'ATM VE SES UYGULAMALARI'

MM ¥

Vedat TÜFEKÇİ

Giriş:

Tarihin ilk zamanlanna baktığımızda, insanlann iletişimin farkında olduğunu ve bu ihtiyacın giderilmesi için hiç de küçüm senmeyecek yöntemler geliştirdiklerini keşfederiz. İşte dumanlarla, kuşlarla başlayan bu konudaki gelişmeleri detayına ve tarihçesine girmeden incelediğimizde gelişmelerdeki hedefin hep daha hızlı, daha güvenli ve daha kaliteli bir haber leşme olduğu görürüz. Ancak haberleşmedeki asıl devrim; insanları bir birleriyle direkt haberleştirebilecek, bilgi leri yazıya dökmeden ve eş zamanlı, anında konuşmayı karşıdaki kulağa ilete bilecek sistemin keşfedilmesidir. Belki de Bilgi Çağı'nm başlangıcı olarak kabul ede bileceğimiz Graham Bell'in bu büyük buluşu artık ceplere sığacak kadar küçülmüş ama önemi asla azalmamıştır. Dolayısıyla insanlar için böylesine önemli bir servisi telefon servisini hiç bir yeni teknoloji gözardı etmemiştir.

Kullanıcıya yüksek hız ve esnek band genişliği imkanı sağlayan ve operatörlere

tüm servisler için tek ortak bir yapı vaad eden ATM (Asynchronous Transfer Mode)'de de ses gözardı edilmemiş, hatta yapısı belirlenirken büyük tartışmalara sebep olmuştur.

Bu yazıda, ses haberleşmesinin önemi ve geleceği incelenecektir. Kısım l'de ses haberleşmesinin bugünkü yapısı, ikinci kısımda belki de ATM'i hazırlayan ve ilk tohumlan atan ISDN yapısı üzerine bazı açıklamalar yer almaktadır. Kısım 3'te son raki tartışmalara temel olmak üzere ATM teknolojisi tanıtılmış, spesifik olarak ATM ve ses uygulamaların bugünkü yapısı ve eleştirilen sorunları Kısım 4'te incelenmiştir. Bu sorunlara alternatif öne riler Kısım 5'te ve sonuç olarak da Türkiye'de ATM teknolojisine dayalı sis temlerin nasıl uygulanması gerektiği ve şu andaki şebekeyle entegrasyonu son kısımda, Kısım 6'da yer almıştır.

1. Darband / Genişband ISDN:

1980'lerde haberleşme teknolojilerine bakıldığında, hepsinin ihtiyaca göre

geliştirildiği ve dolayısıyla her servis için neredeyse ayrı bir şebekenin kurulduğu görülür. Yeni teknolojiler eski şebekelerden bağımsız olarak yeni yatırım ve altyapıya gereksinim duymuşlardır. Bu da operatörler için büyük yatırım ve işletim maliyetleri getirmiştir. Kullanıcılar içinse her servise farklı erişim sağlanmıştır.

Ana hatları çizilen bu sorunun çözümü için ISDN (Integrated Services Digital Network Tümleşik Hizmetler Sayısal Şebekesi) kavramı geliştirilmiştir. Hedeflenen, abonenin tek erişim ile farklı servislere ulaşmasını sağlamak ve tüm servisleri birleştirmek olmuştu. Hedef doğruydu, fakat geleceğe dönük artan hız taleplerinin ve çoklu ortam (multimedya) servislerinin de bu yapıya dahil edilmesi gerekmekteydi. Tamamen herşeyi bir kenara bırakıp yeni bir şebeke kurmak hem mali hem de teknolojik olarak o zamanlar imkansızdı. Böylece ISDN ikiye bölündü ve darband ISDN, genişband ISDN tanımlandı.

Darbant ISDN için o zaman kullanılan şebekeler içinde en yaygın ve en müsait olan, telefon şebekesi seçildi. Zaten sayısallaşan santrallar ve sayısallaşan transmisyon ortamları bunun için uygundu. Analog olarak kalan abone santral arası da sayısallaştığı zaman bu iş çözülecekti. ITU T (eski adıyla CCITT) abone santral arası işaretleşmesi olarak DSS l'i, santrallar arasında da ISDN kullanıcı kısmıyla beraber No.7'yi tanımladı. Bu, işletmecilere çok büyük yatırımlara gerek olmadan, abonelere halen kullandıkları 2 telli bakır kablo üzerinden 2x64 kbps'lık sayısal erişim verebilme imkanını doğurdu. Ancak darband ISDN ile kullanıcılar, data ve ses iletimi konusunda tek bir yapıya kavuştular. İlk başlarda ISDN'den çok şey beklendi. Fakat beklenen

