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无线a t m 系统中的a a l 2 技术 摘要 a a l 2 主要用于在a t m 虚通路上有效传输话音、数据和图像，并可利用话 音压缩技术和静默检测及消除技术来提高统计复用增益。在带宽利用效率上， 远远超过了a a l l ，尤其是针对低速率的业务，而且在传输质量( q o s ) 上， 基本上能得到保证。 论文首先介绍了无线a t m 的发展背景、网络结构及其协议参考模型着 重对其中的二类适配( a a l 2 ) 原理进行了论述，并与一类适配( a a l l ) 相比较， 来说明其优势。在此基础之上，提出了在无线a t m 交换机系统中二类适配 ( a a l 2 ) 技术的硬件实现方案，并对其各模块以及软件调试都进行了详细的 论述，顺便还简单介绍了有关a t m 交换实现方面的知识。最后就a t m 技术的 发展前景及与口技术的融合进行了简单论述。 关键词：无线a t m a a l 2 乙， a t m 协议参考模型 a a l li p 技术 0 7 乙 a t m 信元 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 2 一 a b s t r a c t a a l 2 t e c h n o l o g yi sm a i n l yu s e d t ot r a n s p o r tv o i c e 、d a t e 、v i d e o ，i m p r o v i n gt h e s t a t i s t i c a lu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c yb yt h e v o i c ec o m p r e s s i o na n ds i l e n c ee l i m i n a t i o n t e c h n o l o g y a a l 2t e c h n o l o g y i sm u c hb e t t e rt h a na a l 1i nt h e e f f i c i e n c y o f b a n d w i d t h ，e s p e c i a l l ya c c o r d i n gt ot h el o w r a t eo p e r a t i o n ，a n dc o u l dp r o m i s eag o o d t r a n s m i s s i o n q u a l i t y i nt h i sp a p e r , w ef i r s ti n t r o d u c et h ed e v e l o p i n gb a c k g r o u n d 、n e t a r c h i t e c t u r ea n d p r o t o c o lr e f e r e n c em o d e lo ft h ew i r e l e s sa t m ，e s p e c i a l l yt h et h e o r yo f a a l 2 i n o r d e rt or e p r e s e n tt h ea d v a n t a g eo fa a l 2 w ec o m p a r ei tw i t ha a l 1 a tb a s eo f t h i s w ep u tf o r w a r dt h eh a r d w a r es c h e m ea b o u tt h ea a l 2t e c h n o l o g yi nw i r e l e s s a t ms w i t c hs y s t e m ，a n dd e s c f i p te v e r ym o d u l ea n ds o f t w a r ed e b u g g i n gb yd e t a i l b y t h e w a y w es i m p l y i n t r o d u c es o m e t h i n ga b o u tt h ea t ms w i t c h f i n a l l y ，、e d e s c r i p tt h ed e v e l o p i n g f u t u r eo f a t ma n dt h ei n t e g r a t i o ni tw i t hi pt e c l m o l o g y k e y w o r d s ：w i r e l e s sa t mp r o t o c o lr e f e r e n c em o d e l o fa t m a t mc e l la a l 2 a a l1i p t e c h n o l o g y 第一章无线a t m 概述 第一章：无线a t m 概述 宽带网络和无线通信是目前两太热门的研究方向，宽带网络以基于异步传输 模式( a t m ) 的平台为主导。a t m 传输是一个有效的传输和复用平台，它把各 类用户信息与信令信息和控制信息综合于一体；另一方面，随着人们对移动通信 和便携式通信需求的与日俱增，无线接入系统应该与a t m 主干网及智能网相结 合，从而提供更多的服务。