（通信与信息系统专业论文）aal2交换关键技术研究.pdf

摘要 随着宽带多媒体a t m 网络的发展，需要其能够满足多种业务的需求。支持变 速、对时延敏感的业务( 典型的是压缩话音) 非常重要。为了支持由短包组成的 变速、对时延敏感的业务，需要a t m 适配层a a l 2 以及有关的信令协议q 2 6 3 0 1 的支持。a a l 2 协议i 3 6 3 2 、i 3 6 6 2 就是为了支持变速、对时延敏感的业务而 设计的。对这种业务，其它适配层无法满足业务质量( q o s ) 和高效的资源利用率 的要求。q 2 6 3 0 1 信令协议支持在a r m 层之上进行a a l 2 级的交换。我们的重点 在a a l 2 交换结构的研究上，a a l 2 交换结构是建立a a l 2 网络的关键和瓶颈。我们 讨论了a a l 2 交换结构，得到的结论是在一定的性能基础上，输出缓存型交换结构 对a a l 2 交换是适合的。在此基础上，使用v h d l 硬件描述语言设计了输出缓存型 交换结构并实现了功能仿真。 关键词：a t m 从l 2 交换结构v h d l c p s 包 a b s t r a c t t h ee v o l u t i o no fb r o a d b a n dm u l t i s e r v i c ea t mn e t w o r k si s g e n e r a l l y e x p e c t e d t om e e t t h e n e c e s s a r y o fm u l t i m e d i as e r v i c e s t o s u p p o r t v a r i a b l e b i t r a t ed e l a y s e n s i t i v es e r v i c e s ( t y p i c a l l yc o m p r e s s e dv o i c e ) i s v e r yi m p o r t a n t w ea r g u e t h a ti no r d e rt o s u p p o r t v a r i a b l e - b i t - r a t e d e l a y s e n s i t i v et r a f f i cc o n s i s t i n go fs h o r tp a c k e t t h es t a n d a r d i z a t i o n o f aa t ma d a p t a t i o nl a y e r ，a a l 2a n da s s o c i a t e ds i g n a l i n gp r o t o c o lq 2 6 3 0 1i s n e c e s s a r y t h ea a l 2p r o t o c o lh a sb e e nd e s i g n e dt os u p p o r tv a r i a b l e b i t r a t e d e l a y s e n s i t i v es e r v i c e sw h e r eo t h e ra d a p t a t i o n1 a y e r sf a i lt od e l i v e rt h e r e q u i r e dq u a l i t y o fs e r v i c e ( q o s ) a n dm a i n t a i ne f f i c i e n tr e s o u r c e u t i l i z a t i o na tt h es a m et i m e 。q 2 6 3 0 1s i g n a l i n gp r o t o c o ls u p p o r tt h ea a l 2 s w i t c ho n t o p o fa t m l a y e r w e f o c u so nt h er e s e a r c ho f 从l 2s w i t c h f a b r i c s 。w h i c hi st h ek e ya n db o t t l e n e c ko fa u a l 2n e t w o r k 。a f t e rd i s c u s s i n g t h ea a l 2s w i t c hf a b r i c s w ed r a wac o n c l u s i o nt h a tt h eo u t p u tb u f f e r i n g s w i t c hf a b r i ci ss u i t a b l ef o ra a l 2 s w i t c hw i t h r e s p e c t t os o m e p e r f o r m a n c e s u s i n g v h d lh a r d w a r e d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w ed e s i g n t h e o u t