ATM交換技術
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特點: 從技術上看，ATM是從快速分組交換技術演變而來的，用于信息傳輸?shù)幕镜?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ATM">ATM數(shù)據(jù)單元是ATM信元。這種ATM信元的長度是固定的，并由53個8位字節(jié)組成，其中包括 5個8位字節(jié)的頭標字段和48個8位字節(jié)的信息有效載荷字段。一個ATM信元的總的結構示于圖1 。ATM具有分組交換和電路交換的特征，并包含傳輸、組網(wǎng)、多路復用和交換技術。 它與其他技術相比，如X.25幀中繼交換或幀中繼能夠更有效地滿足通信需求。
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│ 頭標字段 │信息(有效載荷)字段 │
│(5個8位字節(jié)) │ (48個8位字節(jié)) │
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圖1 一個ATM信元類屬結構
[相關技術]網(wǎng)絡技術;交換技術;分組交換技術;傳輸技術;數(shù)字技術
[技術難點]
ATM以固定信元長度傳送所有的信息,技術復雜,實現(xiàn)起來代價高。在軍事應用中,特別是在移動通信中如何使誤碼率達到標準要求難度較大。此外,ATM技術在發(fā)展過程中還將遇到IP技術的挑戰(zhàn)。
[國外概況]
1.ATM的起源和發(fā)展
ATM的概念起源于1983年美國貝爾實驗室技術人員提出的快速分組交換和1984 年法國電信提出的異步時分交換的設計思想。快速分組交換采用硬件交換進行路由選擇, 采用固定分組長度,簡化差錯控制規(guī)程,從而使接入速率可以達每秒百兆比特以上, 分組傳輸和處理時延可以達到微秒級,并實現(xiàn)實時分組交換。異步時分交換采用16字節(jié)的長度,其中12字節(jié)為信息段,4字節(jié)為分組頭,分組頭用于進行交換處理。 這種交換方式端口速率也可達每秒百兆比特以上,而且時延極小,可以實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)和圖像綜合應用。
1985年,法國正式向國際電聯(lián)(ITU)提出建議草案,國際電聯(lián)到1988年形成了第一個建議I.121。1988年,國際電聯(lián)將ATM選定為實現(xiàn)寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)(B-ISDN)的基礎，到1990年,國際電聯(lián)正式建議將ATM作為寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(BISDN)的技術體制,從而全面開始 ATM標準和實用技術研究,并于1992年7月由美國Fore Systems率先開發(fā)出了ASX-100系列ATM交換機。 目前正以一種可作為寬帶寬應用的基本技術而用在局域網(wǎng)(LAN)和廣域網(wǎng)(WAN)中。
2.ATM在軍事通信中的應用
(1) ATM局域網(wǎng)(LAN)
在LAN和/或司令部環(huán)境中使用ATM再不需要獨立的網(wǎng)絡分別用于傳送數(shù)據(jù)和非數(shù)據(jù)業(yè)務。它還可以改善普通LAN技術支持的通信業(yè)務的QoS。較高的信息通過量、支持業(yè)務量高漲和按需分配帶寬是改善QoS的幾個例子。因為帶寬資源的增加，ATM LAN還應允許有用的軍事通信業(yè)務，例如司令部范圍內(有可能超出司令部)有效實現(xiàn)的多媒體和可視化通信業(yè)務。繁重的數(shù)據(jù)業(yè)務，如軍事演習仿真，還可以由 ATM LAN更有效地支持批量數(shù)據(jù)傳輸和廣播圖像交換。帶寬資源的增加和支持多媒體通信的能力可使 ATM LAN支持特殊軍事事件，例如計算機輔助演習(CAX)比采用普通的LAN技術更有效。
(2)ATM主干網(wǎng)
在主干網(wǎng)應用領域使用ATM是另一個重要的軍事ATM應用。美國防信息系統(tǒng)局從1993年起計劃在10～15年時間內,以ATM為骨干技術,分三期工程實現(xiàn)國防信息系統(tǒng)網(wǎng)(DISN)綜合傳送高速話音、數(shù)據(jù)和圖像(見表1)。北約的ATM主干網(wǎng)也將綜合傳送包括數(shù)據(jù)、視頻、話音和圖像，而目前的主干網(wǎng)大部分只傳送話音。因為ATM設計成支持多媒體通信， 從而在主干網(wǎng)中應用ATM將保證未來主干網(wǎng)有效為用戶提供各種通信業(yè)務。
