【文章內(nèi)容簡介】 的差錯率下傳輸，既兼顧了網(wǎng)絡(luò)運營效率，又能夠滿足接入網(wǎng)絡(luò)的連接進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳輸。 61 ? ATM交換采用面向連接方式，數(shù)據(jù)傳送前，先通過信令建立到目的點的 虛電路 ，交換機(jī)為虛電路的每段虛信道分配 VPI/VCI，虛電路建成后即可沿該虛通路傳數(shù)據(jù)。 ? 數(shù)據(jù)傳輸過程，每個 ATM信元只要頭部完全抵達(dá)并檢測無誤，即可通過硬件檢索路由表中表項獲取輸出鏈路和新的 VPI/VCI值，隨后將輸入信元連接輸出鏈路排隊傳輸即可，操作速度快，效率高。 62 4． ATM信元頭部的功能降低 由于 ATM網(wǎng)絡(luò)中鏈路的功能變得非常有限，所以信元頭部變得異常簡單，依靠信元頭部的虛電路標(biāo)志可以很容易地將不同的虛電路信息復(fù)用到一條物理通道上。 63 5．采用統(tǒng)計時分復(fù)用 ATM是按信元進(jìn)行統(tǒng)計復(fù)用的，在時間上沒有固定的復(fù)用位置。統(tǒng)計復(fù)用是 按需分配 帶寬的，可以滿足不同用戶傳遞不同業(yè)務(wù)的帶寬需要。 64 信 息 通 路1 2 5 u s 幀 1 2 5 u s 幀時 隙 周 期 性 地 出 現(xiàn)( a ) 同 步 轉(zhuǎn) 移 模 式 （ S T M ）信 頭其 它 呼 叫 的 信 息信 元 復(fù) 用 的 信 息通 路 信 息( b ) 異 步 轉(zhuǎn) 移 模 式 （ A T M ）圖 7 . 1 S T M 與 A T M 的 比 較以 幀 內(nèi) 的 時 隙 識 別 通 路1 2 5 u s 幀以統(tǒng)計復(fù)用方式占用信道上的 ATM空信元，交換系統(tǒng)以信元為單位進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。 65 ATM多路復(fù)用 由于采用異步時分復(fù)用，每個用戶需發(fā)送信元的時間是隨機(jī)的，就可能發(fā)生碰撞。 66 6. ATM網(wǎng)具有支持一切現(xiàn)有通信業(yè)務(wù)及未來的新業(yè)務(wù)；有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源；減小了交換的復(fù)雜性；減小了中間節(jié)點的處理時間 ， 支持高速傳輸；減小延遲及網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜性；能保證現(xiàn)有及未來各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能指標(biāo)等特點 。 67 ATM交換系統(tǒng)的基本構(gòu)成 一、系統(tǒng)組成 ATM交換機(jī)或交叉連接節(jié)點的 主要任務(wù) 是進(jìn)行 VPI/VCI轉(zhuǎn)換 和把來自于特定VP/VC的信元根據(jù)要求輸出到另一特定的VP/VC上。 68 ATM交換機(jī)模塊結(jié)構(gòu) I MI M信 元 交 換 機(jī) 構(gòu)（ C S F ）O MO M接 續(xù) 控 制（ C A C ）系 統(tǒng) 管 理（ S M ）1N1N圖 7 . 1 3 A T M 交 換 機(jī) 模 塊 結(jié) 構(gòu) 圖輸入模塊 (IM)，接收信元，為信元通過交換單元準(zhǔn)備路由選擇。 輸出模塊 (OM)，執(zhí)行信元輸出，插入新的 VPI/VCI、產(chǎn)生 HEC、速率匹配、電光轉(zhuǎn)換等。 交換機(jī)構(gòu) (CSF)，選路、信元傳遞和復(fù)用等。 接續(xù)允許控制 (CAC)，處理和翻譯信令，決定允許接續(xù)與否。 系統(tǒng)管理 (SM)，執(zhí)行管理和通信控制功能，確保交換機(jī)正常有效操作。 69 ? ATM網(wǎng)絡(luò)按面向連接模式工作，需要通過信令建立和拆除連接， CAC負(fù)責(zé)連接管理。 ? 連接管理由 UNI信令和 NNI信令完成，信令消息通過 AAL層（ ATM適配層）適配成 ATM信元后進(jìn)行交換和傳輸。 70 交換單元 入線處理 出線處理 控制單元 控制信息 入線 出線 ATM交換系統(tǒng)的基本組成 71 1． 