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ATM over SDH

1  引言

         同步數(shù)字體系(SDH)是由國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)部ITU-T在美國貝爾實驗室提出光同步光網(wǎng)絡(luò)(SONET)的基礎(chǔ)上建立的技術(shù)體制,并確定了比特率、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口、復(fù)用結(jié)構(gòu)、復(fù)用設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理、線路系統(tǒng)、光接口等多個標(biāo)準(zhǔn)和SDH信息模型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和抖動性能等建議。由于SDH具有同步復(fù)用、國際標(biāo)準(zhǔn)光接口、強(qiáng)大的網(wǎng)管功能、傳輸透明性、高速大容量傳輸、性能穩(wěn)定運行可靠等一系列的特點,可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能完全兼容,所以,無論是國際網(wǎng)、國家網(wǎng),還是省網(wǎng)和本地網(wǎng)都已采用了同步數(shù)字體系SDH傳輸,為電信常規(guī)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。

         異步轉(zhuǎn)送模式(ATM)是一種基于快速分組交換的傳送技術(shù),綜合了電路交換和分組交換的特點,具有很大的靈活性,適應(yīng)不同速率、不同實發(fā)程度和不同實時要求的業(yè)務(wù),能在給定帶寬內(nèi)高速提供任意速率業(yè)務(wù),將多種不同的業(yè)務(wù)綜合在一網(wǎng)中傳輸和交換,實現(xiàn)B-ISDN。它能滿足會議電視、高速數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程醫(yī)療、異地辦公、遠(yuǎn)程教育、點播電視、家庭購物等寬帶新業(yè)務(wù)的要求,將成為通信業(yè)務(wù)的主流技術(shù)。

         在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)中,采用SDH傳送ATM信息組網(wǎng),就是用已建成的SDH傳輸網(wǎng)來傳送ATM信息。目前SDH網(wǎng)絡(luò)已四通八達(dá),傳輸容量非常大,本身性能穩(wěn)定,同時還有環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能,運行穩(wěn)定可靠,基于SDHATM網(wǎng)絡(luò)可大大降低數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)的組網(wǎng)成本。所以,目前數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)的傳輸都采用這種方式,同時也用于各種城域網(wǎng)、互連網(wǎng)的數(shù)據(jù)組網(wǎng)方式。因此,了解怎樣利用SDH網(wǎng)傳送ATM信息單元非常必要。

2  ATM信息的基本傳送原理

               ATM實際上是一種尋址型特殊分組轉(zhuǎn)移模式,來自數(shù)字話音、數(shù)據(jù)、圖象等所有數(shù)字業(yè)務(wù)的信息經(jīng)分割處理后變成一個個具有固定長度的數(shù)據(jù)塊,在每個數(shù)據(jù)塊的前端加上含有地址的控制信息(信息頭Header),形成一個信息單元,簡稱信元(Cell)。信元在ATM網(wǎng)中傳送時,信元動態(tài)占用信道,根據(jù)信頭的標(biāo)志比特選擇通路和路由,使信息正確地到達(dá)目的地。原理方框圖1中,來自用戶或其它信息源的64kbit/s、2Mbit/s、34Mbit/s的連續(xù)均勻數(shù)字信息和不均勻比特率信息或數(shù)據(jù)快信息,經(jīng)分割處理后變成一個個ATM信息單元,這些信元經(jīng)SDH復(fù)用器處理后變成STM-1155Mbit/s)或更高等級的STM-N信號被送到線路上去進(jìn)行傳送。當(dāng)信元到達(dá)某一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點后,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)信頭中的控制信息選擇目的用戶,或選擇到達(dá)目的用戶的路由,將信息轉(zhuǎn)發(fā)到目的用戶所在的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點去,然后由目的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將信息傳送到目的用戶。由于ATM信元動態(tài)占用信道,所以大大提高了信道利用率。

