（通信与信息系统专业论文）atm用户接入设备中信令系统的设计与实现.pdf

摘要 基于a t m 的b - i s d n 用统一的体制实现了话音、数据和视频等不n _ , l k 务综合 传输和交换的要求，是通信网发展的方向，其采用的各项技术成为当前研究的热点， 而a t m 信令系统则是其中的个重要方面。 本文结合相关的科研项目：“九五”国防预研项目“区域机动通信网用户接入 设备的研究”和与西安大唐电信公司合作项目“实用化a t m 接入设备的研究”， 对a t m 信令系统的关键技术呼叫连接控制模块进行了深入的研究，并在实时多 任务操作系统环境下对其加以了设计和实现，该模块解决了i t u - t 所定义的a t m 信令协议栈由于缺乏必要的呼叫连接控制功能而无法直接应用于a t m 设备的问 题。此外，本文还基于3 2 位嵌入式处理器m p c 8 6 0 s a r 对a t m 用户接入设备中 的内部通信机制进行了研究和实现。 关键词：宽带综合业务数字网、a t m 、a t m 信令系统、呼叫连接控制 a b s t r a c t b a s e do na t m b i s d nc a nt r a n s f e rt h ei n f o r m a t i o no fv a i l o u ss e r v i c e si nau n i f i e d m o d e ，w h i c hr e p r e s e n t st h et r e n do f c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t h et e c h n i q u e su s e di nb i s d nh a v eb e e n e x t e n s i v e l ys t u d i e d ，a n da t ms i g n a l i n gs y s t e mp l a y s a n i m p o r t a n tr o l e c o m b i n i n g w i t ht w or e s e a r c hs u b j e c t s ，a t ms i g n a l i n gs y s t e ma n di t sk e y t e c h n i q u e ， t h ec a l l c o n n e c t i o nc o n t r o lm o d u l e ，i sa n a l y z e da n d d e s i g n e di nr t o s t h i sm o d u l eh a s s o l v e dt h ep r o b l e mt h a tt h ep r o t o c o ls t a c k sf o ra t m s i g n a l i n gs y s t e md e f i n e db yi t u - t c a n n o tb eu s e dd i r e c t l yi nt h ea t me q u i p m e n td u et ot h el a c ko fs o m en e c e s s a r y f u n c t i o n so fc a l la n dc o n n e c t i o nc o n t r 0 1 i na d d i t i o n ，t h ep a p e ra l s os t u d i e st h ei n t e r n a l c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mi na t mu a e a n dr e a l i z e si to nm p c 8 6 0 s a rc p u k e ) 1 v o r d ：b i s d n 、a t m 、a t ms i g n a l i n gs y s t e m 、c a l l c o n n e c t i o nc o n t r o l 独创性声明 y 互0 5 3 18 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了本文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科 技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名同期上卯口年棚羽 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容：可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本人签名 导师签名： 力痢海 刮撬共 卜j ，一 日期呈! ! 