ATM (Asynchronous Transfer Mode)

ATM Genişbant Birleşik Servisler Sayısal Şebekesini (BISDN ' Broadband Integrated Services Digital Network) gerçekleştirmek için uluslararası standartlar kuruluşu ITU-T tarafından seçilen teknolojidir. Bu teknoloji modern telekomünikasyonun önemli ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde geliştirilmektedir. Özellikle, yüksek hızda büyük hacimde bilgi taşımak için tasarlanan ATM; ses, veri, video ve multimedia (çoğul ortam) dan oluşan çok çeşitli telekomünikasyon trafiklerini taşır. ATM ses ve multimedia haberleşmesinde gerçek zaman iletimini (real time transmission) gerçekleştirebilir. Şebeke mobil haberleşmenin ihtiyaçlarını da karşılar.

ATM, B-ISDN'nin temelini oluşturmakta olup bir taşıma ve anahtarlama teknolojisidir. Bilgiyi verimli ve güvenilir bir şekilde bir yerden diğer bir yere taşır. ATM hücre teknolojisini kullanır. Hücre teknolojisi bilginin sabit boyuttaki kaplar ile taşınması demektir. Bu şekilde taşıma trenlerde, kara ve deniz yollarında gördüğümüz yük konteynerlerine benzetilebilinir. Hangi taşıma çeşidi kullanılırsa kullanılsın aynı konteynerlerin kullanılması gibi, ATM de çeşitli tipteki telekomünikasyon şebekeleri arasında sabit boyutta hücreler kullanarak şebeke boyunca kesintisiz taşımayı sağlar.

ATM uluslararası bir standart konusu olup ITU, ETSI ve ATM forum tarafından standartları hazırlanmaktadır. Transfer mode telekomünikasyon şebekesindeki transmisyon, multipleks ve anahtarlama ile ilgili konuları içerir. Synchronous Transfer Mode aynı saatten üretilen sabit bir zaman ilişkisi bulunan tekniklerdir. PDH ve SDH sistemleri bu teknolojileri kullanır. Bir çağrı kurulacağı zaman bu sistemler sabit bir kanal ayırırlar. Çağrıyı kurmak için adres bilgisini kullanmazlar. Bu ayrılan kanal çağrı sonlandırılmadığı zaman kullanılmasa bile boş kalır ve bu durum verimsizliğe yol açar. ATM bir transfer modu olup burada bilgi hücreler içine yerleştirilir. Bir kullanıcıya ait hücreler periyodik olarak iletilmezler. Gelen hücreler giden hücreler akımındaki dilimlere yerleşmeye çalışırlar. Sabit bir zamanlama ilişkisi yoktur. Eğer yerleşecek dilim yoksa, hücre ATM anahtar içinde kuyrukta bekler. Bu durum ATM anahtar boyunca trafiğe bağlı olarak değişken bir hücre gecikmesi meydana getirir. Bu değişken hücre gecikmesinden dolayı ATM hücrelerinin ATM anahtar boyunca asenkron aktarıldığı söylenilir. STM ve ATM basit olarak Şekil 1. ve şekil-2 'de gösterilmiştir.

ATM, kamu ve özel şebekelerden oluşan geniş alan şebekelerinde kullanıldığı gibi, yerel alan ağlarında da kullanılmaktadır. Bu durum ATM'nin en önemli özelliklerinden biridir.

B-ISDN Protokol Referans Modeli

ITU küresel bir genişbant şebekesi için B-ISDN referans modelini geliştirdi (ITU-T I.121).

Şekil 1. STM (Synchronous Transfer Mode)

A ağır trafik, B arasıra bilgi gönderiyor, C trafik yok

Şekil 2. ATM Çoklama

Birçok haberleşme protokol modellerinde olduğu gibi B-ISDN referans modelinde Şekil 3.'de görüldüğü gibi katmanlar ve düzlemlerden oluşan iki boyutlu bir model kullanılır.

B-ISDN protokol referans modeli (B-ISDN PRM) üç düzlemden oluşur. Bunlar kullanıcı düzlemi, kontrol düzlemi ve yönetim düzlemidir.

Kullanıcı düzlemi, katmanlardan oluşan yapısı ile kullanıcı bilgi akışı, bu bilgi ile ilgili kontrol bilgisi, akış kontrolu ve hataları düzeltmeyi içeren bir taşıma mekanizmasıdır.

Kontrol düzlemi, katmanlardan oluşan yapısı ile çağrı kontrol ve bağlantı kontrol işlevlerini gerçekleştirir. Çağrı ve bağlantıları kurmak, izlemek ve çözmek için gerekli işaretleşme ile ilgilenir.