                ATM信元是ATM網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的基本載體,ITU-T規(guī)定其長度為53個字節(jié),包括5個字節(jié)的信頭(Header)和48個字節(jié)的凈荷(Payload)兩部分,如圖2。按照網(wǎng)絡(luò)接口不同,信元可分為用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)信元和網(wǎng)絡(luò)接點接口(NNI)。

               UNI信元和NNI信元的不同之處主要在于信頭。UNI信元信頭中有4比特的一般流量控制段(GFC),用于用戶-網(wǎng)絡(luò)接口的流量控制,以防止信道過載,虛通道標(biāo)識(VPI)為8比特;而NNI信元中無GFC,VPI12比特,其余的二者相同:虛通路標(biāo)識(VCI)為16比特,凈荷類型(PT)為3比特,信頭優(yōu)先級(CLP)為1比特,信頭誤碼控制(HEC)為8比特。

3   SDH幀傳送ATM信元

               ATM信息是通過通信線路相互連接的兩個物理層實體相互傳送的,可以認(rèn)為兩個物理層實體的業(yè)務(wù)接入點之間存在一條傳送ATM信元的邏輯電路,簡稱為ATM鏈路。連接兩個物理層實體的通信線路有多種類型。目前已定義了在各種媒體上傳送ATM信元的方法,SDH是最重要的傳輸方式。那么,ATM信息是怎樣在SDH網(wǎng)絡(luò)中被傳送的呢?通過分析我們可以發(fā)現(xiàn),只要將ATM信元裝入SDHSTM-N幀中的凈荷區(qū)域,就可實現(xiàn)基于SDHATM傳輸。

         在SDH系統(tǒng)中,采用的是以字節(jié)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的塊狀幀結(jié)構(gòu),最基本的也是最重要的傳輸模塊是STM-1,對應(yīng)的速率為155.520 Mb/s,相應(yīng)的光接口線路信號只是STM-1信號經(jīng)擾碼和光電轉(zhuǎn)換后形成的,速率不變,更高級的STM-4622.080Mb/s)、STM-162488 .320Mb/s)、STM-649953.280Mb/s)是STM-1的同步復(fù)用,速率是其前一級的4倍,所攜帶的信息容量也是前一級的4倍。下面以STM-1為例,說明將ATM信元裝入SDH幀結(jié)構(gòu)的方法。

         一個STM-1幀是由9行、270列(每行270字節(jié))組成的塊狀幀結(jié)構(gòu),幀長度為9X270=2430個字節(jié)(19440比特),傳送周期是125μs,傳輸速率是155.520Mbit/s,傳輸順序為自左至右,自上而下。

         STM-1幀分為三個區(qū)域:

         (1) 段開銷(SOH)區(qū)域:第1至9列,第1至3行和第5至9行,共9X(3+5)=72字節(jié)為段開銷,主要是為了運行、管理、維護(hù)使用,是保證信息凈荷正常靈活傳送所必須的附加字節(jié),

         (2) 信息凈荷(payload)區(qū)域:是幀結(jié)構(gòu)中存放各種信息的地方。圖3中第10至第270列、第1至第9行,共261X9=2349個字節(jié)都屬于凈負(fù)荷區(qū)域,可用于裝載ATM信息。

         (3) 管理單元指針(AU-4 PTR)區(qū)域:第1至第9列,第4行的9個字節(jié)屬于AU-4 PTR。AU-4 PTR是一種指示符,主要用來指示信息凈荷的第一個字節(jié)在STM-1幀結(jié)構(gòu)內(nèi)的準(zhǔn)確位置,以便在接收端正確地分解。