竺笙! 兰璺塑 日期釜竺；! 翊硝田 第一章绪论 第一章绪论 1 1b i s d n 的引入及发展 b i s d n ，即宽带综合业务数字网是由综合业务数字网( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a l n e t w o r k ，简称i s d n ) 发展而来，较早时称为i s d n 的宽带部分。回顾通信技术发展 的历程，在i s d n 的概念出现以前，电话网、数据网和电视网等几乎都是面向特定的 应用而独立建设和运行的，例如电话网是针对传统的话音业务，分组网是针对数据业 务，这样的结果使得不同业务只能在不同网络上开展，不仅降低了网络资源的利用率， 而且还增加了通信网络管理及维护的复杂性，更不可能支持多媒体业务。于是，人们 在1 9 8 4 年提出了i s d n 的概念，它的主要性能和最初的目的是为了在同一网络上同 时支持话音和非话音应用。这种网络结构在初期具有巨大的经济意义和实用价值，但 也存在其固有的局限性：传输速率低，不支持2 0 4 8 m b s 以上的高速业务如视频业务 的传送：仅在用户网络接口( u n hu s e rn e t w o r ki n t e r f a c e ) 上实现了业务综合，在网 络内部并未实现综合交换，而是由不同的电路交换和分组交换模块来支持不同的业 务。此外，i s d n 仅提供了2 b + d 的基本速率接口( b r j ：b a s i cr a t ei n t e r f a c e ) 和3 0 b + d 的基群速率接口( p r i m a r yr a t ei n t e r f a c e ) ，不具有支持宽带业务的能力，因此也被人 们称为n i s d n ( 即窄带综合业务数字网) 。 随着科技的发展，社会的进步，产生了大量新的、高速的、突发的业务需求，如 高速数据传输、视频会议，视频电话、视频点播、大容量文件的传递业务等等。这些业 务在现有的电话网、分组网和n i s d n 上都无法很好地开展，但也不能按老办法为每 种新业务各自建立一个网络。于是人们借助i s d n 的概念，提出了b i s d n 的思想： 用统一的方式实现现有的一切通信业务要求，同时使之能适应将来一切可以预见的和 不可预见的通信业务的要求。这种网络不同于现有的其他面向特定业务的传统网络， 它的目标是实现对所有现有通信业务及未来可能出现的新业务的有机综合，高效地利 用网络资源，支持新涌现的高速业务，最终实现通信网的综合化、智能化和个人化。 这就要求b i s d n 具有如下特点： 1 b i s d n 应提供高速的接口速率，并在接口速率范围内高效地提供任意速率 的业务，包括可变比特率业务，且在传输时延和丢失率等方面满足现有及未 来多种业务的服务质量要求。 2 b i s d n 应能提供点到点、点到多点、多点到多点等多种连接方式，应保证 话音、数据、图象等多种业务的同时展开。 a t m 州户接入设备中信令系统的设计与实现 3 b - i s d n 应能实现与现有通信网的互连互通，以利用现有通信网的已有投资。 目| j ，国际电信联盟的电信标准部( t e l e c o m m t m i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o n s e c t o ro f i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，简称i t u t ) 为b i s d n 的标准化做了大量工 作，并将一种基于异步时分复用和分组长度固定的快速分组交换的异步转移模式 ( a t m ：a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) 作为b i s d n 的传递方式，以此来满足b i s d n 的高速、高效和综合业务的目标。同时，其它一些国际标准化组织包括a t mf o r u m 、 a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r d i n s t i t u t e ( a n s i ) 、e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d i n s t i t u t e ( e t s i ) 、b e l l c o r e 等，也都在积极地开展标准化方面的工作。尤其是a t mf o r u m 这一组织，为b i s d n 及a t m 技术的标准化做了大量的工作，i t u t 的许多标准都是 由a t mf o r u m 首先提出的。 