ATM技術的發(fā)展及應用

1、ATM技術的發(fā)展及應用摘要：隨著In ternet與多媒體技術的飛速發(fā)展， Web上的圖像、音頻、視頻等 多媒體容越來越多，用戶需要有更高的接入速率。而現有的電路交換和分組交 換很難勝任寬帶高速的交換任務。對于電路交換，當數據的傳輸速率及其突發(fā) 性變化很大時，交換的控制就變得十分復雜；對于分組交換，當數據傳輸速率 很高時，協(xié)議數據單元在各層的處理成為很大的開銷，無法滿足實時性很強的 業(yè)務的時延要求。異步傳輸模式 ATM(Asynchronous Transfer Mode )就是建 立在電路交換和分組交換基礎上的一種新的交換技術，他可以很好地進行寬帶 信息交換。本文討論了 ATM技術的特點和存

2、在的問題，并介紹了 ATM技術在數 字通信、幀中繼及PSTN/N-ISDN等業(yè)務中的發(fā)展和應用，同時對 ATM的應用前 景進行了初步分析。關鍵詞：ATM 應用發(fā)展時分復用B-ISDN一、ATM的產生自Alexander GrahamBell于1870年發(fā)明后，？為有效地連接日益增多的用戶，交換網應運而生。它經歷了人工交換，機電式自動交換系統(tǒng)以及數字程 控系統(tǒng)發(fā)展過程，但電路交換的原理一直未變。隨著計算機的普及，網通過使 用Modems進行計算機數據傳輸及數據信息交換，隨之產生了公用數據網，其 典型的代表是X.25分組交換網，它是基干包交換的一種技術，具有信輸可靠性 高的優(yōu)點，但由于Modem?

3、速率及交換技術本身限制，X.25只能處理中低速數 據流。雖然LAN局域網)技術的發(fā)展突飛猛進,如Ethernet > Token ring > Token bus等,傳輸速率已可達千兆，但它局域網的性質本身就大大限制了LAN的大規(guī)模的覆蓋及應用，目前的LAN? 一般用于企業(yè)部的數據傳送，無法形成廣域網的 規(guī)模。由此我們不難看出，傳統(tǒng)網絡普遍存在以下缺陷：第一，業(yè)務的依賴性，一般 性網絡只能用于專一服務,公用網不能用來傳送TV信號,X.25不能用來傳送高 帶寬的圖像和對實時性要求較高的語言信號；第二，無靈活性,?即業(yè)務拓展的 可能性不大，原有網絡的服務質量，很難適應今后出現的新業(yè)務；

4、第三,效率低， 一個網絡的資源很難被其它網絡共享。隨著社會不斷發(fā)展，網絡服務不斷多樣化，人們可以利用網絡干很多事情， 如收發(fā)信件、家庭辦公、Video on dema nd網絡,?這對網絡的要求越來越高, 有人還不禁提出這樣一個想法：能否把這些對帶寬、實時性、傳輸質量要求各不 相同的網絡服務由一個統(tǒng)一的多媒體網絡來實現 ,?做到真正的一線通？回答是 肯定的,這就是ATM網。幸運的是,?現在的半導體和光纖技術為 ATM的快速交 換和傳輸提供堅實的保障。目前的CMO處理能力已達二三百兆，ECL?可達5到 10GSDH和SONE技術提供了大容量的可靠傳輸,目前的STM-I標準為155.52M。 事實

5、上在80年代中期，人們就已經開始進行快速分組交換的實驗， 建立了多種 命名不相同的模型，歐洲重在圖象通信把相應的技術稱為異步時分復用(ATD美國重在高速數據通信把相應的技術稱為快速分組交換(FPS ,國際電聯(lián)經過 協(xié)調研究，于1988年正式命名為 Asynchronous Transfer Mode(ATM) 技術， 推薦其為寬帶綜合業(yè)務數據網 B-ISDN的信息傳輸模式。ATM的成功，固然取決 于微電子等高技術的進步以及社會需求的驅動，而ATM其自身的優(yōu)勢，使它在交換技術中獨占鰲頭。ATM是在分組交換技術上發(fā)展起來的快速分組交換。它綜合吸取了分組交 換高效率和電路交換高速率之優(yōu)點，針對分組交

