ATM技术的发展及应用
摘要：随着Internet与多媒体技术的飞速发展，Web上的图像、音频、视频等多媒体内容越来越多，用户需要有更高的接入速率。而现有的电路交换和分组交换很难胜任宽带高速的交换任务。对于电路交换，当数据的传输速率及其突发性变化很大时，交换的控制就变得十分复杂；对于分组交换，当数据传输速率很高时，协议数据单元在各层的处理成为很大的开销，无法满足实时性很强的业务的时延要求。异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）就是建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术，他可以很好地进行宽带信息交换。本文讨论了ATM技术的特点和存在的问题，并介绍了ATM技术在数字通信、帧中继及PSTN/N-ISDN等业务中的发展和应用，同时对ATM的应用前景进行了初步分析。
关键词：ATM 应用 发展 时分复用 B-ISDN 一、ATM的产生
自Alexander Graham Bell于1870年发明电话后，?为有效地连接日益增多的电话用户，电话交换网应运而生。它经历了人工交换，机电式自动交换系统以及数字程控系统发展过程，但电路交换的原理一直未变。随着计算机的普及，电话网通过使用Modem来进行计算机数据传输及数据信息交换，随之产生了公用数据网，其典型的代表是X.25分组交换网，它是基干包交换的一种技术，具有信输可靠性高的优点，但由于Modem?速率及交换技术本身限制, X.25只能处理中低速数据流。虽然LAN(局域网)技术的发展突飞猛进, 如Ethernet 、Token ring、Token bus等,传输速率已可达千兆,但它局域网的性质本身就大大限制了LAN的大规模的覆盖及应用,目前的LAN?一般用于企业内部的数据传送,无法形成广域网的规模。
由此我们不难看出,传统网络普遍存在以下缺陷:第一,业务的依赖性,一般性网络只能用于专一服务,公用电话网不能用来传送TV信号,X.25不能用来传送高带宽的图像和对实时性要求较高的语言信号;第二,无灵活性,?即业务拓展的可能性不大,原有网络的服务质量,很难适应今后出现的新业务;第三,效率低,一个网络的资源很难被其它网络共享。
随着社会不断发展,网络服务不断多样化,人们可以利用网络干很多事情,如收发信件、家庭办公、Video on demand、网络电话,?这对网络的要求越来越高,有人还不禁提出这样一个想法:能否把这些对带宽、实时性、传输质量要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体网络来实现,?做到真正的一线通?回答是肯定的,这就是ATM网。幸运的是,?现在的半导体和光纤技术为ATM的快速交换和传输提供坚实的保障。目前的CMOS处理能力已达二三百兆,ECL?可达5到10G。SDH和SONET技术提供了大容量的可靠传输,目前的STM-I标准为155.52M。事实上在80年代中期，人们就已经开始进行快速分组交换的实验，建立了多种命名不相同的模型，欧洲重在图象通信把相应的技术称为异步时分复用（ATD）美国重在高速数据通信把相应的技术称为快速分组交换（FPS）,国际电联经过协调研究，于1988年正式命名为Asynchronous Transfer Mode(ATM) 技术，推荐其为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。ATM的成功，固然取决于微电子等高技术的进步以及社会需求的驱动，而ATM其自身的优势，使它在交换技术中独占鳌头。
ATM是在分组交换技术上发展起来的快速分组交换。它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率之优点，针对分组交换速率低的弱点，用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能ＬＳ１的硬设备来提高处理速度，以实现高速化，因此也可以说ATM技术是在克服了分组交换和电路交换方式局限性的基础上产生的。
二、ATM的特点及存在的问题 1.ATM技术的特点
(1) ＡＴＭ作为电信网的一种新技术，不仅适用于高速信息传送和对服务
质量（ＱｏＳ）的支持，还具备了综合多种业务的能力，以及动态带宽分配与连接管理能力和对已有技术的兼容性。
(2) ＡＴＭ的综合能力ＡＴＭ以信元的方式传送信息，与业务的特性、比特率无关，只要将各类业务的信息在入网时转化为统一格式的信元，就可以在网络中进行传输与交换，因此，高灵活性使之具有各种综合能力。 (3) 灵活的动态带宽分配与连接管理能力
(4) ATM对已有技术的兼容性ATM作为一项独立的技术充分考虑了与已有技术的融合。 2.存在问题
目前，ATM技术已经进入了实用化阶段，商用化ATM产品大量出现，很多国家已建设了ATM骨干网络，并提供多种高速、实时业务。ATM的应用同时也进入到局域网、无线网络和卫星网络等领域。但是，以ATM为基础的B-ISDN的建设还处于初级阶段，各国的B-ISDN发展也不平衡。除政策原因外，还存在技术原因：（１） ATM技术还无法经济地支持话音等低速率业务。人们期望ATM技术能够同时支持话音和数据业务，但不够灵活的适配方式以及由ATM网引入的相对较大的时延使得ATM对话音业务的支持不能令人满意；（2） 尽管ATM技术的标准已经基本齐备，但部分技术内容仍不完善，限制了ATM网络作为整个主干网络为用户提供端到端可保证QoS和灵活业务的能力，特别是在网络管理、业务量控制及对无连接数据业务的支持等方面还需做大量工作；（３） ATM的统计复用特性使业务量特性变化繁多，基于业务量统计特性的控制也就变得愈发复杂，因此ATM的流量和拥塞控制仍然存在很多问题；（４） 网络技术的发展使ATM技术受到了来自其它技术的竞争，如千兆比以太网的出现使ATM技术更难在局域网范围内得到采用。目前还没有针对于ATM的“致命应用”。