1 2b i s d n 的关键技术a t m 异步转移模式( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ，简称a t m ) 作为b i s d n 所采用的 信息转移方式是实现b 1 s d n 的关键技术，近几年来一直颇受关注。a t m 技术在传输 和交换方面都采用了与传统技术不同的方式。在传输方面，a t m 采用了统计复用的 方法，也称异步时分复用( a s y n c h r o n o u st i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) ；在交换方面采 用了一种改进了的分组交换技术，称为快速分组交换( f a s t p a c k e ts w i t c h i n g ) 。 在这种方式中，所有的信息都装载在固定大小的信元中进行传输，每个信元由4 8 个字节的信息域和5 个字节的信元头组成( 如图1 1 所示) ，其中4 8 个字节的信息域 用以传输用户的信息，5 个字节的信元头用以传输a t m 层控制的信息，同时用来标 识属于不同虚通路的信元。 l信元头信息域 l5 个字节4 8 个字节 图1 1 信元结构 a t m 技术克服了电路交换业务速率固定，不能适应变速率业务，网络中信道利 用率较低的缺点，简化了分组通信中的协议，用硬件实现简化的通信协议，交换节点 不再进行差错控制，而将差错处理放在终端进行。a t m 与传统的信息转移模式相比 较，具有鲜明的特点： i 有效利用网络资源： a t m 属于统计型的异步时分复用方式，各连接动态地占用信道，且在信道中的 位置不固定，因此在a t m 网中不存在资源专用的情况，信道按带宽需求动态分配， 1 荐遁利用率高，各业务统计共享资源，从而使网络资源得到最佳的利用。 第一章绪论 i i 信元长度固定： 采用固定的信元长度减少了交换结构和缓存器管理的复杂性，便于用硬件实现交 换功能，提高交换速率。而且，各种业务都采用统一长度的信元，便于实现业务综合， 对支持未来新业务的接入具有更强的适应性。 i i i 个通用网络： 由于只需设计、控制、生产和维护一个网络，网络总成本将降低，这一优点使电 信用户、运营者和制造商受益。 然而尽管a t m 这种新技术，具有很强的灵活性和支持复杂网络环境的能力，但 在理论研究和技术实现方面a t m 还存在许多这样和那样的问题有待于进一步的研究 和解决。目前主要存在有如下一些问题： i 交换技术 交换技术是b i s d n 的核心，也是a t m 技术的难点。a t m 的异步及快速特性为 其交换提出了严格的要求，采用何种交换结构，如何确定缓存区的位置和数量，提供 何种信令及控制的实现方式以及路由选择方式，均会对交换和性能产生巨大的影响。 i i 业务量管理、流量及拥塞控制 a t m 环境下支持多种业务类型，这是b i s d n 概念提出的初衷，但不同业务类型 要求不同的服务质量，这就是要求a t m 网络必须提供业务量管理功能，以实现不同 业务类型对不同服务质量的要求。a t m 网络上汇集了多种业务，导致网络流量瞬息 万变，如不加控制会引起网络拥塞，如何制定有效的流量控制分配策略以避免和减小 拥塞是非常重要的，当拥塞发生时以何种方式摆脱拥塞状态及保证正常的通信质量也 是a t m 必须解决的问题之一。 i i i 信令协议及信令实现 a t m 是面向连接的，a t m 环境下终端通信前首先要建立连接。要真正体现a t m 技术的灵活性，连接应当是由信令所支持的交换型虚连接( s w i t c h e dv i r t u a lc o n n e c t i o n 简称s v c ) ：同时a t m 网络是由众多不同厂家设备构成的，这些设备只有实现互连才 真证地组成了宽带业务网，才能灵活地开展宽带业务，这一切均需要有统一的宽带信 令协议标准。因此a t m 环境下信令协议的标准化及信令系统的实现，也是a t m 技术 所必须解决的关键问题。 此外，完善的o a m 功能、网络管理功能以及可靠性等方面问题对a t m 技术的 顺利推广也起着非常重要的作用。 一6 a t mh 户 章_ 入设备中信令系统的设计与实现 1 , 3 本文所做的工作 如前所述，a t m 采用面向连接的方式，用户在通信之前，需借助于a t m 信令系 统向网络请求建立相应的交换型虚连接s v c 。s v c 的建立不仅保证了信元的有序接 收，而且更为重要的是在b i s d n 环境下，可以通过信令拒绝接纳无法满足的呼叫业 务，保证已建立呼叫的服务质量，真正体现a t m 技术的灵活性。因此，a t m 信令系 统是a t m 设备实现中的关键技术。 目前i t u t 已制定了一整套信令协议，如u n i 信令协议q 2 9 3 l 、q 2 9 7 l 和n n i 信令协议b i s u p 等，但由于缺乏必要的呼, q 连接控制标准，使它们无法直接应用于 a t m 设备中( 包括a t m 终端、a t m 用户接入设备和a 1 m 交换机) 。 