6、換速率低的弱點，用電路交換 完全與協(xié)議處理幾乎無關的特點，通過高性能LSI的硬設備來提高處理速度， 以實現高速化，因此也可以說 ATM技術是在克服了分組交換和電路交換方式局 限性的基礎上產生的。3 7 6 54 3 213 7 6 54 3 21何頭tTGFCVPIVPI(5字節(jié))VPIVCIVPIVCI信元凈荷VCIVCI(48字節(jié)VCIPTCLFJVCIPTCLPHECHECATM ' /LUN If,無結構Nhll估尤結構梱LI ATM営元胳朮二、ATM勺特點及存在的問題1. ATM技術的特點(1) ATM作為電信網的一種新技術，不僅適用于高速信息傳送和對服務 質量（QoS ）的

7、支持，還具備了綜合多種業(yè)務的能力，以及動態(tài)帶寬分配與 連接管理能力和對已有技術的兼容性。（2）ATM的綜合能力ATM以信元的方式傳送信息，與業(yè)務的特性、比特率無關，只要將各類業(yè)務的信息在入網時轉化為統(tǒng)一格式的信元，就可以在 網絡中進行傳輸與交換，因此，高靈活性使之具有各種綜合能力。（3）靈活的動態(tài)帶寬分配與連接管理能力（4）ATM對已有技術的兼容性ATM作為一項獨立的技術充分考慮了與已有 技術的融合。2. 存在問題目前，ATM技術已經進入了實用化階段，商用化 ATM產品大量出現，很多國 家已建設了 ATM骨干網絡，并提供多種高速、實時業(yè)務。ATM的應用同時也進入到局域網、無線網絡和衛(wèi)星網絡等領

8、域。但是，以 ATM為基礎的B-ISDN的建 設還處于初級階段，各國的B-ISDN發(fā)展也不平衡。除政策原因外，還存在技術 原因：（1） ATM技術還無法經濟地支持話音等低速率業(yè)務。人們期望 ATM技 術能夠同時支持話音和數據業(yè)務，但不夠靈活的適配方式以及由ATM網引入的相對較大的時延使得ATM對話音業(yè)務的支持不能令人滿意；（2） 盡管ATM技 術的標準已經基本齊備，但部分技術容仍不完善，限制了ATM網絡作為整個主干網絡為用戶提供端到端可保證 QoS和靈活業(yè)務的能力，特別是在網絡管理、 業(yè)務量控制及對無連接數據業(yè)務的支持等方面還需做大量工作；（3） ATM的統(tǒng)計復用特性使業(yè)務量特性變化繁多，基于

9、業(yè)務量統(tǒng)計特性的控制也就變得愈 發(fā)復雜，因此ATM的流量和擁塞控制仍然存在很多問題；（4） 網絡技術的發(fā) 展使ATM技術受到了來自其它技術的競爭，如千兆比以太網的出現使ATM技術更難在局域網圍得到采用。目前還沒有針對于 ATM的 “致命應用”。針對這些問題，致力于ATM的研究者們已經開展了很多工作，也提出了一 些解決方案。這些努力包括：簡化信令和網絡控制；提出新的ATM適配方式；將ATM技術與IP、智能網（IN ）、網管相結合，以靈活提供各種業(yè)務。這些研 究成果不僅拓寬了 ATM技術在寬帶通信及互聯(lián)網中的應用，也使該技術能夠在 窄帶業(yè)務（幀中繼、PSTN/N-ISDN等 ）領域發(fā)揮優(yōu)勢。、AT

10、M的發(fā)展及應用1. ATM支持話音技術的研究在電信網中，從用戶數的角度考慮，傳統(tǒng)的用戶仍將占主導地位，因此， ATM必須考慮如何支持話音的問題。ITU-T在1997年9月年通過了支持話音業(yè) 務和短分組業(yè)務適配的第二類 ATM適配層協(xié)議建議在1999年2 月通過了面向話音業(yè)務的建議用于中繼的AAL2業(yè)務特定會聚子層SS CS ，并于1997年12月通過了支持AAL2交換的信令協(xié)議建議 Q.2630.1 （AAL2 信令協(xié)議-能力集1），基本完成了 ATM支持話音業(yè)務的標準化工作。采用 AAL2 協(xié)議來支持話音業(yè)務不論是效率方面，還是時延性能方面，都要優(yōu)于IP。AAL2技術的應用主要有以下幾個方面