入線處理部件 在傳輸線路上信息傳送的形式是比特流 ， 而信息交換必須以信元為單位 ，將 53字節(jié) （ 53 8=424bit） 信息作為一個整體同時交換 ， 而不是逐比特進(jìn)行 。 72 主要任務(wù)： （ 1） 信元定界 ：將基于不同形式傳輸系統(tǒng)的比特流 （ 如 SDH， PDH等不同的幀結(jié)構(gòu)形式 ） 分解成為 53字節(jié)為單位的信元格式 。信元定界的基本原理是 HEC和信頭中 4個字節(jié)信息的關(guān)聯(lián) 。 73 （ 2） 信頭有效性檢驗 ：將信元中的空閑信元 （ 物理層 ） 、 未分配信元 （ ATM層 ）以及傳輸中信頭出錯的信元丟棄 ， 然后將有效信息送入系統(tǒng)的交換 /控制單元 。 74 （ 3） 信元類型分離 ： ?根據(jù) VCI標(biāo)志分離 VP級操作管理與維護(hù)（ Operation Aministration and Maintenance， OAM） 信元； ?根據(jù)信息類型指示符 （ Payload Type Identifier， PTI） 標(biāo)志分離 VC級 OAM信元 ， 遞交給控制單元 ， 其他用戶信息則由交換單元進(jìn)行交換 。 75 2． 控制單元 控制單元主要是由 處理機(jī)系統(tǒng) 及各種控制軟件 組成 ， 其中主要包括 呼叫控制 軟件與 操作管理維護(hù) （ OAM） 軟件 。 完成建立和拆除 VP連接 （ VPC） 和 VC連接（ VCC） ， 并對 ATM交換單元進(jìn)行控制 ，同時處理和發(fā)送 OAM信息 。 76 呼叫控制軟件 主要完成呼叫連接的建立和拆除 ， 包括尋址 、 選路 、 交換網(wǎng)絡(luò)的控制等功能 ， 含 UNI和 NNI接口的信令處理 。 操作管理維護(hù) OAM軟件 主要完成對交換系統(tǒng)的操作維護(hù) ， 具體包括配置管理 、 計費管理 、 性能統(tǒng)計 、 故障處理等功能 。 77 3． 出線處理部件 出線處理部件完成與入線處理部件相反的處理 ， 例如 ， 將信元從 ATM層轉(zhuǎn)換成適合于特定傳輸媒質(zhì)的比特流形式 。 執(zhí)行與輸入側(cè)相反的功能，輸出側(cè)比輸入側(cè)較為簡單。 78 主要功能是為 ATM信元流的物理傳輸作準(zhǔn)備。主要包括： ? HEC域的產(chǎn)生并裝入信頭 ? 信令信元 、 OAM信元和用戶信元流的混和輸出 ? 信元速率匹配 （ 加入空閑信元 ） ? 傳輸幀的形成 ? 光電信號轉(zhuǎn)換 79 4． 交換單元 交換結(jié)構(gòu)實現(xiàn)交換連接功能 ， 具體說來就是信頭變換 、 選路和排隊的功能 ，用戶信息 、 信令消息和處理機(jī)之間的控制信息都可通過交換結(jié)構(gòu)來交換 。 80 二 、 寬帶業(yè)務(wù)對于交換機(jī)的要求 1． 多速率交換 由于寬帶網(wǎng)絡(luò)支持的業(yè)務(wù)包括現(xiàn)在和將來的所有應(yīng)用 ， 因而 ， 網(wǎng)絡(luò)必須支持從一般工業(yè)控制的幾十 bit/s到幾 kbit/s和視頻通信的幾 Mbit/s到幾十 Mbit/s的速率交換 ， 作為 ATM端口和用戶端口的基本接入速率 這一要求 。 81 2． 多點交換 在提供原有電路交換中點對點連接方式的基礎(chǔ)上 ， 寬帶網(wǎng)絡(luò)還必須能提供點到多點的廣播 /組播連接功能 ， 這就要求ATM交換機(jī)中可以實現(xiàn)將一條入線的信元輸出到多條出線上的操作 ， 而不是簡單地要求用戶通過申請多個連接完成多點通信 。 82 3． 多媒體業(yè)務(wù)支持 它是指網(wǎng)絡(luò)中允許接入的業(yè)務(wù)有不同的形式 ， 如語音 、 數(shù)據(jù) 、 靜止圖像 、 活動視頻或者它們的某種組合 。 83 每種媒體有不同的服務(wù)質(zhì)量要求： （ 1） 信元丟失 /信元誤插入率 在 ATM交換機(jī)中 ， 可能會出現(xiàn)短暫時間內(nèi)許多信元爭用同一鏈路的情況 （ 該鏈路可以是交換機(jī)內(nèi)部的 ， 也可以是外部的 ） ， 結(jié)果導(dǎo)致交換機(jī)隊列存儲區(qū)出現(xiàn)信元同時爭奪該隊列的情況 ， 所以可能會產(chǎn)生信元丟失 。 84 （ 2） 交換時延 交換機(jī)完成 ATM信元交換的時延 ，在信息端到端傳輸時延中占有極大比重（ 由于光的傳播速度 ， 信元在信道中傳輸時延是有限的 ， 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部延時主要發(fā)生在交換機(jī)內(nèi)部的交換延時 ） ， 這就要求交換單元在路由選擇 、 信元緩沖上采取優(yōu)良的算法和實施技術(shù) 。 