TDM (Kiralık Hatlar için Zaman Paylaşımlı Data Çoklayıcı)

1. Giriş

Veri iletişim sistemlerindeki hızlı gelişme beraberinde kiralık hatlara olan talepte büyük artış getirmiştir. Yakın bir zamana kadar bir modem aracılığı ile herhangi bir veri tabanına ulaşım büyük bir nimet sayılırken artık günümüzün ticari oluşumları için kurulu olan telefon şebekesi üzerinden modem ile yapılan bu iletişim yetersiz kalmaktadır. Bir çok firma açısından kendisine ait bir kiralık hattın olması daha cazip gelmektedir. Bunun ötesinde 9600 b/s gibi düşük hızlarla yetinmeyen abone sayısında da artış görülmektedir. Artık günümüzde iletişim o hale geldi ki, herhangi bir ticari oluşum yerel olarak ihtiyacını karşılamak için kendi bilgisayar şebekesini kurma olanağına sahip olmanın yanında, ülke çapında hat kiralamak yolu ile bütün bölgelerdeki yan birimleri ile olan iletişimini de sağlamaktadır. Böylece ülke çapında var olan ana iletişim şebekesinin belli hatlarının değişik kişilere kiralanması ile özel kurumlara ait şebekeler oluşmaktadır.

Yukarda belirtilen gelişmeler de dikkate alınarak Türk Telekom A.ş AR-GE bünyesinde kiralık hat sistemlerinde kullanılmak üzere zaman paylaşımlı bir çoklayıcı (TDM) tasarlanmıştır. Bu çoklayıcı kullanıcıya hem düşük hızlarda (300-64000 bps) hemde yüksek hızlarda (nx64 kb/s) sürekli kurulu olan çift yönlü iletişim hattı sağlamaktadır. Söz konusu hatlar 24 saat abonenin kullanımına açıktır.

2. Veri Şebekelerinde TDM:

Anahtarlamalı türde olan bir veri şebekesinde (Switched Network) genel olarak iki tür elemandan bahsetmek mümkündür: Bunlar şebekenin ulaşım noktalarında bulunan çoklayıcılar ile bu çoklayıcıları birbirine bağlayan ve aralarında gerekli anahtarlamayı sağlayan düğüm noktalarıdır. Düğüm noktalarındaki anahtarlamayı yapan cihazlara verilen genel ad Sayısal çapraz Bağlantı (Digital Cross Connect ) sistemidir. Değişik hızlarda (senkron/asenkron) veri çoklayan şebeke elamanlarına verilen genel ad ise TDM (Time Division Multiplexer) dir.

Çoklayıcılar kendi aralarında iki guruba ayrılır düşük hızlarda (subrates :300-64000 b/s) çoklama yapanlar ve yüksek hızda (nx64 kb/s) çoklama yapanlar. Düşük hızlarda çoklama yapanlar 300-64000 b/s arası veri akımlarını, 64 kb/s hızında bir veri akımının içine çoklarlar. Düşük hızlı çoklamaya ilişkin standartlar CCITT X.50 ve CCITT V.110' dur. Yüksek hızlarda çoklama yapanlar ise nx64 kb/s hızındaki bir veri akımını, çoklama hiyerarşisinde bir sonraki hiyerarşiye (örneğin 2 Mb/s) hızındaki bir veri akımına çoklarlar. 2 Mb/s hızındaki bir veri akımına yapılan çoklamaya ait standard CCITT G.704' tür. şekil 1' de bu çoklayıcılar gösterilmektedir. Sayısal çapraz Bağlantı elemanları da yine düşük hızlarda ve yüksek hızlarda çapraz bağlantı yapabilme özelliklerine göre sınıflandırılırlar. şekil.1'de her iki Sayısal çapraz Bağlantı elemanı görülmektedir.

Şekil 1. Düşük ve yüksek hızda çoklama ve çapraz bağlantı yapan cihazların sayısal şebekedeki yerleri.