p u tb u f f e r i n gs w i t c hf a b r i ca n ds i m u l a t et h ef u n c t i o n k e y w o r d ：a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e a t ma d a p t a t i o nl a y e rt y p e 2 s w i t c hf a b r i c v e r yh i g hs p e e di n t e g r a t e dh a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e c p s - p a c k e t 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 随着科学技术的发展，信息已成为推动社会向前发展的巨大动力。a t m ( 异步 转移模式( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) ) 网络技术是未来电信网的关键技术，世界 范围内信息高速公路的兴起，为a t m 技术的发展提供了一个很好的机遇。a 州作 为一种面向未来高速数据网络技术，将发挥越来越重要的作用。 a t m 技术本身快速分组交换和统计复用的特点，使得它可以有效地支持多种 业务( 如话音、图像、数据等) 。a t m 适配层( a a l ) 的业务适配能力和业务服务 质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，简称q o s ) 参数的灵活性，也使a t m 完全可以满足 用户多媒体业务的要求。a t m 技术提供的高带宽和支持多种业务的特点，特别是 通过a t m 网络来承载话音业务，为解决通信网络中语音业务发展和传输带宽有限 的矛盾提供了可行的技术解决方案。 1 2a t m 技术回顾 从8 0 年代中后期开始，国际电信联盟( i t u t ) 开始制定有关b - i s d n 的规范。 在建议i 1 2 1 中规定了异步转移模式( a t m ) 是实现b - i s d n 目标的传递方式。以 a t m 为基础的b i s d n 要实现现有的以及未来可能出现的各种电信业务，包括从几 十k 的话音业务到上百兆的图像和高速数据业务。围绕着建设b - i s d n ，世界各国 对a t m 进行了内容广泛的研究和试验。目前，a t m 技术已经进入了实用化阶段， 商用化的a t m 产品大量出现，很多国家业已建设了a t m 骨干网络，并提供多种实 时业务。a t m 的应用也进入到局域网、无线网络等领域。 另一方面，以a t m 为基础的b - i s d n 的建设还处于初级阶段，在各个国家之间 的发展也不平衡。这有很多原因，从技术的角度考虑主要因为： 在a a l 2 标准出现之前，a t m 技术还无法经济、有效地支持话音业务。a t m 在发展初期是期望它能够同时支持话音和数据业务，但不够灵活的适配方式和在 a t m 网络中相对较大的适配时延使得a t m 一直无法在支持话音方面有大的发展。 尽管a t m 技术的标准已经基本齐备，但是有些技术内容还不够完善，尤其 是在涉及到网络管理、业务量控制、业务质量保证等方面。 a t m 的流量控制和拥塞控制仍然存在很多问题。a t m 为不同的用户或业务 提供特定的服务质量，并有一套机制加以保证，但a t m 的统计复用同样使得业务 量特性变化繁多，基于业务量统计特性进行的控制也就变得愈发复杂。 同时，a t m 技术受到来自其它技术的挑战。前几年i p 技术对a t m 的冲击， 我们仍然记忆犹新。在此冲击下，促使我们提高了对a t m 技术的认识。 a a l 2 交换关键技术研究 1 3 窄带业务的潜力 现在，社会已从传统的工业社会发展到了信息时代，越来越多的劳动者能在 办公室或者自动化的工厂工作，人们的生活和工作都离不开信息的沟通。 现代通信向宽带技术发展，积极为宽带多媒体业务提供服务，建立了以a t m 为技术基础的骨干网。但是话音作为传统的通信业务，无论现在还是将来都是电 信网的重要业务；并且随着数字信号处理( d s p ) 技术、新一代蜂窝通信系统等通 信技术的发展，同样要求网络为窄带、可变速率和时延敏感的业务提供服务。 总之，a t m 支持可变速率和在服务级别上的灵活性使得它有可能成为承载多 种业务的理想网络技术。a t m 作为一种骨干技术，支持业务的需要和网络容量的 需求，促进了a t m 在网络基础结构上的引入，加速了宽带网络的发展。 1 4 研究背景 a a l 2 协议i 3 6 3 2 和i 3 6 6 2 是i t u - t 制订的a t m 适配层协议，具有支持实 时、可变比特率业务的特点，可以有效解决话音业务的传输问题。而其它适配技 术在效率和质量方面不适合适配可变、低速率的压缩编码话音业务。 在1 9 9 9 年1 2 月i t u - t 建议q 2 6 3 0 1 ( 从l 2 信令协议( 能力组1 ) ) 的推出， 给现有的a t m 技术增添了新的功能a a l 2 交换。 