寬帶廣電網的異步轉移模式的實現

1 異步轉移模式（ATM）

與SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體系）一樣，ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步轉移模式）也是基礎的網絡寬帶技術之一。ATM是一種簡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，信元實際上是一種固定長度的分組，所以也是一種分組交換，從面向連接這一要求來看又具有某些電路交換的特征，但更重要的是要在操作規則上作大量簡化，才能實現高速處理。ATM是目前國際上統一的一種用于寬帶網內傳輸、復用和交換信元的技術，是為支持高質量的語音、圖像、高速數據等綜合服務而設計的，它本身不屬于網絡結構，只是一種適用于寬帶網的傳遞模式，802.bDQDB（雙隊列雙總線）建議與ATM是各自獨立開發的，但現在已用來作為達到ATM和B-ISDN（寬帶綜合業務數字網）結合的引導。

2 ATM的層次結構

ATM的層次結構分為物理媒介相關層（PMD）和物理層、ATM層及ATM適配層（AAL），在物理媒質上都使用高速的同步數字體系（SDH）和無源光纖網（PDH），在AAL上作為一種通信平臺，可以開放語音、視頻、數據、信令等通信。

3 ATM的特點

3.1 面向連接模式

所謂面向連接，是在通信前先在收與發終端間建立一條連接，在通信時，報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報文或信息時，從發端到收端的路由固定。但在面向無連接中采用逐段轉發的方式，即根據報文或信息上的地址發給下一站，再由下一站根據地址是收下還是繼續向前發送直至目的地，因此在一次通信中有多個報文或信息時，從發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，而電報和郵政通信是兩個面向無連接方式的實例，這兩種方式的根本區別不僅在于路由是否固定，而且在于是否用邏輯號來代替真實的地址。在面向連接中，由于建立連接時網絡已經為該連接分配了一個邏輯號，因此在通信過程中就用邏輯號代替真實地址，但在無連接方式中，通信時只能用真實地址，顯然識別邏輯號比識別真實地址快，因而面向連接適用于實時業務。

3.2 分組長度固定的分組交換方式

在傳統的分組交換方式中分組長度不固定，這時必須經過比較才能知道分組是否結束，當分組長度固定時只需計數便可知道分組的終結，計數執行指令比比較執行指令的時間少許多。分組長度固定適合于快速處理，在ATM中將長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5字節，信息域長為48字節，信頭的主要功能為流量控制、虛通道∕虛通路、交換、信頭檢驗和信元定界以及信元類型的識別。

3.3 可實現虛通道∕虛通路兩級交換

在ATM中，可將一個傳輸通路如同步數字體系（SDH）中的同步轉移模式STM-1、STM-4等劃分為若干個虛通道，一個虛通道又可以分割為若干個虛通路。為了完成端點間的通信，類似于電路交換方式，ATM首先選擇路由，在兩實體之間建立虛通路，這樣就使得路由尋址和數據轉發功能截然分開。采用虛連接方法，ATM可將邏輯子網與物理子網隔離開，網絡的主要管理和控制功能集中在虛電路一級上，使傳輸過程的控制較為簡單，減少了網管、網控的復雜性。

3.4 統計復用能力

為了提高系統資源利用率，在ATM中采用統計復用方式。ATM是面向連接方式，在主叫與被叫之間先建立一條連接，同時分配一個虛通道∕虛通路，將來自不同信息源的信元匯集到一起，在緩沖器內排隊，隊列中的信元根據到達的先后按優先等級逐個輸出到傳輸線路上，形成首尾相接的信元流。具有同樣標志的信元在傳輸線上并不對應著某個固定的時隙，也不是按周期出現的。異步時分復用使ATM具有很大的靈活性，任何業務都按實際信息量來占用資源，使網絡資源得到最大限度的利用。

3.5 綜合多種業務

傳統上一種業務建立一個網絡，因而有計算機網、圖像網、話音網之分。ATM試圖綜合所有的業務。由于各種業務所要求的服務質量的不同和業務特性差異，在一個網內交換所有業務是相當難的，例如話音與圖像這些實時業務對端到端時延要求很嚴，一般認為不超過40 ms，但話音和圖像對誤碼率要求卻相差很大，電話誤碼率在10-3時不影響清晰度，電視圖像誤碼率應在10-6以下，否則會產生圖像凝固，等等。另外，各種業務特性差異主要表現在突發度和速率上，例如數據業務突發度50，會議電視5，普通電視1；在速率跨度上，數據業務10 kbps~100 Mbps，電話64 kbps，電視15~50 Mbps。將這些服務質量要求不同和業務特性差異甚遠的多種業務綜合在一起，即均以53字節長的信元傳遞，ATM采取“分類治之”的辦法，即根據信元速率是否可變、信元與信宿間是否要同步以及面向連接與否，將業務分類，對不同的業務進行不同的適配，不論業務源的性質有多么不同，網絡都按同樣的模式來處理，真正做到安全的業務綜合。

4 ATM的控制技術

ATM交換機控制系統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、接入控制和差錯控制等。交換機的控制系統采用計算機控制后，大大增強了交換機的處理能力并增加了許多新的功能。ATM期望綜合所有業務，但由于綜合業務的特性的復雜性增加了控制系統的難度，歸納起來有3點：（1）傳統的“窗口”法流量控制已經不適用于ATM環境；（2）由于信元的定長使得信元到達相關，傳統的不相關到達的話務理論也不適用于ATM環境；（3）多種業務的服務質量要求的不同也是對ATM信元實施流量控制的又一個難點。

面對ATM如此復雜的控制問題，只能采取系統工程中的分解與協調及分層控制的思想，將ATM中的業務處理過程分解成用戶級、呼叫級、突發級和信元級，它們之間的差別在于時間和統計規律，在用戶級的控制主要根據業務的種類和服務質量來分配虛通道的帶寬；在呼叫級的控制主要是接入控制，包括呼叫帶寬的分配計算和選路；在突發級或信元級主要是對已接收呼叫的流量進行控制。根據業務特性差異和服務質量要求的不同，在ATM中采用分類控制的方法，在實踐中將業務分成固定速率、實時可變速率、非實時可變速率、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務范圍。

ATM中的流量控制和擁塞控制措施可分為預防式和反應式兩大類。預防式流量控制法有基于速率控制、網絡資源管理、接入控制、優先級控制以及業務量整形等。預防式流量控制是在網絡擁塞發生前對進入網絡的業務量進行限制。預防式控制是一種保守控制，影響網絡資源的利用率。反應式流控如同分組交換網中“窗口”法那樣，當網絡信元數超過一定量時對進入的信元進行控制，如信源速率適配法，就是選擇性地丟棄信元。反應式流時控制是將擁塞發生點的信息返回到源節點，以便降低速率。

5 結束語

ATM是繼時分交換和分組交換之后的將統計復用與時分交換融為一體的新一代信息轉換方式，能實現人們長期追求的業務綜合與高速傳遞的目標。

ATM技術有很多優點：兼有電路交換和分組交換的特點，支持多協議，既支持傳統的電信業務（幀中繼，租用專線），又支持IP新業務；保證QoS（服務質量）；安全性好；配置靈活；鏈路可以用不同速率操作，伸縮性強，是較好的多業務承載平臺。但是，ATM的缺點也是明顯的：價格高，內部開銷大，效率低，網絡互聯較復雜等。隨著研究的深入和技術的發展，ATM將作為多業務的傳送平臺在寬帶廣電網中發揮越來越大的作用，其強大的市場驅動力將使運營商得到豐厚的回報。