patlama bir türlü yaşanamıyordu. İşletmeciler olaya soğuk baktılar. Pilot uygulamalar ve ardından birkaç işletmecinin çabası görüldü ve bir duraksama başladı; ta ki her türlü bilgi duvarını altüst eden, bilginin tüm dünya da serbest dolaşımı sağlayan ve aslında kimsenin olmayan ve bir o kadar da herkesin olan Internet doğana kadar. Herkes bu zincere bir şekilde ulaşmak, bağlanmak istiyordu. İnternet çığ gibi büyüdü. İnsanlar önceleri ana log telefon hatlarından modemleriyle erişimi denediler. Fakat bir sorun vardı: Hız. İşte o an akıllara eski dost geldi. 64 kbps sayısal ve hatta 128 kbps erişim sağlayan ISDN, hatırlandı ve patlayan Internet bombası, beraberinde ISDN'i de patlattı. Böylece ISDN'in diğer servis olanakları da tanınmış oldu. Şu günlerde T.T.A.Ş.'de No.7 altyapısıyla beraber ISDN'i de markete sunmak için çaba göstermektedir.

Genişband ISDN'e gelince; vaad edilen yüksek hızı ve esnek band tahsisini gerçekleştirecek yeni bir teknolo ji gerekiyordu. Böylece ATM doğdu. Yeni bir teknolojiy di ve yeni bir şebeke gerektiriyordu. Bu sistemlerinin normal telefon kullanıcısına kadar inmesi halen bile uzak gözükmektedir.

Geçen zaman içinde ATM biraz hedef değiştirir gibi oldu ve başta B ISDN servisleri için (en düşük 155 Mbps'larda) tanımlanmasına rağmen, omurga (backbone) şebekelerinde ve 2 Mbps, 34 Mbps'hk hızlara kadar inerek data haberleşmesinde WAN'larda kullanılmaya başladı.

Her ne olursa olsun, B ISDN fikri oluşturuldu ve bunda kullanılacak olan teknoloji de belirlendi: ATM. Bugün olmasa bile yarın yaygın olarak kullanılacak. ISDN'in sürekliliğini sağlamak içinde darband ISDN ile genişband ISDN'nin ortak çalışması tanımlanmıştır.

2. ATM Tanımı:

ATM yapısını iyi anlayabilmek için, konuya onu doğuran ihtiyaçları inceleyerek başlamakta fayda var.

Ses, video, data gibi multimedia ve multiservis uygulamalarını desteklemek

Lokal veya genişalan, sabit veya mobil şebekelerde evrensel, tek bir transfer modu kullanmak

Yüksek hız, efektif band tahsisi Asenkron transfer modu, hızlı paket anahtarlama (fast packet svvitching) ile senkron çoklama tekniklerin (syn chronous multiplexing techniques) birleşiminden

oluşmuştur. Tüm bilgiler, hücre (celi) denen sabit uzun luktaki 53 byte paketlerle taşınır. Hangi servisten gelirse gelsin tüm girişler ATM hücrelerine ayrılır ve tüm şebekede bu yapı korunur. Yönlendirme ve kontrol için bu 53 byte'in 5 byte'ı başlık (Header) olarak kullanılır. Başlığın içinde her bağlantı için ayrı ayrı verilen VPI/VCI (Virtual Path Idenüfier/Virtual Channel Identifier) değerleri, PT bitleri (Payload Type), CLP bit'i (Celi Loss Priority) ve Başlık Hata Düzeltme byte'ı vardır.

Ancak Başlık Hata Düzeltme byte'ı sadece başlıktaki tek bit hataları düzeltebilir. Bunun dışındaki hatalarda o hücre işlem görmez. Gönderilen kullanıcı bilgilerindeki hata düzeltme son kullanıcılara bırakılmıştır. İşte ATM'i hızlı yapan da bunlardır: sabit uzunluktaki hücre yapısı, başlıktaki parametrelerle kolay yönlendirme ve hata düzeltmenin son kullanıcıya bırakılması.

ATM aslında, devre anahtarlamalı (circuit svvitching) şebekeler gibi bağlantı temelli bir tekniktir (Connection oriented). Dolayısıyla hücreler hep aynı yolu izlerler ve bağlantı süresince aynı VPI/VCI değerlerini taşırlar. Bu da hücrelerin doğru sırada son kullanıcıya ulaşmasını garanti eder. Esnek band tahsisi, kullanıcı talebine ve şebekelerdeki var olan kaynaklara göre sağlanır.