针对这些问题，致力于ATM的研究者们已经开展了很多工作，也提出了一些解决方案。这些努力包括：简化信令和网络控制；提出新的ATM适配方式；将ATM技术与IP、智能网（IN）、网管相结合，以灵活提供各种业务。这些研究成果不仅拓宽了ATM技术在宽带通信及互联网中的应用，也使该技术能够在窄带业务（帧中继、PSTN/N-ISDN等）领域发挥优势。
三、ATM的发展及应用 1.ATM支持话音技术的研究
在电信网中，从用户数的角度考虑，传统的电话用户仍将占主导地位，因此，ATM必须考虑如何支持话音的问题。ITU-T在1997年9月年通过了支持话音业务和短分组业务适配的第二类ATM适配层协议AAL2 I.363.2建议在1999年2月通过了面向话音业务的建议I.366.2用于中继的AAL2业务特定会聚子层ＳＳＣＳ，并于1997年12月通过了支持AAL2交换的信令协议建议Q.2630.1（AAL2信令协议-能力集１），基本完成了ATM支持话音业务的标准化工作。采用AAL2协议来支持话音业务不论是效率方面，还是时延性能方面，都要优于IP电话。AAL2技术的应用主要有以下几个方面：
(1) 以低时延的性能支持话音和其他实时业务传送，用于PSTN或其它网络的中继传输；
(2) 用于第三代移动通信系统（IMT-2000），在BS和MSC之间以AAL2协议支持低速话音和数据信息的传送；
(3) 用AAL2交换机代替ATM交换机（ATM层仅提供PVC交叉连接功能），提供端到端的ATM话音和数据业务。 2.简化ATM技术的研究
ATM技术的缺点之一就是网络的复杂性，为了推动ATM技术的应用，就必须对ATM技术进行简化和优化，以达到简化网络，降低网络成本的目的。目前,I-TUT和ATM论坛正在进行这方面的工作，例如目前I-TUT正在制定的ＡＴＭ轻型信令标准就是为了简化原有复杂的信令标准，以降低网络的复杂性。另外，在流量控制、网络管理等方面也都有需要进行相应的研究工作。技术的缺点之一就是网络的复杂性，为了推动ATM技术的应用，就必须对ATM技术进行简化和优化，以达到简化网络，降低网络成本的目的。目前，I-TUT和ATM论坛正在进行这方面的工作，例如目前I-TUT正在制定的ATM轻型信令标准就是为了简化原有复杂的信令标准，以降低网络的复杂性。另外，在流量控制、网络管理等方面也都有需要进行相应的研究工作。 3.ATM与IP技术的结合
以IP为基础的Internet的发展出乎许多人的预料，短短几年内已迅速席卷
了全球，对传统的电信运营形成了巨大的冲击，同时引发了一场关于未来信息高速公路是以B-ISDN为基础还是以Internet为基础的争论。计算机业界一致看好Internet。但无论如何，Internet原本是为了把已存在的众多局域网络连接成一个统一的网络。随着网络的覆盖范围不断扩大、网络的业务类型不断增加以及网络用户的增长，Internet中必然会出现网络拥塞、带宽资源紧张和用户质量下降等问题，因此Internet网络终究要实现宽带化。Internet要使用公共通信网资源，仅仅依靠IP协议并不能解决传输宽带化的问题，还要解决怎样利用新的传输设备来提供高带宽。
ATM技术的出现为Internet所面临的问题提供了解决方案。IP技术只有与ATM技术相结合才可能在Internet上提供大范围的宽带业务。目前，电信和Internet业界都已认定未来的宽带骨干网应基于ATM技术。国外一些大学和科研机构正在研究下一代Internet（I2）。在I2总体结构中，ATM和SONET作为骨干技术用于连接各个千兆比接纳点。利用ATM构造宽带Internet的骨干网，不仅可解决Internet骨干网的带宽问题，也为其提供高QoS的IP业务奠定了基础。尽管受到其它网络技术的竞争，许多人仍认为ATM不仅是电信网也是Internet骨干网的最终解决方案。
目前，在宽带计算机通信领域中与ATM技术竞争的技术主要是千兆比以太网(GE）。由于其对原有局域网技术的兼容性，用户可以很低投入获得网络性能的大幅提高，这使其在宽带局域网互联中被广泛采用，许多对QoS要求不高的城域网及企业网也开始采用千兆比以太网技术。但作为一种信息传递技术，ATM的性能显然优于千兆比以太网，它具有无限缩放性，可用于局域、城域直到广域网环境，并且由于拥有QoS保证，可以说ATM几乎是未来多媒体业务的唯一选择。
4.帧中继业务中引入ATM技术
帧中继（FR）是基于分组复用方案的技术，可在一条2Mbit/s物理链路上建立多条虚通路。自90年代初引入以来，帧中继在专用网中得到了迅速发展，成为新的业务流量源。目前，很多用户基地设备（CPE）供应商开始支持帧中继。这种新业务的迅速增长需要网络容量的更新，并使其有可能引入ATM等新技术。ATM网络可用来连接帧中继网络，使各个站点间能够通信。ATM骨干
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