Voz sobre ATM Roteiro Introduo Estruturas de Transmisso

Voz sobre ATM

Roteiro • Introdução • Estruturas de Transmissão PDH e SDH • Serviço de Emulação de Circuitos – Serviço Estruturado Nx 64 Kbps – Serviço Não Estruturado – Serviço com Alocação Dinâmica de Banda • • Entroncamento com a Rede Faixa Estreita Voz sobre Redes Nativas ATM (ATM para Desktop) Conclusões Exercícios 2

Introdução • Aproveitar a infra-estrutura oferecida nas redes corporativas • Aproveitar melhor a largura de banda do meio de transmissão: – – Utilização da Rede ATM para entroncamento de centrais Alocação dinâmica de banda Interconexão de elementos da rede de telefonia celular através da AAL 2 Maior Granularidade para a alocação de canais 3

Estrutura de Transmissão PDH / SDH è • • • A Hierarquia Digital Plesiócrona (PDH) compõe-se de três padrões distintos: O padrão norte-americano, com velocidade primária de 1544 Kbps. O padrão europeu, com velocidade primária de 2048 Kbps. O padrão japonês, derivado do norte-americano. è O termo “plesiócrono” (quase síncrono) advém do ajuste nas velocidades dos tributários através do processo de justificação (“bit stuffing”) durante a multiplexação, devido às diferenças de sincronismo dos relógios. Com isso, a extração e inserção de sinais de voz e dados tornam-se bastante complexas. è Cada multiplexador gera seu próprio sinal de relógio, através de osciladores a cristal independentes. A conversão entre padrões de diferentes países torna-se bastante cara, pois apenas o canal básico de 64 kbps é comum nos três padrões. 4

Estrutura de Transmissão PDH / SDH è Padrão de hierarquias européias: x 30 64 Kbps 34368 Kbps x 4 2048 Kbps x 4 139264 Kbps x 4 8448 Kbps x 4 564962 Kbps è O quadro básico de 2 Mbps da hierarquia PDH européia possui 32 bytes, totalizando 256 bits, e se repete 8000 vezes por segundo. Os espaços de carga dos tributários estão intercalados byte a byte. è O primeiro byte do quadro é utilizado para transportar o sinal de alinhamento de quadro (FAS = Frame Alignment Signal). Esse sinal consiste de uma palavra transportada quadro sim, quadro não, alternando-se com a palavra de alarmes. O décimo sexto byte é utilizado para transportar sinalização associada aos canais úteis. Com a sinalização por canal comum, esse byte pode ser utilizado para transportar mais um canal útil. 5

Estrutura de Transmissão PDH / SDH è Quadro PCM de primeira ordem (E 1) e multiquadro (associada ao canal): 0 16 1 0 0 1 1 pares 0 0 0 1 1 U N X X ímpares a a b c 0 1 d a 0 1 1 Sin. Q 0 b c d d Sin. Can. 1 e 16 Sin. Can. 2 e 17 Sin. Can. 15 e 30 a b c d 0 0 1 1 a b c d 0 1 d a è O primeiro byte do quadro é utilizado para transportar o sinal de alinhamento de quadro (FAS = Frame Alignment Signal). Esse sinal consiste de uma palavra transportada quadro sim, quadro não, alternando-se com a palavra de alarmes. O décimo sexto byte é utilizado para transportar sinalização associada aos canais úteis. Com a sinalização por canal comum, esse byte pode ser utilizado para transportar mais um canal útil. 6

Estrutura de Transmissão PDH / SDH è Quadros PCM de ordem superior (PDH): • Espaços de carga intercalados bit a bit; • Quadros se repetem a um número cada vez maior que 8000 vezes por segundo, dependendo do nível hierárquico; • Cada nível hierárquico possui seu próprio sinal de alinhamento; • Nem todas as interfaces estão padronizadas; • Baixa capacidade de bits de supervisão. SDH - Synchronous Digital Hierarchy è Buscou-se inicialmente uma interface óptica compatível entre diferentes fabricantes, além de simplificação nos processos de inserção e retirada de tributários. Em suma: 7