         ATM信元的映射到SDH幀結(jié)構(gòu)中的方法,是通過將每個信元的字節(jié)結(jié)構(gòu)與所用虛容器字節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位對準(zhǔn)的方法來完成的。在STM-1爭結(jié)構(gòu)中有261X9字節(jié)的信息凈荷區(qū)域,被稱為虛容器VC-4。VC-4中每一行的第一字節(jié)稱為通道開銷(POH),用于通道性能監(jiān)視、管理和控制,通常POH作為凈荷的一部分。VC-4中除去POH的部分叫容器C-4,用于裝載ATM信元,ATM信元裝入C-4后,再加上POH包裝成VC-4容器。裝載時ATM信元以字節(jié)排列,其邊界應(yīng)和STM-1中字節(jié)的邊界對齊。信元在每行一個接一個排列,在第一行可排4個完整信元,第五個信元只能占據(jù)48字節(jié)位。第二行開始是第一行第五個信元剩余的5字節(jié),然后是4個完整信元,最后以某信元的43字節(jié)結(jié)束,如此類推進(jìn)行排列。由于C-4的長度為9X260字節(jié)(2340字節(jié)),而一個ATM信元的長度為53字節(jié),C-4的容量(9X260字節(jié))不等于整數(shù)個ATM信元的長度〔NX(48+5)字節(jié)〕,最后一行的最后一個ATM信元會跨過C-4邊界延伸到下一幀的C-4。在STM-1幀中對信元定界采用下述方式:首先利用STM-1的指針AU-4 PTR找到VC-4的起始位置,然后利用信元定界HEC機(jī)理在VC-4中尋找信元的起始位置,這樣即使信元跨越ATM-1幀也不會影響信元的讀取。

         用STM-1在傳送ATM信息時,短開銷(SOH)和通道開銷(POH)保持不便,利用虛容器(凈荷區(qū))傳送ATM信息。由于SDH幀包括了用于完成再生段、數(shù)字段、傳輸路徑的OAM功能的字段,因此基于SDH的ATM物理層中不需要再傳輸PL-OAM信元。STM-1的標(biāo)準(zhǔn)速率為155.520Mbit/s,去掉各種開銷信元的傳送速率為155.520X260/270=149.760Mbit/s。

  在SDH上建立ATM網(wǎng)

         面對令人目不暇接的眾多網(wǎng)絡(luò)新技術(shù),建網(wǎng)時所進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)選型就顯得非常重要,而投資巨大、涉及面廣的廣域骨干網(wǎng)建設(shè)更是需要慎之又慎。

         目前,面對成熟的SDH和ATM技術(shù),電信廠商建設(shè)廣域骨干網(wǎng)時通常的作法是:第一、采用光纖作為傳輸介質(zhì),這是必然的選擇了;第二、使用SDH技術(shù)連接光纖端接設(shè)備,形成一個距離范圍可達(dá)到無限的SDH光纖網(wǎng);第三、在SDH傳輸網(wǎng)上采用各種ATM交換設(shè)備,構(gòu)建具備數(shù)據(jù)、話音、視頻等多服務(wù)能力的ATM骨干網(wǎng)。

  結(jié)束語

         作為提供靈活的遠(yuǎn)程電信基本傳輸能力的一種設(shè)施,基于SDH的電信傳送網(wǎng)正在成為各種現(xiàn)代電信網(wǎng)的共同基礎(chǔ),SDH和ATM兩大寬帶技術(shù)的結(jié)合,可充分發(fā)揮各自發(fā)優(yōu)點,ATM信元在裝入虛容器(VC)后,就可以利用SDH傳送網(wǎng)而不是利用某種電信線路來送,使信息發(fā)交換與傳輸集中于一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?,?jié)省大量投資。由于SDH與ATM信息的結(jié)構(gòu)不同,維護(hù)測試也有不同,在網(wǎng)絡(luò)的實際運行中給障礙的監(jiān)測、判斷和處理帶來了一定的困難,但其缺點和采用SDH組建ATM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點相比,是微不足道的,而且隨著科技的進(jìn)步,缺點正被逐漸克服或彌補(bǔ),向更完善、更合理化方向發(fā)展

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