3. ATM'de ses servisi, problemler ve olası çözümler:

ATM'i bu kadar övdükten sonra biraz ters bir soru ola cak belki ama, neden hala bazıları ATM'in ses uygula maları için uygun olmadığı görüşünde?

Soruyu tam olarak cevaplayabilmek için şu andaki ATM ve Ses uygulamalarını irdelemek ve buralardaki sorunları açmak gerekiyor. Ses, gerçek zaman uygula ması olduğu için, ses kaynaklarından gelen ATM hücreleri bekletilemez ve herhangi bir yoğunluk duru munda bu hücreler atılamaz. Çünkü ses gecikmelere has sastır ve çağrı boyunca, 64kbps'lık band ayrılmalıdır.

64kbps'lık kullanıcı bilgisi için başlıkla beraber 72 kbps'hk band harcanmaktadır. Bu da zaten pahalı olan ve ATM'in hedefine yani bandı esnek ve efektif kullanma hedefine ters düşmektedir. Gecikme ve kötü band kul lanımına ilave olarak, ses paketler halinde taşındığı için, paketler farklı gecikmelere uğrar (CDV Cell Delay Variation) ve bunun telafi edilmesi ilave bir gecikme demektir.

Gecikme ve Eko:

Her 64 kbps'hk PCM kodlu ses bilgisinin kendi

VPI/VCI parametresiyle gönderildiği ve AAL 1

kullanıldığı

varsayılırsa

bu

gecikme

47/8kHz=5.875ms'dir. Her hücrenin yollan boyunca

farklı gecikmelere uğradığı da düşünülüp, bunun gide

rilmesi için yaklaşık lms daha ilave etmek gerekir.

Böylece toplam 6+1=7 ms'lik bir gecikme sözkonusu.

Tabii ki, bu sadece bir STM ATM geçişi için doğru.

Örneğin 3 STM ATM geçişi varsayılırsa, 3 *7=21ms'ye

ulaşırız ki bu da kritik değere yakındır.

Alternatif olarak üç olasılık önerilebilir:

2 Mbps'lık PCM 30 yapısını direkt olarak ATM

şebekesine sokmak sadece 0.5ms'lik bir paketleme

gecikmesi yaratır ve ATM santrallerinin anahtarla

malarının daha hızlı olduğu hesaba katılarak bu çözüm

bir alternatif olabilir. Zaten ATM Formunda da bu yapı 2

Mbps CES (Circuit Emulation Service) olarak

tanımlandı. Böyle bir uygulama ATM backbonu

üzerinden overlay çözüm olarak kullanılabilir ve özel

şebekelerde PBX'ler arasında veya TTAŞ gibi operatör s—•%

( 55

firmaların toll santrallannın yerine kullanılabilir.

>S

İkinci olarak 47byte'lık hücrenin bir kısmı, mesela

yansı doldurulabilir ve diğer kısmı boş bırakılabilir.

Gecikmeyi düşürür, fakat pahalı bir yoldur zira gerekli

band genişliğini ikiye katlar. Aynı zamanda hücrenin ne

kadarının dolu olduğunu bildirmek için ilave bazı para

metrelerin de gönderilmesi gerekiyor. Bu işaretleşmeyle

veya ilave bir AAL işaretiyle yapılabilir. Nasıl yapılırsa

yapılsın yeni standardlaştırma çabası ister.

Üçüncü olarak, Birleşik Hücre Anahtarlama

kullanılabilir. Her konuşmanın bir örneklemesi birleşik

hücreye yerleştirilir. Aynı yöne gidecek olan hücreler

böylece birleştirilir ve tek hücrede gönderilir. Burada

dikkat edilmesi gereken Birleşik Hücrenin daha iyi per

formans için doğru hız ve kapasitede oluşturulmasıdır.

Aynca aynı yöne gidecek olan bağlantılann seçilmesi,

örneklemelerinin ayn ayn alınması ve alıcı tarafta bu

örneklemelerin tekrar birleştirilmesi oldukça kompleks

işlemler gerektirebilir.

Band genişliğinin kötü kullanımı: Ses ve ATM tartışmalanrun çoğu gecikmeden ziyade kaynaklann efektif kullanılmadığı ile ilgilidir. Çünkü

ATM felsefesinin ana teması bandın etkili kullanılması ve kullanıcılara ihtiyacı kadar bandın sağlanmasıdır. İhtiyacı olduğundan daha fazlası değil, fakat ses uygula maları için tanımlanan AAL 1, CBR servisi için yüksek öncelikli CLP (Celi Loss Priority) öngörür. Böylece gecikmeye duyarlı olan ve kuyrukta çok uzun bekle meyecek olan sese sabit band sağlar. Acaba ses gerçek ten sabit band mı kullanır? Hayır. Belki de en değişken yapıya sahiptir. Tek yönlü kullanımı ve aradaki boşluk lanyla.

