寬帶廣電網(wǎng)的異步轉(zhuǎn)移模式的實(shí)現(xiàn)

1 異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）

與SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）一樣，ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步轉(zhuǎn)移模式）也是基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)寬帶技術(shù)之一。ATM是一種簡(jiǎn)化的面向連接的高速分組交換，它采用信元（CELL）作為交換單位，信元實(shí)際上是一種固定長(zhǎng)度的分組，所以也是一種分組交換，從面向連接這一要求來(lái)看又具有某些電路交換的特征，但更重要的是要在操作規(guī)則上作大量簡(jiǎn)化，才能實(shí)現(xiàn)高速處理。ATM是目前國(guó)際上統(tǒng)一的一種用于寬帶網(wǎng)內(nèi)傳輸、復(fù)用和交換信元的技術(shù)，是為支持高質(zhì)量的語(yǔ)音、圖像、高速數(shù)據(jù)等綜合服務(wù)而設(shè)計(jì)的，它本身不屬于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只是一種適用于寬帶網(wǎng)的傳遞模式，802.bDQDB（雙隊(duì)列雙總線）建議與ATM是各自獨(dú)立開(kāi)發(fā)的，但現(xiàn)在已用來(lái)作為達(dá)到ATM和B-ISDN（寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）結(jié)合的引導(dǎo)。

2 ATM的層次結(jié)構(gòu)

ATM的層次結(jié)構(gòu)分為物理媒介相關(guān)層（PMD）和物理層、ATM層及ATM適配層（AAL），在物理媒質(zhì)上都使用高速的同步數(shù)字體系（SDH）和無(wú)源光纖網(wǎng)（PDH），在AAL上作為一種通信平臺(tái)，可以開(kāi)放語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)、信令等通信。

3 ATM的特點(diǎn)

3.1 面向連接模式

所謂面向連接，是在通信前先在收與發(fā)終端間建立一條連接，在通信時(shí)，報(bào)文或信息不斷地在該連接上傳送，因此在一次通信中有多個(gè)報(bào)文或信息時(shí)，從發(fā)端到收端的路由固定。但在面向無(wú)連接中采用逐段轉(zhuǎn)發(fā)的方式，即根據(jù)報(bào)文或信息上的地址發(fā)給下一站，再由下一站根據(jù)地址是收下還是繼續(xù)向前發(fā)送直至目的地，因此在一次通信中有多個(gè)報(bào)文或信息時(shí)，從發(fā)端到收端的路由可能不固定。電話通信是典型的面向連接方式，而電報(bào)和郵政通信是兩個(gè)面向無(wú)連接方式的實(shí)例，這兩種方式的根本區(qū)別不僅在于路由是否固定，而且在于是否用邏輯號(hào)來(lái)代替真實(shí)的地址。在面向連接中，由于建立連接時(shí)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)為該連接分配了一個(gè)邏輯號(hào)，因此在通信過(guò)程中就用邏輯號(hào)代替真實(shí)地址，但在無(wú)連接方式中，通信時(shí)只能用真實(shí)地址，顯然識(shí)別邏輯號(hào)比識(shí)別真實(shí)地址快，因而面向連接適用于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。

3.2 分組長(zhǎng)度固定的分組交換方式

在傳統(tǒng)的分組交換方式中分組長(zhǎng)度不固定，這時(shí)必須經(jīng)過(guò)比較才能知道分組是否結(jié)束，當(dāng)分組長(zhǎng)度固定時(shí)只需計(jì)數(shù)便可知道分組的終結(jié)，計(jì)數(shù)執(zhí)行指令比比較執(zhí)行指令的時(shí)間少許多。分組長(zhǎng)度固定適合于快速處理，在ATM中將長(zhǎng)度固定的分組稱為信元（CELL），信元由信頭域和信息域組成，信頭域長(zhǎng)5字節(jié)，信息域長(zhǎng)為48字節(jié)，信頭的主要功能為流量控制、虛通道∕虛通路、交換、信頭檢驗(yàn)和信元定界以及信元類型的識(shí)別。

