Принципы информационного обмена и синхронизация в ATM

В соответствии с концепцией ШЦСИО ATM основывается на двух типах ячеек: пользовательских, то есть ячеек, информационное поле которых содержит фрагмент сообщения пользователя, и служебных, не переносящих пользовательскую информацию.

Рис. 32.7. Схема формирования последовательности ячеек ATM,

синхронизируемой непериодически (а), периодически (б)

и комбинированно (в)

Наличие ячеек второго типа является необязательным. Их основная функция — определение границ информационных ячеек — по целям аналогична синхронизации кадров в пакетном режиме доставки и может быть выполнена иными способами.

В Рекомендации ITU-T I.121 описаны принципы обмена сообщениями между двумя пользователями при организации между ними виртуального канала, которые определяют основу функционирования ШЦСИО. Схема формирования последовательности ячеек представлена на рис. 32.7 и включает:

- ООД передает цифровой сигнал, синхронизованный местными часами в канале связи;

- сборщик пакетов буферирует этот сигнал, чтобы сгладить пиковые нагрузки и образовать стандартный информационный блок — ячейку;

- ячейка считывается под управлением сетевых часов, и её структура соответствует требованиям сети;

- ячейки, поступающие от различных комплектов ООД, объединяются в канале связи, образуя групповой сигнал, и коммутируются в узлах сети;

- в точке приема ячейки буферируются для компенсации различия задержек распространения;

- разборщик пакетов восстанавливает переданный сигнал, который считывается оконечным оборудованием данных в пункте приема под управлением местных часов.

Ячейки, передаваемые по каналу связи ШЦСИО, который является синхронным символьным трактом, следуют без специальных разделителей. Начало каждой определяется временным положением ее первого символа в цифровом потоке. Для выделения отдельных ячеек из общего потока их необходимо синхронизировать. Как правило, синхронизация выполняется с помощью синхронизирующей последовательности (СП) двоичных символов, размещение которой в передаваемом сигнале определяется двумя подходами: непериодическое размещение (рис. 32.7,а), когда интервалы следования СП различны, и периодическое (рис. 32.7,б), когда СП следуют через равные интервалы времени.

Статистическое машинное моделирование работы мультиплексора ячеек показывает, что его средняя загруженность никогда не бывает равной 100% и обычно не превышает 85%. Это позволяет реализовать первый подход следующим образом: СП вставляется в цифровой поток в тот временной интервал, когда буфер мультиплексора пуст и информационная ячейка не передается. Если же поток информационных ячеек становится слишком длинным, что определяется используемой аппаратурой канала связи, то СП вставляется директивно. Очевидно, такой подход практически не вносит дополнительной задержки, что существенно для ШЦСИО и обусловливает его применение.

Рис. 32.8. Зависимость требуемого интервала следования синхронизирующей

последовательности от ее длины при различных значениях вероятности удержания

синхронизма: 1 — Р_с=0,99; 2 — Р_с=0,95; 3 — Р_с=0,90; 4 — Р_с=0,5

Принцип синхронизации ячеек при их приеме заключается в следующем: каждый раз, когда обнаруживается СП (по методу сопоставления с образцом), счетчик обнуляется и ведет счет до тех пор, пока не поступит следующая СП. Алгоритмы синхронизации при этом базируются на двух операциях:

§ обнаружение двух последовательно следующих СП;

§ оценка расстояния между ними, которое должно быть кратным длине ячейки.

При периодическом размещении СП вставляется в передаваемый сигнал через равные промежутки времени.

Если второй подход уменьшает требуемое время на обработку в узле сети, то первый сокращает временные затраты на выравнивание ячеек при сбоях в канале связи. Поэтому предпочтительнее комбинировать оба подхода (рис. 32.7,в).

На рис. 32.8 представлена зависимость требуемого интервала следования СП от ее длины при различных вероятностях удержания синхронизма для следующих условий: загрузка сети информационными ячейками — 70%, длина ячейки — 72 октета, максимальный интервал следования синхропоследовательностей — 33 ячейки. Видно, что для P = 0,95 увеличение длины СП более 16...18 двоичных символов не приводит к уменьшению требуемого интервала синхронизации, а следовательно, и не является необходимым. Однако такое уменьшение длины повышает вероятность имитации СП, поэтому необходимо определять значение ее длины с учетом обоих факторов. Возможно применение для синхронизации и уникальных последовательностей (например, некоторые последовательности Баркера), что позволит еще более сократить их длину без ухудшения качества процесса синхронизации. Но это потребует введения дополнительного преобразования ячеек, в частности кодирования со вставкой символов, что усложнит процесс обработки в узлах сети и увеличит задержку доставки сообщений.

Поскольку алгоритмы синхронизации базируются на оценке расстояния между двумя СП, то в канале связи ШЦСИО должны предъявляться жесткие требования к качеству тактовой синхронизации, поскольку любой ее сбой может привести к потере информационных ячеек. Для решения этой проблемы можно использовать скремблирование. При этом скремблируется весь передаваемый сигнал, за исключением участка, содержащего СП и указатель, выполняющий функцию установки скремблера/дескреблера. На рис. 32.7,а,б,в стрелками показаны моменты установки и сброса скремблера для случая, когда длина СП совпадает с длиной ячейки.

Для улучшения качества восстановления тактовой синхронизации широкополосной сети помимо скремблирования рассматривалось использование канального кодирования. Однако этот подход часто связан с необходимостью расширения используемой полосы частот, что затрудняет его применение в ШЦСИО.