Dolayısıyla yukarıdaki sorumuza dönecek olursak, insanları ATM ve ses konusunda en çok kaygılandıran konu, ATM'in bu konuda halen kullanılan TDM sistem lerine göre daha pahalı olması ve daha çok band harca ması. Kalitenin de çok daha iyi olduğu söylenemez. Bir de gecikme sorunu var. En azından bir yerden avantajı olması lazım. İşte bu avantajı ATM'e sağlayacak olan, ses servisinin CBR yerine VBR olarak düşünülmesi ve band dan kazanç sağlaması.

Daha önce bahsettiğimiz gibi direkt 64kbps kullanıldığında yaklaşık % 10 band israfı oluşmaktadır. Ses sıkıştırma tekniklerinin de çok geliştiği düşünüldüğünde 64kbps'lık hızı 31,26 hatta 8kbps'a oldukça iyi kalitede indirmek mümkün. Buna ilave olarak araştırmalar göstermektedir ki konuşmanın bir yönü sürekli boş ve aradaki duraklamalar da hesaba katılırsa yaklaşık % 60'lık kullanılmayan bir band mevcuttur, lökbps'ta kaliteli bir sıkıştırma dünüşüldüğünde, basit bir hesapla iki yönlü 6.9kbps'a inmek mümkün.

ATM'de iki yönde aynı anda farklı hızı destekleyen asimetrik bağlantı avantajı da gözönüne alındığında, iki yönde farklı hızlarda VBR yapısı kullanılabilir. Dinamik ses sıkıştırma yöntemi kullanılarak kaynakların durumu na göre ses bilgisinin sıkıştırılması bağlantı anında bile değiştirilebilir. Yoğun trafikte sıkıştırma oranı artırılır ve uygun koşullarda daha iyi kalite için bu oran düşürülebilir. Fakat bu arada daha yüksek olması bekle nen gecikmeye ve zaman senkronizasyonuna dikkat edilmesi gerekir. Tabii ki tüm bunların standardının tanımlanması ve fiziksel olarak tasarlanması da pek kolay değil.

Sonuç olarak, ATM üzerinden ses konusunda yapılabilecek çok şey var ve genişband ISDN'den bahsedeceksek mutlaka sesi de etkin şekilde bu Tümleşik

Servisler Sayısal Şebekesi içine yerleştirmek gerekir, insanları ATM ve Ses konusundaki şüphelerinden kurtar mak için, sesi değişken hızda kullanabileceğimizi ve asimetrik bağlantıları, dinamik ses sıkıştırmayı, sessizlik bastırmayı hatırlamalıyız.

4. Türkiye'de ATM:

80'li yıllar itibariyle hızla sayısallaşan telekomünikasyon şebekemizin; modern teknoloji ve katma değerli hizmetlerle donatılması maalesef aynı hızda gerçekleşememektedir. Örneğin, Numara 7 işaret leşmesi çalışmaları çok önceleri başlamış olmasına rağmen, daha yeni yeni entegrasyonu yapılabilmekte, darband ISDN uygulamasına ise hala geçilememektedir. Durum böyle olunca Türkiye'de ATM başlığının altını, uygulama örnekleriyle doldurmak da pek kolay olmuyor.

Üniversiteler, bankalar ve bazı kamu kuruluşları yavaş yavaş data şebekelerini ATM'e dayandırmaya başladılar. Fakat onların da en büyük sorunu geniş alan daki uygulamalar. Onlar için pahalı ve pek makul bir yatırım değil. Dolayısıyla Türkiye'de bir an önce ATM omurgası kurulmalı ve Türk Telekom kullanıcılara yıllar dan beri yaptığı gibi abone erişimleri vererek bu servis leri geniş alana taşıyıp, kendi gelirlerini de artırmalı. Herkesin kendi şebekesini kurmasındansa, tek bir omur gaya bağlı erişimler daha mantıklıdır. Böyle bir yap ileride genişband ISDN'e geçişi de kolaylaştıracaktır. Dikkat edilmesi gereken, darband ISDN'e ve erişim şebekeleriyle ortak çalışırlık ve tanımlanmış dünya stan dardları çerçevesinde bir ATM şebekesi kurmaktır. Böylece şu andaki şebekelerden kopuk olmayan ve onları destekleyen bir yapıya sahip olunabilir.