ATM技术的开发变化及应用

1、ATM技术的发展及应用Web上的图像、音频、视频摘要：随着In ternet与多媒体技术的飞速发展,等多媒体内容越来越多，用户需要有更高的接入速率。而现有的电路交换和分 组交换很难胜任宽带高速的交换任务。对于电路交换，当数据的传输速率及其 突发性变化很大时，交换的控制就变得十分复杂；对于分组交换，当数据传输 速率很高时，协议数据单元在各层的处理成为很大的开销，无法满足实时性很强的业务的时延要求。异步传输模式ATM (Asynchronous Transfer Mode) 就是建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术，他可以很好地进 行宽带信息交换。本文讨论了 ATM技术的特点和存在的问

2、题，并介绍了 ATM技术在数字通信、帧中继及 PSTN/N-ISDN 等业务中的发展和应用，同时对ATM的应用前景进行了初步分析。关键词：ATM 应用发展时分复用 B-ISDN、ATM的产生自Alexander Graham Bell 于1870年发明电话后，？为有效地连接日益增 多的电话用户，电话交换网应运而生。它经历了人工交换，机电式自动交换系 统以及数字程控系统发展过程，但电路交换的原理一直未变。随着计算机的普 及，电话网通过使用Modem 来进行计算机数据传输及数据信息交换，随之产 生了公用数据网，其典型的代表是X.25分组交换网，它是基干包交换的一种技 术，具有信输可靠性高的优点，但

3、由于Modem?速率及交换技术本身限制，X.25 只能处理中低速数据流。虽然 LAN(局域网)技术的发展突飞猛进，如Ethernet 、Token ring、Token bus等,传输速率已可达千兆，但它局域网的性质本身就大大限制了 LAN的大规模的覆盖及应用，目前的LAN?般用于企业内部的数据传送，无法形成广域网的规模。由此我们不难看出，传统网络普遍存在以下缺陷：第一，业务的依赖性，一般性 网络只能用于专一服务,公用电话网不能用来传送TV信号,X.25不能用来传送 高带宽的图像和对实时性要求较高的语言信号；第二,无灵活性,?即业务拓展的可 能性不大,原有网络的服务质量，很难适应今后出现的新业

4、务；第三,效率低，一个 网络的资源很难被其它网络共享。随着社会不断发展，网络服务不断多样化，人们可以利用网络干很多事情，如 收发信件、家庭办公、Video on dema nd 、网络电话，?这对网络的要求越来越 高，有人还不禁提出这样一个想法：能否把这些对带宽、实时性、传输质量要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体网络来实现，?故到真正的一线通？回答是肯定的,这就是ATM网。幸运的是，?现在的半导体和光纤技术为 ATM的快速交换和传输提供坚实的保障。目前的 CMOS处理能力已达二三百兆,ECL?可达5到10G。 SDH和SONET技术提供了大容量的可靠传输，目前的STM-I标准为 155.

5、52M。事实上在80年代中期，人们就已经开始进行快速分组交换的实验,建立了多种命名不相同的模型，欧洲重在图象通信把相应的技术称为异步时分复用（ATD）美国重在高速数据通信把相应的技术称为快速分组交换（FPS）,国际电联经过协调研究，于 1988年正式命名为Asynchronous TransferMode（ATM）技术，推荐其为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。ATM的成功，固然取决于微电子等高技术的进步以及社会需求的驱动，而ATM 其自身的优势，使它在交换技术中独占鳌头。ATM是在分组交换技术上发展起来的快速分组交换。它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率之优点，针对分组交换

6、速率低的弱点，用电路交换 完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能LSI的硬设备来提高处理速度, 以实现高速化，因此也可以说 ATM技术是在克服了分组交换和电路交换方式局限性的基础上产生的。俏头 >5字节)r*-Hi朮净4?(43 r芍GFCVPIVPIVCIVCIVCIPT |CLPHIEC6 7 6 5 4 3 2 1UN I仁兀结构VPIVCIVPIVCIP PT Ll >HECNNI信元绪构VCIAraf.,<FrA、ATM的特点及存在的问题1. ATM技术的特点(1) ATM作为电信网的一种新技术，不仅适用于高速信息传送和对服务 质量(QoS )的支持，还具备了综合

