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，用于信息傳輸的基本的ATM數據單元是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、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]網絡技術;交換技術;分組交換技術;傳輸技術;數字技術
[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?？焖俜纸M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,可以實現話音、數據和圖像綜合應用。
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選定為實現寬帶綜合業(yè)務數字網(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)務數字網(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(LAN)和廣域網(WAN)中。
2.ATM在軍事通信中的應用
(1) ATM局域網(LAN)
在LAN和/或司令部環(huán)境中使用ATM再不需要獨立的網絡分別用于傳送數據和非數據業(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)有效實現的多媒體和可視化通信業(yè)務。繁重的數據業(yè)務，如軍事演習仿真，還可以由 ATM LAN更有效地支持批量數據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
在主干網應用領域使用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,分三期工程實現國防信息系統(tǒng)網(DISN)綜合傳送高速話音、數據和圖像(見表1)。北約的ATM主干網也將綜合傳送包括數據、視頻、話音和圖像，而目前的主干網大部分只傳送話音。因為ATM設計成支持多媒體通信， 從而在主干網中應用ATM將保證未來主干網有效為用戶提供各種通信業(yè)務。
ATM主干網上各種全國性的各種類型的軍事通信網絡的網絡互連是ATM在軍事通信上的又一個重要應用。ATM可用作數字載體將以普通的X.25和ISDN 技術為基礎網絡實現網絡互連。它還能對相當多的網絡業(yè)務提供接入。因為 ATM采用固定格式的數據單元，可以直接在 ATM主干網中實現無縫隙互連。最終結果是在網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 │情報數據傳輸 │
│(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 │ │
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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 │
│ │ │網絡 │ │
│ │ │ │ │
│ │ 小區(qū)RF │小區(qū)結構 │將光纖通信擴展到 │
│ │ LAN │ │移動用戶 │
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│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,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據單元，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 年后實現的戰(zhàn)術通信網的一種候選技術。
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用戶網絡接口(UNI)ATM層信元的頭標。
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│ 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據。在I字段的48個8位字節(jié)中，前面的少數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)傳輸的數據流， 接著通過網絡上的虛擬通信信道，使數據流實現高速交換和傳輸。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，通過網絡建立一條端到端的通信信道。在ATM中， 通過網絡中節(jié)點到節(jié)點連接的連鎖邏輯關聯(lián)來實現這樣的信道。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網絡中實現端到端連接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通信技術將現有的線路交換方式數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)、非實時數據信號創(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生重大影響,并將引起通信方式的變革。
就經濟效益而言，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。
就網絡基礎結構而言，其優(yōu)點包括多種類型的網絡互連，支持靈活的網絡基礎結構，并支持多機種網絡基礎結構。
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