85 （ 3）連接阻塞 在 ATM網(wǎng)絡(luò)中，通信雙方采用面向連接方式，也就是通信開始前需進(jìn)行連接通道的建立，找到邏輯連接。 一旦在 ATM交換機(jī)的入線和出線之間沒有足夠的資源保證所有現(xiàn)有和新的連接服務(wù)質(zhì)量時，系統(tǒng)就會發(fā)生連接阻塞。 86 ATM交換網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù) 交換網(wǎng)絡(luò)直接影響交換機(jī)的容量。一般小容量交換機(jī)的交換網(wǎng)絡(luò)可以直接由基本交換單元模塊來實現(xiàn)。大容量交換機(jī)的交換網(wǎng)絡(luò)則需要由多個基本交換單元模塊按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合而成。根據(jù)ATM交換網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)可分為 單級交換網(wǎng)絡(luò) 和 多級交換網(wǎng)絡(luò) 。 87 ATM交換結(jié)構(gòu) 時分 空分 共享存儲器 共享媒體 單通路 多通路 總線型 環(huán)型 基于 crossbar 基于 banyan 擴(kuò)展 banyan 復(fù)份 banyan Benes Clos 緩沖型 無緩沖型 矩陣型 全互連型 ATM交換結(jié)構(gòu)類型 88 空分交換結(jié)構(gòu) ATM交換的最簡單構(gòu)建方法是將每一條入線和每一條出線相連接 ， 在每條連接線上裝上相應(yīng)的開關(guān) ， 根據(jù)信頭 VPI/VCI決定相應(yīng)的開關(guān)是否閉合來實現(xiàn)特定輸入和輸出線路的接通 ， 也就是將某入線上信元交換到出線上 。 89 空分交換結(jié)構(gòu) 輸入端口輸 出 端 口圖 7 . 1 5 縱 橫 式 交 換利用觸點開關(guān)或電子開關(guān)構(gòu)成矩陣，控制開關(guān)通斷來實現(xiàn)任一路入線和出線之間的信元轉(zhuǎn)移通路。 特點： 無阻塞結(jié)構(gòu)，信元丟失只限于隊列溢出。 易于擴(kuò)展， 連線數(shù)量多，容量受限。 90 輸入控制器輸入控制器…輸入控制器輸出控制器12N1輸出控制器2…輸出控制器N……91 1． 出線沖突時的入線選擇策略 當(dāng)來自多條入線的信元同時競爭一條出線時 ， 只有一個信元可以傳送 ， 其他信元將被延遲 ， 因此 ， 就必須采用仲裁機(jī)制去選擇 “ 獲勝信元 ” 。 （ 1） 隨機(jī)法：隨機(jī)地從多條競爭的入線中選取一條入線 ， 傳送該入線上的信元 。 92 （ 2）固定優(yōu)先級法：每條入線都有固定的優(yōu)先級，不同優(yōu)先級的入線發(fā)生出線沖突時，優(yōu)先級高的入線獲得發(fā)送信元的權(quán)利。 （ 3）輪換優(yōu)先級法：也稱周期策略，即每條入線的優(yōu)先級并不是固定不變的，而是輪流擁有最高優(yōu)先級。 93 （ 4）緩存區(qū)狀態(tài)確定法： ATM交換機(jī)必須設(shè)置緩存區(qū)以放置無法立即交換的信元，根據(jù)緩存區(qū)的溢滿程度選擇傳輸?shù)男旁? （ 5）信元狀態(tài)確定法：根據(jù) 信元丟失率CLP值的不同確定信元服務(wù)的先后順序，如果信元優(yōu)先級相同可以采用隨機(jī)法、固定優(yōu)先級法或是緩存區(qū)狀態(tài)法以確定具體服務(wù)的信元。 94 2． 阻塞信元的處理 —— 緩存存儲 方法 ATM采用異步轉(zhuǎn)移模式，某一時刻會有多個信元要從同一輸出鏈路傳送，引起資源競爭，通常需在每個輸出鏈路上設(shè)置排隊緩存器。 對于交換單元無法立刻服務(wù)的信元 ，可以采用緩存存儲方法 （ 也稱排隊方法 ）將這部分信元暫時緩存 ， 等待下一次服務(wù) 。 95 （ 1） 輸入緩存 （ 輸入隊列 ） 輸入緩存法解決輸入端可能的競爭問題 。 …輸入隊列1輸入隊列N交換傳送媒質(zhì)仲裁邏輯…1N96 （ 2） 輸出緩存 （ 輸出隊列 ） 輸出緩存法采用這種方法對不同入線上要去往同一出線的信元可以在一個信元的時間內(nèi)全部被傳送 （ 交換