ＡＴＭ交换系统的功能与技术要求

异步转移模式（ＡＴＭ）是一种固定长度分组、非固定信息周期、统计复用、面向连接的传送模式。ＡＴＭ交换机是宽带网中的网络节点，在ＡＴＭ层完成信元交换。

１ ＡＴＭ交换机的分类和容量

    （１）根据ＡＴＭ交换机的网路功能（在网路中的位置等），可将ＡＴＭ交换机分为：骨干交换机、接入交换机和用户交换机，如图１所示。

    ＡＴＭ骨干交换机在ＡＴＭ网络中用作长途局，或本地网的汇接局，它具有网络节点接口（ＮＮＩ）和局间互通功能。提供交换虚连接（ＳＶＣ）功能的ＡＴＭ骨干交换机配置ＮＮＩ信令。

    ＡＴＭ接入交换机在ＡＴＭ网络中用作本地网的端局，它具有用户网络接口和网络节点接口、终端用户接入功能和局间互通功能。提供ＳＶＣ功能的ＡＴＭ接入交换机配置ＵＮＩ信令和ＮＮＩ信令。

    ＡＴＭ用户交换机处于终端用户和ＡＴＭ接入交换机之间，它具有ＵＮＩ接口和终端用户接入功能。提供ＳＶＣ功能的ＡＴＭ用户交换机配置ＵＮＩ信令。

事实上，有的ＡＴＭ交换机既具有骨干交换机的功能，又具有接入交换机的功能，可以根据用户要求来配置。在实际网络中，这种骨干／接入混合功能交换机可置于端局／汇接局的位置。

    上述交换机在网中所处的位置均为公用网中的位置。对于专用网可以有其专用的特色，但当一个专网ＡＴＭ交换机（不管其容量多大，在其专网中等级多高）与公网连接时，必须以符合公网标准的ＵＮＩ接口与公网相连。

    （２）按交换的通路类型，ＡＴＭ交换机可分为：ＶＰ交换机、ＶＣ交换机以及ＶＣ和ＶＰ交换机。

    事实上，一般不会开发和也不会使用单一ＶＣ交换功能的ＡＴＭ交换机。目前，网上正在运行和已经开发的均为ＶＣ交换并兼具ＶＰ交换功能的ＡＴＭ交换机，将来开发的ＶＰ交换机，主要用作大容量、高速的骨干交换机。

    （３）按控制交换的功能分类，ＡＴＭ交换机可分为：永久虚连接（ＰＶＣ）交换机和交换虚连接（ＳＶＣ）交换机。

    ＰＶＣ交换机可根据要求，通过人工输入请求消息，申请建立永久或半永久性虚通道连接（ＶＰＣ）或虚通路连接（ＶＣＣ），由管理平面（如网管中心）控制完成。ＳＶＣ交换机一般由控制方发出请求，通过信令控制，自动完成虚连接的建立和拆除，它往往还具有ＰＶＣ交换功能。ＳＶＣ交换机功能比ＰＶＣ交换机要复杂得多。直至１９９７年，国际市场上才推出商用化的ＳＶＣ交换机。现在运营网上运行的ＡＴＭ交换机，包括美国在内，基本上都是ＰＶＣ交换机。ＡＴＭ网络的运营者选用ＰＶＣ还是ＳＶＣ交换机装备自己的网络，要进行技术与经济的比较，根据市场与业务的需要作出决策。

     有的ＰＶＣ和ＳＶＣ交换机还提供一种被称为软ＰＶＣ（ＳＰＶＣ）的功能。具有该功能的ＡＴＭ交换机当已经建立的ＰＶＣ连接中断时，可自动建立另一替换的ＰＶＣ连接。

    （４）目前，常见的ＡＴＭ交换机容量有２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、５．０Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓ、２０Ｇｂｉｔ／ｓ、４０Ｇｂｉｔ／ｓ、８０Ｇｂｉｔ／ｓ、１６０Ｇｂｉｔ／ｓ等。

    ＡＴＭ交换机的容量在一定的系列范围内，可按一定的规律组合配置。在实际商用网中，目前用户交换机和接入交换机的容量在５Ｇｂｉｔ／ｓ以下，骨干交换机的容量在５～２０Ｇｂｉｔ／ｓ之间。