Veri şebekesindeki bu iki temel eleman (TDM ve DCS) arasındaki bağlantı direk olabileceği gibi ülke çapında var olan iletim hatları (ülkemizde 2 Mb/s, 8 Mb/s, 34 Mb/s, ....) da kullanılabilir. Dolayısı ile çoklayıcı ve çapraz bağlantı elemanlarının çıkış hızlarının mevcut hızlara ve standartlara uygun olması gerekir. Yüksek hızlarda çoklama ve anahtarlama yapan şebeke elemanlarının çıkış hızlarının 2 Mb/s olması bu gereğin bir sonucudur. Eğer çıkış hızı şebekede mevcut hızlardan değilse, ülke şebekesine giriş noktasında diğer bir çoklayıcıya yada hız uyumlandırıcıya ihtiyaç vardır. örneğin düşük hızlardan 64 kb/s hızına çoklama yapan bir çoklayıcının çıkışı eğer ülke şebekesini kullanarak diğer bir yere iletilecekse iki şeye ihtiyaç vardır: Bunlardan ilki bu 64 kb/s'nin uygun bir şekilde ülke şebekesine ulaşmasıdır ki bu 64 kb/s hızına elverişli bir iletim sistemi anlamına gelir(örneğin yüksek hızlı baseband modem). Yapılması gereken diğer şey, şebekeye ulaşım noktasında bu 64 kb/s hızındaki veriyi temel ulaşım hızı (primary rate access) olan 2 Mb/s' ye çoklamaktır. Oysa çıkış hızı 2 Mb/s olan çoklayıcı için böyle bir yapıya ihtiyaç olmayıp ülke şebekesine direkt bağlantı yapılabilir. Bu iki durum şekil 2'de gösterilmektedir. Burada belirtilmek istenen, çoklayıcı çıkışlarının sadece 2 Mb/s gibi yüksek bir hızda olması gerektiği değildir. Her çoklayıcı türünün hitab ettiği kullanıcılar vardır. 64 kb/s bir band genişliğinin ötesinde ihtiyacı olmayan bir kullanıcıya 2 Mb/s bir hat tahsis etmenin bir anlamı yoktur. Burda belirtilen farklı hızlardaki çoklayıcıların ülke şebekesine bağlanma şekilleridir.

Şekil 2. Düşük ve yüksek hızılı çoklayıcıların ulusal iletişim şebekesine bağlanma şekilleri 

Değişik abonelerin ihtiyaçları dikkate alınarak, Türk Telekom A.ş AR-GE tarafından hem düşük hızlarda hemde yüksek hızlarda çoklama yapabilen ve modüler yapıya sahip bir çoklayıcı geliştirilmiştir. Sistemin modüler yapısı, çoklayıcı kanal sayısının ihtiyaca göre arttırılmasına kolaylıkla imkan verir. çoklayıcının nx64 kb/s hızında çoklama yapabilmesi , Avrupada ve diğer dünya ülkelerinde yaygınlaşan ve ülkemizde de kullanılmaya başlanan nx64 hizmetini (fractional E-1 service) [1] aboneye sunmaya olanak sağlar. Bu hizmetin özelliği şu açıdan önemlidir: Başlangıçtaki ihtiyacı 9600 b/s gibi bir hızın üstünde olan fakat tümden bir 2 Mb/s -'lik bir hızdan da oldukça az olan (64 kb/s ,128 kb/s vs.) bir abone için en uygun çözüm 2 Mb/s'e kadar kapasitesi olan bir hat çekip fakat ihtiyacı olduğu kadarını kullandırmaktır. Böylece aboneden şebekeye gelen bu 2 Mb/s hat içerisindeki kullanılan band genişliği (nx64 kb/s) anahtarlama ile iletişim şebekesinde diğer aboneler tarafından da kullanılan, bir 2 Mb/s veri akımına anahtarlanır. Bu yöntemle aboneden şebekeye döşeli hat 2 Mb/s hızı desteklemesine rağmen abone sadece kullandığı band genişliği kadar ücretlendirilir. Abonenin yapması gereken, ihtiyacı oldukça şebeke yöneticilerine haber verip kendisi için ayrılan band genişliğini arttırmaktır. Bu yöntemin aboneye tümden bir 2 Mb/s hız tahsis etmekten farkı, şebekeye ulaşım noktasında bir anahtarlamanın yapılması gereğidir. Yukarda belirtildiği gibi abonenin ihtiyacı düşük hızlı bir kanal ise, TDM cihazı şebeke ulaşım noktasında bulundurulur ve benzer abonelerin aynı çoklayıcıya bağlanması ile iletişim şebekesi için temel ulaşım hızı olan 2 Mb/s hızına çoklama yapılabilir. Abonenin ihtiyacı yüksek bir hız ise TDM cihazı abone tarafında bulunur ve aboneden şebekeye 2 Mb/s hızında hat çekilir. Böylece abone kendisine ait iki nokta arasında ihtiyacı olan değişik hızlarda iletişim imkanına sahip olur. Büyük bir kuruluşun TDM ve DCS'lerden oluşan bir özel veri şebekesi kurması da mümkün olacaktır. Bu şebekede TDM'ler ve DCS'ler arasında bağlantı yukarda belirtildiği gibi ülkedeki iletişim şebekesi kullanılarak yapılacaktır. Böyle bir şebeke şekil. 3'te görülmektedir.

