UTILIZAREA TEHNOLOGIILOR xDSL pentru transmiterea pachetizata a semnalelor vocale (VoDSL), video si multimedia

Rezumat: Formatul pachetului de voce utilizat in reteaua de acces DSL va fi compatibil cu acela utilizat in reteaua centrala (core). Aceasta elimina nevoia utilizarii unui gateway de voce si deschide drumul spre telefonia IP cap-cap. De asemenea, VoIP poate functiona pe orice fel de tip de retea DSL - bazata pe ATM, pe cadre sau bazata pe PPP (Point to Point Protocol

Pentru transportarea pachetelor de voce pe sistemele DSL, principalele alternative sunt voce prin ATM (VoATM) si voce prin IP (VoIP).

Cuvinte cheie: VoDSL, VoATM, VoIP.

Abstract: The format of the voice packet used in the DSL access network will be compatible with the packet used in the main network (core). Therefore it isn't necessary to use a voice gateway, and the way to the IP end to end telephony is now open. More than that, VoIP could work in any type of DSL network based on ATM, frames or PPP (Point to Point Protocol).

For the transmission of the voice packets over the DSL systems, the main alternatives are the voice transmission over ATM (VoATM) and the voice transmission over IP (VoIP).

Keywords VoDSL, VoATM, VoIP.

INTRODUCERE

Voce pe DSL (Voice over DSL) este o tehnologie care permite transportul datelor impreuna cu multiple canale vocale pe o singura linie de cupru. VoDSL foloseste tehnologia vocii in pachete in schimbul vocii traditionale cu comutare de circuite. Astfel, utilizatorul poate sa foloseasca serviciile vocale de comunicatie utilizand dispozitivele existente (telefon traditional, fax), dar apeland la noile tehnologii de acces dezvoltate pe firele de cupru, si anume sistemele xDSL (sau mai scurt DSL). Utilizatorii xDSL pot astfel beneficia de accesul combinat de date si voce fara a fi nevoie sa inlocuiasca dispozitivele existente.

Pentru transportarea pachetelor de voce pe sistemele DSL, principalele alternative sunt voce prin ATM (VoATM) si voce prin IP (VoIP). Tehnologia ATM este in mod curent tehnologia preferata, deoarece ea ofera avantajele mecanismelor QoS incorporate ale ATM-ului. IP, pe de alta parte, in forma sa traditionala nu poate asigura parametrii QoS. Mecanismele QoS ale IP au evoluat mult in ultimii ani. VoIP a castigat in popularitate in reteaua centrala (core). Daca ea va inlocui VoATM in reteaua de acces, se va deschide calea spre telefonia IP cap-cap.

VoDSL permite sa se extraga maximum de beneficii de pe liniile pe care se instaleaza sistemele xDSL, prin integrarea datelor de mare viteza cu serviciile de voce sub forma de pachete.

Pana acum, serviciile de voce se transmiteau separat de DSL pe aceeasi bucla locala de cupru utilizand splittere, care separa cele doua semnale. Unele sisteme DSL pot transmite servicii de voce (fara a avea nevoie de splitter) folosind tehnologia VoDSL. Aceasta implica conectarea de echipamente suplimentare precum gateway-ului de voce intre domeniul DSL (ATM/IP) si domeniul PSTN (TDM). Protocoalele straturilor superioare pot fi selectate sa asigure calitatea serviciilor necesara diferitilor utilizatori (IP sau ATM).

2 METODE DE TRANSPORT

2.1 Solutii de transport VoDSL

VoDSL poate fi furnizat utilizand urmatoarele solutii:

solutia bazata pe emularea buclei, BLES (Broadband Loop Emmulation Service), bazata pe ATM. VoATM utilizeaza stratul de adaptare ATM AAL2 (vezi figura 2.1).

solutia MSBN sau MBN (Multiservice Broadband Network), bazata pe IP, intr-o configuratie cap-cap VoIP. Este o solutie VoIP prin ATM si utilizeaza stratul de adaptare ATM AAL5 (vezi figura 2.1).

Solutia CVoDSL (Channelized Voice over DSL) solutie complementara celor doua solutii BLES si MSBN de care se vorbeste tot mai mult in literatura de specialitate (vezi figura 2.1).

Figura 2.1 Metode de transport VoDSL

Solutia BLES

Solutiile pentru transmiterea canalelor vocale utilizand tehnologiile DSL au intrat in atentia institutelor internationale de reglementare. Astfel, Forumul DSL, a elaborat in august 2000 un raport tehnic TR-36 versiunea 1.0, cuprinzand cerinte pentru VoDSL.

