PowerPoint Presentation

Transcriere

1 Universitatea Politehnica Timişoara Facultatea de Automatica şi Calculatoare Toti oamenii au gânduri. Când un gând se întoarce asupra gândului, devine idee. Constantin Noica 6/29/2004 TETHRA 1

2 Universitatea Politehnica Timişoara Facultatea de Automatica şi Calculatoare TETHRA Tdm over ETHernet Router / Analyzer Autori: Mihai FĂGĂDAR COSMA Liviu FANICIU Coordonator ştiinţific UPT: Ş.l. Drd. Ing. Mihai V. MICEA Coordonator ştiinţific Alcatel: Director Departament IT, Ing. Delia GOLCEA 6/29/2004 TETHRA 2

3 Ce este sistemul TETHRA? Sistemul TETHRA reprezinta un dispozitiv numeric capabil sa execute functiile de baza ale unui router intre un numar de linii de comunicatie ce folosesc cadre PCM E1 si o retea de tipul Ethernet / IEEE Functiile sistemului TETHRA: managementul si configurarea rutarilor prin interfata Ethernet rutare PCM -> Ethernet rutare Ethernet -> PCM rutare PCM -> PCM activare / dezactivare interfete PCM modificarea dinamica a rutarilor 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 3

4 Descrierea sistemului TETHRA Flux PCM E1 Flux PCM E1 Flux PCM E1 Interfaţa PCM A Interfaţa PCM B Interfaţa PCM C Procesor de semnal [DSP] Sistemul TETHRA Interfaţa Fast Ethernet Reţea Ethernet Flux PCM E1 Interfaţa PCM D Caracteristici hardware: procesor de semnal: Motorola MSC linii PCM: formator de cadre - Infineon QuadFALC interfata Fast-Ethernet: MII - LevelOne LXT970 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 4

5 Domenii de utilizare [1] Aplicatii in domeniul telefoniei: analizor de cadre TDM E1 (de ex. pt. protocolul SS#7) router in retele de telefonie mobila de tip UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) HDB3 PCM CABLU TORSADAT PCM E1 PCM E1 PCM E1 PCM E1 4 x PCM E1 Sistem TETHRA FAST ETHERNET CABLU UTP5 CROSSOVER PC + soft analizor 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 5

6 Domenii de utilizare [2] Router pentru UMTS Release 6 NodeB NodeB Mbps PCM E Mbps PCM E1 Sisteme TETHRA Fast Ethernet Network (full - duplex) RNC NodeB Mbps PCM E1 RNC NodeB 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 6

7 Exemplu de rutare PCM A Sursă Destinaţie Canalele 0-15 MAC 1 Canalele MAC 2 Canalele MAC 3 Canalele Canalele MAC 1 Canalele MAC 2 Canalele MAC 3 Canalele PCM B TETHRA Rutare canale Rutare canale Ethernet Ethernet SWITCH SWITCH /29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 7

8 9 Introducere Implementarea sistemului TETHRA 9 Exemplu Hardware Interfeţe Testare Implementarea prototipului pentru sistemul TETHRA a fost efectuata folosind placa de dezvoltare Motorola MSC8101ADS (MSC8101 Application Development System), construita in jurul procesorului de semnal MSC8101. Perspective Fast-Ethernet: LevelOne LXT970 Quad PCM E1: Infineon PEB QuadFALC DSP: Motorola MSC8101 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 8

9 Procesorul de semnal Motorola MSC8101 Inima sistemului TETHRA o constituie procesorul de semnal Motorola MSC8101, primul din familia de DSP-uri pe 16 biţi construite pe baza nucleului StarCore SC100. 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 9

10 Unitatea centrala SC140 StarCore Unitatea centrală a MSC8101 este reprezentată de varianta cu 4 unităţi aritmetice şi logice a nucleului StarCore, şi anume SC140, ce prezintă o mare putere de calcul, consum redus, un preţ scăzut şi o arhitectură superscalară. Capacităţile de procesare ale acestui nucleu ating 1200 DSP MIPS, la o frecvenţă de lucru de 300 MHz. 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 10

11 Modulul de comunicatii (CPM) al MSC8101 compatibil cu procesorul de comunicatii MPC8260 destinat aplicatiilor bazate pe protocoale de comunicatie capabil sa lucreze in paralel cu unitatea centrala SC140 prezinta interfete pentru diverse medii: ATM, Fast-Ethernet, TDM, RS-232, I2C s.a. 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 11