a a l 2 交换给现有业务应用带来了更大的灵活性、高效性。因此a a l 2 交换已 成为令人瞩目的一个研究课题。 1 5 论文内容介绍 第一章回顾了a t m 技术的发展状况，引出本文研究的意义：第二章讲述b - i s d n 和a t m 技术，着重介绍a t m 适配技术：第三章结合信令协议q 2 6 3 0 1 对a t m 第二 类适配层技术进行详细研究，分析由q 2 6 3 0 1 支持的a a l 2 交换技术；第四章着 重对a a l 2 交换结构分析比较，在此基础上采用硬件描述语言设计输出缓存型交换 结构，并对其进行功能仿真。第五章全文总结。 第二章a t m 技术简介 第二章a i m 技术简介 2 1b i s d n 及a t m 的基本概念 宽带综合业务数字网( b i s d n ) 是现代通信网的发展方向，b - i s d n 是一个全 数字的、宽带的、具有综合业务能力的高速网络，它具有以下特点： 支持语音、数据和图像等综合业务： 能适应现有的和将来可能有的所有业务，从速率很低的遥控遥测( 几b p s ) 到高清晰度电视h d t v ( 1 0 0 1 5 0 m b p s ) ，都能以同样的方式在网中传送和交换； 既支持恒定比特率业务，也支持突发性业务： 能容易地提供新业务，并能与原有网络兼容； 完善合理的o a m 功能，保证网络资源的合理分配及业务传输的安全可靠； a t m 的信元具有固定的长度，总共5 3 个字节，其中5 个字节是信头( h e a d e r ) ， 4 8 字节是信息段( 或称为净荷p a y l o a d ) 。信头中包含各种控制信息：如虚通道 虚通路标志符( v p i v c i ) 、一些维护信息、优先级及信头的c r c 校验等。信息段 中包含来自不同业务的用户信息。任何业务的信息都经过切割，封装成统一格式 的信元。 a t m 采用异步时分复用方式，从而具有很大的灵活性。来自不同信源的信元 汇集到一起，在一个缓冲区内排队，队列中的信元逐个输出到传输线路上，形成 首尾相接的信元流。 a t m 具有以下基本特点： a t m 分层的、简化的网络协议中没有逐段链路的差错控制和复杂的流量控 制； a t m 网络是一种交换面向连接、传输面向分组的网络。通信开始时先建立 虚电路并将虚电路标志( v p i v c r ) 写入信元头，之后网络根据忡i v c i 将信元送 到目的地； 信元头的功能被简化，从而提高了网络的处理速度： a t m 网络采用固定长度的信元，信息段的长度较小，从而降低了交换结点 内部的缓冲区容量，减少信息在缓冲区内排队的时延和时延抖动，尤其对实时信 号的传输是非常有利的； a t m 建立了虚连接，每个虚连接都有一个服务质量参数来标定所传信息的 服务要求，这能为用户提供可靠的通信质量保障； a t m 信元的信头包含地址信息等控制信息，同时将话音、数据、图像等信息 统一成一种信元格式。这种统一的信元格式，有利于硬件处理，简化了交换机的 处理程序，可以用硬件逻辑电路达到快速数据交换的目的。以信元为单位传送信 息，不仅支持连续业务，也支持突发业务。a t m 具有电路交换的简单、快速性， a a l 2 交换关键技术研究 也具有分组交换的灵活性。a t m 通过把各类业务汇总进一个网络而简化了整个网 络操作、管理和维护环境。 在过去的几年里，虽然数据业务稳定增长，然而话音通信仍然是公用网上的 主要业务。a t m 已经不再是仅仅满足宽带应用的需要，a t m 网络上的话音通信是 a t m 技术应用的个重要方面。 2 ，2 a t m 协议参考模型 为更好地研究网络的巨连、信令和0 a m ，i t u t 提出了一种适用于b - i s d n 的a t m 协议参考模型，如图2 1 所示。 管理面 控制面用户面 高 层 信令 ia 类l b 类 i c 类i d 类 与 i 恒定比特剖可变比特率j 面向连接的j 无连接的 控制i 如电路仿捌视蜘音频i 数据服务i 数据服务 a t m 标准 s a a ll a a l li 从l 2l 从l 3 ，4 、a a l 5 a t m 层 物理层p l 传输汇聚t c 物理介质p m 层 管 面 管 理 图2 1a t m 协议参考模型 该模型由三个平面组成，分别表示用户信息、控制和管理三方面的功能。用 户面用来传送用户业务信息，采用分层结构；控制面提供呼叫和连接的 控制功能，处理与呼叫和连接的建立、监控及释放有关的各种信令，采用分层结 构：管理面有面管理和层管理两个功能，面管理实现与整体系统有关的管理 功能以及提供各个面之间的协调功能，面管理没有分层结构；层管理实现与资源 以及协议实体内参数有关的管理功能，并处理各层中的运行、管理和维护( o a m ) 信息流。层管理是分层的。用户面和控制面都分为4 层：物理层、a t m 层、a t m 适配层( a a l ) 层及高层。其中物理层完成信息传送功能；a t m 层负责交换、路由 和信元的复用；a t m 适配层将各种业务的信息适配成a t m 信元流；高层则根据不 同的业务特点完成不同的功能。 