AAL-3/4: Datenformate

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1 AAL-3/4: Datenformate 1 CPI CPI BAsize BAsize Al Al Etag Etag Btag Btag Länge Länge [Byte] Kopf Kopf Nutzlast Nutzlast Pad Pad Anhang Anhang CPCS - Common Part Convergence Sublayer Kopf Kopf 2 Nutzlast Nutzlast 44 Typ TypSequenz-Nr MID MID Anhang Anhang 2 Länge Länge [Byte] CRC CRC CPCS: Btag, Etag: Mapping von Kopf und Ende BAsize: Speicherbedarf für Empfänger Al: Auffüllen des Anhangs Pad: Auffüllen der Daten (Vielfaches von 4) Länge: für Nutzdaten [Bit] SAR - Segmentation and Reassembly Sublayer SAR: Typ: BOM, COM, EOM, SSM Seq.Nr.: Nummerierung der SAR einer CPCS MID: Eindeutige SAR-Kennung für CPCS Länge: Anzahl d. enthaltenen Bytes d. CPCS CRC: Prüfsumme auf SAR-Ebene Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 181 AAL-5: Eigenschaften Eigenschaften / Nachteile von AAL-3/4: AAL-3/4 unterstützt das Multiplexen mehrerer AAL-Verbindungen auf eine einzige ATM-Verbindung 10-Bit langes MID-Feld führt zu hohem Protokoll-Overhead der SAR- PDU AAL-3/4 bietet Fehlererkennung auf SAR-Ebene (10-Bit langer CRC) Höchste erreichbare Nutzdatenrate mit AAL-3/4 liegt bei 83% (44/53); meist jedoch darunter AAL-5 - Effizienterer Datentransferdienst als Ziel (gegenüber AAL-3/4) Ausrichtung des Dienstes auf traditionelle Datenübertragung (z.b. IP) kein Multiplexen in der AAL-Schicht Fehlererkennung nur auf CPCS-Ebene weniger Protokoll-Overhead als AAL-3/4; maximale Datenrate liegt bei 90.5% (48/53) Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 182

2 Ebenenmanagement Schichtenmanagement AAL-5: Datenformate Kopf Kopf Benutzerdaten Benutzerdaten Anhang Anhang SSCS - Service Specific Convergence Sublayer (optional) Nutzlast Nutzlast Pad Pad UU UU CPI CPI Länge LängeCRC [Byte] CPCS - Common Part Convergence Sublayer PT=xx0 PT=xx0 PT=xx1 PT=xx CPCS: (nur 8 Byte Anhang) UU (User-to-User Indication): Information zwischen Benutzern CPI (Common Part Identifier): nicht genutzt Länge: der Nutzdaten (ohne PAD & Anhang) CRC über gesamte Dateneinheit SAR - Segmentation and Reassembly Sublayer SAR: (Nutzung vom ATM- Zellkopf) Payload-Feld (PT) der ATM-Zelle zeigt Ende der CS-PDU an Padding der CPCS (0-47 "Null"- Bytes) sorgt dafür, dass Anhang in letzten 8 Bytes der letzten Zelle steht Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 183 Signalisierung Auf- und Abbau von virtuellen Verbindungen (SVCs) durch Mechanismen der Kontrollebene (Out-of-Band-Signalisierung) Zuweisung von VPI/VCI-Werten auf den einzelnen Übertragungsabschnitten Reservierung von Ressourcen und Etablierung des Verkehrsvertrages Signalisierungsprotokoll Q.2931 (zunächst als Q.93B bezeichnet) basiert auf Q.931 für Schmalband-ISDN (D-Kanal) Managementebene Kontrollebene Benutzerebene Q.2931 SAAL Q Signalisierungsprotokoll auf der höheren Schicht der Kontrollebene SAAL - Signalisierungs-AAL auf der ATM- Adaptionsschicht der Kontrollebene ATM-Schicht Physikalische Schicht Ebenen Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 184

3 Signalisierungskanäle Spezielle Signalisierungskanäle (signalling virtual channels, SVC) verbinden die Endgeräte mit netzinternen Einrichtungen Über diese Kanäle wird der Verbindungsaufbau und -abbau durchgeführt Es lassen sich drei Arten von Signalisierungskanälen unterscheiden: Meta-Signalisierungskanal (VPI=X,VCI=1): bidirektionaler, permanenter Kanal zum Aufbau weiterer Signalisierungskanäle; Meta-Signalisierung ist Bestandteil des Schichten-Managements Punkt-zu-Punkt-Signalisierungskanal (VPI=X,VCI=5): bidirektionaler Kanal, der nur existiert, solange ein Knoten aktiv ist; zum Aufbau von VCs und VPs Broadcast-Signalisierungskanal (VPI=X,VCI=3): unidirektionaler Kanal zu allen oder zu mehreren ausgewählten Signalisierungsendpunkten Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 185 Multiplexverfahren in Öffentlichen Netzen (1) Mehrfachausnutzung von Transportwegen (Mehrverbindungsbetrieb) Konzentration von Kommunikationsverkehr Erhöhung der Auslastung der Bandbreite von Kommunikationswegen (Splitting der physikalischen Transportkapazität in Kanäle) Frequenz Frequenz Frequenz Kanal 1 Kanal n Zeit Kanal 1 Kanal n Zeit Zeit Frequenzmultiplex Zeitmultiplex Frequenz-Zeit-Multiplex Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 186

