibra
optica, mai scumpe.
- Pentru comutarea de celule ATM nu mai
pot fi folosite comutatoarele cu diviziune in spatiu sau
comutatoarele cu diviziune in timp, utilizate pentru comutarea
de circuite sau pachete, fiind necesara inlocuirea acestora cu
comutatoare ATM care lucreaza la viteze si largimi de banda
mult mai mari.
Pot fi pastrate trunchiurile de fibra optica
interzonale apartinad actualelor companii de telecomunicatii
si cablurile coaxiale ale companiilor de televiziune prin
cablu, care doresc sa asigure servicii video la cerere.
Din
cele aratate mai sus se desprinde concluzia ca atat reteaua
PSTN, cat si ISDN vor exista o perioada de timp (posibil intre
10 - 20 de ani), insa, cu siguranta, viitorul apartine
B-ISDN-ului si tehnologiilor de banda larga (ATM,
SDH).
Comutarea
celulelor ATM
Serviciul
de baza asigurat de B-ISDN, comutarea (retransmiterea) de
celule ATM, este un compromis intre comutarea pura de circuite
si comutarea pura de pachete, insa ATM poate sa emuleze cu
succes aceste moduri.
Secretul acestei
performante este viteza mare de transmisie.
Serviciile ATM
sunt orientate pe conexiune, modelul functional fiind similar
cu cel al unei retele de tevi de canalizare. In esenta, o
conexiune lucreaza ca o teava: la emisie se introduc
informatiile (liniare) la un capat, iar receptorul le
primeste, in aceeasi ordine, la celalalt capat.
Realizarea
unui apel telefonic presupune mai intai trimiterea unui mesaj
pentru stabilirea, pe baza de negociere, a unei conexiuni
(calea de comunicatie) pe care vor circula toate celulele
urmatoare. Odata stabilizata aceasta cale, toate celulele care
apartin apelului respectiv vor circula in aceeasi ordine in
care au fost transmise.
Conexiunile din retele ATM sunt de
doua tipuri:
- circuite virtuale permanente, analog
circuitelor comutate permanente, sunt circuite inchiriate,
stabilite in avans, pe
o
durata prestabilita de timp.
- circuite virtuale comutate,
similare apelurilor telefonice din retelele telefonice din
reteaua comutata, sunt circuite stabilite ad-hoc, in mod
dinamic, in momentul inceperii apelului si sunt eliberate
imediat dupa terminarea apelului.
Circuitele virtuale
stabilite sunt memorate ca parte componenta a parametrilor
conexiunii intre sursa si destinatie, pe baza acestei
informatii, precum si a campurilor din antetul celulei, se
face dirijarea corecta a celulelor ATM pe liniile de iesire
din comutator (router).
Trebuie amintit faptul ca fiecarui
apel i se cere sa specifice cand termina de folosit un circuit
virtual, astfel incat acest circuit sa poata fi sters din
tabelul router-ului pentru a nu incarca inutil memoria de
lucru.
In retelele publice B-ISDN, motivatia este alta:
utilizatorii platesc atat timpul de conectare, cat si volumul
datelor transmise. In plus, trebuie luate unele masuri de
precautie pentru a rezolva situatiile in care comutatoarele
termina circuitele virtuale in mod fortat, din cauze diverse
(defectiuni, congestie), in loc sa le elibereze in mod
politicos cand au terminat.
Structura
celulelor ATM
In
telefonia comutata clasica POTS (Plain Old Telephone System)
putem considera ca se "comuta pachete de informatie" cu durata
variabila (durata fiecarui apel). In acest caz avem de-a face
cu un circuit fizic mentinut cap-la-cap pe toata durata
apelului. Modul de comutatie utilizat este modul circuit, care
are dezavantajul unei slabe utilizari a resurselor.
In
cazul transmisiei de date cea mai potrivita alegere este
comutatia pe pachete, realizata prin segmentarea fluxului de
date in pachete de anumite dimensiuni si transmiterea
secventiala a lor.
