TDMoIP - TDMoIP
 | tento článek ne uvést žádný Zdroje. (Října 2014) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) |
v počítačové sítě a telekomunikace, TDM přes IP (TDMoIP) je emulace multiplexování s časovým dělením (TDM) nad a paketová komutovaná síť (PSN). TDM označuje a T1, E1, T3 nebo E3 signálu, zatímco PSN je založen buď na IP nebo MPLS nebo na syrové Ethernet. Příbuznou technologií je emulace obvodu, která umožňuje transport TDM provozu přes buňky (bankomat ) sítě.
TDMoIP je typ pseudodrát (PW). Na rozdíl od jiných typů provozu, které lze přenášet přes pseudodráty (např. Rámové relé a Ethernet ), TDM je bitový tok v reálném čase, což vede k TDMoIP s jedinečnými vlastnostmi. Kromě toho mají konvenční sítě TDM řadu speciálních funkcí, zejména těch, které jsou vyžadovány pro přenos hlasových telefonních kanálů. Tyto funkce znamenají signalizační systémy, které podporují širokou škálu telefonních funkcí, bohatou standardizační literaturu a dobře vyvinuté mechanismy provozu a správy (OAM). Všechny tyto faktory je třeba vzít v úvahu při emulaci TDM přes PSN.
Jedním z kritických problémů při implementaci TDM PW je obnova hodin. V nativních sítích TDM nese fyzická vrstva spolu s daty TDM vysoce přesné informace o časování, ale při emulaci TDM přes PSN tato synchronizace chybí. Standardy časování TDM mohou být náročné a shoda s nimi může vyžadovat inovativní mechanismy pro adaptivní reprodukci časování TDM.
Dalším problémem, který je třeba řešit, je TDMoIP maskování ztráty paketů (PLC). Jelikož jsou data TDM doručována konstantní rychlostí přes vyhrazený kanál, může mít nativní služba bitové chyby, ale data se při přenosu nikdy neztratí. Všechny sítě PSN do určité míry trpí ztrátou paketů, což je nutné kompenzovat při doručování TDM přes síť PSN.
V prosinci 2007 byl TDMoIP schválen jako IETF RFC 5087 autory Dr. Yaakov Stein, Ronen Shashua, Ron Insler a Motti Anavi z Datová komunikace RAD.
Pozadí
Poskytovatelé komunikačních služeb a zákazníci z řad podniků se zajímají o nasazení hlasových služeb a služeb pronajatých linek přes efektivní infrastrukturu Ethernet, IP a MPLS. Zatímco Voice over IP (VoIP) dospívá, jeho nasazení vyžaduje investice do nové síťové infrastruktury a vybavení zákaznických prostor (CPE). TDMoIP představuje migrační cestu, při níž lze k přenosu použít moderní sítě s přepojováním paketů, přičemž zařízení koncového uživatele není nutné okamžitě vyměňovat.
TDMoIP byl poprvé vyvinut v roce 1998 společností Datová komunikace RAD (viz americký patent č. 6 731 649) a poprvé nasazen ve Švédsku v roce 1999 společností Utfors (později získaný společností Telenor ). Společnost Utfors použila produkt TDMoIP první generace (známý jako IPmux-4) k poskytování sdružených služeb včetně soukromých linek TDM, pronajatých linek TDM a různých služeb IP a Ethernet. V roce 2001 IETF nastavit Pracovní skupina PWE3, který byl pověřen vývojem architektury pro pseudodráty od okraje k okraji a vytvořením specifikací pro různé služby, včetně TDM. Další fóra pro normalizaci, včetně fóra ITU a MPLS - Frame Relay Alliance, jsou rovněž aktivní při vytváření standardů a implementačních dohod pro pseudodráty.
Zpracování struktury TDM
Ačkoli lze TDM použít k přenosu libovolných bitových toků rychlostí definovanou v G.702, existují standardizované metody přenosu bitových toků ve větších jednotkách, z nichž každá obsahuje stejný počet bitů, tzv. rámy. TDM rámování uzamkne snímkovou frekvenci na vzorkovací frekvenci hlasového provozu, takže vždy existuje 8000 snímků za sekundu; rámec T1 se skládá ze 193 bitů a rámec E1 o 256 bitech.