7、多种业务的能力，以及动态带宽分配与 连接管理能力和对已有技术的兼容性。 ATM的综合能力ATM以信元的方式传送信息，与业务的特性、比 特率无关，只要将各类业务的信息在入网时转化为统一格式的信元，就可以在 网络中进行传输与交换，因此，高灵活性使之具有各种综合能力。(3)灵活的动态带宽分配与连接管理能力(4) ATM对已有技术的兼容性ATM作为一项独立的技术充分考虑了与已有技术的融合。2. 存在问题目前，ATM技术已经进入了实用化阶段，商用化 ATM产品大量出现，很ATM的应用同多国家已建设了 ATM骨干网络，并提供多种高速、实时业务。时也进入到局域网、无线网络和卫星网络等领域。但是，以ATM为基

8、础的B-ISDN的建设还处于初级阶段，各国的 B-ISDN发展也不平衡。除政策原因外，还存在技术原因：（1） ATM技术还无法经济地支持话音等低速率业务。人们期望ATM技术能够同时支持话音和数据业务，但不够灵活的适配方式以 及由ATM网引入的相对较大的时延使得 ATM对话音业务的支持不能令人满意；（2） 尽管ATM技术的标准已经基本齐备，但部分技术内容仍不完善,限制了 ATM网络作为整个主干网络为用户提供端到端可保证QoS和灵活业务的能力，特别是在网络管理、业务量控制及对无连接数据业务的支持等方面还 需做大量工作；（3） ATM的统计复用特性使业务量特性变化繁多，基于业务量统计特性的控制也就变

9、得愈发复杂，因此ATM的流量和拥塞控制仍然存在很多问题；（4） 网络技术的发展使ATM技术受到了来自其它技术的竞争, 如千兆比以太网的出现使 ATM技术更难在局域网范围内得到采用。目前还没有针对于ATM的“致命应用”。针对这些问题，致力于ATM的研究者们已经开展了很多工作， 也提出了一些解决方案。这些努力包括：简化信令和网络控制；提出新的ATM适配方式;将ATM技术与IP、智能网（IN ）、网管相结合，以灵活提供各种业务。这些研 究成果不仅拓宽了 ATM技术在宽带通信及互联网中的应用，也使该技术能够在窄带业务（帧中继、PSTN/N-ISDN 等）领域发挥优势。三、ATM的发展及应用1.ATM支

10、持话音技术的研究在电信网中，从用户数的角度考虑，传统的电话用户仍将占主导地位，因此，ATM必须考虑如何支持话音的问题。ITU-T在1997年9月年通过了支持话音业务和短分组业务适配的第二类 ATM适配层协议AAL2 1.363.2建议在1999年2月通过了面向话音业务的建议I.366.2用于中继的AAL2业务特定会聚子层SSCS ，并于1997年12月通过了支持AAL2交换的信令协议建议Q.2630.1( AAL2信令协议-能力集1),基本完成了 ATM支持话音业务的标准化工作。采用AAL2协议来支持话音业务不论是效率方面,还是时延性能方面,都要优于IP电话。AAL2技术的应用主要有以下几个方

11、面:(1)以低时延的性能支持话音和其他实时业务传送,用于PSTN或其它网络的中继传输; 用于第三代移动通信系统(IMT-2000 ),在BS和MSC之间以AAL2 协议支持低速话音和数据信息的传送;(3)用AAL2交换机代替ATM交换机(ATM层仅提供PVC交叉连接功能),提供端到端的ATM话音和数据业务。2.简化ATM技术的研究ATM技术的缺点之一就是网络的复杂性，为了推动ATM技术的应用，就必须对ATM技术进行简化和优化，以达到简化网络，降低网络成本的目的。目前,1-TUT和ATM论坛正在进行这方面的工作，例如目前I-TUT正在制定的ATM轻型信令标准就是为了简化原有复杂的信令标准，以降低

12、网络的复杂性。另外，在流量控制、网络管理等方面也都有需要进行相应的研究工作。技术的 缺点之一就是网络的复杂性，为了推动 ATM技术的应用，就必须对ATM技术进行简化和优化，以达到简化网络，降低网络成本的目的。目前，I-TUT和ATM 论坛正在进行这方面的工作，例如目前 I-TUT正在制定的ATM轻型信令标准就是为了简化原有复杂的信令标准，以降低网络的复杂性。另外，在流量控制、 网络管理等方面也都有需要进行相应的研究工作。3. ATM与IP技术的结合以IP为基础的In ternet的发展出乎许多人的预料，短短几年内已迅速席卷了全球，对传统的电信运营形成了巨大的冲击，同时引发了一场关于未来信 息高