Solutia BLES a fost amendata in Anexa A din standardul TR-39 elaborat de Forumul DSL, numit "Requirements for Voice over DSL facilities to BLES", versiunea 1.1/2001.

Solutia BLES are doua abordari care folosesc:

ATM cu incapsulare in stratul AAL2 bazata pe ATM Forum af-vmoa-0145.000 ("AAL2 over ATM");

Frame relay, bazata pe Frame Relay Forum FRF.11 ("IP-based FRF.11"), care nu intra din vederile acestui studiu.

Specificatia BLES asigura servicii de voce transparente fara sacrificarea performantelor traficului de date. Vocea bazata pe pachete trebuie sa interopereze cu reteaua PSTN. Asigurarea acestei compatibilitati fara cererea de a inlocui echipament sau infrastructura a fost filozofia care a stat la baza specificatiei BLES.

Standardul BLES a adaugat doua functii de inter-operare, CO-IWF si CP- IWF (figura 2.2) pentru a adapta sistemul telefonic mostenit la reteaua de banda larga.

CO-IWF (Central Office Interworking function for Broadband Loop Emulation VoDSL) - (Circuit pentru realizarea) functiei de conlucrare pentru emularea buclei de banda larga VoDSL la oficiul central.

CP-IWF (Customer Premises Interworking function for VoDSL) - (Circuit pentru realizarea) functiei de conlucrare la abonat.

Figura 2.2 Exemplu de arhitectura BLES

VoATM, sau Broadband Loop Emulation Services (BLES), are avantajele stratului AAL2 ATM si a mecanismului QoS pentru a asigura circuite virtuale vocale. Cerintele tehnice BLES pentru VoDSL reflecta importanta calitatii vocii in procesul de pachetizare a vocii.

ATM a fost proiectat de la inceputul pentru a transporta voce, date si alte servicii pe aceeasi conexiune, cu diferite QoS pentru fiecare media. ATM are o celula de lungime fixa de 53 octeti, acesta are drept consecinta viteze de comutare foarte rapide si furnizeaza un QoS garantat prin mecanismele complexe de formare a cozii.

La inceput, s-a folosit stratul de adaptare 1 ATM (AAL1) pentru servicii cu debit constant CBR (Constant Bit Rate) pentru a furniza voce pe ATM (VoATM). Aceasta metoda de transport a vocii foloseste cea mai inalta clasa de QoS ATM, CBR, pentru a asigura un flux continuu de informatie. Cu toate acestea, dezavantajul este ca el monopolizeaza largimea de banda care ar putea fi folosita si pentru alte aplicatii, de exemplu in timpul perioadelor de tacere.

Un nou strat de adaptare ATM, AAL2 a fost definit pentru serviciile in timp real ce folosesc debite variabile VBR (Variable Bit Rate real time). Stratul AAL2 face posibila transportarea informatiei utile variabile in interiorul celulelor, foloseste tehnicile de suprimare a perioadelor de tacere si de comprimare a vocii. Toate acestea permit transportarea pe aceeasi conexiune ATM a multiple canalele de voce cu debite variabile.

Vocea analogica de la porturile POTS (ale CP-IWF) este convertita in forma digitala si apoi codata ca un flux serial al carui debit binar va depinde de metoda de codare. Pentru multe sisteme VoDSL, fluxul vocal codat va avea un debit de 64 kbps, 32 kbps, sau 16 kbps.

Canalele vocale care folosesc codarea G.711 (PCM) sau G.726 (ADPCM) asigura o valoare a parametrului MOS (Mean Opinion Score) de 4.0.

Fluxul de voce digitalizata este acumulat pentru a crea un pachet de voce. Marimea acestui pachet depinde de protocolul de transport care este folosit pentru transportul vocii. Exemple de marimi de pachete pentru sistemele VoDSL sunt de 20 bytes, 36 bytes, 40 bytes si 44 bytes. Timpul necesar pentru a acumula suficienta voce codata pentru a umple un pachet (intarzierea de pachetizare) este primul element major al intarzierii de transmitere pe calea vocala.

Apoi pachetele vocale sunt mapate in stratul urmator. Intarzierea introdusa de aceasta depinde de natura acestei mapari care poate fi facuta in doua moduri:

Mapare simpla AAL2, unde un pachet AAL2 ocupa intreg campul cu informatie utila (payload) a unei singure celule ATM. Aceasta mapare implica o intarziere neglijabila.

Maparea de sub-celule AAL2 multiplexate, unde un flux de pachete AAL2 este mapat in campurile cu informatie utila ATM, fara o relatie fixa intre marginea pachetului si marginea celulei. Intarzierea in acest caz de mapare depinde de valoarea aleasa pentru timer-ul numit "utilizare combinata" care in mod normal este setat pe o valoare care este substantial mai mica decat timpul de pachetizare.