11、：以低時延的性能支持話音和其他實時業(yè)務傳送，用于PSTN或其它網絡的中繼傳輸；（2）用于第三代移動通信系統(tǒng)（IMT-2000），在BS和MSC之間以AAL2協(xié) 議支持低速話音和數據信息的傳送；（3）用AAL2交換機代替ATM交換機（ATM層僅提供PVC交叉連接功能）， 提供端到端的ATM話音和數據業(yè)務。2. 簡化ATM技術的研究ATM技術的缺點之一就是網絡的復雜性，為了推動ATM技術的應用，就必須對ATM技術進行簡化和優(yōu)化，以達到簡化網絡，降低網絡成本的目的。目 前,1-TUT和ATM論壇正在進行這方面的工作， 例如目前I-TUT正在制定的AT M輕型信令標準就是為了簡化原有復雜的信令標準，以

12、降低網絡的復雜性。另 外，在流量控制、網絡管理等方面也都有需要進行相應的研究工作。技術的缺 點之一就是網絡的復雜性，為了推動 ATM技術的應用，就必須對 ATM技術進行 簡化和優(yōu)化，以達到簡化網絡，降低網絡成本的目的。目前， I-TUT和ATM論 壇正在進行這方面的工作，例如目前 I-TUT正在制定的ATM輕型信令標準就是 為了簡化原有復雜的信令標準，以降低網絡的復雜性。另外，在流量控制、網 絡管理等方面也都有需要進行相應的研究工作。3. ATM與IP技術的結合以IP為基礎的In ternet的發(fā)展出乎許多人的預料，短短幾年已迅速席卷 了全球，對傳統(tǒng)的電信運營形成了巨大的沖擊，同時引發(fā)了一場關

13、于未來信息咼速公路是以B-ISDN為基礎還是以In ternet為基礎的爭論。計算機業(yè)界一致 看好In ternet。但無論如何，In ternet原本是為了把已存在的眾多局域網絡連 接成一個統(tǒng)一的網絡。隨著網絡的覆蓋圍不斷擴大、網絡的業(yè)務類型不斷增加 以及網絡用戶的增長，In ternet中必然會出現網絡擁塞、帶寬資源緊和用戶質 量下降等問題，因此In ternet網絡終究要實現寬帶化。In ternet要使用公共 通信網資源，僅僅依靠IP協(xié)議并不能解決傳輸寬帶化的問題，還要解決怎樣利用新的傳輸設備來提供高帶寬。ATM技術的出現為In ternet所面臨的問題提供了解決方案。IP技術只有與

14、ATM技術相結合才可能在In ternet上提供大圍的寬帶業(yè)務。目前，電信和 In ternet業(yè)界都已認定未來的寬帶骨干網應基于 ATM技術。國外一些大學和科 研機構正在研究下一代In ternet （ I2 ）。在I2總體結構中，ATM和SONE作為 骨干技術用于連接各個千兆比接納點。利用ATM勾造寬帶In ternet的骨干網，不僅可解決In ternet骨干網的帶寬問題，也為其提供高 QoS的IP業(yè)務奠定了 基礎。盡管受到其它網絡技術的競爭，許多人仍認為ATM不僅是電信網也是In ternet骨干網的最終解決方案。目前，在寬帶計算機通信領域中與 ATM技術競爭的技術主要是千兆比以太 網