Yönetim düzlemi iki tip işlev sağlar. Bunlar, katman yönetimi ve düzlem yönetimi işlevleridir.

Düzlem yönetimi işlevleri bir bütün olarak sistem ile ilgili yönetim işlevlerini gerçekleştirir ve bütün düzlemler arasındaki koordinasyonu sağlar. Düzlem yönetiminin katman yapısı yoktur.

Katman yönetimi kaynaklar ve ilgili protokoller içindeki parametreler ile ilgili yönetim işlevlerini (örneğin meta ' işaretleşme) gerçekleştirir. Katman yönetimi ilgili katman ile ilgili işletme ve bakım bilgilerinin akışını sağlar. İlave detaylar ITU Q.940 tavsiyesinde bulunur.

Uyarlama katmanları daha yüksek katmanlardaki servisleri örneğin, değişken uzunlukta SMDS çerçevelerini, ATM katmanına gönderilecek veya ATM katmanından alınacak sabit uzunlukta hücrelere çevirir. Farklı servisler için farklı uygulama katmanları gerekir.

ATM katmanı güzergah seçimini, trafik yönetimini ve ATM hücrelerinin çoklanmasını sağlar. Servis katmanlarından ve fiziksel katmanlardan bağımsızdır.

ATM katmanının aşağısındaki fiziksel katman hücre akımını çerçeve yapısına çevirir ve bu yapıyı gereken ortamdan nakleder.

B-ISDN PRM deki her bir katmanın işlevleri şekil-4'de gösterilmiştir. Bu şekilde fiziksel katman, ATM katmanı ve AAL'nin işlevleri belirtilir.

Fiziksel Katman

Fiziksel katman iki alt katmandan oluşur. Fiziksel ortam alt katmanı yalnız fiziksel ortama bağlı işlevleri içerir. Transmisyon çevirici (TC) alt katmanı hücre akışlarını bir fiziksel ortam üzerinden gönderilecek ve alınacak veri birimleri akışına (örneğin bit dizisi) çevirir. ATM katmanı ve fiziksel katman arasındaki sınırı geçen Servis Veri Birimi (Servis Data Unit ' SDU) geçerli hücrelerin bir akışıdır. Geçerli hücreler hatası olmayan ve hücre başlık hata kontrolu işlemlerinden geçen hücrelerdir. ATM katmanı

Şekil 3. B-ISDN Protokol Referans Modeli

Şekil 4. B-ISDN Protokol Referans Model'deki Katmanların İşlevleri

tek olup fiziksel katmandan bağımsızdır. Fiziksel katman ATM hücre akışına hücrelerin başlangıcını belirten bilgileri ekler (cell delineation, ITU tavsiye I.432). Hücre akışı ile ilgili işletme ve bakım bilgilerini de taşır.

Transmisyon çevirici verişte ATM hücre akışının meydana getirdiği transmisyon çerçevelerini oluşturur ve alışta bu çerçevelerden ATM hücre akışını alır.

Fiziksel Ortam Alt Katmanı

Fiziksel ortam altkatmanı bit aktarılmasını ve bit düzenlemesini içeren bit transmisyonunu gerçekleştirir. Hat kodlamasını ve elektrik ' optik dönüşümünü de içerir. Transmisyon işlevleri kullanılan ortama bağlıdır. Örneğin, fiber'optik, radyo, vs.

Bit zamanlamasının ana işlevi ortam için uygun olan dalga yapısının üretilmesi ve alınması için gerekli olan bit zamanlama bilgisinin eklenmesi ve çözülmesini sağlamaktır. Gerekirse hat kodlaması eklenir.

Transmisyon Çevirici Altkatmanı

Bu altkatmanın 5 işlevi bulunmaktadır.

1. Transmisyon Çerçeve Oluşturulması ve Tekrar Elde Edilmesi: Verişte ATM hücre akışının meydana getirdiği transmisyon çerçevelerini oluşturur ve alışta bu çerçevelerden ATM hücre akışını alır.

2. Transmisyon Çerçeve Uyarlaması : Veriş yönünde transmisyon çerçevesinin yük yapısına göre ATM hücre akışını gerekli olan şekilde yapılandırır ve alışta transmisyon çerçevesinden ATM hücre akışını çıkarır.

3. Hücre sınırlarının Belirlenmesi : Hücre akışında ATM hücre sınırları belirlenir. Bu ATM hücre başlığında bulunan başlık hata kontrolu (HEC-Header Error Control) kullanılarak yapılır (ITU tavsiye I.432).

4. HEC Sinyal Oluşturulması ve Doğrulanması : Verişte ATM hücre başlığının ilk 4 baytı için HEC oluşturulur ve 5. bayta yerleştirilir. Alışta hücre başlıkları hatalar için kontrol edilir ve mümkünse hatalar düzeltilir. Başlıklarının hatalı olduğu kararlaştırılanlar ve düzeltilemeyenler atılır.