Na rozdíl od neframovaných TDM, pro které jsou všechny bity k dispozici pro užitečné zatížení, rámovaný TDM vyžaduje vyhrazení určitého počtu bitů na snímek pro synchronizaci a možná i různé další funkce (např. 1 bit na snímek T1, 8 bitů na snímek E1). Zarámovaný TDM se často používá k multiplexování více hlasových kanálů, z nichž každý se skládá z 8 000 8bitových vzorků za sekundu v posloupnosti časových slotů opakujících se v každém rámci. Když je to hotové, máme „kanálovaný TDM“ a je třeba zavést další strukturu.
Za účelem efektivního přenosu pomalu se měnících signálních bitů asociovaných s kanálem jsou definovány struktury druhého řádu známé jako vícerámce nebo superrámce. Například pro kmeny E1 se signalizační bity CAS aktualizují jednou na vícerámcový 16 rámců (každé 2 milisekundy), zatímco pro kmeny T1 ESF je superrámcem 24 rámců (3 milisekundy). Jiné typy struktur druhého řádu jsou také běžně používány. v GSM buněčné sítě, kanál Abis, který spojuje základnovou stanici s přijímačem (BTS) a základnovou stanicí (BSC), je spojením E1 s několika alternativami rámování, přičemž všechny mají základní dobu trvání superrámce 20 milisekund.
Termín „strukturovaný TDM“ se používá k označení TDM s jakoukoli úrovní struktury, včetně „zarámovaných TDM“ a „kanálovaných TDM“.
Transport TDMoIP se označuje jako „strukturovaný-agnostický“, když je TDM nezarámovaný, nebo když je zarámovaný nebo dokonce kanálovaný, ale rámcová a kanálová struktura je transportními mechanismy zcela ignorována. V takových případech musí být veškerá strukturální režie transparentně transportována spolu s daty užitečného zatížení a použitá metoda zapouzdření neposkytuje žádné mechanismy pro její umístění nebo využití. Transport TDM s vědomím struktury může explicitně zabezpečit strukturu TDM třemi koncepčně odlišnými způsoby, které budeme nazývat uzamčení struktury, indikace struktury a opětovné sestavení struktury.
Blokování struktury zajišťuje, že pakety se skládají z celých struktur TDM nebo jejich násobků / zlomků. Indikace struktury umožňuje paketům obsahovat libovolné fragmenty základních struktur, ale používá ukazatele k označení, kde začíná následující struktura. Při opětovné montáži struktury mohou být složky TDM struktur extrahovány a reorganizovány při vstupu a původní struktura je znovu sestavena z přijatých složek při výstupu.
TDMoIP formát
TDMoIP funguje segmentováním, přizpůsobením a zapouzdřením provozu TDM při vstupu PSN a prováděním inverzních operací při výstupu PSN. Přizpůsobení označuje mechanismy, které mění užitečné zatížení tak, aby umožnilo jeho správné obnovení na výstupu PSN. Použitím správné adaptace lze obnovit signalizaci a načasování TDM a lze přizpůsobit určité množství ztráty paketů. Zapouzdření znamená umístění upraveného užitečného zatížení do paketů ve formátu požadovaném základní technologií PSN. V případě MPLS obsahuje doporučení ITU-T Y.1413 kompletní popis formátu paketu.
Ve všech případech paket TDMoIP začíná záhlavími PSN. Jedná se o standardní hlavičky používané technologií PSN, např. 20bajtová hlavička UDP / IP nebo sada štítků MPLS. Po těchto záhlavích následuje „štítek PW“, čtyřbajtový štítek podobný MPLS, který slouží k demultiplexování různých TDM PW. Po záhlaví PSN přichází čtyřbajtové TDMoIP „kontrolní slovo“. Řídicí slovo obsahuje 16bitové pořadové číslo paketu (potřebné k detekci opětovného řazení paketů a ztráty paketů), délku užitečného zatížení a příznaky označující podmínky vady.