In figura 2.3 este prezentata arhitectura retelei VoATM. Serviciile de date sunt transportate de catre protocolul stratului 5 ATM (AAL5), care este specific pentru transportul pachetelor de date.

Figura 2.3 Model de retea VoATM

La abonat, dispozitivele de voce si fax sunt conectate prin dispozitivul de acces integrat (IAD) bazat pe ATM. In mod normal sunt utilizate doua circuite PVC (Permanent Virtual Circuits), unul pentru transportarea traficului de voce in payload-ul AAL2 si unul pentru transportarea traficului LAN in payload-ul AAL5. Pe fiecare PVC pot fi asignati diferitii parametrii QoS pentru a asigura prioritatea traficului de voce in cadrul traficului de date. Traficul de voce este transportat prin retea spre gateway-ul vocal configurand diferite circuite PVC, in DSLAM, in comutatorul ATM si in Gateway-ul vocal. Pentru a transporta tot traficul de date, un circuit PVC este terminat la sistemul de management al abonatului, conectat la un router IP care de obicei este conectat la Internet.

Avantaje:

Garantarea lui QoS prin mecanismele complexe de formare a cozii.

Protocol de supradebit (overhead) redus comparativ cu VoIP cand este transportat pe ATM

Dezavantaje:

Necesita investitii mari in echipament ATM

Gateway-ul vocal este foarte scump

Multe circuite PVC de configurat

Complexitate la instalare si intretinere

Tehnologia cu comutatoare ATM are inca costuri ridicate

Avantajul furnizorului de servicii este ca reteaua locala PSTN poate fi ocolita deoarece vocea este transmisa prin o retea de date spre gateway-uri VoATM, apoi spre PSTN.

2.3 Solutia MBN

Multiservice Broadband Networks (MBN) sau VOIP, utilizeaza de asemenea ATM dar stratul AAL 5. MBN va asigura o conexiune de retea de date cap-cap pentru apelurile vocale, ocolind reteaua PSTN in intregime. Avantajele acestei arhitecturi este ca, in plus, ocolind PSTN, furnizorul de servicii are posibilitatea sa furnizeze servicii imbunatatite bazate pe IP.

Vocea pe IP dezvoltata in reteaua de transport de astazi nu trebuie sa se confunde cu vocea transportata pe Internet. Internetul este o retea publica si in varianta actuala nu garanteaza mecanismele de QoS de la un nod la altul. In timp ce exista soft pentru aplicatii de video si audio conferinta care transporta vocea pe Internet, calitatea vocii este mult mai slaba decat nivelul "inalt" existent  intr-o retea PSTN, deoarece se folosesc algoritmi de compresie pentru a reduce largimea de banda. Totusi, vocea poate fi transportata cu succes pe retelele IP unde traficul este mult mai controlat si se pot utiliza mecanismele care asigura QoS pentru traficul de voce.

Indiferent daca infrastructura retelei centrale (core) este ATM, IP sau Frame Relay,  toate retele DSL sunt in stare sa transporte trafic IP de la si pana la abonat. Actualele DSLAM-uri sunt bazate pe ATM, astfel ca pe aceste retele, vocea pe IP va fi necesar sa fie ca transportata pe ATM. Un model de astfel de retea este ilustrat in figura 2.4. Dispozitivul CPE VoIP de la abonat va transporta traficul vocal si de date in payload-ul IP, folosind diferite mecanisme pentru a asigura prioritatea traficului de voce fata de traficul de date.

Figura 2.4 Modelul retelei de VoIP prin ATM

Apare o intrebare, de ce se face conversia traficului de pachete bazate pe IP, in IP pe ATM, pentru al transporta pe o retea ATM si apoi sa se faca reconversia in pachete IP. Ar fi mult mai eficient daca stratul ATM ar putea fi in intregime eliminat; in acest caz DSLAM ar fi bazat pe IP mai degraba decat bazat pe ATM.

Avantaje:

Posibilitatea de a alege intre ATM sau IP

Permite transportatorilor sa dezvolte infrastructuri noi de retea bazate numai pe IP.

echipamentele retelei IP sunt in general mai ieftine decat cele ATM

Dezavantaje:

Nu a aparut inca un standard cu un avantaj foarte clar, diferite standarde pentru Gateway-ul VoIP fiind in discutie

Gateway-ul VoIP este scump

2.4 Solutia CVoDSL

Fiecare alternativa ofera avantaje pentru diferite segmente de piata. Cu CVoDSL vocea este mapata direct pe stratul fizic ADSL, ceea ce implica platforme cu posibilitate VoDSL mai ieftine si mai putin complexe si permite furnizorului de servicii sa ofere un numar limitat de canale vocale pe ADSL. CVoDSL suporta PCM si necesita o largime de banda de 64 kbps in sensul amonte si aval, limitand numarul canalelor vocale la 2 sau 3. Aceasta tehnologie are drept tinta abonatii rezidentiali.