5. Hücre Hızı Uyarlanması : Geçerli ATM hücrelerinin hızının transmisyon sistemi yük kapasitesine uyarlamak için boş ATM hücreleri eklenir ve alışta bunlar atılır.

ATM Katmanı

ATM katmanının karakteristikleri fiziksel ortamdan bağımsızdır. ATM katmanının 4 ana işlevi bulunmaktadır. Birinci işlevi hücre çoklaması ve tekrar çözülmesidir. Veriş yönünde hücre çoklama işlevi farklı bağlantılardan alınan hücreleri bir tek hücre akımına çevirir. Alış yönünde ise bunun tersini yapar. İkinci işlev Virtual Path Identifier (VPI) ve Virtual Channel Identifier (VCI)'ın değiştirilmesidir. Bu işlev ATM anahtarlama sahasında ve/veya cross-connect noktalarında yapılır. Gelen ATM hücrelerinin VPI ve VCI bilgisi yeni değerle değiştirilir. Duruma göre değiştirme yapılmayabilir. Üçüncü işlev ATM uyarlama katmanı ile haberleşme yapabilmek için hücre başlığı oluşturulması ve çıkarılmasıdır. Alışta başlık bilgisi çıkarılarak hücredeki asıl bilgi daha yüksek katmana aktarılır. Dördüncü işlev akış kontrolunun uygulanmasıdır.

ATM uyarlama katmanları (ATM adaptation layer'AAL)

ATM uyarlama katmanları, daha yüksek katmanlardaki bilgilerinin ATM hücrelerine uyarlanmasından sorumludur. AAL katmanı iki alt katmandan oluşur. Bunlardan biri parçalama ve tekrar birleştirme (Segmentation and Reassembly-SAR) alt katmanıdır. Bu altkatmanın temel işlevi daha yüksek katmanlardan gelen bilgiyi ATM hücrelerinin bilgi sahasına yerleşecek boyutta parçalar ve tersi işlemi yapar. Diğer altkatman çevirme altkatmanıdır (Convergence Sublayer). Ana işlevi daha üst katmanlara farklı servis erişim noktaları üzerinden (Servis Erişim Noktası-Service Access Point-SAP) AAL servisi sağlar. Bu altkatman servislere bağlıdır.

AAL'de kullanılan protokol sayısını azaltmak için aşağıdaki parametreleri içeren servis sınıflaması yapılır.

- Kaynak ve gideceği yer arasındaki zamanlama ilişkisi (gerekli veya gerekli değil)
- Bit hızı (sabit veya değişken)
- Bağlantı modu (bağlantı temelli veya bağlantısız)

Bağlantı temelli serviste çağrı yapıldığında, bilgi göndericiden alıcıya yalnız bir yoldan gönderilir. Bağlantısız serviste bilginin gönderilmesi için tek bir yol kullanılmaz, farklı yollar kullanılabilinir.

Servis sınıfları aşağıdaki tablo-1'de gösterilmiştir.

Tablo-1: AAL için servis sınıfları

Bu servislere örnek aşağıda verilmiştir.

Sınıf A : Yüksek kalite sabit bit hızında ses ve video
Sınıf B : Değişken bit hızında ses ve video
Sınıf C : Bağlantı temelli veri iletimi
Sınıf D : Bağlantısız veri iletimi

ATM HÜCRE YAPISI

ATM, paketin içindeki adres vasıtası ile trafiği güzergahlandıran ve aktaran sayısal paket anahtarlama tekniklerinden biridir. X.25 veya frame relay gibi diğer paket teknolojilerinin aksine, ATM'de çok kısa ve sabit uzunlukta hücre-cell adı verilen paketler kullanılmaktadır. ATM hücreleri 53 bayt uzunluğundadır. ATM hücresinin yapısı şekil-5'te verilmiştir. Başlık (adres içeren), 5 bayt'tan ve bilgi alanı da 48 bayt'tan oluşmaktadır. Bir bayt sekiz bit'ten oluşur.

Şekil 5. ATM Hücre Yapısı

Bu 53 baytlık uzunluk iki grup arasındaki uzlaşma sonucunda kararlaştırılmıştır. Bir grup, özellikle veri haberleşmesi ile ilgilenenler, başlığın sebep olduğu bilgi kaybını azaltmak için bilgi alanının 64 bayt olmasını istedi. Diğer grup , özellikle ses video gibi gerçek zaman iletişimi ile ilgilenenler, hücrenin gönderilme gecikmesini önlemek için 32 bayt olmasını önerdi. İki uzunluğun orta değeri olan 48 bayt bilgi alanı için kabul edilerek uzlaşma sağlandı.