15、（GE）。由于其對原有局域網技術的兼容性，用戶可以很低投入獲得網絡性能 的大幅提高，這使其在寬帶局域網互聯(lián)中被廣泛采用，許多對QoS要求不高的城域網及企業(yè)網也開始采用千兆比以太網技術。但作為一種信息傳遞技術，ATM 的性能顯然優(yōu)于千兆比以太網，它具有無限縮放性，可用于局域、城域直到廣 域網環(huán)境，并且由于擁有 QoS保證，可以說ATM幾乎是未來多媒體業(yè)務的唯一 選擇。4. 幀中繼業(yè)務中引入ATM技術幀中繼（FR是基于分組復用方案的技術，可在一條2Mbit/s物理鏈路上建立多條虛通路。自90年代初引入以來，幀中繼在專用網中得到了迅速發(fā)展， 成為新的業(yè)務流量源。目前，很多用戶基地設備（CPE供應商開

16、始支持幀中繼。 這種新業(yè)務的迅速增長需要網絡容量的更新，并使其有可能引入ATM等新技術。 ATM網絡可用來連接幀中繼網絡，使各個站點間能夠通信。ATM骨干網不僅可以 用于傳輸幀中繼業(yè)務流，而且也為幀中繼網之間的互通提供了一種簡潔的方式。幀中繼業(yè)務中引入ATM技術需要實現幀中繼承載業(yè)務與 C類面向連接的可 變比特率（VBR業(yè)務之間的互通，也就是幀中繼邏輯連接與ATM虛通路之間進 行映射。其中，互通單元（IWU是幀中繼交換機或復用器，在幀中繼 UNI執(zhí)行 互通的功能；AAL5用于幀中繼和ATM之間的互通；幀中繼業(yè)務特定會聚子層（FR-SSCS支持AAL5的公共部分會聚子層/拆裝子層（CPCS/SA

17、R。FR-SSCS 的協(xié)議數據單元（PDU與Q.922的幀結構兼容。5. PSTN/ N-ISDN與寬帶ATM網的互通ATM技術能夠在單一網絡上真正實現話音、數據和視頻等業(yè)務的綜合，滿 足各類業(yè)務和不同帶寬的要求。提供基于64kbit/s的窄帶業(yè)務（PST/N-ISDN） 應是ATM的一項基本能力。但是目前ATM應用技術的研究主要偏重在寬帶領 域，而對ATM實現話音通信技術的研究比較薄弱。特別是發(fā)達國家的網已基 本飽和，其對ATM網提供話音業(yè)務的研究并不積極。在中國，高速數據業(yè)務和 傳統(tǒng)話音業(yè)務的發(fā)展很不平衡，干線網和許多省市都建成了寬帶ATM網，但數據業(yè)務量不飽和，而業(yè)務仍然在快速增長?？紤]

18、到技術更新?lián)Q代的速度越來越 快，應該在網中盡量采用新技術，因此國許多研究機構和廠商都在研究如何用 ATM技術傳送窄帶業(yè)務。PST/N-ISDN與ATM網間實現互通，應分為兩個階段， 即網絡互通和更進一步的業(yè)務互通。網絡互通主要實現在寬帶網絡上提供對現 行窄帶網業(yè)務的支持；而業(yè)務互通則實現寬帶網業(yè)務和現行窄帶網業(yè)務間的互 通。ITU-T制定的I.580建議已經給出了 5類互通的情況?，F階段通常采用網 絡互通方式，即采用窄帶與寬帶互通單元（NB-IWU來實現網與ATM網溝通， 用寬帶ATM網來提供大容量的話音通道。要實現PST/N-ISDN與ATM網的互通，首先要解決的關鍵技術是低時延、 高效率的

19、話音ATM適配方法。64kbit/s的話音及話帶業(yè)務是對時延和時延抖動 十分敏感的固定比特率（CBR業(yè)務。而適配時延是影響話音在 ATM網中整個傳 輸時延的最主要的因素。采用傳統(tǒng)的AAL1適配方法無法滿足話音業(yè)務對傳輸時 延的要求。為此一些新的低時延適配方法被提出來，包括部分填充信元法、組 合信元法、微信元法等。綜合考慮效率因素，組合信元法和微信元法是通常被 采納的方法。組合信元法的適配時延可小于12 5ys，依照特定控制策略， 可同時保持較高的信元適配效率，它更適合于匯接網干線業(yè)務量，利用ATM骨 干網對網業(yè)務進行交換和傳遞。ITU-T在1997年推出的AAL2協(xié)議使用微信元 概念減少了適配