Estrutura de Transmissão PDH / SDH è • • Características (SDH): Espaços de carga intercalados byte a byte; Os quadros de todas as hierarquias repetem-se 8000 vezes por segundo; Utilização de ponteiros para identificação dos quadros dos tributários e adaptação de velocidade (justificação); Canais de serviço e supervisão de grande capacidade e integrados no cabeçalho; Acesso direto aos tributários de baixas taxas sem passar pelos estágios intermediários; Técnica de multiplexação simples; Permite arquiteturas flexíveis com o uso de ADM’s e SDXC’s; Compatibilidade com as técnicas ATM. è Padrão de hierarquia: 64 Kbps x 4 x. M 622. 080 Kbps 2048 Kbps 1544 Kbps x 4 x. N 155. 520 Kbps 2. 488. 320 Kbps 8

Estrutura de Transmissão PDH / SDH è Os quadros dos tributários (denominados VC’s - Virtual Containers) na hierarquia síncrona podem ser definidos para acomodar cargas plesiócronas, aumentando a flexibilidade da rede. è Camadas: • Camada de Circuito; • Camada de Via; • Camada do Meio de Transmissão; è Estrutura do quadro STM-N: N x 9 colunas N x 261 colunas OVERHEAD DE SEÇÃO REGENERADORA R SOH AU PTR OVERHEAD DE SEÇÃO MULTIPLEX M SOH PAYLOAD 9 Linhas 9

Voz sobre ATM- Cenário • Tecnologia ATM – A tecnologia ATM começa a ser implantada e disponibilizada como serviço no Brasil – A Internet tem se tornado uma alternativa para transmissão de tráfego telefônico • Tecnologia de voz – É possível transmitir voz a baixas taxas. O ITU-T padronizou vários CODECs: • G. 723. 1 - Codificador para Vídeo-Telefonia (5. 3 e 6. 4 Kbps) • G. 729 - Codificador escolhido pelo FR-Forum (8 Kbps) 10

Serviço de Emulação de Circuitos - CES • Objetivos – Permitir a transmissão de dados de redes de comutação de circuitos através de uma rede ATM, usando conexões ponto a ponto e a classe de serviço CBR • Características – Faz uso da Classe de Serviço CBR; – Utiliza as funções da AAL 1 – Suporte a conexões PVC e SVC • São padronizados os seguintes serviços: – – Serviços Estruturados de nx 64 (DS 1/E 1/J 2) Serviços Não Estruturados E 1/DS 1/J 2 Serviços Não Estruturados E 3/DS 3 Serviço com Alocação Dinâmica de Banda 11

CES - Modelo de Referência CES com Interface de Serviço Especificada Interface de serviço CBR Canal Virtual (CBR) UNI ATM Equip. CBR Interface de serviço CBR UNI ATM IWF Equip. CBR IWF CES com Interface de Serviço Não Especificada Canal Virtual (CBR) UNI IWF 12

CES - Modalidades de Serviços • Modalidades de Serviço – – Serviço Estruturados Nx 64 Kbps Serviço Não Estruturado DS 1/E 1/J 2 Serviço Não Estruturado DS 3/E 3 Serviço de Alocação Dinâmica de Banda • A unidade de Interfuncionamento (IWF) presta o serviço a Interface do equipamento CBR. • Equipamentos CBR – Centrais telefônicas: Públicas e Privadas 13

CES - Serviço Estruturado Nx 64 Kbps • • • É destinado a emular frações de circuitos DS 1/E 1/J 2 ponto a ponto Faz uso do modo de transmissão estruturado da AAL 1 Cada conjunto de circuitos de 64 Kbps possui um VCC associado A Sinalização por Canal Associado é opcional Permite a utilização da Rede ATM como uma rede Cross-Connect Sincronização - Síncrona ou assíncrona Função de mapeamento de canais Interface de serviço CBR Interface Física AAL 1 G. 703 HDB 3 G. 704 Associado ao circuito sendo emulado . . . AAL 1 ATM Física Interface ATM (um ou mais VCCs) 14