2 3a t m 适配层 在b - i s d n 的协议参考模型中，a t m 层和物理层提供了信息转移的v p c v c c 和 物理通道。两者对所有用户和业务都是进行相同的处理，由于b - i s d n 中业务种类 第二章a t m 技术简介 繁多，各种业务对服务质量的要求( 如时延、时延抖动、丢失率等) 都不尽相同。 这就需要a t m 网能够有足够强的适应能力，对这些业务进行不同的处理。 a t m 层提供的只是一种基本的数据传送能力。从l 层在此基础上，提供适合于 各种不同电信业务的通信能力。可以说，适配层的作用是通过a t m 层的服务来提 供特定的服务，如用户面中的用户业务、控制面和管理面中的控制和管理功能， 并支持高层数据与a t m 信元间的信息映射。所采用的适配层类型依赖于业务类型， 适配层可以为不同的用户提供多种协议的支持。 2 3 1a a l 业务属性和分类 在业务分类时，既要分得足够细，使不同属性的业务得到区别对待，又不能 太细，使处理开销增大，还要避免出现模棱两可的情况，即某一业务既可归为这 类，又可归为那类。 i t u - t 在从l 分类时考虑了对业务种类产生影响的以下3 个参数： ( 1 ) 信源和信宿之间的定时关系； ( 2 ) 信息传输的比特率； ( 3 ) 连接关系i 之后，归纳适配层的业务类型和从l 适配层类型见表2 1 ，综述如下： a 类恒定比特率( c b r ) 业务，端到端有定时要求，面向连接 b 类可变比特率( v b r ) 业务，端到端有定时要求，面向连接 c 类可变比特率( v b r ) 业务，无定时要求，面向连接 d 类可变比特率( v b r ) 业务，无定时要求，非面向连接。 业务类型a 类b 类c 类d 类 信源、宿间同步要求 不要求 比特率固定可变 连接模式面向连接非面向连接 a a l 类型从l l从l 2a a l 3 4 从l 5 a a l 3 4 a a l 5 v b r 话音或非面向连接的数 应用举例电路仿真x 2 5 、帧中继 视频数据据传输 表2 1a a l 的业务类型 2 3 2a a l 模型和协议子层 a t m 适配层( a a l ) 负责适配从用户来的信息，以形成a t i d 层可利用的格式。 其基本协议模型如图2 2 所示。 a a l 2 交换关键技术研究 a a l 业务接入点( a a l s a p ) a t m 业务接入点( a t m s a p ) 图2 2 从l 协议子层的通用模型 从功能上可将a a l 分为两个子层，即汇聚子层( c s ) 和拆装子层( s a r ) 。 汇聚子层( c o n v e r g e n c es u b l a y e r ) ：从乙的c s 层负责为来自用户面的信息 单元作分割准备。其主要功能是进行与各类业务密切相关的处理，如时延、时延 抖动、丢失和定时等。 c s 子层又可分为公共部分子层( c p c s ) 和业务特定汇聚子层( s s c s ) 。c p c s 的功能是检查信元的丢失与错插、提供误码的保护。s s c s 则对不同的业务提供业 务特定的功能，例如时延处理、流量控制等。 拆装子层：s a r 主要完成拆装功能，即将来自c s 的协议数据单元分割处理成 a t m 层所需的固定长度分组，或相反的过程。在实施拆装时维持s a r p d u 的传输 顺序，提供误码检出与保护功能。 2 3 3a a l 技术简介 1 ) 第1 类适配层协议 a a l l 协议针对的是恒定速率的、面向连接的业务，在信源和信宿之间需要定 时信息的传送。这类业务典型的例子是各种p d h 信号( 如2 0 4 8 m b s 等) 。实际上， h a l l 协议对这类业务的处理能力和性能，反映了a t m 与现有网络技术的兼容性。 现有的各种p d h 信号是电话通信的支撑，a t m 网络能否有效地提供2 0 4 8 m b s 等 电路仿真业务，从某种程度上关系到a t m 网能否最终占据传统电信业务市场。 2 ) 第3 4 类适配层协议 现有局域网的远程互连一般采用x 2 5 或帧中继( f r a m er e l a y ) 技术，存在 第二章a t m 技术简介 着程度不等的瓶颈，利用a t m 技术实现局域网的远程互连，是a t m 网初期的重要 应用。 ， 在a t m 网中，数据业务分两类：一类是无连接的数据业务( 即d 类) ，另一类 是面向连接的数据业务( c 类) 。i t u t 一开始针对c 类和d 类业务分别制定a a l 3 和a a l 4 协议，后经研究发现支持d 类的从l 4 协议也可用于支持c 类业务，所以， 将两者合并制定了a a l 3 4 协议，可支持c 类和d 类业务。a a l 3 4 既可以用于面 向连接的业务，也可用于无连接的业务。而连接既可以是点到点的，也可以是点 到多点。 另外在a a l 3 4 中，为传送用户数据，在高层和从l 之间的从l 接口上定义了 两种模式和两种操作方式，即消息模式( m e s s a g em o d e ) 和流模式( s t r e a m i n g m o d e ) 。