ATM şebekesinde kullanıcı-şebeke ara bağı (UNI) ve şebeke-şebeke ara bağı (NNI) olmak üzere iki ara bağ bulunmaktadır. Bu iki ara bağdaki ATM hücre başlıkları farklı olup şekil-6 ve şekil-7'de verilmiştir. ATM hücresinde yer alan başlık şebekenin hücreyi bir noktadan diğer bir noktaya daha önceden belirlenmiş güzergahlar üzerinden taşıması için gerekli bütün bilgileri içerir.

Şekil 6. Kullanıcı ' Şebeke Arabağında ATM Hücre Başlığı

Şekil 7. Şebeke - Şebeke Arabağında ATM Hücre Başlığı

Başlıktaki alanların isimleri ve bit sayıları aşağıda verilmiştir.

Kullanıcı bilgisi de kalan 48 bayt içinde taşınır.

Generic Flow Control (GFC) 4 bitten oluşmakta olup kontrollu transmisyon uygulanan uç donanımlar için kullanılır. Değişken bit hızındaki servisler için uygun kapasiteyi belirler, trafiği kontrol eder. Kontrolsuz transmisyon uygulanan uç donanımlarda kullanılmaz ve bu alan sıfır yapılır.

ATM bir bağlantı temelli teknolojidir. Her bir hücre çağrı kurulduğunda belirlenen aynı güzergahtan iletilirler.

Adres bilgileri VPI ve VCI olarak adlandırılan 3 baytta yer alır. Adresin ilk baytı Virtual Path Identifier ' Sanal Güzergah Belirleyici ve diğer iki bayt Virtual Circuit Identifier ' Sanal Devre Belirleyici'dir. Bu iki bölümlü adresleme şebeke veya kullanıcılara yerleşim yerleri arasındaki ana trankların kısa tanımlamasını sağlar ve bu arada trankların içindeki her bir devre VCI tarafından muhafaza edilir.

Bir sanal güzergah bir çok sanal kanal ihtiva edebilir. Bundan dolayı VPI iki şehir arasındaki trankı temsil eder ve VCI her bir ayrı çağrıyı temsil eder. Bütün güzergah boyunca anahtarlama donanımı adresin ilk baytı olan VPI kullanarak çağrıları güzergahlandırır ve son yerleşim yerinde VCI'yı kullanarak dağıtımı yapar.

Payload Type - Hücre tipi, yük tipini belirler ve trafik sıkışıklığını gösterir. Bu bilgi işletme ve bakım için kullanılır.

Cell Loss Priority ' Hücre kaybı önceliği, bir tek bitten oluşur ve bu bit 1 olursa şebeke sıkışıklığında hücre atılabilir, 0 olursa hücre atılamaz.

Header Error Control ' Başlık hata kontrolu, başlıktaki hataları belirlemek ve düzeltmek için kullanılır. Başlıkta bir bit hatası varsa düzeltilir, daha çok bit hatası varsa hücre atılır. HEC aynı zamanda hücre sınırlarının belirlenmesinde kullanılır (Cell Delineation).

ATM Uygulamaları

Birçok ülkede ATM uygulamaları ticari ve deneysel olarak yer almaktadır. Belçika'da Belgacom kurumlara 2 Mbit/s den büyük hızlarda birçok şehirde ATM bağlantısı sağlamaktadır. Almanya'da Deutsche Telekom 1993'den beri pilot uygulamalara başlamış ve 1996'da 20 merkezde ATM anahtarları üzerinden veri haberleşmesi sağlanmaktadır. France Telecom JAMES projesine (Joint ATM Experiment on European Services) dahil olarak 1996 yılında ATM servisi vermeye başlamıştır.

Finlandiya'da Helsinki Telephone Co. Şubat 1997'de Internet Protokol ve ATM anahtarları kullanarak yeni bir multimedia servisi sunmaya başlamıştır.

Portugal Telecom Lizbon ve Portodaki ATM şebekesi üzerinden SMDS (Switched Megabit Data Service) sağlamakta olup 1998'de ATM sanal devre bağlantılarına başlayacaktır. Norveç'te telekom operatörü Telenor 34 Mb/s ve 155 Mb/s hızındaki ATM servislerini vermektedir.

İsveç'te Telia, Stockholm, Göteborg, Malmö ve Sundsvall'da kurduğu ATM anahtarları ile servis vermekte olup diğer şehirlere de bu servisin yaygınlaştırılması hedeflenmiştir. İngiltere'de BT, Energis, Esprit Telecom, Mercury Communications gibi şirketler ATM uygulamaları için çalışmaktadırlar.