13、速公路是以B-ISDN为基础还是以In ternet为基础的争论。计算机业界一致看好In ternet。但无论如何，In ternet原本是为了把已存在的众多局域网络连接成一个统一的网络。随着网络的覆盖范围不断扩大、网络的业务类型不断 增加以及网络用户的增长，In ternet中必然会出现网络拥塞、带宽资源紧张和用户质量下降等问题，因此In ternet网络终究要实现宽带化。In ternet要使用还要解决怎IP技术只有公共通信网资源，仅仅依靠IP协议并不能解决传输宽带化的问题, 样利用新的传输设备来提供高带宽。ATM技术的出现为In ternet所面临的问题提供了解决方案。与ATM技术相结合

14、才可能在In ternet上提供大范围的宽带业务。和In ternet业界都已认定未来的宽带骨干网应基于 ATM技术。国外一些大学和科研机构正在研究下一代In ternet ( I2)。在I2总体结构中，ATM和SONET作为骨干技术用于连接各个千兆比接纳点。利用ATM构造宽带In ternet的骨干网，不仅可解决In ternet骨干网的带宽问题，也为其提供高 QoS的IP业务奠定了基础。尽管受到其它网络技术的竞争，许多人仍认为ATM不仅是电信网也是In ternet骨干网的最终解决方案。目前，在宽带计算机通信领域中与 ATM技术竞争的技术主要是千兆比以太网(GE)。由于其对原有局域网技术的

15、兼容性，用户可以很低投入获得网络性能的大幅提高，这使其在宽带局域网互联中被广泛采用， 许多对QoS要求不高 的城域网及企业网也开始采用千兆比以太网技术。但作为一种信息传递技术,ATM的性能显然优于千兆比以太网，它具有无限缩放性，可用于局域、城域直到广域网环境，并且由于拥有 QoS保证，可以说ATM几乎是未来多媒体业务的唯一选择。4. 帧中继业务中引入ATM技术帧中继（FR）是基于分组复用方案的技术，可在一条 2Mbit/s物理链路上建立多条虚通路。自90年代初引入以来，帧中继在专用网中得到了迅速发展,ATM等成为新的业务流量源。目前，很多用户基地设备（CPE）供应商开始支持帧中 继。这种新业务

16、的迅速增长需要网络容量的更新，并使其有可能引入新技术。ATM网络可用来连接帧中继网络，使各个站点间能够通信。ATM骨干网不仅可以用于传输帧中继业务流，而且也为帧中继网之间的互通提供了一 种简洁的方式。帧中继业务中引入ATM技术需要实现帧中继承载业务与 C类面向连接的可变比特率（VBR）业务之间的互通，也就是帧中继逻辑连接与 ATM虚通路之间进行映射。其中，互通单元（IWU ）是帧中继交换机或复用器，在帧中继UNI执行互通的功能；AAL5用于帧中继和ATM之间的互通；帧中继业务特定会聚子层（FR-SSCS）支持AAL5的公共部分会聚子层/拆装子层（CPCS/SAR ）。FR-SSCS的协议数据单

17、元（PDU ）与Q.922的帧结构兼容。5. PSTN /N-ISDN 与宽带ATM 网的互通ATM技术能够在单一网络上真正实现话音、数据和视频等业务的综合，满足各类业务和不同带宽的要求。提供基于64kbit/s的窄带业务（PSTN /N-ISDN ）应是 ATM的一项基本能力。但是目前 ATM应用技术的研究主要偏重在宽带领域，而对 ATM实现话音通信技术的研究比较薄弱。 特别是发达 国家的电话网已基本饱和，其对 ATM网提供话音业务的研究并不积极。在中国，高速数据业务和传统话音业务的发展很不平衡，干线网和许多省市都建成 了宽带ATM网，但数据业务量不饱和，而电话业务仍然在快速增长。考虑到 技

18、术更新换代的速度越来越快，应该在电话网中尽量采用新技术，因此国内许 多研究机构和厂商都在研究如何用 ATM技术传送窄带业务。PSTN/N-ISDN与ATM网间实现互通，应分为两个阶段，即网络互通和更进一步的业务互通。网络互通主要实现在宽带网络上提供对现行窄带网业务的支持；而业务互通则 实现宽带网业务和现行窄带网业务间的互通。ITU-T制定的1.580建议已经给 出了5类互通的情况。现阶段通常采用网络互通方式，即采用窄带与宽带互通 单元（NB-IWU ）来实现电话网与ATM网沟通，用宽带ATM网来提供大容量 的话音通道。要实现PSTN/N-ISDN与ATM网的互通，首先要解决的关键技术是低时 延