a t m 设备不仅需要具有相应的信令协议功能( 如u n i 信令协议功能和n n i 信令 协议功能) ，而且必须具有相应的呼n q 连接控制功能。 本文结合相关的科研项目：“九五”国防科研项目“区域机动通信网用户接入设 备的研究”和横向合作项目“实用化a t m 接入设备的研究”，完成了以下几部分的工 作： 1 对a t m 用户接入设备中的u n i 信令系统进行了研究，阅读了大量相关资料 包括i t u t 的o 2 9 3 l 协议和q 2 9 7 1 协议、a t mf o r u m 的u n l 3 1 和u n l 4 0 建议 等，并在实时多任务操作系统p s o s 环境下对a t m 用户接入设备信令系统中的关 键技术：呼叫，连接控制功能部分一c c 模块( c a l l c o n n e c tc o n t r 0 1 ) 进行了分析、 设计、和编程工作。 2 对区域机动通信网用户接入设备( 简称a t mu a e ) 中的内部通信进行了研 究，并在m o t o r o l a 公司生产的3 2 位嵌入式处理器m p c 8 6 0 s a r 上设计和实现了 a t mu a e 中的内部通信，为用户接入设备中内部信息的交互提供了良好的软、 硬件平台。 上述两部分软件均已完成实际调试，并通过了设备联试和区域机动通信网全网联 试，证明很好地实现了端到端呼n q 连接控制全过程，并通过了技术鉴定。 第二章a t m 用户接入设备原理与实现 第二章a t m 用户接入设备原理与实现 2 1a t m 用户接入设备简介 a t m 用户接入设备是一利t 将多种业务终端( b i s d n 非标准业务终端) 接入a t m 骨干网的设备，如图2 1 所示。它集宽带终端适配器( b t a ) 和宽带网络终接设备 ( b n t ) 的功能为一体，为现有的业务如电话、会议电视、计算机数据、低速多 媒体等业务，接入a t m 网络，充分利用宽带综合业务数字网的优点提供了可能。 图2 1 a t m 网络结构图 本文所讨论的a t m 用户接入设备( a t mu s e ra c c e s se q u i p p m e n t ，简称a t m u a e ) 来源于九五国防预研项目“区域机动通信网用户接入设备的研究”，它将多 种业务的用户信息适配成a t m 信元接入到a t m 骨干网，同时还为用户建立用于 信息传输的虚通路，是区域机动通信网的关键设备之一。 为了实现以上的功能，a t m 用户接入设备主要包括以下几方面的功能： 1 恒定比特率业务( 同步业务) 和数据业务( 异步业务) 的适配功能； 2 a t m 复接分接功能； 3 提供多个基于s d h ( s t m 1 ) 的1 5 5 m b s 物理接口； 4 u n i 信令功能，支持点到点和点到多点连接； 5 网络管理功能，作为管理代理( a g e n t ) ，建立管理信息库( m i b ) 并与交 换机配合，实现网管信息传送及本地网络管理功能； 6 业务量控制功能，具有连接允许控制( c a c ) 、使用参数控制、优先级控 制和突发业务平滑功能； a t mt 【 ；j 户接入设备中信令系统的设计与实现 7 网同步功能，在a t m 交换机与用户接入设备之间实现主从式同步。 a t m 用户接入设备为用户提供如下接口和业务包括 1 e 1 电路仿真业务与接口； 2 r j 4 5 的1 0 m b i t s 以太网接口： 3 3 8 4 k b i t s 与6 4 k b i t s 同步业务接口； 48 k b i t s 同步业务接口； 5 模拟二线电话接口； 6 多个1 5 5 m b i t s 基于s d h 的u n i 物理接口。 2 2a t m 用户接入设备的协议栈 a t m 用户接入设备主要完成对多种业务数据的适配、复接分接和线路收发功 能。参照i t u t 所定义的b i s d n 协议参考模型，我们可以得到图2 2 所示的a t m 用户接入设备的协议栈。 i5552 m a t m 适配层c m控制模块 信令aal n m管理模块 丛1 ：st m 1 的物理层 图2 2a t m 用户接入设备的协议栈图 如图2 2 所示，恒定比特率业务，如e l 业务、8 k 数字电话业务等，是由a a l l 完成其适配功能：数据业务，即以太网数据，是由a a l 5 完成业务的适配功能： 从控制模块c m 来的信令是由专门的信令适配层s a a l 完成适配功能；管理信息 由a a l 5 完成信息的适配。由不同的适配层所产生的承载各类业务的a t m 信元在 a t m 层经复接后，通过s t m 1 物理线路接口模块发向a t m 骨干网。 