无线a t m 就是在这样的背景下提出的，人们希望利 用固定的a t m 网络高效的、宽带的、综合的传输性能承载便携式移动终端设备 的无线接入，从而可以拥有一个统一的传输平台实现各种类型( c b r 、v b r 、 a b r 、u b r ) 和各种形式( 有线无线、固定移动) 的灵活的( 不受任何时间、 地域限制的) 信息交换。正因为如此，无线a t m 已成为晟近几年来的一个研究 热点，并成为能够支持移动通信的主要网络技术。推动无线a t m 发展的另一因 素是p c 机的发展和大量使用。 本章主要介绍了无线a t m 的发展背景，无线a t m 的基本概念及其协议结 构、参考模型、以及设计无线a t m 网络时需要解决的一些关键问题。 第一节无线a t m 的发展背景 随着通信技术的发展，人们对通信的需求已不仅仅局限于传统的话音和数 据通信；人们希望有一个统一的网络平台，能够支持各种业务( 话音、数据、图 形、图像、实时视频等) 的服务和通信连接，而且从目前的发展来看，这种需求 与日俱增。据统计，1 9 9 9 年全球宽带通信的收益达到2 0 亿美元，已经与电话通信 持平：而预计到2 0 0 5 年，宽带通信的收益将达到3 4 0 亿美元，将占到所有通信 收益的8 3 。显然，无论是传统的以电路交换为为基础的电话网还是窄带的综 合业务数字网n i s d n 都不能满足这种需求必须要有一个全新的网络平台。以 a t m 为传输模式的宽带综合业务数字网b i s d n 正是为了满足这种需要而提出 的。 6 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 无线a t m 既具有电路交换的特点，又具有分组交换的特点。它的最大的优 势是可同时提供各种业务的服务，从而可使不同的种类的通信业务( 话音、数据、 图像、视频、动画等) 通过同一个网络传输平台( a t m 网) 进行传输。而高带 宽和高可靠性的光纤作为传输媒质为这种传输提供了有力的保障。因此，国际电 信联盟i 丁u t 已将a t m 定为宽带综合业务数字网b i s d n 的传输和交换标准。 为了推动无线a t m 技术的发展，i t u t ( 前c c i t t ) 从1 9 9 8 年就开始做 了大量的工作，制定了无线a t m 的一些基本标准，形成了一系列的建议。与此 同时众多开发无线a t m 技术的厂商联合成立了a t m 论坛( 删f o r u m ) ，它是 一个非盈利性组织，旨在制定a t m 设备厂商认可的a t m 产品的“实现方案” 使a t m 技术能用于现有的网络与互联设备，它的许多规范是i t u t 制定国际标 准的重要参考依据。目前，占电信和数据通信工业9 5 的近5 0 0 家公司已加入 该组织。 无线a t m 技术作为一个全新的网络技术，收到了全世界各国的关注和重 视。从8 0 年代中后期开始，各国投入了大量的人力、物力和财力，纷纷进行 b i s d n 网络及无线a t m 技术的研究和试验。 由于无线a t m 的巨大优势和广阔的发展前景，世界各国开始投入了大量的 人力、物力和财力进行无线a t m 方面的研究。a t m 论坛在1 9 9 6 年6 月成立了 无线a t m 研究小组，专门进行无线a t m 的标准化工作，并在2 0 0 0 年5 月推出 了w a t m 规范1 0 的草案。i e e e 和e t s i 早在8 0 年代末就在进行宽带无线局域 网的标准化工作，并分别推出了各自的标i e e e8 0 2 1 1 和h i p e r l a n 。现在也准 备修订其协议，以便于无线a t m 技术兼容。最近几年世界上一些比较大的公司 和研究机构也相继开展了无线a t m 技术的研究工作，如b e l l 实验室的 b a h a m a 系统，n e c 的w a t m n e t ，欧洲的m a g i cw a n d ，日本n t t 的a w a 等。 日本各大通信产品制造厂商和n t t 都在加紧开发无线a t m 技术，由n 盯 提出的a w a ( a t m w i r e l e s s a c c e s s ) 系统利用超高频s h f ( s u p e r h i g hf r e q u e n c y 3 - 3 0 g h z ) 频段提供用无线方式接入a t m 网络。其基本思想是给每一个用户提供 1 0 m b i t s 以上的数据速率。该系统设计为具有a t m 传输能力，且与a t m 宽带网 络进行端到端的无线连接。a w a 采用多业务动态分配t d m a 作为多路访问策略。 每信元头中有2 个字节的时间标签用于q o s 控制。 美国是最早开始研究无线a t m 的国家之一。b e l l 实验室提出了一个称为 b a h a m a 的无线a t ml a n ，它是一个自组织网络，这就是说，不存在预先确 定的拓扑结构，最基本的网络元素是便携式基站。当增加一个或删除一个网络元 第一章无线a t m 概述 素时，p b s 之间相互通信来确定网络拓扑结构，为了以最简单的方式支持移动性， 提出了新的v p i v c i 概念，即根据目标地址来进行路由。 