20、時延(低于1mS，但AAL2協(xié)議中公共部分子層(CPS分組有 3字節(jié)，增加了傳輸開銷；許多對話音進行靜音檢測壓縮的算法被用于 AAL2適 配，用來抵消CPS分組頭的開銷以提高效率。在國，目前已有研究機構利用組 合信元法研制成功NB-IWU實驗系統(tǒng)；一些廠商基于 AAL2適配、結合靜音檢測 壓縮的NB-IWU系統(tǒng)也都具備雛形。四、ATM的業(yè)務介紹1. 商業(yè)應用在商業(yè)領域，有兩大類 ATM的應用，即多媒體和高速數據。多媒體應用主 要包括有會議電視、職業(yè)教育和技術培訓、電子信箱、桌面合作工作組、居家 辦公、遠程醫(yī)療、遠程勘探等；高速數據應用主要設計局域網(LAN互聯(lián)和數據網合成。(1) 桌面應用 桌

21、面合作工作組可以取代會議室。主要通過聲、像雙向傳輸將 分布于不同地點的工作小組組織起來，進行交互式工作，共享辦公設施，不僅 便于管理，而且大大節(jié)省了差旅費，提高工作效率。這種應用可擴展到家庭辦 公。(2) 遠程醫(yī)療 如果將全國乃至全世界的醫(yī)生、診所、醫(yī)院以及康復中心、醫(yī) 學研究機構等、通過 ATM網連接起來，實施遠程醫(yī)療，它可即時召集最有秀的 醫(yī)生、提出最佳診斷方案，為病人提供及時、最有效的治療。此外，圖像醫(yī)療 權力機構可以在ATM網中建立必要的醫(yī)療信息庫，使人們可以存取有關醫(yī)療數 據，如醫(yī)療記錄、X光片、CAT掃描片等。(3) 遠程教學遠程教學中心通過ATM網可以向社會提供教學材料、培訓和

22、教學，學員可以得到優(yōu)秀教師的授課、雇員不離崗就可接受教育。此外，研究 機構、大學等可以加強技術和科研交流與合作。2. 居民應用ATM網絡的初期應用主要有VOD(按需視像服務)、電子游戲、可視等。(1) VOD VODt可能成為ATM應用的最大市場之一。ATM網絡將提供VCRVideoCassette Recorder)的功能?？蛻粼诩依锿ㄟ^電視機任意選播自己喜歡的電影， 可控制停播、快速前進和后退及暫停。當然， VOD的價格不能太貴，起碼要與 租借錄像帶的價格相當，同時也要比錄像帶的質量高、節(jié)目豐富。(2) 居家購物 購物者可以利用ATM網絡的交互能力，像在商店里一樣進行物 品的挑選、采購，用

23、個人特有的進行支付。(3) 電子游戲 不同地區(qū)的多媒體工作站可以像在同一個 LAN樣，通過ATM 網進行交互式電子游戲。當然，ATM網絡的應用遠不只上述這幾種，ATM網絡的應用將涉及社會方方 面面，如金融、航空、經貿、氣象、政府機構、海關、廣播、商業(yè)、教育、建 設、醫(yī)療等等。目前，ATM技術已經進入了實用化階段，商用化ATM產品大量出現，很多 國家已建設了ATM骨干網絡，并提供多種高速、實時業(yè)務°ATM的應用同 時也進入到局域網、無線網絡和衛(wèi)星網絡等領域。五、ATM市場前景ATM技術目前處于較不利地位，其中的原因主要在于以太網以及TCP/IP協(xié)議相關的各種技術已經經過了幾十年的發(fā)展和積累，在此基礎上開發(fā)出來的技 術也在很大程度上承襲了已有技術的成果，其開發(fā)費用和生產成本都因此大大 降低，與其相反，ATM技術的發(fā)展還不到十年時間，其中絕大部分技術都得從 無到有進行開發(fā)，其費用自然相對較高，相信以ATM目前的發(fā)展趨