２ ＡＴＭ交换机支持的业务

    由于ＡＴＭ采用统计复用方式，且ＡＴＭ交换机的接口可以提供高层协议，所以，ＡＴＭ交换机传送用户信息的带宽在物理传输媒体允许的范围内几乎不受限制，支持业务的类型理论上也没有约束（尽管存在有待完善和进一步解决的问题）。ＩＴＵ－Ｔ建议Ｉ．２１１详细描述了Ｂ－ＩＳＤＮ业务。

某一具体的交换机可能只支持一些业务，而不支持另一些业务，功能仍有待研究开发，相关标准尚未制订，已有功能也不尽如人意，但泛指ＡＴＭ交换机的能力，是可以做到支持所有业务的。

    ＡＴＭ交换机支持业务的能力，主要与交换机的接口、性能、功能、信令等有关。

    （１）与接口类型有关的业务

    交换机是将其输入端口信息按发端用户的要求，迅速、安全、准确、有效地交换到最终可以抵达终端用户的输出端口。交换的过程可以人工干预，也可以自动控制。ＡＴＭ网为了减少传送时延，网络中不对信元进行检错、纠错和信息处理，而把这些功能放在发、收终端接口上处理，所以ＡＴＭ交换机的ＵＮＩ接口就显得十分重要，它直接关系到ＡＴＭ交换机支持用户终端业务的能力。若ＡＴＭ用户交换机和ＡＴＭ接入交换机的ＵＮＩ接口直接接收终端用户的源信息，那么，ＵＮＩ接口就应能支持用户终端业务。这时，ＵＮＩ应具有ＡＴＭ层以上的ＡＴＭ适配层（ＡＡＬ）和高层信息处理能力，对高层信息与ＡＡＬ之间的转换（映射），ＩＴＵ－Ｔ和ＡＴＭ论坛已发布了一些建议，如帧中继业务、Ｎ－ＩＳＤＮ业务、电话仿真业务、ＬＡＮ仿真业务等，ＡＡＬ已完成了ＡＡＬ１～５的标准化工作，ＡＡＬ６的建议正在完善中。拥有符合这些ＡＡＬ标准的ＵＮＩ接口的ＡＴＭ交换机已经上市，ＡＴＭ交换机已经具有支持这些业务的能力。ＡＴＭ交换机除了支持用户终端接入业务，还支持网间业务的互通。支持网间互通的ＡＴＭ交换机接口，也同样应支持以上ＡＴＭ的相关业务的互通协议。

   （２） 多媒体业务

    目前，ＡＴＭ交换机已经能够支持多媒体业务。支持多媒体业务的ＡＴＭ交换机，应具有一次呼叫建立多个连接的能力，使一次呼叫的几种不同信息可以在不同的连接上（ＶＰＣ或ＶＣＣ）进行传送。在两个终端的通信过程中，ＡＴＭ交换机还可以根据用户或网络的要求增加或拆除某些连接。

    （３）无连接的数据业务

    ＡＴＭ是面向连接的技术，ＡＴＭ交换机的核心功能就是建立用户间的连接。当支持面向无连接的业务时，ＩＴＵ－Ｔ Ｉ．３６４建议提出了下述实现方法。

    .间接地通过ＡＴＭ交换机面向连接的业务来实现。在这种情况下，ＡＴＭ交换机须建立永久、半永久或按需的ＶＰＣ或ＶＣＣ。ＡＴＭ交换机对ＡＴＭ层以上的无连接协议可以是透明的，它只起承载的作用。

      直接通过ＡＴＭ交换机支持无连接业务实现。在这种情况下，ＡＴＭ交换机要提供无连接业务功能，根据用户数据中的信息处理无连接协议，并选择路由将数据送至终端用户。宽带网在ＡＡＬ层以上的高层协议支持无连接业务。在支持无连接业务时，ＡＴＭ交换机仍然需要建立某种形式的连接。

   （４）业务的比特率类型

     业务比特率与网络资源的合理分配有关。由于ＡＴＭ采用统计复用方式，因此为提高网络资源利用率，对不同业务比特率提供不同的服务质量。用户可以在呼叫建立期间申请业务比特率带宽等。目前ＡＴＭ论坛已规定了５种业务比特率类型：固定比特率（ＣＢＲ）业务、实时的可变比特率（ｒｔ－ＶＢＲ）业务、非实时的可变比特率（ｎｒｔ－ＶＢＲ）业务、未规定比特率（ＵＢＲ）业务和可用比特率（ＡＢＲ）业务。