3.3 可實(shí)現(xiàn)虛通道∕虛通路兩級(jí)交換

在ATM中，可將一個(gè)傳輸通路如同步數(shù)字體系（SDH）中的同步轉(zhuǎn)移模式STM-1、STM-4等劃分為若干個(gè)虛通道，一個(gè)虛通道又可以分割為若干個(gè)虛通路。為了完成端點(diǎn)間的通信，類似于電路交換方式，ATM首先選擇路由，在兩實(shí)體之間建立虛通路，這樣就使得路由尋址和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能截然分開(kāi)。采用虛連接方法，ATM可將邏輯子網(wǎng)與物理子網(wǎng)隔離開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)的主要管理和控制功能集中在虛電路一級(jí)上，使傳輸過(guò)程的控制較為簡(jiǎn)單，減少了網(wǎng)管、網(wǎng)控的復(fù)雜性。

3.4 統(tǒng)計(jì)復(fù)用能力

為了提高系統(tǒng)資源利用率，在ATM中采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式。ATM是面向連接方式，在主叫與被叫之間先建立一條連接，同時(shí)分配一個(gè)虛通道∕虛通路，將來(lái)自不同信息源的信元匯集到一起，在緩沖器內(nèi)排隊(duì)，隊(duì)列中的信元根據(jù)到達(dá)的先后按優(yōu)先等級(jí)逐個(gè)輸出到傳輸線路上，形成首尾相接的信元流。具有同樣標(biāo)志的信元在傳輸線上并不對(duì)應(yīng)著某個(gè)固定的時(shí)隙，也不是按周期出現(xiàn)的。異步時(shí)分復(fù)用使ATM具有很大的靈活性，任何業(yè)務(wù)都按實(shí)際信息量來(lái)占用資源，使網(wǎng)絡(luò)資源得到最大限度的利用。

3.5 綜合多種業(yè)務(wù)

傳統(tǒng)上一種業(yè)務(wù)建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因而有計(jì)算機(jī)網(wǎng)、圖像網(wǎng)、話音網(wǎng)之分。ATM試圖綜合所有的業(yè)務(wù)。由于各種業(yè)務(wù)所要求的服務(wù)質(zhì)量的不同和業(yè)務(wù)特性差異，在一個(gè)網(wǎng)內(nèi)交換所有業(yè)務(wù)是相當(dāng)難的，例如話音與圖像這些實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)端到端時(shí)延要求很嚴(yán)，一般認(rèn)為不超過(guò)40 ms，但話音和圖像對(duì)誤碼率要求卻相差很大，電話誤碼率在10-3時(shí)不影響清晰度，電視圖像誤碼率應(yīng)在10-6以下，否則會(huì)產(chǎn)生圖像凝固，等等。另外，各種業(yè)務(wù)特性差異主要表現(xiàn)在突發(fā)度和速率上，例如數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)突發(fā)度50，會(huì)議電視5，普通電視1；在速率跨度上，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)10 kbps~100 Mbps，電話64 kbps，電視15~50 Mbps。將這些服務(wù)質(zhì)量要求不同和業(yè)務(wù)特性差異甚遠(yuǎn)的多種業(yè)務(wù)綜合在一起，即均以53字節(jié)長(zhǎng)的信元傳遞，ATM采取“分類治之”的辦法，即根據(jù)信元速率是否可變、信元與信宿間是否要同步以及面向連接與否，將業(yè)務(wù)分類，對(duì)不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行不同的適配，不論業(yè)務(wù)源的性質(zhì)有多么不同，網(wǎng)絡(luò)都按同樣的模式來(lái)處理，真正做到安全的業(yè)務(wù)綜合。