12 Interfata cu fluxurile PCM E1 Ierarhii digitale plesiocrone Caracteristici: sunt structurate pe mai multe nivele ierarhice fiecare nivel realizeaza multiplexarea in timp a semnalelor provenite de la nivelele inferioare folosite in cazul retelelor de telefonie fixa si mobila Căi de voce Nivelul 1 (E1) Nivelul 2 (E2) Nivelul 3 (E3) Nivelul 4 (E4) Nivelul CODEC TDMUX Nivelul Mbps 7680 canale voce 1 30 Voce 64 kbps / canal CODEC TDMUX E Mbps 30 canale voce E Mbps 120 canale voce E Mbps 480 canale voce E Mbps 1920 canale voce 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 12

13 Interfata cu fluxurile PCM E1 Cadrul primar PCM E1 Structura cadrului PCM E1: 32 de sloturi de timp (TS time slot) 30 de TS folosite pentru canale de voce (codate folosind legea A de conversie) TS0 folosit pentru sincronizare TS16 folosit pentru semnalizare (SS#7) 125 µs 3.9 µs Sincronizare TS 0 Canal 1 TS 1 Semnalizare TS 16 Canal 30 TS biţi (32 x 8) 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 13

14 Interfata cu fluxurile PCM E1 Schema bloc a interfetelor PCM ale sistemului TETHRA Componentele interfetelor PCM: interfata fizica: formator de cadre + transformatoare de linie elemente pentru procesarea semnalului TDM digital: blocurile CPM (SI / TSA + MCC) Interfaţa fizică Procesorul de semnal Motorola MSC8101 PCM A PCM B PCM C PCM D Formator de cadre TDM A TDM B TDM C TDM D Modulul de comunicaţii SI / TSA 1 MCC 1 SI / TSA 2 MCC 2 Magistrala PowerPC internă 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 14

15 Interfata cu fluxurile PCM E1 Interfata seriala cu multiplexare in domeniul timp (SI / TSA) [1] Functii: conectare la linii TDM digitale externe (TDMA in cazul SI1 / TDMB-D in cazul SI2) conectare interna la controlerele MCC sau alte blocuri ale CPM, in functie de modul de programare rutarea canalelor TDM catre controlerele din CPM pe baza intrarilor din memoria SI RAM sincronizare la nivel de bit si de cadru Structura intrarilor in memoria SI RAM Bitul MCC MCC LOOP/ECHO LOOP/ECHO SUPER SUPER MCSEL MCSEL CNT CNT BYT BYT LST LST 1 bit 1 bit 1 bit 8 biţi 3 biţi 1 bit 1 bit 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 15

16 Interfata cu fluxurile PCM E1 Interfata seriala cu multiplexare in domeniul timp (SI / TSA) [2] Sincronizarea cu semnalul TDM digital fiecare interfata TDM lucreaza independent, avand propriile semnale de date, sincronizare si tact partile de transmisie si receptie ale unei interfete pot folosi semnale de tact si sincronizare comune (cazul TETHRA) sau distincte L1 SYNC L1 CLK L1 RXD / TXD TS 0 TS 31 Cadru TDM 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 16

17 Interfata cu fluxurile PCM E1 Interfata seriala cu multiplexare in domeniul timp (SI / TSA) [3] Modul de lucru in bucla inchisa (loopback) semnalele de sincronizare si tact sunt generate de catre MSC8101 cu ajutorul blocurilor BRG si TIMER ale CPM Modulul de comunicaţii al MSC8101 L1TSYNC L1RSYNC L1RSYNC MCC MCC SI SI TDMx TDMx L1RXD L1TXD L1TCLK L1RCLK CLKx BRGCLK BRG BRG 6 6 BRGO6 TIMER TIMER 4 4 TIN4 /TOUT4 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 17

18 Interfata cu fluxurile PCM E1 Controlerele multicanal (MCC) [1] Caracteristici: lucrul cu pana la 128 de canale full-duplex, grupate in 4 seturi a cate 32 de canale MCC conectare la liniile TDM prin intermediul interfetelor SI/TSA (MCC1 la TDMA, MCC2 la TDMB, TDMC si TDMD) configurare prin intermediul parametrilor continuti in memoria DPRAM a CPM transfer de date direct cu memoria prin canale DMA, folosind tabele cu descriptori pentru memoriile tampon asociate canalelor MCC generare de intreruperi catre unitatea centrala si cozi de intreruperi pentru inregistrarea evenimentelor la nivel de canal suport pentru modul de lucru normal sau loopback mod de lucru transparent (cazul TETHRA) sau HDLC, selectabil la nivel de canal 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 18

