ATM 교환기술

1. ATM 교환기술 1999. 12. 1. 한 치 문 한국외국어대학교 전자공학과

2. 목 차 PART I. ATM 교환과 멀티미디어 통신 PART II. ATM Switch Network-1 PART III. ATM Switch Network-2 PART IV. Queuing Principle in ATM Switch PART V. 교환기술의 발전방향 PART VI. ATM 교환시스템 구성 예

3. PART I. ATM 교환과 멀티미디어 통신 • 지금부터 멀티미디어 통신 • 멀티미디어 통신 • 방송과 통신의 융합 • 음성, 데이터, 화상, Graphics, 문자 등의 복수의 미디어의 • 조합에 의해 이루어지는 통신형태 • 컴퓨터의 능력 향상(CPU, Memory 등) • 화상 부호화(MPEG 2)등의 디지털 처리기술 발전 Local 환경(LAN) 광역 서비스 환경으로 발전(Internet등) • CATV 망을 이용한 전화 서비스, Internet 서비스 등

4. Telephone Data Network B Network A Service, NM Network Fax Network C NM:Network Management • Switching System ----> Service Flexibility ( ATM Switching System ) • ATM Network Evolution

5. 개별 네트워크 데이터 통신망 데이터 단말 컴퓨터 센터 전화망 아날로그 전화 아날로그 전화 N-ISDN 패킷 교환망 데이터 단말 컴퓨터 센터 디지털 전화망 아날로그/디지털 전화 아날로그/디지털 전화 아날로그/디지털전화 아날로그/디지털전화 B-ISDN 컴퓨터 센터 영상 단말 멀티미디어 네트워크 아날로그/ 디지털 전화 데이터 단말 LAN ATM ? 아날로그/디지털 전화 • 멀티미디어 네트워크의 발전

6. 사용자의 요구 통신사업자의 요구 고속 광대역화 네트워크의 간단화 멀티미디어 화 OAM 기능의 고도화 유연화 N-ISDN B-ISDN(ATM) 지적단말 및 기능의 고도화 고속 데이터 신호/신호 처리 SDH/FTTH/광통신 기술 통신 기술의 발전 • ATM 출현 배경

7. 정보(48byte) 헤더(5byte) 셀 분해 조립 셀(Cell) CADI CADI CADI ATM 네트워크 • ATM의 기본 원리 • ATM 셀이 소포로 비유되면, 내용물은 사용자 정보이고 • 헤더는 송신 및 수신자의 주소에 해당됨 • 단말은 전달하고 싶은 정보량 만큼 셀을 만들어 전송 • ATM 네트워크내에서는 셀 도착순으로 다중화하여 전송 • 각각의 통신에 대해서 회선에다 셀 전송은 동적으로 결정

8. STM 원리 User Information t 125 sec 125 sec • Time Division Multiplexing • - Allocates information into frame periodically • - Identifies a channel by time slot Id • ATM 원리 User Information User Information Information Header Cell Cell t • Label(Header)Multiplexing • - Divides information into cells • - Allocates channels for cells in asynchronous fashion • ATM 과 STM의 원리 비교

9. 전달 모드(Transfer Mode)란? • Transfer mode는 네트워크의 스위칭 노드에서 사용되는 • 스위칭 기술에 의해 특정 지워짐 • 최적 Transfer Mode : 통합된 액세스를 통해 여러 정보를 • 통신할 수 있도록 제공해 주는 전달 모드 Fixed Bit Rate Variable Bit Rate Complexity Simplicity Circuit Switching Multirate Circuit Switching Fast Circuit Switching ATM Fast Packet Switching Frame Relaying Frame Switching Packet Switching Spectrum of Switching Technologies • Semantic Transparency : Information Error Rate • Time Transparency : Minimal Delay

10. ATM Cell Format

11. Pre-Assigned Cell Header Values at the UNI/NNI

12. Cell Structure Information(48byte) Header(5byte) ATM Cell Stream Voice Video Data ??? ATM Switch ATM MUX look-up table • ATM (Asynchronous Transfer Mode) ? • 어떠한 情報의 Service 도 Cell 情報로 變更하면, ATM 네트워크에서는 目的地 까지 情報傳達이 可能 ----> 一元的으로 情報傳達이 可能 • ATM 네트워크는 멀티미디어 通信에 適合함