4 Multiplexverfahren in Öffentlichen Netzen (2) Multiplextechniken Raum- Multiplex (Ort) Frequenz- Multiplex (Frequenz) Zeit- Multiplex (Zeit) Code- Multiplex (Code) Synchrones Zeitmultiplex Asynchrones Zeitmultiplex Plesiochrone Digitale Hierarchie PDH Synchrones Digitale Hierarchie SDH Asynchroner Transfer Modus ATM Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 187 Prinzip des Frequenzmultiplex-Verfahrens aus Kaderali Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 188

5 Trägerfrequenzsystem (TF) Vorgruppen- und Primärgruppenbildung (PG) Multiplexsystem aus der analogen Zeit der Übertragungswege im Telefonnetz Einseitenband-Modulationsverfahren mit unterdrücktem Träger 4 khz Fernsprech-Kanalraster 20+4 khz 12 khz...24 khz 60 khz khz khz khz Verwendung von unteren Seitenbändern 3 Fernsprech-Kanäle Obere Seitenbänder 12 Fernsprech-Kanäle Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 189 Trägerfrequenzsystem: Weitere Gruppenbildung Sekundärgruppe (SG) aus 5 Primärgruppen (PG), 312 khz-552 khz, 60 Telefonkanäle Tertiärgruppe (TG) aus 5 Sekundärgruppen (SG), 812 khz-2044 khz, 300 Telefonkanäle Quartärgruppe (QG) aus 3 Tertiärgruppen, MHz MHz, 900 Telefonkanäle Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 190

6 Codemultiplex CDMA CDMA (Code Division Multiple Access) Modernes digitales Multiplexverfahren im Mobilkommunikationsbereich alle Stationen operieren auf derselben Frequenz und nutzen so gleichzeitig die gesamte Bandbreite des Übertragungskanals Signal wird auf der Senderseite mit einer für den Sender eindeutigen Pseudozufallszahl (Chipfolge) verknüpft (XOR) Empfänger kann mittels bekannter Sender-Pseudozufallsfolge und einer Korrelationsfunktion das Originalsignal restaurieren Nachteil: Höherer Bandbreitenbedarf (Bandspreizung) höhere Komplexität der Implementierung wg. Signalregenerierung alle Signale müssen beim Empfänger gleich stark sein Vorteile: alle können auf der gleichen Frequenz senden, keine Frequenzplanung sehr großer Coderaum im Vergleich zum Frequenzraum Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 191 Prinzip: Kodemultiplex CDMA XOR XOR XOR XOR Chipfolgen Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 192

7 Prinzip des Synchronen Zeitmultiplexverfahrens Aufteilung der Übertragungskapazität in Zeitschlitze (Time Slots, Kanäle) Verschachtelte Übertragung der Binär-Nutzerinformation Übertragungsrate >> Nutzerdatenrate Festes Zeitmultiplex mit starrer Zeitscheibenzuteilung Synchronität zwischen Sender(Multiplexer) und Empfänger(Demultiplexer) Pufferspeicherung notwendig Station A A3 A2 A1 Zyklisches Abtasten der Leitungspuffer Station B B2 B1 Station C C4 C3 C2 C1 Station D D1 Multiplexleitung periodische Rahmenbildung (ein Abtastzyklus) Zykluszeit TZ implizite Adressierung der Stationen gleichgroße Datenslots (meist 1 Byte bzw. 1 Bit) Synchronzeichen zur Rahmensynchronisation Multiplexrate bei k Slots > k fache der Nutzerdatenrate t SZ=Synchronzeichen C4B2A3 SZ C3 A2 SZ D1C2 B1 SZ C1 A1SZ Rahmen n+3 Rahmen n+2 Rahmen n+1 Rahmen n Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 193 Die Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH) Basiert auf dem synchronen Zeitmultiplexverfahren plesiochron = annähernd synchron, d.h.taktabweichung innerhalb Toleranz möglich Setzt zumindest annähernd synchron arbeitende Einrichtungen im gesamten System voraus (Multiplexer-Vermittlung-Demultiplexer) Jedes Teilsystem hat eigenen Taktgenerator (->Toleranzen ->Synchronisierung) Nachrichtenübertragung in der PDH generell verbindungsorientiert (-> in allen an der Übertragung beteiligten Vermittlungseinrichtungen Zuordnung für Slots finden PDH basiert in Europa auf dem Grundsystem PCM-30 mit 30 Nutzsignalen zu je 64 kbit/s PDH basiert in USA bzw. in Japan auf dem Grundsystem DS-1 mit 24 PCM Nutzsignalen zu je 64 kbit/s Multiplexstufen in Europa: PCM-120, PCM-480, PCM-1920, PCM-7680 Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 194