CES - Modo Nx 64 Kbps • Aplicação Cross-Connect UNI E 1 Central Origem 22 canais UI UI UI UNI 3 Instâncias AAL 1 UI 5 UI 10 Central 1 VCC 2 Central 2 VCC 3 Central 2 • Formato da PDU AAL 1 15

Camada AAL 1 • Formato da PDU AAL 1 CSI Célula ATM Cabeçalho SN Count SN SNP 4 bits SAR-PDU Header CRC Ponteiro Parid. SAR-PDU (48 octetos) 16

CES - Modo Nx 64 Kbps • Codificação da Célula Feixe de Células C . . . N 1 2 . . . N . . . 0 31 PCM G. 704 . . . 5 1 C P 48 . . . N 1 2 . . . BLOCO N 1 2 . . . N 1 2 Feixe de Células BLOCO P = ponteiro para o início do primeiro bloco 17

CES - Modo Nx 64 Kbps Codificação de um quadro E 1 ponteiro AAL 1 } 1 1 N N-ésimo canal do grupo 2º quadro 125 ms do multi-quadro . . . 1 ABCD do N-ésimo canal transportado N ABCD Células 5 1º quadro 125 ms do multi-quadro } N ABCD do 1º canal transportado primeiro canal do grupo 1 } } 16º quadro 125 ms do multi-quadro sub estrutura de sinalização bits ABCD do canal 16 (G. 704) ABCD do 2º canal transportado 48 N 1 2 . . . N 1 2 } } . . . 1 . . . 2 . . . N 1 1 N BLOCO 3 2. . . N 2 4 N 1. . . } } P 1 18

CES- Modo Não Estruturado • Este serviço é destinado à emulação de circuitos ponto a ponto, e transporta um conjunto de bits de forma transparente. • Substitui os serviços de linhas alugadas (LP’s) • Foi padronizado para as seguintes hierarquias – DS 1/E 1/J 2 (1. 544 Mbps / 2. 048 Mbps / 6. 312 Mbps) – DS 3/E 3 (44. 736 Mbps / 34. 368 Mbps) • Características – A unidade de interfuncionamento (IWF) irá preencher os 47 bits da célula – Não há preocupação com o formato dos quadros que estão sendo usados – Sincronização • Síncrona - Usa um relógio de referência que é o mesmo para toda a rede • Assíncrona - A referência é fornecida por fontes independentes e transmitadas através da rede 19

CES - Modo Não Estruturado Modo não estruturado Função de mapeamento AAL 1 ATM Interface Física Interface de serviço CBR Física Interface ATM (um VCC) G. 703 HDB 3 20

Serviço de Emulação de Circuitos com Alocação Dinâmica de Banda • É um serviço de emulação de circuitos que faz utilização dinâmica da banda, detectando quais os canais de um tronco TDM estão ativos e quais estão inativos • Características – – Pode usar conexões PVC e SVC Usa o modo estruturado Nx 64 Kbps (DS 1/E 1) para transporte de canais Permite o uso da sinalização CAS ou CCS A detecção de inatividade pode ser feita através da sinalização usada: • CAS ou CCS – Métodos para Detecção de Inatividade • Código • Através dos bits de sinalização AB (CAS) 21

DBCES - Configuração de Referência Equipamento ATM PBX DSS TDM Mux Ethernet Rede ATM Outros serviços DBU UNI ATM DSS - Dynamic structure sizing DBU - Dynamic bandwidth utilization 22

DBCES - Estrutura de adaptação Estrutura Tipo 1 (com bitmask) Bitmask 1 -4 bytes p/E 1 Estrutura Tipo 2 (sem bitmask) Payload 16 a 480 Octetos p/E 1 Sinalização ABCD 1 a 15 Bytes para E 1 23