同样，从物理线路接口模块接收到的来自a t m 骨干网的信元，依据不同的信 省哺 o o 谬叫巡赂 m 理 元 盯物 信 x 2 m m m m d a a t ， 0 o am l a 丫m 州 1 - | 笙三望笪坚型2 壁叁堡鱼墅兰翌! 元头标识( v p i v c i ) 在a t m 层进行分接，而后递交给相应的业务适配层进行处 理。 2 , 3a t m 用户接入设备的实现 a t m 用户接入设备设计的主导思想”“是：采用先进的输入输出缓冲相结合的 共事存储器式的a t m 复用器，同时支持同步业务和异步业务的接入。图2 3 给出 了已设计并实现的a t m 用户接入设备的总体结构框图。 u t 0p i ai i 以太网业务接口模块 t 。 io m1 。h m p c 篱畸 l 剖竺| | 竺 1 一 l 路e f 控制k 块 ， 霸彳叫占譬。卜 i 一 剖a a l5l mp c8 6 0 s a r l i 昭e i f 一卜瓦f p m7 3 12 1 o冷 ( a a li ) 叁嫂 ： 瞄 锩心电路h 爿竺竺旧 阻 窜一 嚣爸毒露hc br 业务 i i 一 r v 接口模块 h dl c 总线 图2 3a t m 用户接入设备总体结构框图 如图2 3 所示，a t m 用户接入设备由多块业务接入板和一块主控板组成。为 了提高整个系统集成度，主控板中集成了控制模块、交换模块和线路接口模块，而 在业务接入板中则集成了以太网业务接口模块和c b r 业务接口模块。其中控制模 块为信令软件和管理软件提供软件运行的硬件平台，完成信令信息和管理信息的适 配功能：线路接口模块负责s t m 一1 的收发功能：交换模块采用统计复用方式，将 各业务信息经相应的适配层后所形成的具有不同v p i v c i 值的信元流复接到一起， 通过线路接口模块发往a t m 网络边缘交换机，同时将从线路接口模块接收的信元 按照其信元头中的不同的v p i v c i 值分送到各个业务接口模块：以太网接口模块 实现1 0 m 以太网通过a t m 网的互连：c b r 业务接口模块对恒定比特率业务和要 求源端与目的端之间有严格定时关系的业务提供业务适配功能。 主控板和其他各个业务接入板之间采用标准的u t o p i a i i 接口来传递信元，应 用m o t o r o l a 公司生产的3 2 位嵌入式处理器m p c 8 6 0 s a r 所提供的h d l c 总线通 信方式完成a t mu a e 内部各板之间控制信息的传递，即a t mu a e 中的内部通信。 a t m 川户接入设备中信令系统的设计与实现 在下一节中将具体介绍a t mu a e 中主要功能模块的具体实现。 2 4a t m 用户接入设备实现中的关键技术 2 4 1 异步业务适配 异步业务的适配是由a a l 5 来完成的，a a l 5 是一种简单高效的a t m 适配层 协议，它用于支持面向连接或无连接的数据业务，如x 2 5 或i p 数据分组通过a t m 网络的传输。它分为分段重装( s e g m e n t a t i o na n dr e a s s e m b l y ，简称s a p , ) 子层和会 聚( c o n v e r g e n c es u b l a y e r ，简称c s ) 子层，其中c s 子层又进一步分为共同部分会 聚子层( c p c s ) 和业务特定会聚子层( s s c s ) 。 a a l 5 的s a p , 子层十分简单，直接将c p c s p d u 按4 8 字节分段，装入s a r p d u 净荷中。但s a r p d u 没有序号，只通过信元头净荷类型( p t ) 编码中的a t m 用户至用户( a u u ) 指示位表示c p c s p d u 的最后一段。最后一个信元的a u u 置为“1 ”表示a a l 5c p c s p d u 的结束，其它信元的a u u 均置为“0 ”。 c p c s p d u 净荷的长度是可变的，范围为1 至6 5 5 3 5 字节。在c p c s p d u 结 构中用户到用户( u u ) 信息用于透明传输上层用户端到端信息，长度字段用于标 识净荷的长度，c r c 校验字段用于检测c p c s p d u 中的差错，此外还通过填充字 段( p a d ) 使c p c s p d u 的全长为4 8 字节的整数倍。 下面用以太网业务接口模块为例来说明异步业务适配的实现。 以太网业务接口模块主要用于实现1 0 m 以太网通过a t m 网的互连。该模块 采用a a l 5 业务适配层将从以太网接口接收的m a c 帧分解成a t m 信元，经a t m u a e 的a t m 用户一网络接口发送到a t m 骨干网；相反地，对于从a t m 网络中 接收到的a t m 信元，该模块根据信元标头的v p i v c i 值，提取出其中的s a r s d u ， 首先恢复出a a l 5c p c s p d u ，然后再恢复出m a c 帧，最后通过以太网接口将其 发送到相连的以太网。