Ambele metode VoATM si VoIP necesita o investitie importanta in infrastructura de retea si personal de o inalta calificare care sa instaleze si sa intretina echipamentul. Pentru mici operatori costurile de pornire ale unui asemenea serviciu sunt principalul motiv pentru nefolosirea VoDSL. Totusi, este posibila sa se combine multiple linii de voce si date pe o conexiune DSL fara complexitatea solutiilor existente. In acest model de retea, vocea este multiplexata cu datele la dispozitivul de la abonat (CPE) si simplu demultiplexat la DSLAM unde el este prezent ori ca flux E1 ori ca interfata analog individuala FXO.

Figura 2.5 Model de retea VoDSL

Multiplexarea semnalelor de voce si de date in dispozitive IAD trebuie sa fie facuta de asa maniera incat semnalul vocal sa nu fie afectat de cantitatile mari de trafic de date. De exemplu, ar putea fi inacceptabil pentru calitatea vocii sa fie redusa in timpul descarcarii unui fisier ftp de pe un site. Daca traficul de voce ar fi intercalat numai cu traficul de date, aceasta ar fi un potential pentru intarzieri si jitter. Considerand un pachet Ethernet cu lungimea de 1500 de octeti, daca linia DSL functioneaza la 256 kbps si ii ia aproape 6 ms pentru a transmite, ceea ce este inacceptabil pentru durata traficului de voce. Un argument pentru ATM este garantarea calitatii serviciului folosind celulele de lungime fixa si foarte mica, totusi cu dezavantajul unui supradebit (overhead) (care este aproape 10% din antetul unei celule).

Nu este un avantaj ca viteza liniilor DSL este mare si ca intarzierea cauzata de pachetele de date mari este redusa, deoarece cadrele Ethernet de 1500 de octeti folosesc numai 0,75 ms pentru a transmite un debit de linie de 2 Mbps. Pentru a tine cont de aceasta, pachetele de date pot fi segmentate mai putin cu cat viteza in linie creste, aceasta permite obtinerea maximului de eficienta in timp ce se pastreaza si calitatea vocii.

Aceasta metoda simpla de transport a vocii pe DSL inseamna ca partea de largime de banda sacrificata de antete asociate cu alte solutii VoDSL pot fi folosite.

3 VDSL si Scenarii de furnizare a Serviciilor complete (Full service) pe retele xDSL

In noiembrie 2002 ITU-T a aprobat un grup de specificatii care permit operatorilor detinatori de retele de acces pe cupru sa furnizeze servicii multimedia denumite generic "triple-play" sau "full service" si anume, multiple fluxuri continue video digitale de inalta calitate, acces Internet de mare viteza si servicii vocale multiple.

Dintre tehnologiile xDSL cea mai potrivita pentru livrarea acestor servicii a fost desemnata tehnologia VDSL. Din acest motiv grupul de lucru nou infiintat se numeste FS-VDSL ( Full Service - VDSL).

In cele ce urmeaza se descrie furnizarea serviciilor complete pe o reteaua xDSL in general (VDSL in special), care poate fi folosita pentru a livra serviciile "triple-play" bazate pe protocolul IP si anume: Internet de mare viteza (High Speed Internet - HSI), televiziune digitala (DTV) si video la cerere (VoD). Este data o descriere a acestor servicii si a cerintelor serviciilor privind elementele retelei si fluxurile de informatii necesare pentru transmisia serviciilor.

3.1 Reteaua xDSL "full-service"

In figura 3.1 este prezentata reteaua cap-la-cap folosita pentru a furniza serviciile "triple play". Partea din reteaua studiata este pana la interfata V. In consecinta nu este definita reteaua nucleu (core), nodurile de servicii si conexiunile dincolo de interfata V. De asemenea, se considera ca tehnologia de strat 2 trebuie sa fie ATM.

Figura 3.1 Reteaua full-service xDSL simplificata

Reteaua cap-la-cap cuprinde urmatoarele componente cheie:

FPD (Functional Processing and Decoding) - este o unitate de procesare a functiilor aflata la abonat si care termina serviciul. Unitatea FDP poate fi un computer personal (PC), un telefon sau Set-top-box (STB), in functie de tipul serviciului receptionat. Acesta este conectata la dispozitivul VTP printr-o interfata Ethernet, USB sau POTS in functie de tipul unitatii FPD.