两种模式均提供确保操作( a s s u r e d0 p e r a t i o n ) 方式和非确保操作 ( n o n a s s u r e do p e r a t i o n ) 方式。 3 ) 第5 类适配层协议 a a l 3 4 协议既可处理c 类数据业务，又可支持d 类业务，这种通用性是以复 杂性为代价的。a a l 3 4 在每个s a r p d u 上装配有头标和尾标，利用c r c 等功能对 每个s a r - p d u 进行差错校验，因而增加了许多开销。 a a l 5 的格式相当简单，它的s a r - p d u 上即无头标和也无尾标，4 8 个字节全部 用作信息的传输，它只对各个c p c s p 叫进行差错校验，因此传输效率比i a l 3 4 高的多。它可用于那些在信源和信宿之间不需要定时同步的业务，以提供面向连 接或非面向连接的数据传输，且传输速率可变。 a a l 5 和a a l 3 4 一样，为传送用户数据，在高层和a a l 之间的从l 接口上定 义消息模式和流模式。两种模式均提供确保操作方式和非确保操作方式。 总的来说，a a l 5 是在一定形式上简化的m k l 3 4 ，两者最大的区别是：在, 姐l 3 4 的s a r p d u 格式中，有m i d 域，作为复用标识符；在从l 5 的s a r - p d u 格式中，没 有m i d 域，因此从l 5 不支持复用功能。从l 5 主要用于数据传输，也常用于传递 信令和a t m 上的帧中继。 4 ) 第2 类适配层协议 早期a t m 适配层研究主要解决了电路仿真业务和数据业务的传送，而对实时、 可变速率业务的适配研究由于当时认为比较复杂，直没有形成一致的协议或标 准。 对低速率实时业务，为了保证低时延，需要采用面向连接的适配技术。最初， 对于低比特率实时业务，采用部分填充技术( p a r t i a lf i l l i n g ) ，这种机制通过 从l 0 ( 直接应用于a t m 层) 或a a l l 将用户数据部分地装入a t m 信元，而没有数据 时则用p a d ( 通常是0 或空白) 填充信元闲置的净荷区。尽管通过设定打包到a t m 从l 2 交换关键技术研究 信元的数据字节数和填充字节数，可以将打包时延限制在较短的时间内，但是带 宽利用率却无法接受。 话音业务是一种实时业务，对时延和抖动的要求很高。话音业务的速率比较 低，一般为6 4 k b p s ，如采用语音压缩技术，速率会更低。由于速率低，组装一个 信元所需的时间就长，对业务造成的时延就大。根据话音通信的规范- - i t u - t 建 议规定在不加回波抵消器时，2 4 m s 的时延是可接受的。当超过此值时，就需要增 加回波抵消器。如不加回波抵消器，解决的方法就是减小组装信元的时延。 大量的统计表明，在人们使用电话期间，般只有4 0 的时间在通话，其余 6 0 的时间是语默期，若利用静音技术，在同样的带宽上可接入2 5 倍用户。在 a a l l 协议中不支持静音检测，没有提供用于压缩、静音监测所需的字节。 a a l 2 通过定义结构实现了从l l 既没考虑，也不可能达到的功能。从l 2 在处 理速率可变业务方面比从l 1 在处理该类业务上要高效。因为从l 2 在处理低速、 短的、变长的对时延敏感的业务包时采用统计复用，实现多个c p s 包的复用。这 样就能保证及时处理和发送数据，减少时延。 在v p i 和v c i 资源方面，v p i 和v c i 的资源是有限的，v p i 在u n i 和n n i 的个 数分别为2 8 和2 ”个，v c i 的个数为2 ”个。采用a a l 2 后，在一个a t m 连接中支持 多个a a l 2 用户信息流，也就是用一个v p i v c i 值完成多种业务流的传送。当网络 中某一方向上v p i 和v c i 资源有限时，应用a a l 2 技术可以很大程度地节省资源。 由于a a l 2 支持可变、低速率话音业务的统计复用，允许在一个a t m 连接上承载 多个a a l 2 连接，不同的业务可以装入同一个信元，而且用户业务数据可以跨越信 元边界，从而可以大大节省带宽，提高信道利用率。a a l 2 网络简图如图2 3 。 图2 3aal2 网络简图 第二章a t m 技术简介 2 4 a _ a l 2 技术研究状况 i t u t 第1 3 研究组有关a a l 2 话音解决方案的标准是i 3 6 3 2 从l 2 公共 部分子层、i 3 6 6 2 用于中继的从l 2 特定业务汇聚子层，以及第儿研究组有 关从l 2 的信令标准。 i t u t 第1 3 研究组于1 9 9 7 年2 月韩国汉城会议在建议i 3 6 3 2 中定义了 a a l 2 ，并于1 9 9 7 年9 月多伦多会议上以加速程序通过。i 3 6 6 2 也在1 9 9 9 年2 月以加快程序通过。 1 9 9 9 年1 2 月正式命名并通过了信令标准q 2 6 3 0 1 a a l 2 信令协议( 能力 组1 ) ( a a l 2s i g n a l i n gp r o t o c o l ( c a p a c i t ys e t1 ) ) 。 