法国也是晟早进行宽带技术研究和开发的国家之一。他对无线a t m 技术的 研究有两个特点：一是优先开发用户接口处的a t m 设备；而是采用投资导向型。 法国早期的宽带业务是面向广大居民用户，业务重点是为他们提供娱乐型视频节 目。 为了适应这种国际通信技术和通信需求的变化，我国在“8 6 3 ”计划中也提 出了通信技术主题的总体战略目标：“到2 0 0 5 年，掌握宽带化智能化个人化综合 业务数字网( b 口i s d n ) 的技术，为我国2 1 世纪的通信产业的发展提供了必要 的技术基础。 一8 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 第二节：无线a t m 的基本概念 一无线a t m 的网络结构 无线a t m 利用固定有线a t m 网作为骨干网，加上适当的无线控制协议后， 使固定的a t m 网向无线延伸，使得各种移动终端也能通过无线连接与其它移动 终端固定终端进行通信。由于有线a t m 网络是面向连接的，可支持各种类型的 业务( c b r 、r t - v b r 、v b r 、a b r 、u b r ) ，且有q o s 保证，因此，无线a t m 网也可以支持各种类型的业务服务，同时也具有q o s 保证，它主要支持与固定 的a t m 技术兼容的无线宽带业务和终端的移动性两种功能。它的基本技术就是 无线接入和移动a t m ，其中无线接入用于通过无线介质扩展a t m 业务，而移动 a t m 的功能则是支持终端的移动性。 简单的说，无线a t m 就是将固定有线a t m 网络所支持的各种业务通过无 线信道透明的接入到固定有线a t m 网络，也就是固定有线a t m 网络向无线方 向的延伸。通过在a t m 信元头尾加上适当的无线信道控制信息，构成无线信 道专用的协议之层( 物理层、m a c 层、数据链路层等) ，按照a t m 技术机制， 无线a t m 终端通过无线接入点接入固定有线a t m 网络，从而构成无线a t m 网 络。一个典型的无线a t m 如图所示。 图| l 无线a t m 网络结构 第一章无线a t m 概述 9 无线a t m 所要达到的目标是： 支持标准a t m 业务，即用足够的q o s 保证来支持所有类型的a t m 业务和 其他系统，尤其是第三代移动通信系统所支持的业务，无线a t m 也应当能 够支持。 在保证服务质量的前提下支持宽带连接。不同的应用不同的q o s 要求，一 些业务对时延要求很严， 而另一些对丢失率却很敏感；有一些业务突发性很强，但另一些却需要固定 的带宽。无线a t m 网络应能应对不同的q o s 要求灵活处理。 无线a t m 系统应当与有线a t m 网络之间实现无缝连接。即对用户来讲， 无线接入和有线接入应当没有区别。现存的基础设施( 包括a t m 交换机、 b i s d n 信令协议、线路、a t m b i s d n 终端等) 应当尽可能的利用。 支持终端的移动和漫游功能。这可能会改变现有的a t m 信令标准，但是要求 所引起的改变尽可能的小。 二无线a t m 的协议参考模型及其信元结构 物理层 图：1 2a t m 协议参考模型 1 0 一 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 a t m 协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能 用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制 功能，如流量控制、差错控制等。 控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接功能，利用信令进行呼叫和 连接的建立、监视和释放。 管理平面：包括层管理和面管理。其中层管理采用分层结构，完成与各协议 层实体的资源和参数相关的管理功能，如元信令。同时层管理还处理于各层相关 的o a m 信息流i 面管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对其所 有的平面起到协调作用。 一 j 。l m n e t w o r k l j 兽量fw i r e l e s s l a y e r i 喜| d l ci| 。1 。j 1 。1 。1 1 。1 。j 。1 。一 j m a c j 8 町愿d h l l 。_ _ 一l _ _ _ _ _ _ _ _ 。1 _ 。 l p h y s i c a ll a y e r 图l 一3 ：无线a t m 协议结构 上文已经述及，无线a t m 应当与有线a t m 实现无缝连接，而且应尽可能 少的改变现有的基础设施和协议结构。一个典型的无线a t m 协议参考模型如图 1 3 所示。显然，它与标准a t m 协议参考模型( 图1 2 ) 基本一致。它是在固定 有线a t m 协议堆的基础上加上无线控制部分( 如数据链路层、无线信道访问控 制m a c 层等) 而构成的。