     为了支持上述５种业务类型，ＡＴＭ交换机应在业务控制和拥塞控制上采取相应措施，对不同业务类型提供不同的优先等级；还应在缓冲区管理上建立完善的排队机制；同一用户终端在同一时间或不同的时间内可以传送多个不同的比特率业务。

   （５）业务的定时和同步

    在ＡＴＭ网上提供实时业务时，需要有业务定时机制来再现所传送的定时业务信息（如实时的电话业务），并应补偿变化了的网络时延。应该指出，业务定时机制与网同步不完全是一回事。

    业务定时实现的方法是多种多样的，定时既可以由端到端的业务信息提供，也可由网络提供。端到端定时方法有：同步剩余时间戳法（ＳＲＴＳ）、自适应时钟法和使用同步码组法。

    ＡＡＬ１就是采用上述方法来恢复源时钟信号的。对实时的、固定速率的、面向连接的、有定时要求的业务均需端到端定时。网络提供定时的方法有：

.ＡＴＭ交换机的网同步系统向ＡＴＭ网的Ｔ接口提供定时信息。

.ＡＴＭ交换机向用户终端提供载有时间标签的信元。

    （６）服务质量（ＱＯＳ）

    ＡＴＭ网络支持实时和非实时、面向连接和无连接的业务，对服务质量的要求跨度比较大。所谓服务质量就是用户对网络所提供业务的满意度，它包括时延、时延变化率、信元丢失率等主要指标。

     在呼叫建立阶段和呼叫期间，终端用户可向交换机发出一定服务质量等级的请求，ＡＴＭ交换机可以接受，也可以不接受这一请求。一旦ＱＯＳ请求被确认，ＡＴＭ交换机就应尽可能地保证这一ＱＯＳ。用户的ＱＯＳ请求可以通过ＵＮＩ信令来实现，ＡＴＭ交换机利用业务量管理机制等来保证用户的ＱＯＳ。

３ ＡＴＭ交换机的功能

     ＡＴＭ交换机的最基本功能是按要求建立ＶＰ或ＶＣ连接，在ＡＴＭ层完成信元交换。

    ＡＴＭ交换机主要分为３个功能块：连接功能、控制功能以及操作、维护、管理和监测功能。

３．１ 连接功能

     连接功能包括终接功能和信元交换功能，该功能完成ＶＰＣ或ＶＣＣ的建立。

ＡＴＭ交换机由信元选路功能确定路由，在ＡＴＭ交换机的输入接口和输出接口之间建立连接，完成ＶＣ或ＶＰ信元交换。在信元穿过ＡＴＭ交换机期间，根据交换网络硬件设计的需要，信元中带有信元交换所需的附加信息（如差错检测、操作信息、内部交换网络选路和优先级等）。

ＡＴＭ交换机可以支持６种类型的通信连接结构，即：

.类型１：双向点到点的连接；

.类型２：单向点到多点的连接；

.类型３：多点到点的连接；

.类型４：多点到多点的连接；

.类型５：双向点到多点的连接；

.类型６：服务器或网桥功能支持的多点到多点的连接。

各种结构类型分别。

     目前，绝大多数ＡＴＭ交换机支持上述连接类型１、２，相关配套标准已比较完善。为支持连接类型２、４、５，ＡＴＭ交换机（或网络）应具有信元复制功能；为支持连接类型３、４、５，ＡＴＭ交换机（或网络）应具有信元合并功能。信元复制功能在ＡＴＭ交换机中不难实现，但信元合并功能目前还存在两个问题有待进一步研究：一是在什么位置，如何实现这一功能；二是信元合并会引发流量控制和拥塞控制的难题。类型１～５的基本构想已于１９９６年由Ｉ-ＴＵ－Ｔ Ｉ．３１３建议提出，类型６的构想始于１９９７年ＩＴＵ－Ｔ的白色文稿，但尚未形成正式文件。

     ＡＴＭ交换机可以通过ＰＶＣ或ＳＶＣ方式完成上述６种连接。相对而言，ＰＶＣ方式较易实现，而ＳＶＣ方式则需要相应的信令来控制接续。除类型１、２有配套的信令标准外，其它连接类型的信令标准化工作还要等待一些时间。

３．２ 控制功能

      ＡＴＭ交换机的控制功能包括：寻址功能、呼叫连接处理功能和信令功能。

ＰＶＣ业务的寻址由管理平面完成，一个ＰＶＣ的源端点和终端点是预先确定的，在连接期间保持不变。ＳＶＣ寻址有几种可选方式，Ｉ-ＴＵ－Ｔ建议Ｅ．１６４和Ｅ．１９１对有关编号和寻址方式作了详细规定。