Po řídicím slovu přijde užitečné zatížení TDMoIP. Pro strukturně-agnostický transport (SAToP) je to jednoduše předem stanovený počet TDM oktetů, zatímco pro formát uzamčený strukturou je užitečné zatížení celé číslo rámců TDM. Pro indikaci struktury a opětovné sestavení struktury TDMoIP čerpá z osvědčených adaptačních mechanismů původně vyvinutých pro ATM. Vedlejší výhodou této volby typů užitečného zatížení je zjednodušená spolupráce se službami emulace obvodu přenášenými přes sítě ATM. Pro staticky přidělené TDM odkazy s konstantní bitovou rychlostí (CBR) využívá TDMoIP adaptační vrstvu ATM 1 (AAL1). Tento mechanismus, definovaný ve standardu ITU-T I.363.1 a specifikaci ATM Forum atm-vtoa-0078, byl vyvinut pro přenášení služeb CBR přes ATM. AAL1 funguje tak, že segmentuje nepřetržitý proud dat TDM do malých 48bajtových buněk a vkládá do nich informace o sekvenování, časování, zotavení po chybě a synchronizaci. TDMoIP umožňuje zřetězení libovolného počtu buněk AAL1 do paketu (všimněte si, že se jedná o buňky AAL1 a nikoli o buňky ATM, tj. Nezahrnují pětibajtovou „daň z buněk“). Povolením více buněk na paket TDMoIP usnadňuje flexibilní kompromisy zpoždění vyrovnávací paměti (které se snižuje s menším počtem buněk na paket) pro účinnost šířky pásma (která se zvyšuje s větším počtem buněk na paket kvůli režii na každý paket). Pro dynamicky přidělené TDM odkazy, ať se rychlost informací mění kvůli aktivaci časových úseků nebo kvůli detekci hlasové aktivity, TDMoIP využívá ATM adaptační vrstvu 2 (AAL2). Tento mechanismus, definovaný ve standardu ITU-T I.363.2, byl vyvinut pro přenášení služeb s proměnlivou bitovou rychlostí (VBR) přes ATM. AAL2 pracuje tak, že každý časový slot TDM ukládá do krátkých minibuněk, vkládá identifikátor časového úseku a indikaci délky, sekvenuje a poté posílá tuto minibuňku, pouze pokud nese platné informace. TDMoIP zřetězuje minibuňky ze všech aktivních časových slotů do jednoho paketu. Pro časové sloty nesoucí data na vysoké úrovni pro řízení datových spojů (HDLC), jako jsou data pro signalizaci společného kanálu (CCS), má TDMoIP speciální adaptaci, která zapouzdřuje úseky nečinných dat.
Zpoždění
Telefonní síť vážně omezuje zpoždění mezi koncovými body. ITU-T G.114 / G.131 uvádí, že jednosměrné přenosové doby až 150 ms jsou všeobecně přijatelné, za předpokladu, že je zajištěno odpovídající ovládání ozvěny. Tato omezení nejsou problematická pro sítě TDM, kde hlavní složkou zpoždění mezi konci je doba elektrického šíření („zpoždění rychlosti světla“). Naproti tomu systémy založené na IP obvykle přidávají různé formy zpoždění, z nichž jedna je založena na čase potřebném k vytvoření paketů (zpoždění paketizace), které je úměrné velikosti paketu dělené rychlostí dat. Velikost paketů nelze zmenšit na příliš malou velikost, jinak bude záhlaví hlavičky paketu ohromující. Druhou formou zpoždění zavedenou systémy IP je zpoždění přehrávání, které je třeba přidat u příjemce, aby se vyrovnala odchylka zpoždění paketů a zajistilo plynulé přehrávání. Systémy VoIP, které se snaží být efektivní z hlediska šířky pásma, mohou také přidat desítky milisekund algoritmické zpoždění hlasového kodeku. Historicky špatné implementace přidaly další zpoždění vyvolaná operačním systémem, která se spolu s dalšími zpožděními v praxi někdy blíží 100 ms ještě před zohledněním zpoždění šíření.
Naproti tomu TDMoIP mapuje TDM oktety přímo do užitečného zatížení bez algoritmů komprese hlasu a bez výsledného algoritmického zpoždění. Latence paketizace přidaná TDMoIP závisí na počtu buněk na paket, ale je obvykle v rozsahu jedné milisekundy kvůli vyšší datové rychlosti úplného multiplexu ve srovnání s jediným tokem VoIP. Úvahy o zpoždění přehrávání se mezi TDMoIP a VoIP podstatně neliší, takže obě fungují nejlépe na cestách s řízenou variací zpoždění paketů (silné overprovisioning nebo „QoS“).