由此，通过两个或多个a t mu a e 就可以实现两个或多个局 域网的互连，其适配原理如图2 4 所示。 u t o p i a 图2 4 以太网业务适配原理图 第二章a t m 只= 户接入设备原理与实现 该模块主要采用了m o t o r o l a 公司生产的m p c 8 6 0 s a r 和m c 6 8 1 6 0 芯片。 m p c 8 6 0 s a r 完成a a l 5 的c p c s 及s a r 功能和8 0 2 3 以太网协议。m c 6 8 1 6 0 完 成对以太网线路信号的接收和发送。此外m p c 8 6 0 s a r 还完成数据业务的平滑功 能。 2 4 2 同步业务适配 同步业务的适配是由a a l l 协议来完成，c b r 业务接口模块完成8 路独立同 步业务的a a l l 适配功能，它可以支持多种c b r 业务，如e l 电路仿真，p x 6 4 k b i t s 会议电视业务和多路话音业务，同时接入到a t m 网络中，连接的方式可以采用永 久虚连接( p e r m a n e n tv i r t u a lc o n n e c t i o n ，简称p v c ) 或交换型虚连接( s w i t c hv i r t u a l c o n n e c t i o n ，简称s v c ) 。同步业务适配模块通过u t o p i a 2 接1 3 与a t m 复接分接 器相连。其适配原理如图2 5 所示。 e e 图2 5c b r 业务接口模块原理图 图2 5 中的a a l l 模块是由p m c 公司的p m 7 3 1 2 1 芯片完成，e 1 成帧器采用 p m c 公司的p m 6 3 4 4 芯片来完成，e l 线路接口模块采用p m c 公司的p m 4 3 1 4 芯 片来实现。 p m 6 3 4 4 芯片为4 路e 1 成帧器，主要完成帧同步和复帧定位信号提取，信令 插入、提取、提供帧同步丢失、信号丢失检测及告警指示信号( a i s ) 检测功能， 同时通过内置数字抖动衰减器( d j a t ) 来减小收发时钟的抖动。 p m 4 3 1 4 芯片完成e 1 线路接口功能，每片p m 4 3 1 4 能完成四路e 1 信号的接 收与发送、线路时钟恢复、线路信号的编译码及故障监测、报警功能。p m 4 3 1 4 有 一微处理器通过此接口对其进行参数配置，报警中断处理。 逻辑译码电路的主要功能包括：外设片选信号的产生、中断信号的管理、网 络时钟信号的整形以及线路接收时钟信号的整形等。为了缩小电路板的体积，全部 逻辑译码电路由一片可编程逻辑器件来完成，这里选用a l t e r a 公司的m a x 7 0 0 0 系列的e p m 7 1 2 8 e ，p l c c 8 4 封装。 a t m 用户接入没备中信令系统的设计与实现 p m 7 3 1 2 1 是一个具有独立八通道、能完成a t m 电路仿真全部功能的v l s i 器 件，支持非结构化业务( 1 5 4 4 k b i t s 业务和2 0 4 8 k b i t s 业务) 和结构化业务。它提 供基于同步剩余时标( s r t s ) 法的业务时钟恢复方法。 低速c b r 业务接口电路用于接入两部模拟二线电话和两个具有r s 4 2 2 接口 的px6 4 k 用户终端，例如6 4 k 低速多媒体终端、3 8 4 k 多媒体会议电视终端等。 模拟二线用户接口电路将模拟话音转换为6 4 k 的p c m 码流，经g 7 2 9 编码转换为 8 k 数据流后送入p m 7 3 1 2 1 进行适配，而p x 6 4 k 用户终端的数据和时钟经r s 4 2 2 接口电路转换后直接送入p m 7 3 1 2 l 进行适配。 2 4 3 复接，分接和线路接口模块 a t m 用户接入设备中的复接功能采用统计复用方式，即将业务经不同的a a l 层适配后形成的具有不同v p i v c i 值的信元流按不同的优先级进行排队，然后通 过线路接口模块发送到a t m 网络边缘交换机。a t m 用户接入设备的分接功能则 是将从物理线路接口上接收到的a t m 信元按照其信元头中的v p i v c i 值分送到各 业务适配模块中去。a t m 用户接入设备利用u t o p i a 2 ( u n i v e r s a lt e s t & o p e r a t i o n s p h yi n t e r f a c ef o ra t m ) 接口可挂接多个物理端口的特点实现复接分接功能。 u t o p i a 2 采用并行工作方式，在传送信元的同时，以轮询方式查询其它物理端口 是否有信元等待发送，使其数据发送和轮询独立进行，从而提高复接效率。