      呼叫连接处理功能包括译码功能和选路功能，它们都与编号有关。选路有两种方式，即固定选路方式和动态选路方式。ＡＴＭ论坛的专用网络节点接口１．０版（ＰＮＮＩ１．０）技术规范规定了动态选路协议，其选路的基本原理同于互联网协议（ＩＰ）的选路方式。Ｉ-ＴＵ－Ｔ和ＡＴＭ论坛的其它信令标准均采用固定选路方式。目前看来，动态选路方式比较复杂，在大规模公网上的应用尚缺乏经验，从安全可靠性考虑，公网宜先采用固定选路方式，同时进行动态选路的试验，经过充分的试验和论证比较后，方能确定采用哪一种。

３．２．１ 信令

     当ＡＴＭ交换机要建立交换的虚连接时，就必须有信令来控制建立连接。信令是ＳＶＣ交换机中不可分割的一部分。ＡＴＭ交换机的信令分为ＵＮＩ信令和ＮＮＩ信令，它们可以采用ＩＴＵ－Ｔ或ＡＴＭ论坛的标准，但具体采用哪一种标准是一个值得研究的问题。

     ＡＴＭ交换机不管采用ＩＴＵ－Ｔ标准还是ＡＴＭ论坛标准，信令都应具有下述能力：

（１）呼叫建立与释放；

（２）通过将现有用户附加到一个新的网络连接中去，将此新的网络连接加入到一个现有网络连接群中；

（３）通过附加一个现有网络连接，将一个或多个新用户加入到一个现有呼叫中；

（４）将一个或多个现有用户附加到一个现有网络连接中去；

（５）通过将一些新用户附加到一个新的网络连接群中去，将一个或多个这些新用户和这些新的网络连接群加入到一个现有呼叫中或呼叫的一个现有网络连接群中；

（６）从一个现有网络连接中移去一个用户；

（７）释放一个现有呼叫中的一个用户或网络连接；

（８）通过将现有用户附加到一个新网络连接群中，将此新网络连接群加入到一个现有呼叫中；

（９）给出用户已加入到呼叫中或已从呼叫中释放的通知；

（１０）给出网络连接已加入、释放或更改的通知；

（１１）给出一个用户已附加到一个网络连接或从一个网络连接中移去的通知；

（１２）在激活期间，主叫／被叫用户的网络连接特性的再协商和修改；

（１３）同时发生的呼叫和网络连接群的建立；

（１４）将一个用户附加到一个现有呼叫中。

３．２．２ 业务量控制和拥塞控制

    业务量控制和拥塞控制是ＡＴＭ交换机特有的重要功能。

由于ＡＴＭ采用统计复用方式，因此当用户或网络中出现不可预计的突发业务量时，交换网络就可能产生拥塞。另外，ＡＴＭ网络中发生信元传送能力的故障时，也会造成ＡＴＭ层信元拥塞。

    为了避免ＡＴＭ网络产生拥塞，相关ＡＴＭ交换机就需采取一系列控制ＡＴＭ层业务量的措施，即业务量控制；为了减少网络拥塞程度、拥塞范围的扩散和拥塞的持续时间，相关的ＡＴＭ交换机就应采取一系列控制ＡＴＭ层拥塞的措施，即拥塞控制。

    ＡＴＭ交换机可提供的业务量控制功能包括：连接接纳控制（ＣＡＣ）、使用参数控制（ＵＰＣ）和网络参数控制（ＮＰＣ）、业务量整形、优先控制（ＰＣ）、选择信元丢弃、网络资源管理（ＮＲＭ）和快速资源管理。

     ＡＴＭ交换机可提供的拥塞控制功能包括：选择信元丢弃、明确前向拥塞功能指示（ＥＦＣＩ）、对ＵＰＣ／ＮＰＣ失效的响应。

     ＡＴＭ交换机为了实现上述功能，达到业务量控制和拥塞控制的目的，对各种业务提供满足要求的性能指标，必须在内部缓冲区的设置与管理信元排队机制、优先级控制、信令与网管等方面精心设计。

