1、ATM支術的發展與應用摘要：隨著Internet與多媒體技術的飛速發展， 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，當數據的傳輸速率與其突發 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支術的特點和存在的

2、問題，并介紹了 ATM支術在數 字通信、幀中繼與PSTN/N-ISDN?業務中的發展和應用，同時對 ATM的應用前 景進行了初步分析。關鍵詞：ATM 應用發展時分復用B-ISDN一、ATM勺產生自Alexander GrahamBell于1870年發明后，？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以與數字程 控系統發展過程，但電路交換的原理一直未變。隨著計算機的普與，網通過使 用Moder*進行計算機數據傳輸與數據信息交換，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 高的優點，但由于Modem?&

3、#174;率與交換技術本身限制，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 模的覆蓋與應用，目前的LAN?一股用于企業部的數據傳送，無法形成廣域網的 規模。由此我們不難看出，傳統網絡普遍存在以下缺陷：第一，業務的依賴性，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

4、現的新業務；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， 如收發信件、家庭辦公、Video on demand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ATMo幸運的是,?現在的半導體和光纖技術為 ATM勺快速交 換和傳輸提供堅實的保障。目前的CMOSt理能力已達二三百兆，ECL?可達5到 10GSDHF口 SONE技術提供了大容量的可靠傳輸，目前的STM-I標準為155.

5、52M。 事實上在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 ,國際電聯經過 協調研究，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與社會需求的驅動，而ATM具自身的優勢，使它在交換技術中獨占鰲頭。ATW在分組交換技術上發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點

6、，針對分組交換速率低的弱點，用電路交換 完全與協議處理幾乎無關的特點，通過高性能L S 1的硬設備來提高處理速度， 以實現高速化，因此也可以說 ATMS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。以21 ATM仁兀格式二、ATM勺特點與存在的問題1.ATM技術的特點（1） AT M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（Q。S）的支持，還具備了綜合多種業務的能力，以與動態帶寬分配與 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，與業務的特性、比特率無關，只要將各類業務的信息在入網時轉化為統一格式的信元，就可以在 網絡中

7、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 ATMT品大量出現，很多國 家已建設了 ATMt干網絡，并提供多種高速、實時業務。ATM勺應用同時也進入到局域網、無線網絡和衛星網絡等領域。但是，以ATM為基萬的B-ISDN的建設還處于初級階段，各國的B-ISDN發展也不平衡。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務。人們期望 ATM支 術能夠同時支持話音和數據業務，但

8、不夠靈活的適配方式以與由ATMR引入的相對較大的時延使得ATM寸話音業務的支持不能令人滿意；（2） 盡管ATMS 術的標準已經基本齊備，但部分技術容仍不完善，限制了ATMR絡作為整個主干網絡為用戶提供端到端可保證 QoSffi靈活業務的能力，特別是在網絡管理、 業務量控制與對無連接數據業務的支持等方面還需做大量工作；（3 ） ATM的統計復用特性使業務量特性變化繁多，基于業務量統計特性的控制也就變得愈 發復雜，因此ATM勺流量和擁塞控制仍然存在很多問題；（4）網絡技術的發展使ATMS術受到了來自其它技術的競爭,如千兆比以太網的出現使ATMS術更難在局域網圍得到采用。目前還沒有針對于 ATM勺“

9、致命應用”。針對這些問題，致力于ATM勺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®配方式；將ATMS術與IP、智能網（IN）、網管相結合，以靈活提供各種業務。這些研 究成果不僅拓寬了 ATMS術在寬帶通信與互聯網中的應用，也使該技術能夠在 窄帶業務（幀中繼、PSTN/N-ISDN）領域發揮優勢。 三、ATM勺發展與應用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，傳統的用戶仍將占主導地位，因此， ATM必須考慮如何支才I話音的問題。ITU-T在1997年9月年通過了支持話音業 務和短分組業務適配的第二類 ATM