19 Interfata cu fluxurile PCM E1 Controlerele multicanal (MCC) [2] Structuri de date: parametri globali ai MCC parametrii specifici si suplimentari ai canalului tabelele cu descriptori pentru memoriile tampon 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 19

20 Interfata cu fluxurile PCM E1 Controlerele multicanal (MCC) [3] Descriptorii pentru memoriile tampon 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 20

21 Interfata cu fluxurile PCM E1 Interfata fizica Componente: Linie PCM analogică formatorul de cadre PEB QuadFALC transformatoare de linie + conectori RJ45 Transformator de linie RX TX Infineon Infineon QuadFALC QuadFALC RDIP_x XDI_x RDIN_x RDO_x XDOP_x RCLK_x XDON_x RPC_x_RFM A [9:0] BD [7:0] Interfaţă TDM digitală MSC8101 MSC8101 L1TXD L1RXD L1RCLK L1RSYNC BA [22:31] BD [0:7] /BHE IM DBW ALE 3.3V GND /INT /RD /WR /CS /IRQ7 /POE /PSDWE /CS_4 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 21

22 Interfata Fast Ethernet Retele Ethernet Caracteristici: folosite pentru retele locale de calculatoare ating viteze de 10, 100 sau 1000 Mbps topologii existente: bus sau stea organizate conform cu modelul de referinta OSI 1 2 HUB 1 2 SWITCH 7 Aplicaţie 6 Prezentare 5 Sesiune 4 Transport Reţea Date Fizic Fizic Date Fizic Date Fizic Date Fizic Date Fizic LLC 2 Date MAC 1 Fizic 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 22

23 Interfata Fast Ethernet Cadrul Ethernet / IEEE Structura: Preambul: 7 octeti cu valoarea AAh, pentru sincronizare SFD: Start Frame Delimiter, cu valoarea b Adresele MAC destinatie si sursa: 6 octeti Tip (Ethernet) / Lungime (IEEE 802.3) Date: minim 46 octeti, maxim 1500 octeti FCS: Frame Control Sequence, contine rezultatul CRC32 pe 4 octeti Preambul Delimitator început (SFD) Adresa destinaţie Adresa sursa Tip / Lungime Date Secvenţa de control (FCS) 7 octeţi 1 octet 6 octeţi 6 octeţi 2 octeţi octeţi 4 octeţi 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 23

24 Interfata Fast Ethernet Schema bloc a interfetei Ethernet pentru sistemul TETHRA Structura: nivelul de control al interfetei hardware (nivelul legatura de date) nivelul aplicatie: controlul sistemului TETHRA si rutarea datelor Interfaţa PCM Control sistem Interfaţa Ethernet Interpretor comenzi Interfaţa PCM Comutare pachete Sincronizare Buffere Ethernet Controler Ethernet Reţea Ethernet 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 24

25 Interfata Fast Ethernet Conectarea sistemului TETHRA la o retea Fast-Ethernet Elemente: interfata fizica: MII + transformatoare de linie controler Fast Ethernet: blocurile FCC ale MSC8101 CPM MSC8101 Interfaţa fizică Magistrala PowerPC FCC MII Transceiver Fast Ethernet (LXT970) Transformatoare linie 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 25

26 Interfata Fast Ethernet Controlerul FCC (Fast Communications Controller) [1] Caracteristici: suport pentru protocoale standard: ATM, Ethernet si Fast Ethernet, E3/T3 (HDLC sau Transparent) configurare prin intermediul parametrilor continuti in memoria DPRAM transfer de date in rafala cu memoria, prin intermediul canalelor DMA folosirea unei structuri de date multibuffer pentru stocarea datelor la transmisie / receptie, ce poate fi modificata dinamic pe durata functionarii suport pentru modul de lucru normal sau loopback posibilitatea de implementare a unor protocoale non-standard, prin suportul HDLC / SDLC posibilitatea de comunicare prin pini dedicati (cazul TETHRA) sau prin intermediul interfetelor TDM 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 26

27 Interfata Fast Ethernet Controlerul FCC (Fast Communications Controller) [2] Descriptorii memoriilor tampon 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 27

28 Interfata Fast Ethernet Interfata fizica Componente: circuit MII Media Independent Interface (LevelOne LXT970) transformatoare de linie + conector RJ45 + led-uri de stare 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 28

