【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的差錯(cuò)率下傳輸，既兼顧了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)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(guò)信令建立到目的點(diǎn)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(guò)程，每個(gè) ATM信元只要頭部完全抵達(dá)并檢測(cè)無(wú)誤，即可通過(guò)硬件檢索路由表中表項(xiàng)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(duì)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(jiǎn)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(jì)時(shí)分復(fù)用 ATM是按信元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用的，在時(shí)間上沒(méi)有固定的復(fù)用位置。統(tǒng)計(jì)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(shí) 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(shí) 隙 識(shí) 別 通 路1 2 5 u s 幀以統(tǒng)計(jì)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(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。 65 ATM多路復(fù)用 由于采用異步時(shí)分復(fù)用，每個(gè)用戶需發(fā)送信元的時(shí)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(lái)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(diǎn)的處理時(shí)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(lái)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能指標(biāo)等特點(diǎn) 。 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(diǎn)的 主要任務(wù) 是進(jìn)行 VPI/VCI轉(zhuǎn)換 和把來(lái)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(guò)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(guò)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(guò) 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(gè)整體同時(shí)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(gè)字節(jié)信息的關(guān)聯(lián) 。 73 （ 2） 信頭有效性檢驗(yàn) ：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(cuò)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(jí)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(jí) 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(duì) ATM交換單元進(jìn)行控制 ，同時(shí)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(duì)交換系統(tǒng)的操作維護(hù) ， 具體包括配置管理 、 計(jì)費(fèi)管理 、 性能統(tǒng)計(jì) 、 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(jiǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換 79 4． 交換單元 交換結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)交換連接功能 ， 具體說(shuō)來(lái)就是信頭變換 、 選路和排隊(duì)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(guò)交換結(jié)構(gòu)來(lái)交換 。 80 二 、 寬帶業(yè)務(wù)對(duì)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(lái)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(diǎn)交換 在提供原有電路交換中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式的基礎(chǔ)上 ， 寬帶網(wǎng)絡(luò)還必須能提供點(diǎn)到多點(diǎn)的廣播 /組播連接功能 ， 這就要求ATM交換機(jī)中可以實(shí)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(jiǎn)單地要求用戶通過(guò)申請(qǐng)多個(gè)連接完成多點(diǎn)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(yǔ)音 、 數(shù)據(jù) 、 靜止圖像 、 活動(dòng)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(huì)出現(xiàn)短暫時(shí)間內(nèi)許多信元爭(zhēng)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(duì)列存儲(chǔ)區(qū)出現(xiàn)信元同時(shí)爭(zhēng)奪該隊(duì)列的情況 ， 所以可能會(huì)產(chǎn)生信元丟失 。 84 （ 2） 交換時(shí)延 交換機(jī)完成 ATM信元交換的時(shí)延 ，在信息端到端傳輸時(shí)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(shí)延是有限的 ， 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部延時(shí)主要發(fā)生在交換機(jī)內(nèi)部的交換延時(shí) ） ， 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(shí)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(kāi)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(méi)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(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生連接阻塞。 86 ATM交換網(wǎng)絡(luò)的實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)。大容量交換機(jī)的交換網(wǎng)絡(luò)則需要由多個(gè)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(jí)數(shù)可分為 單級(jí)交換網(wǎng)絡(luò) 和 多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò) 。 87 ATM交換結(jié)構(gòu) 時(shí)分 空分 共享存儲(chǔ)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(wú)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(jiǎn)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(kāi)關(guān) ， 根據(jù)信頭 VPI/VCI決定相應(yīng)的開(kāi)關(guān)是否閉合來(lái)實(shí)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(diǎn)開(kāi)關(guān)或電子開(kāi)關(guān)構(gòu)成矩陣，控制開(kāi)關(guān)通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)任一路入線和出線之間的信元轉(zhuǎn)移通路。 特點(diǎn)： 無(wú)阻塞結(jié)構(gòu)，信元丟失只限于隊(duì)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(shí)的入線選擇策略 當(dāng)來(lái)自多條入線的信元同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)一條出線時(shí) ， 只有一個(gè)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(jìng)爭(zhēng)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(jí)法：每條入線都有固定的優(yōu)先級(jí)，不同優(yōu)先級(jí)的入線發(fā)生出線沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的入線獲得發(fā)送信元的權(quán)利。 （ 3）輪換優(yōu)先級(jí)法：也稱周期策略，即每條入線的優(yōu)先級(jí)并不是固定不變的，而是輪流擁有最高優(yōu)先級(jí)。 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(wú)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(jí)相同可以采用隨機(jī)法、固定優(yōu)先級(jí)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(chǔ) 方法 ATM采用異步轉(zhuǎn)移模式，某一時(shí)刻會(huì)有多個(gè)信元要從同一輸出鏈路傳送，引起資源競(jìng)爭(zhēng)，通常需在每個(gè)輸出鏈路上設(shè)置排隊(duì)緩存器。 對(duì)于交換單元無(wú)法立刻服務(wù)的信元 ，可以采用緩存存儲(chǔ)方法 （ 也稱排隊(duì)方法 ）將這部分信元暫時(shí)緩存 ， 等待下一次服務(wù) 。 95 （ 1） 輸入緩存 （ 輸入隊(duì)列 ） 輸入緩存法解決輸入端可能的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題 。 …輸入隊(duì)列1輸入隊(duì)列N交換傳送媒質(zhì)仲裁邏輯…1N96 （ 2） 輸出緩存 （ 輸出隊(duì)列 ） 輸出緩存法采用這種方法對(duì)不同入線上要去往同一出線的信元可以在一個(gè)信元的時(shí)間內(nèi)全部被傳送 （ 交換