u t o p i a 2 具有独立的接收、发送数据和控制总线，收发总线各由1 6 位数据总线、5 位地址 线、3 条控制线、1 条数据校验线和1 条时钟线组成，共计5 2 线。u t o p i a 2 可工 作于5 0 m h z ，即收发总线各有8 0 0 m b p s 带宽，能够满足a t m 用户接入设备对总 线吞吐量的要求。 复接分接和线路接口模块是由a l m 芯片、a b m 芯片、p m 5 3 4 9 芯片和光收 发器共同组成。a l m 芯片工作于主控模式，它通过u t o p i a 2 接口轮询各业务适 配模块，汇集用户信息信元、信令信元和管理信元，存储于共享存储器中，然后将 其转发到p m 5 3 4 9 芯片，再通过光收发器输出到光纤。相似地，从a t m 交换机接 收的信元，经p m 5 3 4 9 芯片转发到a l m 芯片和a b m 芯片，再由a l m 芯片通过 u t o p i a 2 接口发往各个业务板，完成分接功能。其中a l m 主要完成v p i c i 的 识别与转换和执行u p c 功能。a b m 完成输入、输出信元的缓存管理和拥塞控制。 atm 芯片和a b m 芍片结合使用，既可以作为a t m 交换机的一个端口卡，又可构 成6 2 2 m b p s 吞吐容量的独立交换单元，本次实现采用后种方式。单片p m 5 3 4 9 提供四路基于s d h l 5 5 5 2 m b p s 或5 1 8 4 m b p s 物理线路接口功能。光收发器实现光 电信号的转换。 第二章a t m 用户接入设备原理与实现 2 4 4 内部通信 如图2 3 的a t m 用户接入设备总体结构框图所示，a t mu a e 是由一块主控 板和若干业务接入板所组成。由于对各个业务板的配置和管理以及对业务板所产生 的终端信令的处理都是由主控板来完成，因此如何实现主控板和各! 比务接入板之问 的通信成为a t mu a e 实现中的重要组成部分，同时也是本文所完成的工作之一。 本文采用m p c 8 6 0 s a rc p u 中串行通信控制器s c c 所支持的h d l c 总线通信方 式，来完成主控板与各业务板之间的通信，如图2 3 所示。 第五章详细地阐述了对a t mu a e 中的内部通信的研究和实现，实践证明这 种内部通信实现方式为a t m u a e 中内部信息的交互提供了良好的软、硬件平台。 2 4 5a t mu a e 中的信令系统 a t mu a e 中的信令系统实现b i s d n 协议参考模型中控制面的功能，完成 a t mu a e 中与呼叫连接、建立与释放相关的控制功能。如图2 1 所示，由于a t m u a e 中仅存在用户网络接口u n i ，因此其信令系统为u n l 信令系统。 在具体设计和实现中，我们发现虽然i t u t 已经定义了详细的u n i 信令协议 栈及相关协议，但由于这些协议中缺乏必要的呼叫连接控制功能和系统资源包括 v p i v c i 、呼叫参考值等的分配和释放等功能，使得无法将这些协议直接应用于a t m 用户接入设备中。因此，基于一种通用的a t m 信令系统实现模型，我们在原有的 协议栈上增加了一个新的高层称为呼n q 连接控制模块，简称c c 模块来完成原有 协议栈中所缺乏的功能。 如何在实时多任务操作系统环境中实现c c 模块是本文所完成的另一部分工 作。第四章详细地阐述了a t mu a e 信令系统中的关键技术：呼叫连接控制功能 部分一c c 模块( c a l l c o n n e c tc o n t r 0 1 ) 的研究和实现。 一1 4 a t m 用户接入设备中信令系统的设计与实现 第三章a t m 信令系统的原理与实现 3 1b i s d n 网络及协议参考模型 基于a t m 的b 一1 s d n ，不论是公共网还是专用网，其一般组成可概括为如图2 1 所示的形式。整个网络结构可分为用户设备和骨干网络两部分，其中a t m 骨干网络 又由多个网络结点( 包括a t m 本地交换机和a t m 转接交换机) 通过高速中继线路互 连而成，其主要任务是提供网络连接，实现信息以信元为单位的传递：用户设备一 般由a i m 终端和a t m 用户接入设备( 即删u a e ) 组成。 i t u t 将用户设备与网络之间的接口定义为用户一网络接口u n l ；将a t m 网络中 网络结点之间的接口定义为网络结点接n n n i 。 此外，1 t u - t 还参照o s i 关于开放系统互连及其协议分层原则定义了b i s d n 的协议参考模型，如图3 1 所示。 图3 1b i s d n 协议参考模型 在b i s d n 协议参考模型中引入了面( p l a n e ) 的概念f 8 j ，其着眼点在于按功能 种类将信息流进行划分，进行不同处理。