Načasování zotavení
Nativní sítě TDM se spoléhají na hierarchické rozdělení časování. Někde v síti je alespoň jeden extrémně přesný primární referenční čas s dlouhodobou přesností 1 x 10 ^ -11. Tento uzel, který nabízí přesnost Stratum 1, poskytuje referenční hodiny sekundárním uzlům s přesností Stratum 2. Sekundární uzly pak poskytují časový odkaz na uzly Stratum 3. Tato hierarchie časové synchronizace je nezbytná pro správné fungování sítě jako celku.
Pakety v síti PSN dosáhnou svého cíle se zpožděním, které má náhodnou složku, známou jako variace zpoždění paketu (PDV). Při emulaci přenosu TDM v takové síti lze tuto náhodnost překonat umístěním paketů TDM do a jitter buffer ze kterých lze číst data konstantní rychlostí pro dodání do zařízení koncového uživatele TDM. Problém je v tom, že časová reference zdroje TDM již není k dispozici a přesná rychlost, s jakou mají být data „vyřazena“ z vyrovnávací paměti chvění, není známa.
V určitých případech může být načasování odvozeno ze zařízení TDM na obou koncích PW. Protože každý z těchto hodin je vysoce přesný, nutně souhlasí s vysokým řádem. Problém nastává, když nanejvýš jedna strana tunelu TDMoIP má vysoce přesný časový standard. Pro sítě ATM, které definují fyzickou vrstvu, která nese časování, lze použít metodu synchronního zbytkového časového razítka (SRTS); Sítě IP / MPLS však nedefinují fyzickou vrstvu, a proto nemohou určit přesnost svých hodin.
Proto je v mnoha případech jedinou alternativou pokus o obnovení hodin výhradně na základě provozu TDMoIP, což je technologie známá jako „adaptivní obnova hodin“. To je možné, protože zdrojové TDM zařízení produkuje bity konstantní rychlostí určenou jeho hodinami, ačkoli tato rychlost je skryta PDV. Úkolem obnovy hodin je tedy proces „průměrování“, který neguje účinek náhodného PDV a zachycuje průměrnou rychlost přenosu původního bitového proudu.
Ztráta paketů
Při správné aplikaci provozu inženýrství a kvalita služeb Očekává se, že (QoS) minimalizuje ztrátu paketů, pakety občas dorazí na výstup mimo pořadí. Mohly být také zcela zrušeny v rámci sítě PSN. Výše popsané řídicí slovo TDMoIP obsahuje 16bitové pořadové číslo pro detekci a zpracování ztracených a nesprávně seřazených paketů. V případě ztracených paketů vyžaduje TDMoIP vložení interpolace pakety k udržení časování TDM. Nesprávně seřazené pakety mohou být buď přeskupeny, nebo zahozeny a interpolovány.
Zatímco vložení libovolných paketů může být dostatečné k udržení časování TDM, v hlasových aplikacích může ztráta paketů způsobit mezery nebo chyby, které vedou k trhané, otravné nebo dokonce nesrozumitelné řeči. Přesný účinek ztráty paketů na kvalitu hlasu a vývoj algoritmů maskování ztráty paketů byly předmětem podrobné studie v komunitě VoIP, ale jejich výsledky nejsou přímo použitelné pro případ TDMoIP. Je to proto, že VoIP pakety obvykle obsahují mezi 80 vzorky (10 ms) a 240 vzorky (30 ms) řečového signálu, zatímco pakety TDMoIP mohou obsahovat pouze malý počet vzorků. Jelikož jsou pakety TDMoIP tak malé, je přijatelné jednoduše vložit konstantní hodnotu namísto všech vzorků ztracené řeči. Za předpokladu, že je vstupní signál nulový průměr (tj. Obsahuje č DC komponenta ) je dosaženo minimálního zkreslení, když je tato konstanta nastavena na nulu. Případně sofistikovanější přístupy vyžadují optimální predikci hodnot chybějících vzorků.