29 Interfata Fast Ethernet Protocolul de comunicatie pe interfata Ethernet [1] Cadrul TETHRA de comanda Adresa sursă Tip Cod Comandă Parametri comandă FCS Adresa sursă Tip Cod Comandă Parametri comandă FCS 1 1 Comandă Cod Parametri Descriere Init 1 Dimensiune bloc (1 octet) Cadrul este folosit pentru iniţializarea sistemului. Parametrul precizează dimensiunea blocurilor în care se transferă datele corespunzătoare canalelor TDM. Start 2 - Trece sistemul în starea ACTIV. Sistemul începe transferul datelor. Această comandă este acceptată doar după ce sistemul a fost iniţializat. Stop 3 - Opreşte transferul datelor. Sistemul trece în starea INACTIV. Stare 4 - Cere raportarea stării prin intermediul unui cadru de stare. 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 29

30 Interfata Fast Ethernet Protocolul de comunicatie pe interfata Ethernet [2] Cadrul TETHRA de stare Adresa sursă Lungime Tip Cod Stare Dimensiune bloc FCS Adresa sursă Lungime Tip Cod Stare Dimensiune bloc FCS 0x x Dimensiune Câmp Valoare Descriere [oct] Stare Neiniţializat. Sistemul nu a primit nici o comandă de tip init, deci nu va accepta comanda START. INACTIV. Sistemul a fost iniţializat, dar transferul de date este inactiv, ACTIV. Sistemul efectuează transferul datelor conform definiţiilor de rutare. Dim. bloc. 1 N*8 Câmpul reprezintă dimensiunea curentă a blocului de date transferat. 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 30

31 Interfata Fast Ethernet Protocolul de comunicatie pe interfata Ethernet [3] Cadrul TETHRA de rutare Adresa sursă Lungime Tip Definiţie 1 Definiţie 2 FCS Adresa sursă Lungime Tip Definiţie 1 Definiţie 2 FCS / 2 1 / 6 Acţiune Sursă Destinaţie Acţiune Sursă Destinaţie Câmp Dimens. [octeti] 1 Descriere Acest câmp specifică acţiunea dorită (adăugare sau ştergere) şi parametrii acesteia. Bit Semnificaţie Acţiune 0 Poziţionarea acestui bit pe valoarea 0 semnifică adăugarea rutei de la sursă spre destinaţie, iar valoarea 1 semnifică eliminarea rutării de la sursă spre destinaţie. 1 Dacă acest bit are valoarea 0 atunci câmpul destinaţie reprezintă o adresă MAC. Valoarea 1 specifică o destinaţie de tip canal (rutare internă). 2 Bitul specifică tipul sursei. Valoarea 0 semnifică o sursă pe 1 octet care reprezintă numărul unui canal. Valoarea 1 semnifică un grup de canale ca şi sursă, reprezentate pe 2 octeţi sub forma c1,c2 cu semnificaţia toate canalele de la c1 până la c2 (inclusiv). Sursă 1 sau 2 Reprezentat pe un octet, câmpul reprezintă un singur canal sursă. Pe doi octeţi câmpul reprezintă un grup de canale, de la canalul reprezentat de primul octet (inclusiv) până la cel reprezentat de al doilea (inclusiv). Destinaţie 1 sau 6 Acest câmp reprezintă destinaţia datelor. Poate fi un canal (1 oct.) sau o adresă MAC, (6 oct.) 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 31

32 Interfata Fast Ethernet Protocolul de comunicatie pe interfata Ethernet [2] Cadrul TETHRA de date Adresa sursă Lungime Tip Pachet 1 Pachet 2 FCS Adresa sursă Lungime Tip Pachet 1 Pachet 2 FCS N*8 Canal Bloc de date Canal Bloc de date 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 32

33 Testarea in conditii de laborator [1] Strategia de testare: interfata PCM a sistemului TETHRA lucreaza in modul bucla inchisa, dictat de necesitatea cunoasterii cu exactitate a continutului datelor continute in sloturile de timp ale cadrelor TDM E1 optional, bufferele partii de transmisie a canalelor MCC sunt umplute cu un set de date de test prin intermediul interfetei Ethernet a sistemului, conectata la un PC, sunt transmise cadrele de comanda si rutare, generate cu programul NetworkSpy 2.0 cadrele trimise de catre interfata Fast Ethernet sunt capturate pe PC cu ajutorul programului Ethereal, ce permite analiza datelor continute in aceste cadre (care trebuie sa coincida cu datele transmise de catre canalele MCC) 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 33

34 Testarea in conditii de laborator [2] Conectarea sistemului TETHRA pentru testarea in modul loopback TDM / PCM FAST ETHERNET LOOPBACK CABLU UTP5 CROSSOVER Sistem TETHRA Software ce ruleaza pe PC 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 34