从图中可以看出，无线控制部分不包括a a l 层，即 无线a t m 对a a l 层不做任何改动，只是在无线a t m 终端和固定有线a t m 网 络之间建立一个透明的无线传输通道。 标准a t m 网络层和一些控制业务如呼叫建立、v c i v p i 寻址、信元优先级 控制和流量控制等都将继续用于无线a t m 。但为了支持终端的移动功能，标准 a t m 的一些信元协议将不得不做一些改变。如漫游( 地址登记) 、广播、越区切 换、由于信道变化而引起的q o s 重新协商等。 数据链路层d l c 的主要作用是差错控制。a t m 技术本来就是基于高速、可 第一章无线a t m 概述 靠的光纤传输而设计的，但无线信道不仅传输速度慢，而且比特差错率高，这是 有线系统和无线系统之间的固有的差别，解决的唯一办法就是引入有效的纠错机 制，所以无线a t m 协议中必须要有一个有效的数据链路层来用于差错控制。 m a c 层的主要作用是为共享信道的各移动用户有效的、合理的分配无线信 道资源。光纤的传输带宽非常高相比之下，无线信道的传输容量却有限。因此， 如何有效、合理的为每个用户分配宝贵的无线信道资源，是无线a t m 必须解决 的问题。 物理层进一步分为物理媒体( p m ) 子层和传输汇聚( t c ) 子层。p m 子层负责 线路编码、光电转换、比特定时等功能：t c 子层负责传输帧( 如s d h 帧) 的产 生和恢复、信元流与传输帧转换时的格式适配、信元定界、h e c 信元头序列的 产生和检验、信元速率解耦等功能。 a t m 层负责信元的复用与分解、信元v p i c i 翻译、信元头的产生和提取、 一般流量控制等功能。信元复用于分解主要是在源端将来自各条虚连接的信元多 路复用并且在接受端将它们分解。v p i v c i 翻译主要是用虚通道标识符v p i 和虚 信道标识符v c i 来标识a t m 虚连接。信头的产生和提取，是在接受端解释、翻 译它，在接受端，v p i v c i 可以翻译成s a p 。一般流量控制负责在源端的a t m 头部生成一个一般流量控制字段，并在接受端根据该字段执行相应的操作。 a a l 适配层又进一步分为分段与组装( s a r ) 子层和汇聚( c s ) 子层。s a r 子层在发端将高层信息单元切割成a t m 信元，在收端将信元重新组装成高层的 信息单元。c s 层与高层业务有关。它的功能有消息识别。时钟恢复等。该层根 据业务类型不同而分为五类，本文主要对该层的第二类进行论述。 高层则根据不同的业务特点完成相应的高层功能。 为了便于后面的论述，现简单介绍一下a t m 信元结构。信元( c e l l ) 是 a t m 层的基本信息单位。 图1 4 a t m 信元结构 如图1 4 所示，a t m 信元长5 3 字节，其中信元头占5 个字节，负载信息占 4 8 个字节，仅信元头对a t m 层是可见的，而负载信息是透明的a t m 层主要 是处理信元头部字段，而对负载信息处理较少。 a t m 层定义了两种信元头，一种是用户一网络接口信元结构( u n i ) ，一种 是网络一网络接口信元结构( n n i ) ，这里我们只介绍u n i 信元结构( 如图1 5 所示) 。 一1 2 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 g f cv p i v p iv c i v c i v c i盯 c l p h e c 图1 5 ：a t m 信元头结构 g f c 为一般流控标志域占4 位，是u n i 信元头中的第一字节的高4 位，缺 省时为0 。v p i 为虚路径标识符，用于标识a t m 虚路径连接，占8 位。v c i 为 虚通道标识符，有1 6 位，用于标识a t m 虚通道。p t 域占3 位，用于指明信元 的负载类型是用户信息，还是网络控制信息。c l p 域占一位，指示在发生拥塞时 该信元被丢弃的优先级。h e c 为头部差错控制，占8 位，采用8 位循环冗余编 码方式( c r c 校验码) ，用于检测信元头部错误。 i t u t 对信元的发送作了一些规定：字节按递减顺序发送，即由第8 位到第 1 位，从高到低发送。字节间按增序发送，即先送低字节，再送高字节，因此信 元头总是先于信息域的发送。信元各域最先发送的位，称做最高位( m s b ) ，最 后发送的位则称为最低位( l s b ) 。 第三节：本文研究工作的概述 a a l 2 主要用于在a t m 虚通路上有效传输话音、传真和话带数据，并可利用 话音压缩技术和静默检测及消除技术来提高统计复用增益。在带宽利用效率上， 远远超过了a a l l ，尤其是针对低速率的业务，而且在传输质量( q o s ) 上，基 本上能得到保证。 在目前来讲，a a l 2 技术还是比较前沿的技术，有人声称，以后应该将a t m 交换机改名为a a l 2 交换机，a a l 2 适配技术能够满足所有的业务需要，必将代 替其他类型的适配技术，成为适配技术的主流。世界上各大公司都努力开发此项 技术，如m o t o r o l a 、l u c e n t 、i n t e l 等大公司。 第一章无线a t m 概述 本人参加了无线a t m 课题组，负责的专题是无线a t m 系统中的a a l 2 技术 ( 二类适配技术) ，a a l 2 技术是目前最新的适配技术，与其它适配技术相比有 着不可比拟的优势，必将成为该领域的主流。