Şekil 3. TDM ve DCS'lerden oluşan şebeke

3. Sistemin Tanıtımı:

Sistem altı ana birimden oluşmaktadır. Bunlar sırası ile Kontrol Birimi (KB), Düşük Hızlı Abone Birimi (DHAB), Yüksek Hızlı Abone Birimi (YHAB), Anahtarlama Birimi (AB), Trank Birimi (TB) ve Güç Birimidir (GB). Sistemin denetimi yerel bir PC ile yapılabilmekle birlikte modem ile telefon şebekesi üzerinden de aynı imkan sağlanmıştır.Sistemin modüler yapısı kullanıcı ihtiyacına cevap verecek şekilde kurulmaya uygundur. Tamamen düşük hızlı hatlardan (300-38400 b/s Asenkron, 600-64000 b/s Senkron) oluşan bir konfigürasyon oluşturulacağı gibi hem düşük hızlı hemde yüksek hızlı (Nx64 kb/s) abonelere imkan veren bir konfigürasyon da elde edilebilir. Yüksek hızlar 64 kb/s'in katları şeklindedir. Bu katlar N=1,2,3,4,6,8,12,16 ,24 için desteklenmektedir. Sistemin trank çıkışları 2 Mb/s PCM hatları üzerinden yapılmaktadır. Sistem kendi dahili saati ile çalışmakla beraber çıkış trank hatlarından her hangi birisine senkronize olabilmektedir. Bunun dışında dışardan verilecek bir saat sinyaline senkronize olma imkanı da mevcuttur. Sistem blok olarak şekil 4'te görülmektedir. TDM cihazının dış yapısı ise şekil 5' te verilmektedır.

Şekil 4. TDM sisteminin blok yapısı .

3.1 Kontrol Birimi:

Bu birim, sistem üzerinde bulunan bütün diğer birimleri konfigüre etmek ve sistemin denetim işlevlerini gerçekleştirmektedir. Bu fonksiyonları ile sistemin kalbini oluşturmaktadır. Kontrol Birimi Intel 80186 CPU tümleşik devresi ile gerçekleştirilmiş olup yedeklemeli olarak çalışmaktadır. Güç kesilmelerinde sistemin en son konfigürasyonu bu birimdeki silinmeyen hafızalarda saklanmaktadır.

Şekil 5. TDM sisteminin önden görünüşü

Kontrol Birimi üzerindeki RS-232 (9-pin D konnektor) seri kanalı ile PC'ye bağlanılmaktadır. Sistemde meydana gelen arızalar bu seri kanal aracılığı ile PC'ye gönderilmekte ve görüntülenmektedir. Yine PC'de bulunan kontrol yazılımı ile çoklayıcıya istenen konfigürasyon verilmektedir. Modem bağlantısı yine aynı seri kanal kullanılarak yapılmaktadır.

3.2 Düşük Hızlı Abone Birimi:

Bu birim üzerinde iki tür kart vardır. Bunlardan 80186 CPU entegresi ile gerçekleştirilen CPU Kartı, Kontrol Birimi ile haberleşmeyi sağlamakta ve oradan aldığı komutlara göre birimde bulunan diğer kartları programlamaktadır. Abone Kartı ise üzerinde 8 tane abone girişi bulunan bir karttır. Bu kartın sayısı abone sayısına göre arttırılabilmektedir. Abone Kartı üzerindeki girişler 300 b/s ile 64000 b/s arası herhangi bir hıza programlanabilmektedir. Yine istenen giriş senkron yada asenkron olarak konfigure edilebilir. Asenkron hızlar 300-38400 b/s arası , senkron hızlar ise 600-64000 b/s arası olabilir. çoklayıcı girişi asenkron hızlar için V.24 standardına göre ayarlanır, senkron hızlar için ise X.21 bis standardına göre ayarlanır. Düşük Hızlı Abone Birimi üzerindeki Abone Kartları, girişteki 300-64000 b/s hızındaki seri datayı 64 kb/s hızında bir seri dataya çoklayıp bunu 2 Mb/s hızındaki bir çerçevenin istenen slotuna yerleştirir. çoklama CCITT V.110 standardına göre yapılmaktadır. Bu 2 Mb/s sistemin içinde dolaşan bir seri datadır ve Anahtarlama Biriminin girişine verilir. Bu birimdeki girişlerde oluşan hatalar birim üzerindeki CPU Kartı aracılığı ile Kontrol Birimine aktarılır.