     有的ＡＴＭ交换机将ＣＢＲ、ｒｔ－ＶＢＲ、ｎｒｔ－ＶＢＲ、ＵＢＲ／ＡＢＲ分别设在４个模板的信元缓冲，通过加权信元调度算法，实现优先级控制。每个接口模块设置流量控制电路，对非实时的ｎｒｔ－ＶＢＲ、ＡＢＲ、ＵＢＲ业务实现基于每条ＶＣ的信元缓冲排队机制。

３．３ ＯＡＭ和ＡＴＭ网络管理

      ＡＴＭ交换机的操作、维护与网络管理是两个独立但又相互联系的部分。前者属于Ｂ－ＩＳＤＮ协议参考模型的层管理，它的结果提供给面管理或相邻高层。

（１）ＡＴＭ交换机的操作、维护

ＯＡＭ的主要功能为：性能监视、故障检测、系统保护、提供故障信息、故障定位。

ＡＴＭ层分成两级：ＶＰ级和ＶＣ级；物理层分为３级：传输通道级、数字段级和再生段级。ＡＴＭ网络中的ＯＡＭ功能在此相应的５个级上执行。这些功能有与之对应的双向ＯＡＭ信息流Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４和Ｆ５，称为ＯＡＭ流。ＯＡＭ流与ＯＡＭ级的对应关系如下：

.Ｆ５?圮虚通路级；

.Ｆ４?圮虚通道级；

.Ｆ３?圮传输通道级；

.Ｆ２?圮数字段级；

.Ｆ１?圮再生段级。

一般并不要求ＡＴＭ交换机提供所有这些ＯＡＭ流，缺省级的ＯＡＭ功能可由上一更高级完成。目前，绝大多数交换机支持ＡＴＭ的Ｆ４和Ｆ５的ＯＡＭ功能，其中一些交换机还同时支持Ｆ１、Ｆ２和Ｆ３ ＳＤＨ的ＯＡＭ功能。

（２）网络管理

ＡＴＭ交换机在网元管理功能上实施网络管理。ＡＴＭ交换机的网元管理系统具有与网络管理系统通信的Ｑ３接口。中国的网管通信协议基于公共管理信息协议（ＣＭＩＰ）。但是，目前可供商用的ＡＴＭ交换机的网管通信协议中有的基于简单网络管理协议（ＳＮＭＰ），有的基于ＣＭＩＰ，这两种通信协议可以互通或转换。

ＡＴＭ交换机的网管功能包括配置管理、性能管理、故障管理和安全管理。４ ＡＴＭ交换机接口

ＡＴＭ交换机接口包括ＵＮＩ接口和ＮＮＩ接口。这两类接口都有ＡＴＭ信元接口，此外还有接入业务接口和网间互通接口。业务接口和互通接口有帧中继（ＦＲ）接口、Ｘ．２５接口、局域网（ＬＡＮ）接口、电路仿真（ＣＥ）接口、ＩＳＤＮ接口和ＰＯＴＳ接口等。目前ＡＴＭ交换机ＵＮＩ接口的类型和速率见表１。

５ 结束语

     ＡＴＭ／Ｂ－ＩＳＤＮ技术的出现曾经描绘了美好的前景，但是随着研究的深入和推广应用，技术与应用的结合仍存在一系列问题。ＡＴＭ技术的发展源自数据通信，ＡＴＭ网络的主要技术来自计算机网络。目前ＡＴＭ网络开放的主要业务是互联网络，但是ＡＴＭ与ＩＰ的结合仍未找到理想的解决方案。ＡＴＭ是面向连接的技术，ＡＴＭ交换机的主要功能是建立连接，而ＩＰ采用无连接技术，ＡＴＭ交换机如何快速、高效、灵活、安全地建立连接，理想地支持无连接的业务将是今后的主要研究方向之一。□

（收稿日期：１９９８－０４－０５）

[摘要] 文章在阐述ＡＴＭ交换机各种分类和容量的基础上，介绍了ＡＴＭ交换机所支持的各类业务，最后详述了ＡＴＭ交换系统的三大功能及相关技术要求。

[关键词] ＡＴＭ交换机 业务 功能 接口

[Abstract] Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ｏｆ ＡＴＭ ｅｘｃｈａｎｇｅｓ ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｅｒ-ｖｉｃｅｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅｍ，ａｎｄ ｄｅ-ｔａｉｌｓ ｔｈｒｅｅ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｅｌ-ｅｖａｎｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＴＭ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．

[Keywords] ＡＴＭ ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