13. ATM 교환 원리 및 개념 : 신호용 VC : 정보 전송용 VC 교환노드 교환노드 VCI=a 교환노드 VCI=b VCI=s VCI=c ATM 네트워크 헤더 변환부 0 1 2 ATM Switch 입력VCI 출력VCI 회선번호 a b 2 Control

14. VP/VC Concept

15. VP/VC Switching Concept

16. Resource Management in ATM • To optimize network performance • CAC (Connection Admission Control) • source traffic descriptor (peak & average cell rate, burstiness, peak duration, source type) • UPC (Usage Parameter Control) • Leaky bucket • NPC (Network Parameter Control) • Cell level quality control • Congestion Control • EFCI (Explicit Forward Congestion Indication) • EBCI (Explicit Backward Congestion Indication)

17. Quality of Service in ATM • Essential for Multimedia support • Service Classifications • CBR (Constant Bit Rate) service • Guaranteed bandwidth (voice) • VBR (Variable Bit Rate) service • Min/Max bandwidth (video, data) • rt-VBR, nrt-VBR • ABR (Available Bit Rate) service • Capacity-CBR-VBR (LAN traffic) • UBR (Unspecified Bit Rate) service • Best effort delivery (ARP, UDP)

18. PART II. ATM Switch Network-1 • ATM Switching Node 란? • Throughput는 Gbit/s 영역이며, 셀 지연과 손실은 매우 적음 • 병렬 구조를 갖는 Switch Fabric과 분산제어 방식이 적합함 • Concepts of Basic ATM Switch Elements • Interconnection Network • Input Controller • Output Controller OC IC Interconnection Network IC OC IC : Input Controller OC:Output Controller

19. Output Buffer P/S S/P AF AF P/S S/P NV AF P/S S/P • ATM Switch 방식의 분류 (I) Shared Resource Type Common Memory Common Bus Common Buffer (RAM) 1 1 NV Switch Archi- tecture N N Controller AF:Address Filter MA Speed 2NV (N+1)V V C Speed 2NV MA : Memory Access C : Control

20. ATM Switch 방식의 분류 (II) Space Division Type Input Buffer Input/Output Buffer Switch Archi- tecture MA Speed 2V (L+1)V V C Speed 2NV MA : Memory Access C : Control

21. ATM Switch 방식의 분류 (III) Space Division Type Crosspoint Buffer AF AF Switch Archi- tecture AF AF MA Speed 2V V C Speed MA : Memory Access C : Control

22. 100K 10Tb/s ~ Photonic System Distributed Architecture ~1Tb/s System Breakthrough 10K Power Dissipation/System(W) Cooling Limit 160Gb/s System Optical 10Gb/s System 1K Interconnection Breakthrough Interconnection Limit Conventional Electrical System 10M 10G 100M 1G Interface Speed(b/s) • Key Technologies for Future ATM Switching System

23. Circuit Speed : 600Mbit/s 640 1 stage Matrix Crosspoint/ Input Output Buffer 320 Input Buffer SW 160 Switch Throughput(Gb/s) 80 Common Bus SW (Ms=100Mb/s) 40 Common Memory SW (Ms=100Mb/s) 20 32 64 128 256 512 1024 The Number of Switch Port • Switching Method versus Throughput

24. 10M ATM SW 2Gb/s (53 byte Parallel) 1M STM SW 2Gb/s (8 bit Parallel) ATM SW 2Gb/s (53 byte Parallel) Bitslice 100K LSI Integration Scale(bit) 10K ATM SW 200Mb/s (8 bit Parallel) ATM SW 2Gb/s (8 bit Parallel) STM SW 200Mb/s (8 bit Parallel) 1K 1u rule LSI Process 기술의 cover 범위 100ns 10ns 1ns 0.1ns Memory Cycle Time • ATM Switch and LSI Technology

25. Classification of ATM Switch Network Switching Network Single-stage Network Extended Switching Matrix Funnel-type Network Shuffle-type Network Multi-stage Network Single-path Network(Banyans) Multi-path Network

26. b b b b Input b b b b b b Output • Extended Switching Matrix • Basic Switch Element = b x b

27. Funnel-type Network • Basic Switch Element = 2b x b (36x12) • Single stage : 128 x 128 Input Funnel 1 Funnel N/b 1 2b N SE SE SE SE 2bxb 2bxb 2bxb 2bxb SE SE 2bxb 2bxb SE:Switching Element Output 1 b N-b N

28. Shuffle Exchange Network • Shuffle Exchange Network --->Single-stage Network • Feedback mechanism ---> Recirculating Network Input Output