8 Multiplexschema und Datenraten der PDH Weltweit 3 inkompatible Standards * von Normung nicht unterstützt * DS-4 DS-3 E4, PCM-1920 E3, PCM-480 DS-2 DS-1 E2, PCM-120 E1, PCM-30 ISDN-Ankopplung von Nebenstellenanlagen Ankopplung von Lokalen Netzen Verbindung von GSM-Netzen (Mobilfunk) Verbindung von Netzen konkurrierender Betreiber E1=Universeller Netzzugang zum Weitverkehrsnetz Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 195 PCM-30-Multiplexrahmen 125 μs /256 Bits=2,048 Mbit/s K0 K1 K2 K15 K16 K17 K29 K30 K31 Abwechselnd pro Rahmen im Kanal 0 (2-Mbit/s-Pulsrahmen, 30 Datenkanäle, E1) K1...15, K = Datenkanäle (je 8 Bit-Slots) K16 = Zeichengabekanal (8 Bit- Slot) 8 Bit Slot Kanalgebundene Signalisierung oder Zentraler Zeichengabekanal X Rahmenkennzeichen (in ungeraden Rahmen) X 1 D N S A5 S A6 S A7 S A8 Meldewort (in geraden Rahmen) Dringender Alarm: Fehlerhäufigkeit des Rahmenkennwortes größer als 10-3 Ausfall Stromversorgung oder Codec Verlust des ankommenden 2-Mbit/s Signals oder der Rahmensynchronisation Nicht dringender Alarm Bitfehlerhäufigkeit > 10-6 D = 1 dringender Alarm N = 0 nicht dringender Alarm X = nationale Verwendung S A5..S A8 = Übertragungskanäle (vertikal) für 4-Bit- Protokollsequenzen zur Steuerung der Primärmultiplexer Schleifenbefehle von der Vermittlungsstelle zum Netzabschluss bzw. Rettungsruf (z.b. Netzausfall) des Primärmultiplexer zur Vermittlungsstelle Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 196

9 Rahmensynchronisation Rahmensynchronisation und damit Wortsynchronisation durch Rahmenkennungswort (Bitmuster) Rahmenkennungswort im Rahmenabstand Multiplexstrecken werden transparent betrieben d.h. Rahmenkennungswort kann vorgetäuscht werden Auftretenswahrscheinlichkeit vorgetäuschter Rahmenkennworte im Rahmenabstand ist gering!! Synchronisierter Zustand = mehrfaches Erkennen des Rahmenkennungswortes im Rahmenabstand Synchronisationsverfahren 1. Keine Synchronisation 2. Rahmenkennungswort wird innerhalb des ganzen Bitstromes gesucht 3. Rahmenkennwort gefunden 4. Liegt nach Rahmenlänge ein Rahmenkennwort an? Wenn nein, gehe zu Wenn 3 x nach Rahmenlänge Rahmenkennungswort gefunden, dann liegt Synchronität vor. 6. Ständige Kontrolle nach Rahmenlänge 7. Wenn mehrmals (4) kein Rahmenkennungswort im Rahmenabstand Verlust der Synchronisation Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 197 Auswirkungen von Takttoleranzen (plesiochrone Takte) Bits werden ausgelassen Input-Daten 1. Lesetakt < Input-Schreibtakt Output-Daten b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 b 1 b 2 b 3 b 5 b 6 t Bits werden mehrfach eingefügt? Bitschlupf Input-Daten b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 2. Lesetakt > Input-Schreibtakt Output-Daten b 1 b 2 b 3 b 4 b 4 b 5 t Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 198

10 Bitstopfen dient der Vermeidung von Bitschlupf (Bitslip) Bitschlupf führt zum Verlust der Synchronisation Positives Bitstopfen wenn Bitrate des Multiplexkanals > Summe der Bitraten und Toleranzen der Kanäle Multiplexsignal enthält Stopfbits (Füllinformation) Füllinformation wird beim Demultiplexer wieder entfernt Bei Bedarf können Stopfbits Informationen tragen Mehrfachankündigung, ob Stopfbits Informationen tragen oder nicht Mehrfachankündigung, da Fehlinterpretation der Stopfbits zu Synchronisationsverlust führt wird in der PDH verwendet Negatives Bitstopfen Bitrate des Multiplexkanals = Summe der Bitraten der Kanäle keine Stopfbits vorgesehen Bei Bedarf kann durch Toleranzen verursachter Informationsüberschuss über einen Hilfskanal übertragen werden Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 199 PCM-120-Multiplexrahmen Multiplexen von 4 PCM-30 Systemen Bitweise Verschachtelung der 4 PCM-30-Zubringersysteme Positivstopfen, Stopfbits für jedes PCM-30 System mehrfache Stopfankündigung durch Stopfankündigungsbits für jedes PCM-30 System 100,4 μs, RK/M Nutzinfo1 StInf Nutzinfo2 StInf Nutzinfo3 StInf St Nutzinfo4 Bit D N Rahmenkennzeichen RK/M D N StInf St Nutzinfo1..4 Rahmenkennzeichen/Meldewort Bit für dringenden Alarm Bit für nicht dringenden Alarm Bits zur Stopfankündigung Stopfbits Bitverschachtelte Nutzinformation der vier Multiplexsubsysteme Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 200