10、®配層協議AAL2建議在1999年2月通過了 面向話音業務的建議I.366.2用于中繼的AAL2業務特定會聚子層S S C S , 并于1997年12月通過了支持 AAL2交換的信令協議建議 Q.2630.1 (AAL2信令 協議-能力集1 ),基本完成了 ATMK持話音業務的標準化工作。采用AAL2協議 來支持話音業務不論是效率方面，還是時延性能方面，都要優于 IP。AAL2技術 的應用主要有以下幾個方面：(1)以低時延的性能支持話音和其他實時業務傳送，用于PSTNE其它網絡的中繼傳輸；(2) 用于第三代移動通信系統(IMT-2000),在BS和MSd間以AAL2> 議支持低

11、速話音和數據信息的傳送；(3) 用AAL2交換機代替ATg換機(ATMS僅提供PVCfc叉連接功能)， 提供端到端的ATM話音和數據業務。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ATMS術進行簡化和優化，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AT M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。技術的缺 點之一就是網絡的復雜性，為了推動 ATMS術的應用，就必須對 ATM支術進

12、行 簡化和優化，以達到簡化網絡，降低網絡成本的目的。目前， I-TUT和ATM侖 壇正在進行這方面的工作，例如目前 I-TUT正在制定的ATMS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Internet的發展出乎許多人的預料，短短幾年已迅速席卷 了全球，對傳統的電信運營形成了巨大的沖擊，同時引發了一場關于未來信息高速公路是以B-ISDN為基礎還是以Internet為基礎的爭論。計算機業界一致 看好Internet。但無論如何，Internet原本是為了把已存在的眾多局

13、域網絡連 接成一個統一的網絡。隨著網絡的覆蓋圍不斷擴大、網絡的業務類型不斷增加 以與網絡用戶的增長，Internet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Internet網絡終究要實現寬帶化。Internet要使用公共 通信網資源，僅僅依靠IP協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支術的出現為Internet所面臨的問題提供了解決方案。IP技術只有與 ATM技術相結合才可能在Internet上提供大圍的寬帶業務。目前，電信和 Internet業界都已認定未來的寬帶骨干網應基于 ATM支術。國外一些大學和科 研機構正在研究下一代In

14、ternet (I2)。在I2總體結構中，ATMffi 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Internet的骨干網，不僅可解決Internet骨干網的帶寬問題，也為其提供高 QoS的IP業務奠定了 基礎。盡管受到其它網絡技術的競爭，許多人仍認為ATM僅是電信網也是Internet骨干網的最終解決方案。目前，在寬帶計算機通信領域中與 ATMft術競爭的技術主要是千兆比以太 網(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中被廣泛采用，許多對QoSg求不高的城域網與企業網也開始采用千兆比以太網技術。但作為一

15、種信息傳遞技術，ATM 的性能顯然優于千兆比以太網，它具有無限縮放性，可用于局域、城域直到廣 域網環境，并且由于擁有 QoS呆證，可以說ATMTI乎是未來多媒體業務的唯一 選擇。4 .幀中繼業務中引入ATM支術幀中繼(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展， 成為新的業務流量源。目前，很多用戶基地設備(CPE供應商開始支持幀中繼。 這種新業務的迅速增長需要網絡容量的更新，并使其有可能引入ATM?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 用于傳輸幀中繼業務流，而

16、且也為幀中繼網之間的互通提供了一種簡潔的方式。幀中繼業務中引入AT限術需要實現幀中繼承載業務與 C類面向連接的可 變比特率（VBR業務之間的互通，也就是幀中繼邏輯連接與ATM®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執行 互通的功能；AAL5用于幀中繼和ATM之間的互通；幀中繼業務特定會聚子層（FR-SSCS支持AAL5的公共部分會聚子層/拆裝子層（CPCS/SAR FR-SSCS 的協議數據單元（PDU與Q.922的幀結構兼容。5 .PSTNX N-ISDN與寬帶ATMR的互通ATMft術能夠在單一網絡上真正實現話音、數據和視頻等業務的綜合