采用a a l 2 技术，尤其是采用其交换功能，对现有的网络有较大的影响，! l a l 2 交换要求汇接a a l 2 业务的a a l 2 交换机必须具备a a l 2 的公共部分子层( c p s ) 功 能，还应具有处理从l 2 信令的能力。 a a l 2 交换关键技术研究 第三章a a l 2 交换技术研究 3 1a a l 2 概述 从l 2 与从l 1 都是通过a t m 层为高层用户提供服务支持，但是，a a l 2 定义了 一种从l l 没有的支持高层需求的结构。 i t u t 最早制定a a l i ，主要是用于支持1 5 m b s 或2 0 4 8 m b s 的电路仿真业 务；a a l 3 4 和a a l 5 协议用于较长的分组数据业务，但以上适配技术对低于6 4 k b s 的低速话音业务和短分组数据业务，在效率和时延这两个关键问题上不能令人满 意。随着技术和需求情况的变化，a t m 已经不再是仅仅满足宽带应用的需要，所 谓的低速a t m 应用的重要性已经逐渐被人们认识，其典型应用就是通过a t m 提供 话音通信。为适应比6 4 k b s 更低速率的话音业务和短分组数据业务接入到a t m 宽带网络的需要，有一种适配层协议，能够将话音数据和分组数据适配到一个结 构较小的c p s 包中，而相应的c p s 包又被复用到a t m 信元中，通过将多路话音复 用到一个a t m 信元中可以明显的减少信元的适配时延。另外，可以提高a t m 传输 的带宽利用率，这对低速率的话音，特别是对经压缩后的话音来说是必不可少的。 这种基于c p s 包的、所谓组合用户( c o m p o s i tu s e r ) 适配层协议的思想和方法， 构成了i 3 6 3 2 协议a a l 2 公共部分子层( c p s ) 的基础。 a a l 2 使得多个用户信道在一条a t m 虚电路上传输，并且每一个独立的用户或 信道的业务量可以变化。 3 2a a l 2 协议结构模型 1 ) 从l 2 连接 图3 1a a l 2 连接示意图 由于信源和信宿之间存在定时关系，即业务是实时传送的，这样，发送端必 须将信源编码器产生的数据及时送出，这意味着即使信元负载区尚未填充满，但 第三章a a l 2 交换技术研究 为了降低信息传输的时延( 在发送端是减少打包时延) ，必须将未满信元送出：另 外由于传送信息是变比特率的，为了提高网络带宽的利用效率，允许在同一虚通 道连接v c c 上承载多个a a l 2 连接。图3 1a a l 2 连接示意图。 2 ) 协议结构 a a l 2 分为两个子层即公共部分子层c p s ( c o m m o np a r ts u b l a y e r ) 和特 定业务汇聚子层s s c s ( s e r v i c es p e c i f i cc o n v e r g e n c es u b l a y e r ) 。i 3 6 3 2 定 义的a a l 2 数据单元术语及层间关系见图3 2 。 图3 2a a l 2 数据单元术语及层间关系 3 3c p s 子层 3 3 1a a l 2c p s 提供的基本功能 1 ) a a l 2 通过a t m 网络提供从c p s 用户到另外一个c p s 用户传送c p s s d u ； 2 ) 提供业务对等层操作，包括： 传送c p s s d u 数据，最大字节数4 5 ( 缺省) 或6 4 字节： 复用和解复用多路从l 2 信道： a a l 2 交换关键技术研究 在每一个从l 2 信道上保证c p s - s d u 序列的完整性。 3 ) a a l 2 具有下列特性 a a l 2 的c p s 连接是一个基于端到端的a a l 2 通道连接； a a l 2 通道是一个双向虚通道，两个方向使用相同的通道识别符； a a l 2 多个通道建立在一个a t m 层永久虚电路( p v c ) 或交换虚电路( s v c ) 上。 3 3 2 边界上的信息和原语 与c p s 相关联的边界有s s c s 、层管理和a t m 。c p s 边界信息和原语见图3 3 所示。 图3 3c p s 子层边界信息和原语 1 ) a t m 边界上的信息流 跨越a t m 服务接入点的c p s 子层与a t m 的原语和相应的信息内容见表3 1 。 a t m d a t aa t m d a t a 参数 注 释 r e q u e s t i n d i c a d o n i n f o ( 数据服务单元) i l lm 4 8 字节a t m 用户数据 a u u ( a t m 用户一用户指示)m1 比特a t m 用户信息 s l p ( 发送丢失优先级) mc l p = ia t m 网络丢弃信元的可能增大 r l p ( 接收丢失优先级)ma t m 网络可能已将c l p 从0 调整到1 c i = i 指示在发送之前或传送过程中发 c i ( 拥塞指示)o m 生了拥塞。 注：m 一强制性参数：o 一可选的参数：一参数不存在( 下文同) 。 