VTP (VDSL Termination Processing)- este un dispozitiv terminatie de retea de banda larga care se afla la abonat si termina stratul xDSL, iar in anumite cazuri poate termina, de asemenea, si stratul ATM. in functie de serviciul ce va fi livrat VTP furnizeaza functiile de procesare ATM, Ethernet si IP. Dispozitivul VTP asigura interfete Ethernet si/sau USB.

DSLAM - este un multiplexor de acces DSL folosit pentru livrarea serviciilor DSL la abonati pe bucla locala pe cupru. DSLAM poate fi distribuit in diferite configuratii in functie de desfasurarea scenariului. In acest studiu, este prezentat ca o singura unitate fizica care asigura functii de terminatie de linie de acces DSL, separand semnalul telefonic din banda de baza PSTN, QoS-ul si functiile de management ale traficului agregat de banda larga catre reteaua nucleu. Interfata V pe DSLAM constituie stratul 2 ATM. DSLAM are nevoie de implementarea unor functii aditionale, in functie de serviciile livrate prin el.

Reteaua nucleu (core) - asigura transmisia traficului pentru serviciile bazate pe IP. Reteaua nucleu poate utiliza orice tehnologie de strat 1 si start 2 care este capabila sa transporte stratul 3 IP. Totusi, unde reteaua nucleu nu foloseste un strat 2 ATM, trebuie implementata o functie de conlucrare la marginea retelei pentru a adapta traficul stratului 2 ATM de la DSLAM la stratul 2 corespunzator folosit in reteaua nucleu. De asemenea, uneori reteaua nucleu poate fi o functie nula, atunci cand nodul de serviciu este conectat direct la DSLAM.

Nodul de serviciu-implementeaza functia server pentru a livra un serviciu bazat pe IP.

3.2 Servicii "triple play"

3.2.1 Internet de mare viteza

Serviciul de banda larga de baza desfasurat astazi pe retelele xDSL este Internet de mare viteza (HSI). Serviciul poate fi dezvoltat in mai multe configuratii in functie de tipul retelei cap-cap existenta. In aceasta lucrare sunt definite doar 2 posibile scenarii: implementarea serviciului HSI intr-o reteaua ATM pur si implementarea acolo unde reteaua de acces este ATM iar reteaua nucleu este IP. In ambele cazuri exista 3 optiuni in functie de protocol utilizat pentru livrarea serviciului si locul unde se termina acest protocol.

3.2.1.1 Implementarea serviciul Internet intr-o retea ATM

In figura 3.2 se prezinta scenariul in care serverul de acces distant de banda larga, care asigura accesul la Internet, interconecteaza multiple DSLAM-uri fie printr-o reteaua nucleu ATM sau direct (unde reteaua nucleu are functie nula). Cand DSLAM-urile sunt conectate direct la un server B-RAS (Broadband Remote Access Server), atunci serverul B-RAS este de obicei in domeniul furnizorului de retea si suporta un singur furnizor de serviciu HSI. Cand serverul B-RAS este conectat printr-o retea nucleu, atunci el este la marginea domeniului furnizorului de serviciu. In acest caz reteaua furnizorului conecteaza simplu circuitele PVC (Permanent Virtual Circuit ale abonatului pentru serviciu HSI spre serverul B-RAS corespunzator. Acest ultim model poate in consecinta suporta furnizori de serviciu multipli conectati printr-un singur furnizor de retea dar implica niste pregatiri suplimentare deoarece de fiecare data un client nou este adaugat la un server B-RAS al furnizorului de servicii, furnizorul de serviciu trebuie sa asigure un circuit PVC prin reteaua sa intre abonat si serverul B-RAS.

* Nod de serviciu

Figura 3.2 Serviciul Internet in retea ATM

Componentele principale ale acestui scenariu sunt:

FPD - este fie un PC sau STB (Set Top Box). Unitatii FPD i se cere sa fie in masura sa actioneze ca un client PPP (Point-to-Point Protocol). Acolo unde interfata fizica spre FPD este Ethernet, protocol este PPPoE (Point-to-Point Protocol over Ethernet) iar unde interfata este USB (Universal Serial Bus protocolul poate fi fie PPPoA (Point-to-Point Protocol over ATM), fie PPPoE.

VTP - sunt 2 tipuri de dispozitive VTP in functie de optiunea folosita de furnizorul de serviciu.

Optiunea a - VTP contine un client PPPoA si termina startul ATM. In viitor va asigura rutarea IP si functia NAT (Network Address Translation) pentru a da posibilitatea partajarii conexiunii Internet intre mai multe PC-uri intr-o locuinta. Ca rezultat el trebuie sa asigure un server DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) pentru a aloca dinamic adresa IP privata spre unitatile FPD-uri.