17、，滿 足各類業務和不同帶寬的要求。提供基于64kbit/s的窄帶業務（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。特別是發達國家的網已基 本飽和，其對ATMR提供話音業務的研究并不積極。在中國，高速數據業務和 傳統話音業務的發展很不平衡，干線網和許多省市都建成了寬帶ATMR，但數據業務量不飽和，而業務仍然在快速增長。考慮到技術更新換代的速度越來越 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 ATMft術傳送窄帶業務。PSTWN-ISDN與ATMR間實現互通，應分為兩個階段

18、， 即網絡互通和更進一步的業務互通。網絡互通主要實現在寬帶網絡上提供對現 行窄帶網業務的支持；而業務互通則實現寬帶網業務和現行窄帶網業務間的互 通。ITU-T制定的I.580建議已經給出了 5類互通的情況。現階段通常采用網 絡互通方式，即采用窄帶與寬帶互通單元（NB-IWU來實現網與ATMR溝通， 用寬帶ATM來提供大容量的話音通道。要實現PSTWN-ISDN與ATMO勺互通，首先要解決的關鍵技術是低時延、 高效率的話音ATM適配方法。64kbit/s的話音與話帶業務是對時延和時延抖動 十分敏感的固定比特率（CBR業務。而適配時延是影響話音在 ATMR中整個傳 輸時延的最主要的因素。采用傳統的

19、AAL1適配方法無法滿足話音業務對傳輸時 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1 2 5ns,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務量，利用ATMt 干網對網業務進行交換和傳遞。ITU-T在1997年推出的AAL2協議使用微信元 概念減少了適配時延(低于1m§,但AAL2協議中公共部分子層(CPS分組有 3字節，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CP的組頭的開銷以

20、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®驗系統；一些廠商基于 AAL2適配、結合靜音檢測 壓縮的NB-IWUS統也都具備雛形。四、ATM勺業務介紹1.商業應用在商業領域，有兩大類 ATM勺應用，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、遠程醫療、遠程勘探等；高速數據應用主要設計局域網( LAN互聯和數 據網合成。(1)桌面應用 桌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，而且大大節省了差旅費，提高

21、工作效率。這種應用可擴展到家庭辦 公。(2)遠程醫療 如果將全國乃至全世界的醫生、診所、醫院以與康復中心、醫 學研究機構等、通過 ATMW連接起來，實施遠程醫療，它可即時召集最有秀的 醫生、提出最佳診斷方案，為病人提供與時、最有效的治療。止匕外，圖像醫療 權力機構可以在AT颯中建立必要的醫療信息庫，使人們可以存取有關醫療數 據，如醫療記錄、X光片、CAT掃描片等。(3)遠程教學 遠程教學中心通過AT颯可以向社會提供教學材料、培訓和 教學，學員可以得到優秀教師的授課、雇員不離崗就可接受教育。止匕外，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

22、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。ATMR絡將提供VCRVideo Cassette Recorder)的功能。客戶在家里通過電視機任意選播自己喜歡的電影， 可控制停播、快速前進和后退與暫停。當然，VOD勺價格不能太貴，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、節目豐富。(2)居家購物 購物者可以利用ATMR絡的交互能力，像在商店里一樣進行物 品的挑選、采購，用個人特有的進行支付。(3)電子游戲 不同地區的多媒體工作站可以像在同一個 LANL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，ATMR

23、絡的應用將涉與社會方方 面面，如金融、航空、經貿、氣象、政府機構、海關、廣播、商業、教育、建 設、醫療等等。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、實時業務。ATM的應用同 時也進入到局域網、無線網絡和衛星網絡等領域。五、ATM場前景ATMS術目前處于較不利地位,其中的原因主要在于以太網以與TCP/IP協議相關的各種技術已經經過了幾十年的發展和積累，在此基礎上開發出來的技 術也在很大程度上承襲了已有技術的成果，其開發費用和生產成本都因此大大 降低，與其相反，ATM技術的發展還不到十年時間，其中絕大部分技術都得從 無到有進行開發，具費用自然相對較高，相信以ATM目前的發展趨勢，經過一段時間的積