ATM主干網(wǎng)上各種全國性的各種類型的軍事通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡互連是ATM在軍事通信上的又一個重要應用。ATM可用作數(shù)字載體將以普通的X.25和ISDN 技術為基礎網(wǎng)絡實現(xiàn)網(wǎng)絡互連。它還能對相當多的網(wǎng)絡業(yè)務提供接入。因為 ATM采用固定格式的數(shù)據(jù)單元，可以直接在 ATM主干網(wǎng)中實現(xiàn)無縫隙互連。最終結果是在網(wǎng)絡領域不會像目前的LAN-WAN 互連那樣降低服務質量。這是因為ATM主干WAN能提供比現(xiàn)有的主干WAN所能提供的更寬的帶寬。
表1 DISN各種業(yè)務及其對信息量的要求
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│業(yè)務類型 │ 傳輸方式 │協(xié)議方案 │有代表性的國防 │
│(最大突發(fā)率) │ │ │通信應用 │
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│超高速多媒體 │ 光纖 │ │遠距離多媒體中繼 │
│(＞10Gbps) │ │ATM/SONET │(全球干線) │
│固定站 │ │ │ │
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│高速多媒體 │ 光纖 │ATM │情報數(shù)據(jù)傳輸 │
│(0.1～10.0Gbps) │ │ │ │
│固定/可運式站 │ 衛(wèi)星 │直接廣播 │基本應急通信 │
│ │ 虛電路 │廣域覆蓋 │ │
│ │ │組網(wǎng) │ │
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│中速(0.1～100.0 │ 衛(wèi)星 │直接廣播 │共用戶行政通播 │
│Mbps)移動/可運式 │ │VAST │"飛地"內通信 │
│ │ │網(wǎng)絡 │ │
│ │ │ │ │
│ │ 小區(qū)RF │小區(qū)結構 │將光纖通信擴展到 │
│ │ LAN │ │移動用戶 │
├─────────┼────────┼──────┼─────────┤
│個人通信業(yè)務 │ 衛(wèi)星 │DAMA(TDMA, │ │
│(PCS) │ │FDMA或CDMA) │ │
│(＜100kbps) │ │ │ │
│高度機動 │ 地面視距 │戰(zhàn)斗網(wǎng),RF │戰(zhàn)術通信/PCS │
│ │ │LAN │視距 │
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(3)戰(zhàn)術通信
ATM的固有的特征，如可縮放的帶寬分配、動態(tài)帶寬分配、支持綜合通信業(yè)務、 每通道協(xié)商和有保證的QoS以及利用單一格式數(shù)據(jù)單元，顯示出ATM是一種適于戰(zhàn)術通信的可行的解決辦法。美軍除在90年代初期就開始在戰(zhàn)略通信系統(tǒng)(DSIN)中進行ATM的應用研究外,90年代中期還開始在戰(zhàn)術通信系統(tǒng)(MSE系統(tǒng))中進行ATM試驗。北約三軍聯(lián)合通信和電子組(TSGCE)第 11小組(SG11)項目組(PG/6)的討論文件規(guī)定，ATM被看作是2000年后使用的和2000 年后實現(xiàn)的戰(zhàn)術通信網(wǎng)的一種候選技術。
3.ATM的基本技術
(1)ATM信元頭和有效載荷
信元頭標字段的主要功能是建立通信信道，識別屬于同一通信信道的的信元，在網(wǎng)絡節(jié)點之間交換信元并為信元選擇路由，區(qū)分信息流的優(yōu)先等級和控制信息流。圖2 表示B-ISDN用戶網(wǎng)絡接口(UNI)ATM層信元的頭標。
┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬───┐
│ 8│ 7│ 6│ 5│ 4│ 3│ 2│ 1 │
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│ GFC │ VPI │
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│ VPI │ VPI │