Optiunea b -VTP asigura o functie simpla de bridge de strat 2 Ethernet. Stratul ATM se termina cu modem pe partea de interfata de retea si prezinta o interfata Ethernet pe partea de interfata a utilizatorului.

DSLAM - datorita naturii "best-effort" a serviciului HSI, DSLAM trebuie sa asigure numai un QoS "best-effort". Totusi, trebuie sa asigure mijloace pentru a garanta largimea minima atat pentru banda in sensul amonte cat si pentru banda in sensul aval la abonatul final pentru a satisface conventiile privind nivelul serviciului convenit SLA (Service Level Agreements);

Retea nucleu - este ATM in acest scenariu si cand server-ul B-RAS exista in domeniul furnizorului de retea atunci reteaua nucleu are functie nula. Reteaua nucleu ATM asigura QoS necesar pentru a oferii o largime de banda minim garantata pentru fiecare B-RAS.

B-RAS - serverul de acces de banda larga distant este nod de serviciu pentru serviciu HSI si asigura urmatoarele functii:

Terminatie a sesiunii PPP

Autentificare, autorizare si contabilizare (AAA) pentru serviciul HSI.

Alocatia adreselor IP, gatway implicit si server DNS (Domain Naming System) spre unitatea FPD.

Fluxul PPP - Topologia conexiunii pentru acest flux este de tip bidirectional punct-la-punct. Fluxul utilizeaza conexiune PPPoE sau PPPoA intre dispozitivul VTP si serverul B-RAS.

3.2.1.2 Implementarea serviciul Internet intr-o retea de acces ATM si retea nucleu IP

Figura 3.3 prezinta scenariul unde functia serverului B-RAS este impartita intre doua dispozitive, si anume: concentratorul de acces L2TP (LAC, L2TP Access Concentrator si serverul de retea L2TP (LNS, L2TP Network Server) pentru a permite terminarea stratul ATM aproape de reteaua de acces.

* Nod serviciu

Figura 3.3 Serviciu Internet intr-o retea de acces ATM si retea nucleu IP

Componentele aditionale ale acestui scenariu sunt:

LAC - Concentratorul L2TP asigura terminatia pentru ATM si/sau Ethernet si asigura o functie de discriminare pentru a directa sesiunea PPP spre un router (LNS) printr-un tunel L2TP pentru terminarea, autentificarea si contabilizarea sesiunii.

LNS -serverului de retea L2TP este amplasat la marginea retelei furnizorului de serviciu si asigura functiile AAA (Authentication, Authorisation and Accounting) pentru serverul B-RAS. Aceasta arhitectura suporta mult mai usor situatii cu multiplii furnizori de serviciu deoarece fiecare furnizor de serviciu are nevoie doar de o intrare de domeniu in concentratorul LAC care apartine furnizorului de retea. Aceasta se face de obicei la instalare. Dupa aceasta, cand fiecare nou abonat este adaugat la LNS-ul furnizorului de servicii, furnizorul de retea nu are nevoie de nimic altceva decat de a asigura o conexiune VCC ATM intre dispozitivul VTP si concentratorul LAC. In practica poate fi facuta o pre-pregatire, deoarece orice incercare de conectare a unui abonat la un serviciu va fi refuzata de serverul corespunzator LNS al furnizorului de serviciu pana cand clientul deschide un cont.

Retea nucleu - este IP in acest scenariu si trebuie sa sustina un QoS care sa ofere un minim de largime de banda garantata pentru fiecare pereche LAC-LNS.

Fluxurile asociate cu serviciul HSI in acest scenariu sunt:

Fluxul PPP - Topologia de conectare pentru acest flux este de tip bidirectional punct-la-punct si utilizeaza conexiuni PPPoE sau PPPoA intre dispozitivul VTP si concentratorul LAC. Fluxul transporta protocolul PPP intre FDP/VTP si LAC care la randul lui transporta trafic IP pentru serviciul HSI.

Fluxul L2TP - Topologia de conectare pentru acest flux este de tip bidirectional punct-la-punct si este in afara scopului studiului privind FS-VDSL, dar conexiunea poate fi facuta printr-un tunel L2TP intre concentratorul LAC si serverul LNS care traverseaza reteaua nucleu IP. Fluxul transporta canale de control L2TP si de date care la randul lor transporta toate fluxurile PPP intre concentratorul LAC si serverul LNS.

Televiziune digitala (DTV)

Televiziunea digitala asigura un serviciu de receptie a serviciilor de televiziune si radio transmise atat prin satelit cat si prin difuziune terestra, pe o conexiune DSL. Figura 3.4 prezinta componentele pentru livrarea acestui serviciu.