Aspectos de Desempenho • Atraso • Sincronização • Segundos Errados e Segundos Severamente Errados – É um intervalo de um ou mais segundos com um ou mais erros de bit. – Segundo as recomendações do ITU-T, para canais de 64 Kbps ou 2. 048 Mbps é requerido que em 30 ou mais dias consecutivos menos de 0, 2 % ou 0, 5 % dos segundos sejam segundos errados – Implica num limite para CLR (Cell Loss Ratio) e CER (Cell Error Ratio) • 1 canal de 64 Kbps -> CER + CLR < 1. 175 x 10 -5 • 1 canal Nx 64 Kbps -> CER + CLR < 1. 175 x 10 -5/N • 1 canal de 2. 048 Kbps -> CER +CLR < 9. 18 x 10 -7 (SE=0. 2%) (SE=0, 5 %) 24

Entroncamento ATM Comutado para Serviços de Telefonia e Faixa Estreita è Características: • Provê interconexão de duas redes ou centrais telefônicas de faixa estreita através da rede ATM. • Circuitos virtuais ATM distintos transportam os canais a 64 Kbps e a sinalização associada aos mesmos. è Modelo de referência: Central ou PABX I W F VCC Sinalização VCC de Sinalização entre UI’s VCC para um canal a 64 Kbps VCC para N canais a 64 Kbps Interfaces E 1 com sinalização CAS, CCS ou DSS 1 I W F Central ou PABX Interfaces UNI è Em contrapartida ao serviço de emulação de circuito (modo estático), o serviço de entroncamento comutado roteia dinamicamente canais a 64 Kbps (chamadas) para diferentes destinos, mapeando-os em diferentes VCC’s, conforme pode ser visto na figura a seguir. 25

Entroncamento ATM Comutado para Serviços de Telefonia e Faixa Estreita VCC 1 Unidade de Interfuncionamento (IWF) VCC 2 Interfaces ATM VCCn E 1 -1 E 1 -2 E 1 -n Interfaces Troncos Telefônicos Como uma unidade de interfuncionamento pode se conectar a várias outras, o serviço proporciona uma rede trânsito virtual. C IWF C Rede ATM C IWF Entroncamento 26

Entroncamento ATM Comutado para Serviços de Telefonia e Faixa Estreita è Adaptação e modo de operação da AAL 1: • Canais de voz com mesmo destino são organizados para formar um bloco estruturado, adaptado pela AAL 1 de acordo com o modo de emulação de circuito estruturado. • O método de transferência de sinalização entre as IWF’s depende do tipo de sinalização empregada: – CAS: transferida juntamente com os canais (no mesmo VCC). – CCS ou DSS 1: mensagens de sinalização adaptadas com a AAL 5 e transmitidas em VCC dedicado. 27

Entroncamento ATM Comutado para Serviços de Telefonia e Faixa Estreita è Opções de Mapeamento dos Canais: 1) Mapeamento 1 -para-1: Para cada canal a 64 Kbps é estabelecido um VCC ATM, sendo que existem N VCC’s para N canais de voz. O VCC de sinalização transporta a informação de sinalização relativa a todos os canais. 2) Mapeamento fixo N-para-1: Múltiplos canais a 64 Kbps são mapeados em um mesmo VCC. Um único VCC de sinalização é estabelecido entre cada par de IWF’s para transportar toda a sinalização associada a todos os canais independente do número de VCC’s. 28

Modelo de Entroncamento Comutado Controle da Chamada Sinalização UI - UI N x 64 Kbps Telefônica CCS Map. AAL 1 CCS SAAL ATM Física Interface RDSI-FE DSS 2 Sinalização ATM SAAL Interface ATM Controle da Chamada Sinalização UI - UI Sinalização Telefônica CAS / DTMF Sinalização ATM N x 64 Kbps CAS / DTMF DSS 2 SAAL Map. AAL 1 Física Interface RDSI-FE ATM Física Interface ATM 29

Alternativas • CES está baseado no uso da AAL 1 e CBR • Alternativas às soluções baseadas no próprio ATM – AAL 2/VBR – AAL 5/VBR • Voz sobre ATM ainda não é uma solução de baixo custo • Soluções baseadas na interconexão entre IP e ATM prometem tirar proveito de ambas as tecnologias 30