首先对整个无线a t m 系统有一个 整体的了解，包括移动台、中心台，然后就a a l 2 技术作了深入的探讨研究，消 化吸收二类适配协议( 1 3 6 3 2 ) ，着手实际工作，比较各大公司的芯片，选取适合 我们项目的芯片，设计原理图和p c b 板，并进行了最后的软件调试。 本文首先介绍了无线a t m 技术在国内外的发展状况、前景和无线a t m 相 关的基本概念，包括无线a t m 的网络结构、协议参考模型及其信元结构，然后 在第二章着重就二类适配原理进行了论述，并与一类适配( a a l l ) 相比较，突 出了二类适配的优越性。第三章按数据流的方向简单介绍了a a l 2 技术的硬件实 现，着重介绍了其中的m 地2s a r 芯片，对其所有模块都逐一进行论述，顺便 对a r m 交换和c e l l b u s 总线作了简单介绍。第四章对该单元板的软件调试进 行了论述。第五章就全文作了一个总结和展望。 - 1 4 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 第二章：二类适配( a a l 2 ) 技术原理 a t m 适配层在a t m 网络中支持多应用操作的能力中起着关键的作用，鉴别 用户的净荷的类型。因此，a a l 必须能够适应各种各样的通信，从无连接的、 异步数据到面向连接的同步话音和视频的应用。 a a l 是根据叫做服务种类的概念建立起来的，这些种类的划分是根据以下 操作定义的：在发送端与接受端之间的定时、位速率( 可变的或恒变的) 、发送 端和接受端之间无连接或面向连接的会话、用户净荷排序、流量控制操作、解释 用户话务、用户p d u 的拆装。共分为四类： a 类 恒定的位速率c b r ( c o n s t a n tb i tr a t e ) 面向连接，例如用于视频的c b r 源端与目的端之间的必须要有定时关系。没有差错校验，没有流量控制，也 没有其余的处理，这个类别在当前的电话系统和将来的b i s d n 系统中做 了一个比较圆滑的过渡，因为话音级的p c m 通道，t 1 电路以及其余的电话 系统都使用恒定速率的同步数据传输。 b 类 可变位速率v b r ( v a r i a b l eb i t r a t e ) 面向连接，例如突发的数据服务源端与 目的端之间必须要有定时关系。b 类业务分为两个组别，分别为实时传输和 非实时传输。r t r 主要用来描述具有可变数据流并且要求严格实时的 服务，比如交互式的压缩视频( 例如会议电视) 。n r t - - v b r 用于主要是定 时发送的通信场合，在这种场合下。一定数量的延迟及其变化是可以被应用 程序所忍受，如：电子邮件。 c 类 可用比特率a b r ( a v a i l a b l eb i tr a t e ) 面向连接，突发的数据服务源端与目的 端之间不一定需要定时关系。该类型是为带宽范围一个大体知道的突发性信 息传输而设计的。a b r 是唯一一种网络会向发送者提供速度反馈的服务类 型。当网络中拥塞发生时会要求发送者减少发送速率。假设发送者遵守这些 要求，采用a b r 通信的信元丢失就会很低的。运行着的a b r 有点像等待机 会的机动旅客，如果有空余的座位( 空间) 机动的旅客就会无延迟的被送到 空余座位上，如果没有足够的容量，他们就必须等待。 d 类 耒指定比特率u b r ( u n s p e c i f i e d b i tr a t e ) 不作任何承诺，对拥塞也没有反 馈，这种类型很适合发送i p 数据包，如果发生拥塞，u b r 信元也会被丢弃， 但是并不给发送者发送反馈，也不给发送者希望放慢速度的期望。 先将各类业务特性列表如下： 服务特性 c b rr t v b rn r t v b ra b ru b r 带宽保证是是是可选 不 适用于实时通信是是 不不不 适用于突发通信不 不 是是是 有关拥塞的反馈 不 不不是 是 为了支持不同类型的用户话务，并提供各种服务类型，a a l 使用多种协议 类型。每一种类型支持一种或多种用户应用，如话音、数据等。每种类型都有个 特定的s a r 和c s 子层组成。最初，i t u t 发布了4 种a a l 类型来支持4 类通 信。然而后来发现这四种类型并不能很好的适应各种业务，而且效率并非十分理 想。于是便出现了a a l 2 适配技术，它支持v b r 业务，适用于对延时敏感的业 务，是在其它适配技术的基础之上发展起来的，具有很多其他适配不可比拟的优 点。 a a l 2 的协议模型 1 a a l 2 的基本结构 第一节：儿u 2 技术原理 a a l 2 分为两个子层：公共部分子层( c o m m o np a r ts u b l a y e r - - c p s ) 和业务 特定汇聚子层( s e r v i c es p e c i f i cc o n v e r g e n c es u b l a y e r - s s c s ) 。c p s 具有将c p s - - s d u 从一个c p s 用户通过a t m 网络传送到另一个用户的能力，并支持多个 a a l 2 信道的复用和分路。