35 Testarea in conditii reale de functionare Sistemul TETHRA este conectat la liniile PCM E1 ale unui echipament de tip BSC si la interfata Fast-Ethernet a unui calculator PC Nu se cunoaste aprioric natura datelor receptionate de catre sistem PC-ul ruleaza un software specializat pentru analiza protocolului SS#7, denumit PCMonLAN. PCM E1 HDB3 PCM PCM E1 ETHERNET PCM E1 PCM E1 4 x PCM E1 Sistem TETHRA PC + soft analizor 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 35

36 Concluzii [1] Avantajele sistemului TETHRA: Controlul de la distanta, prin intermediul interfetei Ethernet Posibilitatea configurarii din mers a mecanismului de rutare, ce permite o adaptare imediata la cerintele de moment ale aplicatiei Capacitatea de filtrare a datelor transferate intre interfete, prin adaugarea sau stergerea de rute Gabaritul redus, datorita gradului mare de integrare al componentelor utilizate, si costul redus de implementare Puterea mare de procesare a datelor, datorita folosirii paralelismului oferit de procesorul de semnal MSC8101 (CPM + SC140) Usurinta in programare, data de folosirea unui limbaj de nivel inalt (C) si a posibilitatilor de depanare si rulare a programelor oferite de mediul de dezvoltare CodeWarrior for StarCore 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 36

37 Concluzii [2] Dezavantajele sistemului TETHRA: in varianta de implementare cu placa de dezvoltare MSC8101ADS, modul de plasare a componentelor placii impiedica folosirea simultana a tuturor celor 4 interfete TDM si a interfetei Fast-Ethernet solutia la problema de mai sus, o constituie plasarea circuitului MII al interfetei Fast-Ethernet pe terminalele corespunzatoare controlerului FCC1, in loc de cele ale FCC2, cum este in cazul MSC8101ADS. 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 37

38 Perspective [1] Constructia placii pentru sistemul TETHRA Caracteristici: compatibilitate cu MSC8101ADS: componente + driver software contine doar circuitele necesare sistemului TETHRA si rezolva dezavantajele mentionate anterior Interfaţa JTAG / OnCE Cuplă 14 pini Transformator Transformator PEF HT TDMA - D Motorola MSC8101 FCC1 LXT970 RJ45 4 x RJ45 Magistrala PowerPC externă Memorie FLASH 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 38

39 Perspective [2] Extinderea capacitatilor de procesare a fluxurilor PCM Premize: modulul de comunicatii al MSC8101 reprezinta un subset al procesorului de comunicatii MPC8260 PowerQUICC II, care insa prezinta un numar dublu de interfete TDM (8) capacitatea de procesare a MSC8101 permite gestionarea unui numar de pana la 3 ori mai mare de fluxuri PCM decat in prezent MPC8260 prezinta o interfata ce permite conectarea sa la magistrala PowerPC externa a MSC8101 Concluzii: MSC MPC8260 = posibilitatea de gestionare a pana la 12 fluxuri PCM E1/T1 sau 3 fluxuri PCM E3/T3, fara schimbari majore in structura driverelor software deja existente MPC8260 poate fi adaugat in schema prezentata anterior, ceea ce duce la triplarea numarului de fluxuri PCM ale sistemului TETHRA 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 39

40 Perspective [3] Utilizarea ca ruter in retele de tipul UMTS R6 Premize: se preconizeaza ca UMTS R6 va folosi retele bazate pe IP in loc de ATM pe partea de UTRAN o versiune ulterioara a sistemului TETHRA ar putea fi folosita ca si ruter intre echipamentele NodeB si RNC ale retelei UMTS, pe conexiunea Iub NodeB Mbps PCM E1 Fast Ethernet Network (full - duplex) RNC Mbps PCM E1 Sisteme TETHRA NodeB Mbps PCM E1 RNC NodeB 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 40

41 Multumiri Prezenta lucrare este rezultatul activitatii desfasurate in laboratoarele DSPLabs ale Facultatii de Automatica si Calculatoare in stransa colaborare cu compania Alcatel Romania, sub coordonarea Domnului S.L. Drd. Ing. Mihai V. Micea si a Directorului Departamentului IT, Doamna Ing. Delia Golcea, carora le suntem recunoscatori pentru generozitate si intregul sprijin acordat. Aducem multumirile noastre distinsilor domni profesori si intregului corp didactic al Facultatii de Automatica si Calculatoare, de a caror speciala si competenta indrumare am beneficiat pe durata anilor de studiu. 6/29/2004 Mihai FAGADAR & Liviu FANICIU 41