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│ VCI │
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│ VCI │ PTI CPL│
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│ HEC │
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圖2 B-ISDN UNI
圖例: CLP:信元丟失優(yōu)先權 PTI:有效載荷類型識別符 GFC:類屬流控制* VCI:虛擬信道識別符** HEC:頭標差錯控制 VPI:虛擬通道識別符** UNI:用戶-網(wǎng)絡接口 *GFC字段的功能至今仍未被標準化機構完全定義 **VCI和VPI組成信元交換中使用信元標記字段
圖2 B-ISDN UNI的ATM信元頭標格式
ATM信元的信息有效載荷(I)字段包括用戶和管理數(shù)據(jù)。在I字段的48個8位字節(jié)中，前面的少數(shù)8位字節(jié)(最多達4個8位字節(jié))與業(yè)務無關，其余的8位字節(jié)按特定業(yè)務編碼。 (2)異步多路復用用和快速分組交換
ATM技術所基于的工作原理是分解業(yè)務信號，把這些信號映射成固定長度的ATM信元，以異步方式多路復用這些ATM信元，從而組成連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流， 接著通過網(wǎng)絡上的虛擬通信信道，使數(shù)據(jù)流實現(xiàn)高速交換和傳輸。減少協(xié)議開銷和增加誤差檢校和對終端系統(tǒng)高層的重發(fā)這樣一些功能，可提高傳輸速度。
(3)面向連接的技術和虛擬連接
ATM是一種面向連接的技術，意即通信信道建立階段必須處理實時信息交換。 在通信信道建立階段，通過網(wǎng)絡建立一條端到端的通信信道。在ATM中， 通過網(wǎng)絡中節(jié)點到節(jié)點連接的連鎖邏輯關聯(lián)來實現(xiàn)這樣的信道。每次邏輯關聯(lián)表明傳輸ATM信元的單向信息傳輸能力， 并調用一個虛信道(VC)。由于虛信道與專用的物理線路無關，并且它與其他連接共享其物理信道，所以把它視為虛擬。一個局部性的顯著邏輯標識符VCI識別一個VC，而VCI由ATM 層分配并放置在信元頭標中。當ATM層分配一個VCI值時，產(chǎn)生一條VC鏈路。一旦VC鏈路建立起來，它的后面將跟隨屬于同一VC連接的所有信元，從而確保在屬于VC連接的傳輸中以這樣的方式排序。整個ATM網(wǎng)絡中實現(xiàn)端到端連接VC連鎖連接被稱作虛信道連接(VCC)。
(4)分組交換與線路交換的綜合
ATM通信技術將現(xiàn)有的線路交換方式數(shù)字通信方式與分組通信方式加以綜合。首先， ATM允許憑借信元標記定義和識別個人通信；就此而論，ATM裝配普通的分組傳輸方式。 第二，ATM與分組方式通信緊密相連，因此，它只有當有業(yè)務要傳送時才利用帶寬。第三， 像分組交換一樣，在呼叫建立階段，ATM支持服務質量(QoS)協(xié)商，并通過在多種連接中共享其傳輸媒體而支持虛電路的利用。但是也有明顯差別，因為分組方式一般利用可變長度的分組，而ATM則將固定長度分組的ATM信元作為其基本的傳輸媒介。此外，普通的分組方式主要是為可變比特率(VBR)、非實時數(shù)據(jù)信號創(chuàng)建的，而ATM同樣可以很好地管理實時恒定比特率( CBR)信號。
(5)標記交換
ATM方式時，根據(jù)信元標記字段中包含的信息進行信元尋由和交換， 而信元標記字段是信元頭標的VCI和VPI。信元標記并非是一個明確地址。其原因之?
鑒于ATM固有的優(yōu)點及其對潛在應用的支持，它將對民用和軍事通信用產(chǎn)生重大影響,并將引起通信方式的變革。
就經(jīng)濟效益而言，其優(yōu)點包括按使用付費、較好的帶寬保證、減少(昂貴的)租用線預訂、資源優(yōu)化、可縮放的和靈活的帶寬分配以及投資保證。
就提供業(yè)務來說，其優(yōu)點包括支持LAN、MAN和WAN環(huán)境中的綜合通信，改善QoS、保證帶寬、按需帶寬和可縮放的帶寬分配，繼續(xù)提供高質量的業(yè)務以及提供新的業(yè)務。
就網(wǎng)絡基礎結構而言，其優(yōu)點包括多種類型的網(wǎng)絡互連，支持靈活的網(wǎng)絡基礎結構，并支持多機種網(wǎng)絡基礎結構。
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