可定义不同的s s c s 来支持不同的用户业务，s s c s 可包含装拆。差错检测和数据的确保传送等功能。s s c s 也可能是空层。 1 6 一无线a t m 系统中的a a l 2 技术 图2 1 说明了多个a a l 2 信道通过c p s 复用的概念，x 、y 、z 表示不同的 信道标识( c h a n n e li d e n t i f i e r ) ，c p s u n r r d a l a 请求和a t m d a t a 请求为层 之间的原语调用，请求发送数据。 2 c p s 数据单元及其组装 c p s 从s s c s 接受的c p s - - s d u 最大为4 5 个和6 4 个字节，作为c p s 分组 的净荷，称为c p s p p ( c p s - - p a c k e tp a y l o 缸) 。c p s - - p p 加上c p s 分组头 ( p a c k e t - - h e a d ) 后构成c p s - - p a c k e t 。来自同一个s s c s 或不同的s s c s 的较 短的、可能是不等长的c p s - - s d u 所对应的c p s - - p a c k e t 要复用并组装到各个 c p s - - p d u 中去。c p s - - p d u 由起始段和c p s - - p d u 净荷构成，共为4 8 字节， 传送到a t m 层即为信元净荷。 苤三至三耋重匪! 丛望! 垫查堕垄：1 7 - a a l - s a p j ljl a a l r s d u s s c s 子层 s s c s s s c s - p d u 头s s c s p d u 净荷s s c s - p d u 尾 s s c s p d u r l a a l c p s s d u l - c p s 分组头c p s 分组净荷 cp s c p s 分组 起始段c p s p d u 净荷 c p s p d u f1 a t m 一8 a p ，r r l la t m s d u a t m 阜 。 信头信元净荷a ，1 m a t m - - p d u = a t m 信元 1 图2 2 ：a a l 层及a t m 层数据单元 1 8 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 图2 ，2 表示了a a l 2 及a t m 层有关的数据单元。 下面说明一下c p s - - p a c k e t 和c p s - - p d u 的格式。 ( 1 ) c p s - - p a c k e t 的格式如图2 3 所示。 8 比特6 比特5 比特5 比特 c i dl iu u ih c p s 一信息净荷 、 c p s p h r c p s p p 图2 3 ：a a l 2c p s - - p a c k e t 格式 c p s p h 有三个字节，包含以下4 个部分： 信道标识( c h a n n e li d e n t i f i e r - - c i d ) c i d 值用来区别多个a a l 2 的信道，也就是用来标识各个信道的a a l 2 用户。a a l 2 信道是双向信道，两个方向具有相同的c i d 值。c i d 为8 个比 特，编码埴0 不使用，以与填充字节相区别，“】”留作对等层的层管理 之间的管理信息的传送，“2 7 ”保留，“8 2 5 5 ”则用于“s s c s ”实体的 识别。 长度指示( l e n g t h i n d i c a t o r - - l i ) l i 为6 个比特，其编码值为c p s - p p 的字节数减l 。c p s - - p p 的最大 值为4 5 字节或6 4 字节未规定的缺省值为4 5 字节。各个a a l 2 信道的l i 值可以不同。 用户至用户指示( u s e t o u s ci n d i c a t i o n - - u u i ) u u i 为5 个比特，可用于在c p s 用户之问的透明的传送一定的信息， 也就是可以在s s c s 实体之间或层管理之间透明的传送信息：另外也可以用 来区别s s c s 实体或层管理，当c p s 的用户为s s c s 实体时，可使用的u u i 编码为“0 2 7 ”，当c p s 的用户为层管理时，可使用的u u i 编码值为“3 0 ， 3 1 ”。 信头差错控制( h e c ) h e c 为5 个比特，用于信头的差错控制。 ( 2 ) c p s - - p d u 的格式如图所示。 o s fs l qpp a d ( 如有) s t f c p s - - p d u 净荷 jl 图2 4 ：a a l 2c p s - - p d u 格式 c p s - - p d u 包含1 个字节的起始段和4 7 个字节的净荷如上图所示。c p s - - p d u 净荷可含有0 个、1 个或多个c p s - - p a c k e t ，所含有的c p s - - p a c k e t 可 以是完整的分组或者是分组的一部分。未使用的净荷由全0 的添充字节填入， 填充字节可为o 4 7 个字节。