In cazul ATM, se pune intrebarea: cum
trebuie transmisa in mod optim informatia pentru a beneficia
de eficienta comutatiei in modul pachet, dar si de calitatile
notabile oferite de modul circuit, mod de transmisie ce nu
necesita sincronizare.
Raspunsul se afla in proiectarea
pachetului de date, a carui marime depinde de lungimea
traseului de strabatut. Cu cat este mai lung, cu atat creste
intarzierea de propagare.
In Europa, cercetatorii au ajuns
la concluzia ca pachetele de date, numite acum celule, trebuie
sa aiba lungimea (fixa) de 32 octeti.
In Statele Unite si
Australia, tari cu o intindere mai mare, unde timpul de
propagare este considerabil, lungimea optima pentru celule
este de 64 octeti.
De aceea a fost aleasa o solutie de
compromis: s-a stabilit ca lungimea campului de informatie sa
fie egal cu media aritmetica a celor doua lungimi, adica
32+64=98/2=48 octeti. In plus, celula ATM are un antet de 5
octeti (40 biti) care au urmatoarea semnificatie:
- campul
GFC (General Flow Control) - controlul general al fluxului.
GFC are 4 biti si este prezent numai in celulele transmise
intre o gazda si o retea. El este rescris de primul comutator
la care ajunge, deci nu are semnificatie in comunicatia
cap-la-cap;
- campul VPI (Virtual Path Identifier) -
identificatorul caii virtuale. VPI este un intreg de 8 biti
(un octet) care selecteaza o anumita cale virtuala;
-
campul VCI (Virtual Chanel Identifier) - identificatorul de
canal virtual. VCI are 2 octeti si selecteaza un anumit
circuit virtual in cadrul caii virtuale alese.
Deoarece
campul VPI are 8 biti si VCI are 16 biti, teoretic, o gazda
poate avea pana la 256 de grupuri de circuite virtuale,
fiecare continand pana la 65 536 circuite virtuale. De fapt,
unele circuite sunt rezervate pentru functii de control, cum
ar fi stabilirea de circuite virtuale.
- campul PTI
(Payload Type) - tipul incarcarii utile. PTI defineste tipul
de informatie utila pe care o contine celula ATM:
--
informatia furnizata de utilizator
-- informatia furnizata
de retea (pentru intretinere, administrare, controlul
congestiei)
-- bitul CLP (Cell Loss Priority) - Prioritatea
de eliminare a celulelor. Acest bit este folosit pentru a
diferentia traficul de prioriate mare fata de cel de
prioritate mica. Daca apare congestie, comutatoarele vor
elimina celulele cu prioritate mica;
- campul HEC (Header
Error Check) - suma de control a header-ului. Acest camp este
folosit pentru corectarea erorilor mono-bit si detectarea
erorilor multibit din antet.
Cei 5 octeti din antet sunt
urmati de 48 de octeti de informatie utila care pot sa contina
insa diferite antete si incheieri adaugate de protocoalele
stratului AAL (ATM Adaptation Layer).
Concluzii
Desi nu se doreste a fi o solutie
globala unica in domeniul telecomunicatiilor, TINA reprezinta
o arhitectura viabila pe care se pot construi noi servicii.
Functiile prezentate nu rezolva doar implementarea facila a
serviciilor, ci si interoperabilitatea sistemelor provenite de
la diferiti producatori in cadrul retelelor IP si de
telefonie.
Referinte:
1.
"TINA, A
Cooperative Solution for a Competitive World", Prentice Hall
Europe, 1999
2.
M. Mampaey,
"TINA for Services and Advanced Signaling and Control in
Next-Generation Networks", IEEE Communications Magazine,
October 2000, Vol. 38, No. 10
3.
M. Mampaey,
A. Couturier, "Using TINA Concepts for IN Evolution", IEEE
Communications Magazine, June 2000, Vol. 34, No. 6
4.
C. Abarca,
P. Farley, J. Forslow, J. C. Garcia, T. Hamada, P. F. Hansen,
S. Hogg, H. Kamata, L. Kristiansen, C. A. Licciardi, H.
Mulder, E. Utsunomiya, M. Yates, "TINA Service Architecture",
Version 5.0, June 1997, http://www.tinac.com
|
Site Navigation