表3 1a t m 边界上的原语和信息 第三章m , l 2 交换技术研究 2 ) s s c s 边界上的信息和原语 a a l 2c p s 和s s c s 实体之间通信的原语包括c p s - u n i t d a t a r e q u e s t 和 c p s - u n i t d a t a i n d i c a t i o n 。数据传送过程中需要的参数定义如表3 2 。 s s c s 可能不存在，此时仅仅提供相当于从l 原语到c p s 原语的映射或相反的 映射。在这种情况下，a a l 2 原语等效于a a l 2c p s 原语，但仍标记为 a a l - u n t t d a t a r e q u e s t 和a a l u n i t d a t a i n d i c a t i o n ，以保证在s a p 的原语命名 一致。 c p s u n i t d a t ac p s - u n i t d a t a 参数注释 r e q u e s t i n d i c a t i o n c p s - i n f o 】4 5 ( 缺省) 或1 ，6 4 字节 m m ( c p s 数据服务单元) c p s 用户数据 c p s u u i mm 5 b i t c p s 信息( 注) ( c p s 用户到用户指示) 注：参数允许取值 0 “2 7 ” 表3 2c p s 和s s c s 之间的原语和参数 3 ) 层管理 层管理提供原语m a a l s e n d r e q u e s t 通知a a l 2c p s 子层“a t m 连接可以有效 传送c p s - p d u ”。a a l 2c p s 也向层管理报告检测到的错误，用原语 m a a l - e r r o r i n d i c a t i o n 表示，该原语用参数指示错误编号( 即错误类型) 。 在层管理与c p s 之间使用原语i l 从l u n i t d a t a r e q u e s t 和 m a a l u n i t d a t a i n d i c a t i o n ，实现a a l 2 对等层之间的管理通信，原语及参数定义 见表3 3 。 m a a l u n i t d a t am a a l u n i t d a t a 参数 注释 r e q u e s t i n d i c a t i o n c p s i n f o ( c p s 接1 4 5 或l 一6 4 字节的 1 1 1 m 口数据)层管理用户数据 c p s u u i ( c p s 用户5 b i t ，层管理信息 mm 到用户指示)( 注) c p s c i d ( c p s 通道8 b i t ，指示所用的 n l 指示)a a l 2 通道 注：允许的取值为“3 0 3 l ” 表3 。3c p s 和层管理之间的原语和参数 a a l 2 交换关键技术研究 3 3 3c p s 层的数据格式 a a l 2c p s 层的数据格式，包括c p s 包的数据格式和将c p s 包装入a a l 2c p s p d u 的格式和编码。 1 ) c p s p a c k e t ( 称为c p s 包) c p s - p a c k e t 包括3 字节的c p s - p a c k e t 头部( c p s p h ) 和跟在其后的 c p s p a c k e t 净荷。各部分的大小和位置示于图3 4 。 图3 4a a l 2c p s p a c k e t 格式 c p s p h 包括4 个域： ( 1 ) 通道识别符( c i d ) c i d ( c h a n n e li d e n t i f i e r ) 指示从l 2 的通道。a a l 2 是一个双向通道，两 个方向使用相同的通道识别符。见表3 4 。 “0 ”值不作为通道识别符，因为全0 字节具有填充功能；“l 至7 ”作为a a l 2 的保留使用，见表3 4 。“8 至2 5 5 ”用于指示从l 2c p s 用户；实际应用中c i d 与u u i 一起来区分用户类型。 c i d 值用法 0不用 1 保留给层管理对等层过程 2 7 保留 8 2 5 5 指示a a l 2 用户实体 表3 4c i d 域的编码 ( 2 ) 长度指示( l i ) l i 表示c p s 包净荷的长度，其值为c p s 包净荷长度字节数减1 。缺省c p s 包 净荷长度最大值为4 5 字节；此外，最大长度可为6 4 字节。最大长度由信令或管 理程序设定。当最大长度值设为4 5 字节时，从4 5 到6 3 的l i 取值均无效。 ( 3 ) 用户一用户指示( u u i ) u u i 域的作用有两个： 在c p s 用户之间一也就是在s s c s 实体之间或层管理之间传送特殊信息； 区分c p s 的用户是s s c s 实体或层管理； 第三章a a l 2 交换技术研究 ( 4 ) 头部差错控制( h e c ) h e c 是由c p s - p h 中的前1 9 比特形成的多项式乘以x 5 ，然后除以生成多项式 x 5 + x 2 + l 所得余数( 模2 ) ；接收器根据h e c 域的内容检测c p s - p h 中的错误；只检 错而不纠错。 