Camada AAL 2 • Definido para transportar numa rede ATM informações do tipo • voz comprimida; • remoção de silêncio; • dados/informações de controle do terminal móvel • Objetivo – Proporcionar um baixo tempo de montagem de célula, multiplexando várias conexões em um mesmo circuito virtual ATM. • Aplicações – Interconexão Estação Rádio-Base com as Centrais de Controle e Comutação; – Em redes corporativas, utilizando banda reduzida; – Entroncamento entre redes não ATM orientadas à voz; 31

Camada AAL 2 - Características • A AAL 2 não suporta o transporte de informações de sincronismo, e portanto não substitui a AAL 1 • A AAL 2 cria o conceito de comutação na camada de adaptação Gerência de Camada Plano de Controle AAL-SAP ANP AAL-SAP CID=c CID=b CID=a SSCS Pacotes SSCS AAL CPS ATM-SAP 32

ATM Para Desktop è Recomendação af-vtoa-0083. 000: acordo de inter-operabilidade do ATM Forum para suporte de voz e telefonia sobre ATM para desktop via um terminal ATM nativo. è Terminal ATM nativo: PC com placa ATM, ATM PBX ou sistema “voice-mail” ATM. è Essa especificação identifica as características necessárias para prover serviços de voz e telefonia na RDSI-FL. è Descreve as funções do terminal ATM nativo (B-TE) e da unidade de interfuncionamento (IWF) para interconexão entre terminais ligados à RDSI-FL e RDSI-FE, inclusive com suporte à UNI 4. 0. è Descreve o transporte de um único canal 64 Kbps lei A ou lei m, em três tipos de conexão: • • • B-TE conectado à RDSI-FL pública ou privada; RDSI-FL privada conectada a RDSI-FE pública; RDSI-FL privada conectada a RDSI-FE privada. 33

ATM Para Desktop è Configuração de referência: Modem UNI Pública RDSI-FL Pública B-TE PSTN FAX Fone UNI Pública B-TE UNI Privada RDSI-FL Privada RDSI-FE Pública IWF UNI PRI / BRI • • TE TE RDSI-FE Privada IWF PNNI / UNI NT 2 Q. SIG EQUIPAMENTO TERMINAL ATM NATIVO: Equipamento deve estabelecer comunicações de voz em uma RDSI-FL em uma base por chamada. Tráfego: voz codificada em PCM a 64 Kbps. Cada chamada utiliza um VCC. O B-TE pode acionar outros serviços suplementares em um regime por chamada. 34

ATM Para Desktop • • EQUIPAMENTO TERMINAL ATM NATIVO (cont. ): O B-TE possui ou uma UNI pública para uma RDSI-FL pública ou uma UNI privada para uma RDSI-FL privada. Deve suportar protocolos para AAL 1 e AAL 5. SERVIÇOS SUPLEMENTARES: CLIP (Calling Line Identification Presentation), CLIR (Calling Line Identification Restricition), COLP (Connected Line Identification Presentation), COLR (Connected Line Identification Restriction), SUB (Subadressing), UUS (User-to-User Signaling). UNIDADE DE INTERFUNCIONAMENTO (IWF): è Requisições funcionais: • Converte o tráfego de voz na rede ATM (RDSI-FL) para a rede telefônica (RDSI-FE). • Cada VCC ATM é mapeado dinamicamente em um canal da RDSI-FE em uma base por chamada. • A IWF também deve mapear a informação de sinalização (em VC=5) da RDSI-FL para a RDSI-FE (no canal D). Para preservar tanto quanto possível a integridade do serviço, a IWF deve manter intacta a informação no canal de sinalização. 35