3.3 Yüksek Hızlı Abone Birimi:

Bu birimde Düşük Hızlı Abone Biriminde olduğu gibi iki tür kart vardır ve benzer görevleri yerine getirmektedirler. CPU Kartı, Kontrol Birimi ile haberleşmeyi sağlamakta ve birim üzerindeki kartları Kontrol Biriminden gelen komutlara göre programlamaktadır. Abone Kartları üzerinde 2 giriş bulunmakta ve nx64 kb/s hızındaki abonelere hizmet vermektedir. Girişlerden birisi V.35 arayüzüne sahip olup diğeri G.703 arayüzüne sahiptir. V.35 arayüzündeki nx64 kb/s hızındaki seri data çerçevesiz bir seri data akımı olmakla birlikte G.703 ara yüzündeki nx64 kb/s hızındaki seri data 2 Mb/s hızındaki bir G.704 çerçevesinin N tane ardışıl slotunu kullanmaktadır. Abone ile çoklayıcı arasında 2 Mb/s hızında G.704 çerçeve yapısı kullanılmakla birlikte bu konuda bir standart mevcut değildir. Bazı ülkeler örneğin ıngiltere 2 Mb/s hızındaki veriyi çerçevesiz olarak kullanmaktadır. Yani 32 tane slotun tamamı kullanıcı hizmetine verilmektedir [1]. Fakat kullanıcıya verilen band genişliğinin 2 Mb/s 'den düşük olması halinde bir çerçeve yapısı zorunlu hale gelmektedir. Bu düşünce ile G.704 çerçevesi kullanılmıştır. Bu çerçevede TS0 ve TS16 dışındaki diğer bütün zaman dilimleri abonenin kullanımına açıktır.

3.4 Anahtarlama Birimi:

Bu birim düşük ve yüksek hızlı abone birimlerinden gelen seri datayı anahtarlayarak Trank Birimine gönderir. Anahtarlama Birimi yedeklemeli olarak çalışmakta ve asıl Anahtarlama Kartından yedeğe geçiş PC aracılığı ile yapılmaktadır. Bu birimde CPU Kartı bulunmamaktadır ve birimin programlanması direkt olarak Kontrol Birimi tarafından yapılmaktadır.

3.5 Trank Birimi:

Bu birim çoklayıcı sisteminin şebekeye bağlantısını sağlamaktadır. Abone Birimlerinden Anahtarlama Birimine gelen data, anahtarlandıktan sonra Trank Birimine verilir. Burada da G.703 arayüzüne uygun halde dışarı verilir. Trank Biriminde de iki tür kart bulunmaktadır. Bunlardan biri birimdeki diğer kartları programlayan ve kontrol birimi ile haberleşmeyi sağlayan ve bir adet bulunan CPU Kartıdır. Diğeri ise G.703 arayüzüne uygun 2Mb/s hatların bulunduğu kart türüdür. Bu ikinci kart türü üzerinde 4 tane 2 Mb/s G.703 arayüzü mevcuttur. Sistem kendi dahili saatini kullanabilmenin yanında bu 4 hattan herhangi birisine de senkron olabilmektedir. Yine bu kart üzerinde bulunan 3 nolu hattan verilecek bir saat sinyali ile sistem her hangi bir 2 Mb/s saat kaynağına senkron yapılabilir. 2 Mb/s hatlardaki hat kesilmesi, çerçeve senkronizasyonunun kaybolması gibi temel arızalar bu birimdeki CPU Kartı aracılığı ile Kontrol Birimine gönderilmekte oradan da sistemi yöneten PC' ye gönderilmektedir. Böylece bu tür hataların ekranda izlenmesi mümkün olmaktadır.

3.6 Güç Birimi:

Sistemin beslenmesi bu birim tarafından yapılmaktadır. Birimde bulunan çeviriciler yardımı ile sistem girişindeki 48 volt gerilim, sistem besleme gerilimi olan 5 volta çevrilmekte ve bütün birimlere dağıtılmaktadır. Bu birim yedeklemeli olarak çalışmaktadır.

Sonuç:

Bu yazıda Türk Telekom A.ş AR-GE tarafından tasarımlanan Zaman Paylaşımlı çoklayıcı (TDM) sistemi tanıtılmıştır. Ayrıca sistemin şebeke içindeki yeri de belirtilmiştir. Sistem bu hali ile kiralık hatlar için düşünülmektedir. Sisteme gelecekte yeni ekler yapılması planlanmaktadır. şebeke yönetiminin telefon şebekesi üzerinden yapılmasının yanında TDM'ler üzerinden yapılması için gerekli donanım ve yazılımın eklenmesi yapılabileceklerden birisidir. Böylece telefon şebekesi sadece zorunlu durumlarda kullanılacaktır.