一个较长的c p s - - p a c k e t 可以在2 个或3 个c p s p d u 中传送，也就是可以跨越1 个或2 个“a t m 信元的边界”。 c p s - - p d u 的起始段( s t a r tf i e l d s t f ) 含有以下3 个字段： 偏移段( o f f s e tf i e l d o s f ) o s f 的值表示s t f 的结束处与c p s - - p d u 净荷中第一个c p s - - p a c k e t 开 始之间的字节数，如果没有c p s p a c k e t 的开始字节，则o s f 的值表示s t f 的结束与填充段( p a d ) 开始之间的字节数。o s f 的值为4 7 时，表示c p s - - p d u 中既无任何c p s - - p a c k c t 的开始，也没有填充字节的开始，即不存 在起始边界。 序号( s e q u e n c e n u m b e r - - s n ) s n 为1 个比特，用作c p s - - p d u 的序号。 奇偶校验位( p 捌矿一p ) p 位1 个比特，采用奇校验，用于检测s t f 中的错误。 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 ( 3 ) c p s p a c k e t 的组装 a a l s a p l c p s - p d u i 卜m uil c p s - p d u fic p s - p d u 4 5 字节1 9 字节1 8 字节4 0 字节 上 。一l _ i t m矿一嘲，7 岈 | f多17 f ， l $ 妒。 l 1r i c p s - p d u l jf 、 【j】 j ； a t m - - s a p ：| c e i lh e a d e rc e l l p a y l o a d 1 口：c p s - p a c k e t h 油 口c p s _ p d u 信息 i ：p a d 图2 5 ：不等长c p s - - p a c k e t 的组装 图2 5 表示了不同长度的c p s - - p a c k e t 的组装，4 个c p s - - p a c k e t 组装成3 个c p s - - p d u ，c p s - - p a c k e t 净荷的最大长度为4 5 字节，最后一个c p s - - p d u 包含了填充字节。a a l 2 分组被复接到a t m 信元载荷域中由于a a l 2 分组的 长度与a t m 信元载荷域的长度并不匹配，因此一个a a i 2 分组可在a t m 信元 第二章二类适配( a a l 2 ) 技术原理 2 1 载荷中的任何一个位置开始填充，并可在下一个a t m 信元载荷域中填充完毕。 由于最大长度为4 5 字节，在任何一个c p s - - p d u 中总会含有某个c p s - - p a c k e t 的开始或结束。c p s - - s d u 可以从多个c p s 用户( 多个s s c s 实体) 产生，这 就意味复用。 图2 6 ：带比特丢弃的a a l 2 话音分组形式 带比特丢弃的a a l 2 话音分组形式如图所示。 最重要的比特放入a a l 2 信息域的第三块，最不重要的比特放在a a l 2 信息 域的第0 块，比较重要的放在第2 和第1 块，当发生拥塞时首先丢弃薛是0 块和 1 块。 缓冲器队列长度( l )a a l 2 分组块丢弃 低( 0 l 0 1 )无比特丢弃 中( q i l q 2 ) 丢弃第0 块 高( q 2 l 一 k - 1 )丢弃第0 和1 块 溢出( l k )丢弃整个分组 图2 7 ：比特丢弃策略 带比特丢弃的a a l 2 话音分组的实现有两种实现形式：一种是在a a l 2 话音 分组缓冲器队列的输入端进行比特丢弃，将进行过比特丢弃的话音分组存入话音 分组缓冲器队列中；另一种是将完整的a a l 2 话音分组直接存入话音分组缓冲器 队列中，在a a l 2 话音分组缓冲器队列的输出端进行比特丢弃，前者比后者占用 的缓冲器队列的容量少。在接入大量的a a l 2 话音分组时，前者将大大节约缓冲 器队列的容量。假设a t mv c 的服务速率恒定，缓冲器中话音分组的排队队长 同三个门限相比较以确定比特丢弃的策略。比特丢弃的策略如图2 7 所示。当缓 冲器中话音分组队列的队长小于等于q l 时，无比特丢弃：当队长大于q 1 而小 于等于0 2 时，将此分组的第0 块丢弃；当队长大于q 2 而小于k 时，将此话音 分组的第0 块和第1 块丢弃：若队长超过k ，则将整个话音分组丢弃。 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 第二节：与a a l l 的比较及其优势 i t u t 的1 3 6 3 2 ( a a l 2 ) 协议是在1 9 9 7 年9 月提出并通过的，并在1 9 9 9 年 再次讨论并决定。 a a l l 是针对简单的、面向连接的、实时数据流而设计的，除了具有对丢失 和误入信元的检测机制外，它没有错误检测功能。