2 ) c p s p d u c p s - p d u 包括1 字节的起始域和4 7 字节的净荷。4 8 字节的c p s - p d u 就是 a t m s d u 。各部分的大小和位置示于图3 5 。 图3 5c p s p d u 格式 c p s - p d u 包括2 个域： ( 1 ) 起始域( s t f ) c p s - p d u 头部也称为起始域( s t f ) 。s t f 包含下列子域： 偏移量( o s f ) o s f 携带二进制偏移量值，以字节为单位计量s t f 和第一个c p s 包起始字节 或p a d 域( 当不存在第一个c p s 包时) 之间的字节数。当取值为4 7 时表示在c p s 包净荷中没有起始边界。取值不允许大于4 7 。 序号( s n ) 该比特用于对c p s p d u 计数( 模2 ) ，检测c p s p d u 是否丢失。 奇偶( p ) 该比特用于接收器检测s t f 错误。发送器设置该比特值以保证8 比特的s t f 中l 的个数为奇数。 ( 2 ) c p s - p d u 净荷域 c p s p d u 可能承载0 个、1 个或多个( 全部或部分) c p s 包。不用的p d u 净荷 区用0 填充。一个c p s 包可能跨越1 个或2 个a t m 信元边界。将c p s 包分开的跨 越点可以发生在c p s 包的任意位置，包括c p s 包的头部。 3 4s s c s 子层 3 4 1 概述 i t u - t 建议i 3 6 6 2 规定了用于中继的s s c s 简称i t r u n k 协议，主要是 面向速率较低，而且对时延敏感的业务流，如话音业务等。这些业务流启动 i t r u n k 机制后在c p s 上复用，在一个a t m 连接上传送呼叫，这一连接如同两个 从l 2 交换关键技术研究 交换点之间的传输中继一样。i t r u n k 的s s c s 主要功能是在发送端选择话音编码 算法，将话音编码成一系列比特，编码后的比特插入分组结构中。在接收端完成 逆向过程。 3 4 2 用于窄带中继的s s c s 参考模型 厂 ，u s e r 、 k 监l a js s c s 2 鼹涮卜 fs s c s 2 s m i t e r i9 “”订 “”于忪。：甜 ) ( ”t 1 1 “譬 ru 、 r ( e 躐刍。 s s c s l 八弋、八 s s c s l procolcssis。釜了a,i 0 p r o c e s s o r l呦“岫寸 1 r e c e i v e r l 图3 6s s c s 用作窄带中继的参考模型 s s c s 用作窄带中继的参考模型见图3 6 。该参考模型描述的仅仅是一个呼叫， 在实际应用中，中继可以同时承载多个呼叫，每一个呼叫对应一个a a l 2 连接。 3 4 3i t r u n k 的内容 i t r u n k 的内容包括： 话音编码 静音插入描述符 电路模式数字信息 帧模式数据单元 拨号数字( 双音多频) 随路信令比特 解调后的传真 告警指示 用户状态控制 等，建议中规定了这些信息流的编码、分组格式和规程，以支持a a l 2 传送的带宽 效率。 1 ) 分组格式类型 i t r u n k 为上述不同信息流规定的s s c s - - p d u 格式分为3 种： t y p e1 无保护格式：对数据没有保护，是缺省的s s c s 数据格式类型。 t y p e2 一部分保护格式：尚待研究。 第三章a a l 2 交换技术研究 t y p e3 一全保护格式：对s s c s p d u 数据保护，并给消息类型留出5 比特 生成多项式为：x l o + x 9 + f + x 4 + x + l 。 s s c s p d u 的2 种类型数据格式见图3 7 。 t y p e l ： ；u u i ，l i t y p e 3 m e s s a g et y p e 6b i t s c r c1 0b i t s 图3 7s s c s - p d u 的2 种类型数据格式 2 ) u u i 编码安排 u u i 编码安排如表3 5 。 u u i 的主要作用是区分业务类型；同时能在接收时检查出丢失、早到或迟到 的分组：还能起到定时传送功能。 u u i 编码分组内容参考i 3 6 6 2 o 1 5第1 类分组音频，a n 忸x e sa - i ， 电路模式数据，和 a n n e xj ， 解调后传真等 a n n e xm 1 6 - 2 2保留以后安排 2 3保留给第2 类分组s e c t i o ni 0 2 2 4 除告警之外的第3 类分组 s e c t i o n1 0 3 2 5 非标准扩展 2 6帧摸式数据，结尾分组s e c t i o n1 6 2 7帧模式数据，起始和中间的分组s e c t i o n1 6 2 8 - 3 0保留( 见i 3 6 3 2 ) 3 l 告警 a n n e xn 表3 5u u i 编码安排 a a l 2 交换