4 ATM的控制技術(shù)

ATM交換機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能有流量控制和擁塞控制、虛通道∕虛通路帶寬分配、選路控制、接入控制和差錯(cuò)控制等。交換機(jī)的控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制后，大大增強(qiáng)了交換機(jī)的處理能力并增加了許多新的功能。ATM期望綜合所有業(yè)務(wù)，但由于綜合業(yè)務(wù)的特性的復(fù)雜性增加了控制系統(tǒng)的難度，歸納起來(lái)有3點(diǎn)：（1）傳統(tǒng)的“窗口”法流量控制已經(jīng)不適用于ATM環(huán)境；（2）由于信元的定長(zhǎng)使得信元到達(dá)相關(guān)，傳統(tǒng)的不相關(guān)到達(dá)的話務(wù)理論也不適用于ATM環(huán)境；（3）多種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求的不同也是對(duì)ATM信元實(shí)施流量控制的又一個(gè)難點(diǎn)。

面對(duì)ATM如此復(fù)雜的控制問(wèn)題，只能采取系統(tǒng)工程中的分解與協(xié)調(diào)及分層控制的思想，將ATM中的業(yè)務(wù)處理過(guò)程分解成用戶級(jí)、呼叫級(jí)、突發(fā)級(jí)和信元級(jí)，它們之間的差別在于時(shí)間和統(tǒng)計(jì)規(guī)律，在用戶級(jí)的控制主要根據(jù)業(yè)務(wù)的種類和服務(wù)質(zhì)量來(lái)分配虛通道的帶寬；在呼叫級(jí)的控制主要是接入控制，包括呼叫帶寬的分配計(jì)算和選路；在突發(fā)級(jí)或信元級(jí)主要是對(duì)已接收呼叫的流量進(jìn)行控制。根據(jù)業(yè)務(wù)特性差異和服務(wù)質(zhì)量要求的不同，在ATM中采用分類控制的方法，在實(shí)踐中將業(yè)務(wù)分成固定速率、實(shí)時(shí)可變速率、非實(shí)時(shí)可變速率、可利用速率和未知或不保證速率等，它們分別適用于不同的業(yè)務(wù)范圍。

ATM中的流量控制和擁塞控制措施可分為預(yù)防式和反應(yīng)式兩大類。預(yù)防式流量控制法有基于速率控制、網(wǎng)絡(luò)資源管理、接入控制、優(yōu)先級(jí)控制以及業(yè)務(wù)量整形等。預(yù)防式流量控制是在網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生前對(duì)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量進(jìn)行限制。預(yù)防式控制是一種保守控制，影響網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。反應(yīng)式流控如同分組交換網(wǎng)中“窗口”法那樣，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信元數(shù)超過(guò)一定量時(shí)對(duì)進(jìn)入的信元進(jìn)行控制，如信源速率適配法，就是選擇性地丟棄信元。反應(yīng)式流時(shí)控制是將擁塞發(fā)生點(diǎn)的信息返回到源節(jié)點(diǎn)，以便降低速率。

5 結(jié)束語(yǔ)

ATM是繼時(shí)分交換和分組交換之后的將統(tǒng)計(jì)復(fù)用與時(shí)分交換融為一體的新一代信息轉(zhuǎn)換方式，能實(shí)現(xiàn)人們長(zhǎng)期追求的業(yè)務(wù)綜合與高速傳遞的目標(biāo)。

ATM技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：兼有電路交換和分組交換的特點(diǎn)，支持多協(xié)議，既支持傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)（幀中繼，租用專線），又支持IP新業(yè)務(wù)；保證QoS（服務(wù)質(zhì)量）；安全性好；配置靈活；鏈路可以用不同速率操作，伸縮性強(qiáng)，是較好的多業(yè)務(wù)承載平臺(tái)。但是，ATM的缺點(diǎn)也是明顯的：價(jià)格高，內(nèi)部開(kāi)銷大，效率低，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)較復(fù)雜等。隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，ATM將作為多業(yè)務(wù)的傳送平臺(tái)在寬帶廣電網(wǎng)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用，其強(qiáng)大的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力將使運(yùn)營(yíng)商得到豐厚的回報(bào)。