对于单纯的未经压缩的音频和 视频数据或者其中偶尔有一些较重要的位的其他任何数据流都没有什么问题， a a l l 已经足够了。 a a l 2 是i t u 定义的映射语音和其他突发实时业务( 例如视像) 进入a t m 信 元的方案。变比特率实时f v b rr t ) 传输类用来传输突发、实时的a t m 业务。这 个标准把a t m 统计复用的优点应用到a t m 交换话音。通过静音抑制、自适应 差分脉冲编码调制( a d p c m ) 压缩编码、交换型虚电路( s v c ) 等技术可以大大降低 话音业务对网络带宽的要求，进而，当话音电路处于非激活状态时，其他业务还 可以共享a t m 带宽。a a l 2 协议的基本功能与a a l l 相同，两者均增强了a t m 层提供的业务以满足高层的功能需要，在这一方面a a l 2 超过了a a l l ，前者是 通过定义的结构来实现舢虬l 既没有考虑，也不可能达到的功能。 对于压缩的音频和视频数据，数据传输速率随时问会有很大的变化。例如， 很多压缩方案在传送视频数据时，先周期性的发送完整的视频数据，然后只发送 相邻的顺序帧之间的差别，最后再发送完整的帧。当镜头静止不动时并且没有 东西发生移动时，则差别帧很小。其次，必须要保留报文分界，以便能区分出下 一个满帧的开始位置，甚至出现丢失信元或坏数据也是如此。由于这些原因，需 要一种更完善的协议，从l 2 就是针对这一目的而设计的。 a a l2 为延迟敏感的应用提供低速、短而可变的打包方式，并充分利用带 宽，在a t m 网络中能同时支持v b r 和c b r 业务，针对话音业务对高层的要求， v b r 提供了统计复用的功能，例如：话音检测及压缩，闲置通道的删除。a a l 2 的v b r 和c b r 业务的能力让网络管理者能对流量变化进行统计，在a t m 网络 设计时可以根据流量情况优化网络。 a a l 2 技术能将一个时分复用( t d m ) 信息流的恒定比特率( c b r ) 和可变 比特率( v b r ) 信息，映射成信元在a t m 网络上传输。 另外，a a l 2 允许多个用户通道同时拥有一个v c ，并且针对每个用户都是可 变速率。a a l 2 结构允许短的微信元打包到a t m 信元，而且还有纠错功能。 与a a l l 相比较，a a l 2 有以下几个优点： 1 提高带宽利用率 2 支持压缩数据和静寂压缩 3 闲置信道的删除 4 在单个的a t m 连接中，有多用户，且各自速率可变。 5 v b r 业务类型 a a l 2 结构分为c p s 和s s c s 层。c p s 层为识别不同的a a l 用户、组装和 分解各个用户可变净荷、纠错及与s s c s 层的联系提供了基本的结构。用户可以 根据自己的业务需要来选择适配的类型，从而选择了不同的服务质量( q o s ) ， 只要通过选择不同的a a l s a p ( 接入点) 就行了。c p s 层是定义在点到点的基础 之上，每个a a l 2 通道都是双向的，带有相同的v c 值和c i d ，c p s 层的复用功 能使几路c p s 包数据流合并成一个a t m 连接。s s c s 层为c p s 和高层之间提供 通信，为用户数据提供s a r 功能。 话音业务是一种实时业务，对时延和抖动的要求很高。话音业务的速率比较 低，一般为6 4k b i t s ，如采用语音压缩技术，速率会更低。由于速率低，组装一 个a t m 信元所需的时间就长，对于6 4k b i t s 速率的话音，组装一个5 3 字节的信 元需要5 8 7 5m s 。根据话音通信的规范，当时延超过1 8m s 时，就需要增加回波 抵消器。也就是说，对于6 4k b i t s 的话音，无回波抵消器时最大传输距离约为2 4 2 5k m 。如不加回波抵消器，解决的方法就是减小组装信元的时延，现有两种方 法：一种是将多路话音复用在一个a t m 适配层( a a l l ) 之上，存在的问题是控制 复杂；另一种是在话音数据末装满一个信元前就发送，存在的问题是浪费了带宽。 目前另外还有一个叫静音消除的技术，大量的统计分析表明，在人们使用电话期 间，一般只有4 0 的时间在通话，其余6 0 的时间是语默期，利用静音消除技 术，在同样带宽的通路上则可以接入2 5 倍用户。a a l 2 技术就是针对这种情况 而产生的，解决了以上所有的问题。 第二类a t m 适配层协议( a a l 2 ) 技术能较好的保证服务质量( q o s ) ，可 有效地利用现有带宽，并能实时处理诸如语音等即时性较高的信号，且在各种新 的综合业务应用中获得高品质的语音传输。 带宽利用率可以用在固定的带宽中可以有多少个话音通道来表示，a a l 2 技 术使用静寂抑制，在相同的打包延迟情况下，其通道数是不使用静寂抑制时的许 多倍，尤其是低速率的业务。 2 4 无线a t m 系统中的a a l 2 技术 为了能够详细说明a a l 2 的带宽效率，我们可以通过在固定带宽a t m 干线 上传输的话音信道数来表示，像在a t m 骨干网上传输的t l 干线，同时以a a l l 传输时话音通道数作为参考。 赫 刿 留 札 ! 盥 图2 8 ：a a l 2 复用的系统模型 打包时延 图2 9 ：a a l l 与a a l 2