Figura 3.4 Componentele si fluxurile televiziunii digitale.

Componentele principale ale acestui serviciu sunt:

FPD - este un bloc STB care functioneaza cu un sistem de operare corespunzator si cu un soft de nivel mediu asigurand aplicatiile necesare pentru urmatoarele functii:

Obtinerea conexiunii IP spre server-ul aplicatiei DTV folosind fie protocolul DHCP fie protocolul PPPoE.

Descarcarea soft-ului pentru client care contine nucleul (kernel) STB si aplicatii DTV. Pentru o utilizare optima a capacitatii retelei, protocol recomandat este protocolul multicast TFTP (Trivial File Transfer Protocol

Aplicatia de schimbare a canalului care foloseste protocolul IGMPv2 (Internet Group Management Protocol) necesara pentru transportul schimbarilor de canal.

Aplicatiile de cautare si afisare video necesare pentru a afisa interfetele de utilizator si semnalele audio/video.

VTP - termina atat DSL cat si straturile ATM. Mai mult decat atat asigura functia de bridge pentru a asigura transferul traficului Ethernet intre boxa STB si nodurile de serviciu. Dispozitivul VTP trebuie sa indeplineasca urmatoare cerintele pentru a sustine serviciile DTV:

Sa fie conform cu IEEE 802.1d si RFC 2684

Sa asigure functia proxy IGMP

Sa asigure functia de bridge si filtrarea pachetelor IP pentru a controla fluxul de pachete intre interfata Ethernet pe partea abonatului si conexiunile VCC ATM pe partea retelei.

DSLAM - trebuie sa asigure o functie de schimbare a canalului pentru a face posibila conectarea canalelor multicast receptionate de la un cap terminal (head-end) de difuziune spre conexiunea VCC corespunzatoare abonatului pe o interfata UNI DSL. Protocolul IGMPv2 este folosita ca protocol de schimbare a canalului.

Reteaua nucleu - trebuie sa sustina un QoS si o largime de banda suficiente pentru serviciul digital TV. In plus trebuie sa sustina canale multicast pentru traficul de banda larga in puncte din reteaua nucleu.

Cap terminal de difuziune (broadcast head-end) - Fiecare canal Tv si radio este codat MPEG-2 ca un singur flux de transport de program care este apoi incapsulat pe UDP/IP (User Datagram Protocol/Internet Protocol) si introdus in reteaua nucleu cu o adresa IP multicast unica de clasa D.

Serverul de aplicatii DTV - asigura logica de afaceri la partea de server pentru serviciul de televiziune digitala si consta de obicei din serverul de web, serverul de aplicatii si baza de date.

Serverul de date multicast - contine soft-ul STB si alte date referitoare la serviciul de televiziune digitala. El este activat la cerere de catre STB folosind protocolul multicast TFTP.

Video la cerere

Figura 3.5 prezinta diferite componente necesare livrarii serviciului video la cerere (VoD). Serviciul VoD poate fi oferit independent de televiziunea digitala sau impreuna cu ea, caz in care unele din componente si fluxuri din figura 3.5, vor fi partajate de cele doua servicii.

* fluxul poate fi stabilit folosind protocoalele PPPoE sau DHCP.

Figura 3.5 Componentele si fluxurile VoD

Componentele principale sunt urmatoarele:

FPD - este un bloc STB care functioneaza cu un sistem de operare corespunzator si cu un soft de nivel mediu furnizand aplicatiile necesare pentru urmatoarele functii:

Client RTSP (Real Time Streaming Protocol) adecvat pentru comunicarea cu managerul sesiunii VoD si implementarea controlului VCR (videocassette recorder)

Aplicatia VoD pentru cautare, selectare, inchiriere si vizionare de filme VoD.

Aplicatiile de cautare si afisare video pentru a afisa interfata de utilizator si semnalele audio/video.

VTP - termina atat DSL cat si straturile ATM. Mai mult decat atat asigura functia de bridge Ethernet pentru a transfera traficului Ethernet intre STB si nodurile de serviciu.

Pentru a suporta serviciile DTV, modemurile xDSL trebuie sa se conformeze standardului IEEE 802.1d.

DSLAM - DSLAM-ul trebuie sa ofere un QoS garantat pe langa QoS "best-effort". In plus datorita cererii mari pentru largime de banda pentru Vod, DSLAM-ul trebuie sa asigure interfetele de retea de mare viteza prin care se conecteaza la reteaua nucleu.

Reteaua nucleu - VoD este o aplicatie cu cerere intensiva de banda larga datorita naturii sale bazata pe sesiune. Cerintele de banda larga de la reteaua nucleu cresc liniar cu cresterea numarului de abonati VoD. Aceasta inseamna ca reteaua nucleu trebuie sa furnizeze atat QoS suficient pentru serviciul VoD cat si capacitate mare.