19、、高效率的话音ATM适配方法。64kbit/s的话音及话带业务是对时延和时 延抖动十分敏感的固定比特率 （CBR）业务。而适配时延是影响话音在 ATM网中整个传输时延的最主要的因素。采用传统的AAL1适配方法无法满足话音业务对传输时延的要求。为此一些新的低时延适配方法被提出来，包括部分填充 信元法、组合信元法、微信元法等。综合考虑效率因素，组合信元法和微信元 法是通常被采纳的方法。组合信元法的适配时延可小于12 5us,依照特定控 制策略，可同时保持较高的信元适配效率，它更适合于汇接电话网干线业务量, 利用ATM骨干网对电话网业务进行交换和传递。ITU-T在1997年推出的AAL2协议使用微信

20、元概念减少了适配时延(低于1ms )，但AAL2协议中公共部分 子层(CPS)分组有3字节包头，增加了传输开销；许多对话音进行静音检测 压缩的算法被用于AAL2适配，用来抵消CPS分组头的开销以提高效率。在国 内，目前已有研究机构利用组合信元法研制成功 NB-IWU实验系统；一些厂商基于AAL2适配、结合静音检测压缩的 NB-IWU系统也都具备雏形。四、ATM的业务介绍1. 商业应用在商业领域，有两大类 ATM的应用，即多媒体和高速数据。多媒体应用主要包括有会议电视、职业教育和技术培训、电子信箱、桌面合作工作组、居家办公、远程医疗、远程勘探等；高速数据应用主要设计局域网(LAN )互联 和数据

21、网合成。(1 )桌面应用 桌面合作工作组可以取代会议室。 主要通过声、像双向传输将 分布于不同地点的工作小组组织起来，进行交互式工作，共享办公设施，不仅 便于管理，而且大大节省了差旅费，提高工作效率。这种应用可扩展到家庭办 公。(2 )远程医疗 如果将全国乃至全世界的医生、诊所、医院以及康复中心、医 学研究机构等、通过ATM网连接起来，实施远程医疗，它可即时召集最有秀 的医生、提出最佳诊断方案，为病人提供及时、最有效的治疗。此外，图像医 疗权力机构可以在ATM网中建立必要的医疗信息库，使人们可以存取有关医 疗数据，如医疗记录、X光片、CAT扫描片等。(3)远程教学远程教学中心通过ATM网可以向

22、社会提供教学材料、培训和 教学，学员可以得到优秀教师的授课、雇员不离岗就可接受教育。此外，研究 机构、大学等可以加强技术和科研交流与合作。2. 居民应用ATM网络的初期应用主要有 VOD (按需视像服务)、电子游戏、可视电话等。(1) VOD VOD有可能成为ATM应用的最大市场之一。ATM网络将提供VCR(Video Cassette Recorder )的功能。客户在家里通过电视机任意选播自己喜欢的电影，可控制停播、快速前进和后退及暂停。当然，VOD的价格不能太贵，起码要与租借录像带的价格相当，同时也要比录像带的质量高、节目丰富。(2) 居家购物 购物者可以利用ATM网络的交互能力，像在商

23、店里一样进行 物品的挑选、采购，用个人特有的号码进行支付。(3) 电子游戏 不同地区的多媒体工作站可以像在同一个LAN内一样，通过ATM网进行交互式电子游戏。当然，ATM网络的应用远不只上述这几种，ATM网络的应用将涉及社会 方方面面，如金融、航空、经贸、气象、政府机构、海关、广播、商业、教育、 建设、医疗等等。目前，ATM技术已经进入了实用化阶段，商用化ATM产品大量出现，很多 国家已建设了ATM骨干网络，并提供多种高速、实时业务°ATM的应用同 时也进入到局域网、无线网络和卫星网络等领域。五、ATM市场前景ATM技术目前处于较不利地位，其中的原因主要在于以太网以及TCP/IP协议相关的各种技术已经经过了几十年的发展和积累，在此基础上开发出来的 技术也在很大程度上承袭了已有技术的成果，其开发费用和生产成本都因此大 大降低，与其相反，ATM技术的发展还不到十年时间，其中绝大部分技术都得 从无到有进行开发，其费用自然相对