ATM Para Desktop UNIDADE DE INTERFUNCIONAMENTO (IWF) è Interfaces e protocolos - Configurações de Referência: B-TE SB RDSI-FL Privada UNI Privada B-TE SB UNI Privada • • IWF TB T ou Se. T UNI RDSI-FL Privada IWF PNNI ou TB UNI Q RDSI-FE Pública RDSI-FL Privada Permitem a utilização da AAL 5 para transporte de informação de voz. Protocolos de sinalização – – RDSI-FE Pública: RDSI-FL <> IWF = DSS 2 e IWF <> RDSI-FE = DSS 1 RDSI-FE Privada: RDSI-FL <> IWF = PNNI ou DSS 2 e IWF <> RDSI-FE = PSS 1 (Q. Sig) Ÿ A interconexão de duas RDSI-FL pode ser feita através de RDSI-FE (pública ou privada). 36

ATM Para Desktop UNIDADE DE INTERFUNCIONAMENTO (IWF) è Interfaces e protocolos - Configurações de Referência com IWF integrada: B-TE SB RDSI-FL Privada IWF T ou Se. T UNI Privada RDSI-FL Pública RDSI-FL Privada Q B-TE SB UNI Privada RDSI-FL Privada IWF RDSI-FE Privada PNNI ou UNI Ÿ Essas configurações leva à economia de interfaces entre a RDSI-FL e a IWF ou entre a IWF e a RDSI-FE. 37

ATM Para Desktop UNIDADE DE INTERFUNCIONAMENTO (IWF) è Interfaces e protocolos - Plano de usuário: G. 711 AAL ATM Física B-TE SB ATM Física IWF RDSI-FL PNNI Privada ou TB Física Q RDSI-FE ou T Física TE Ÿ O papel da IWF no plano de usuário é converter a informação codificada em PCM para células ATM e vice-versa. è Interfaces e protocolos - Plano de controle: DSS 2 SAAL ATM Física B-TE SB RDSI-FL Privada TB IWF DSS 1 Q. 921 Física RDSI-FE Pública 38

ATM Para Desktop UNIDADE DE INTERFUNCIONAMENTO (IWF) è Interfaces e protocolos - Plano de controle: DSS 2 SAAL PNNI SAAL ATM Física B-TE SB RDSI-FL Privada PNNI DSS 2 SAAL ATM Física SB RDSI-FL Privada TB PSS 1 Camada 2 Física IWF DSS 2 SAAL B-TE PSS 1 IWF Q RDSI-FE Privada PSS 1 Camada 2 Física Q RDSI-FE Privada Ÿ Pode-se terminar completamente cada protocolo na IWF ou mapear suas mensagens uma a uma. O mapeamento detalhado encontra-se na recomendação af-vtoa-0083. 000. 39

ATM Para Desktop QUESTÕES DE TEMPORIZAÇÃO: è Os serviços de voz e telefonia da RDSI-FE são de natureza síncrona. Uma relação de temporização é portanto exigida quando um B-TE é conectado à RDSI-FE via uma IWF. è O codec PCM no B-TE deve ser sincronizado ao clock da RDSI-FE. Existem três mecanismos de distribuição disponíveis: • Baseado na rede (Camada Física), preferível. • Adaptativo (camada ATM ou AAL). • Independente (clock correndo livre). QUESTÕES DE ATRASO / ECO è Medidas apropriadas para controle de eco são recomendadas para todas as conexões onde o atraso fim-a-fim excede o especificado nas normas. QUESTÕES DE ENDEREÇAMENTO è Em adição aos planos de numeração suportados pela UNI 4. 0 (E-164 ou outro), há a necessidade de suportar números de um plano de numeração de uma RDSI-FE privada. Uma descrição detalhada pode ser encontrada nas normas. 40

Referências Bibliográficas • • • Klemz, Carlos G. , “Entroncamento Telefônico nas Redes Telefônicas” - Dissertação de Mestrado, Março de 1998 - FEEC - UNICAMP. Minoli, D. , e Minoli, E. , “Delivering Voice over Frame-Relay and ATM”, Wiley Computing Publishing, 1998. af-vtoa-0078. 000 - Circuit Emulation Service Interoperability Specification 2, ATM Forum October 1996. af-vtoa-0083. 000 - Voice and Telephony Over ATM to the Desktop Specification - March 1997. Telebrás, Normas Técnicas: Hierarquia SDH, 1994 41