Managerul sesiunii VoD - trateaza stabilirea (set-up), control si deconectarea (teardown) sesiunii VoD.

"pompa" video VoD - emite continut VoD sub comanda managerului de sesiune VoD.

Serverul de aplicatii VoD - asigura functia server a serviciului VoD. In general consta din serverul de web, serverul de aplicatii si baza de date. Cand DTV si VoD sunt oferite simultan de furnizorul de servicii atunci serverul de aplicatii trebuie sa fie partajat intre aceste doua servicii.

Serverul de date multicast - este descris in sectiunea DTV. Cand DTV si VoD sunt oferite simultan de furnizorul de servicii serverul de date multicast trebuie sa fie partajat intre aceste doua servicii.

CONCLUZII

Dezvoltarea comunicatiilor la nivel national mai ales prin introducerea tehnicilor digitale de prelucrare a semnalelor vocale, video si multimedia faciliteaza introducerea de noi tehnologii/servicii, diferite de cele clasice de transmitere a acestor semnale. Printre acestea se numara utilizarea tehnologiilor xDSL in reteaua de acces, pentru transmiterea in modul pachet a semnalelor vocale (VoDSL), video si multimedia

Tehnologiile xDSL ocupa o pozitie importanta in infrastructura de telecomunicatii prin re-utilizarea perechilor de cupru intr-un mod inovator. In timp ce ariile centrale beneficiaza de un spectru bogat de aplicatii bazate pe tehnologii IT avansate, ariile periferice au acces la o retea WAN dar au resurse IT foarte limitate. Tehnologiile xDSL se afirma ca o solutie de legatura intre aceste parti.

In acelasi timp, implementarea vocii prin pachete trece printr-o crestere exploziva datorita avantajelor ca folosirea eficienta a latimii de banda, reducerea costurilor pe distante lungi, cresterea eficientei si posibilitatea introducerii de noi servicii. Dezvoltarea tehnica se adreseaza rezolvarii dificultatilor din retelele de pachete precum calitatea serviciului si fiabilitate, permitand sistemelor bazate pe vocea pachetizata sa fie sigure.

Solutiile de procesare a vocii de la marginea retelei vor fi puternic dezvoltate pentru a face posibila deplasarea transmiterii vocii prin retelele de pachete pe intreaga infrastructura globala de telecomunicatii. Sistemele xDSL fac posibila aceasta optiune prin VoDSL.

VoATM este metoda preferata pentru VoDSL, datorita performantelor sale superioare. Totusi, utilizarea VoIP va oferii unele avantaje clare, datorita omniprezentei protocolului IP deschizand calea spre telefonia IP cap-cap. Pachetele de voce pot fi transportate ieftin prin reteaua de date. Aceste avantaje motiveaza puternic cercetarea in asigurarea unui QoS IP pentru traficul vocal in timp real.

Nu exista numai o singura solutie pentru dezvoltarea VoDSL care sa rezolve toate problemele sau care sa fie ideala pentru toate situatiile. Operatorul care detine o infrastructura de retea ATM si specialisti in acest domeniu care sa intretina reteaua poate alege solutia VoATM pentru desfasurarea vocii pe DSL. Noii operatori cu o retea bazata in intregime pe IP sau un operator care doreste sa migreze spre IP sau are o retea in care coexista IP cu ATM poate alege VoIP.

In concluzie, este clar ca VoDSL este un pas important in evolutia tehnologiei digitale pe linia de abonat. Avantajele VoDSL sunt evidente: convergenta de voce si date folosind o singura linie conduce la avantaje economice pentru furnizorii de serviciu de toate tipurile, intelegand operatorii traditionali cat si noii operatori.

Bibliografie

[1] ITU-T Recomandation G.114: "One-way Transmission Time"

[2] ITU-T Recomandation G.113 (1996): "Transmission impairments"

[3] ITU-T FS-VDSL White Paper "Full-Service VDSL" FS-VDSL Service Scenarios, 29 November 2002

[4] DSL Forum TR-036 Technical report - Requirements for VoDSL, V.1.0/2000

[5] ITU-T FS-VDSL White Paper "Full-Service VDSL" System architecture and customer premises equipment, 2003

[6] ITU-T FS-VDSL White Paper "Full-Service VDSL" - Core Network Solutions, December 2002

Alcatel, "Voice over DSL - The Key to Next Generation Voice/Data Services" 2002

[8] Irina Vasile, Luminita Filip, "xdsl technologies for the packed transmission of the voice signals (vodsl)" SIITME 2003, Timisoara, Romania