如图3 1 所示，b i s d n 协议参考模型由 三个面组成：用户面、控制面和管理面。其中，用户面负责用户业务信息的传递以 及与用户业务信息流直接相关的控制功能( 如流量控制、差错恢复等) ；控制面负 责呼叫连接控制功能，处理与呼叫和连接的建立、监控及释放等相关的各种信令。 用户面和控制面都是分层的，各层完成不同的相对独立的功能。管理面由面管理和 层管理两个功能部分组成，其中面管理实现与整体系统有关的管理功能以及提供各 个而夕间的协调功台匕要竺理没有分层结构。层管理是分层的，它实施与资源以及 第三章a t m 信令系统的原理与实现 协议实体内参数有关的管理功能，并处理各层中的运行、管理和维护( o a m ) 信 息流。 3 2a t m 信令系统概述与a t m 信令协议栈 在a t m 网出现之前，已经在n i s d n 中定义了一个完整的、功能很强的信 令系统，发展得较为成熟，同时，考虑到b i s d n 网与n i s d n 网的兼容，实现 从n i s d n 到b i s d n 的平滑过渡。所以，a t m 网中的信令协议实际上是以n i s d n 中的信令协议为基础发展起来的，保留了许多n i s d n 信令协议的内容。但是， 由于b 1 s d n 与n i s d n 之间存在一些固有的区别，它要求有更加灵活和有效的 信令，这使a t m 信令中出现了不少n i s d n 信令中没有的新概念。 a t m 信令系统，实际上就是完成b i s d n 协议参考模型中控制面的功能， 处理与呼叫、连接有关的建立、监控等功能。信令连接的实际数目及共分配的带 宽可在b i s d n 中按照满足用户要求的最佳方式进行选择。 a t m 网络信令属于带外信令，它使用逻辑上与用户信息通路分开的信令虚 通路( s v c s ) ，使用户信息和信令在不同的a t m 虚通路中传输。它的基本功能 是实现交换连接的控制，此外还具有提供补充业务，支持智能网和网络管理应用 等附加功能。 具体而言，a t m 网中的信令具备如下功能： 1 为a t m 网中的信息转移建立、维持和释放v c c 。 2 在建立连接时，还要为这些连接分配网络资源。 3 支持点到点通信以及点到多点通信。 4 支持对称或非对称双向连接。前者两个方向带宽相等，后者有可能在一 个方向上只占用很小带宽，而在另一方向则需很高带宽，如视频点播 ( v o d ) 。 5 对于已建立的连接，还可以重新协商、分配网络资源。 6 可以为一个呼叫建立多个连接( m u l t i c o n n e c t i o nc a l l ) 。 7 支持多方呼叫( m u l t i p a r t yc a l l ) ，在多个端点间建立连接( 如视频会议) ， 可以在一个多方呼叫中加上或者去掉一个通信端点。 8 支持与非b i s d n 业务的互通。 a t m 信令系统由两部分构成：用户网络接口信令( u s e r - n e t w o r ki n t e r f a c e 信 令，简称u n i 信令) 应用于a t m 用户与a t m 网络的接口处；网络结点接口信 令( n e t w o r k - n o d ei n t e r f a c e 信令，简称n n i 信令) 应用于a t m 网络结点之间。 由于两者在信令功能上的差异，u n i 信令和n n i 信令使用了不同的协议栈。 一1 6 a t m 用户接入设备中信令系统的设计与实现 在n n i 处，可以使用两种信令方案：基于七号信令( s sn o 7 ) m t p 的信令 网和基于a t m 的信令网，其体系结构如图3 2 所示。 u2 0 1 lb i s up o ，764 jmtp 3bq22l0 ，q704 fss cf q 2 14 0 ss c op q 2 1 1 0 s aal cp csi 36 3 s ar i 363 a 1 m 1 36 1 p h yi 43 2 b i s up uz 6 1 n ，7 4 mt p 3 q7 0 4 mt p 一2 q 7 03 mt p 1 q 7 0 2 ( a ) 基1 a t m( b ) 基于s sno 7 的mt p 图3 2 n n l 信令体系结构 图3 2 中的m t p ( m e s s a g et r a n s f e rp a r t ) 是七号信令的消息转移部分，提供 可靠但无连接的服务，使信令消息通过s s 7 网络选择路由。基于s sn o 7 的n n i 信令方案利用m t p 实现信令低层协议功能：m t p 一1 相当于开放系统互连参考模 型( 0 s 删) 的物理层，涉及到信令链路的物理特性和电气特性：m t p 2 相当 于o s i r m 第二层，是一种数据链路控制协议，实现上层p d u 可靠有序地传 输：m t p 3 相当于o s i r m 第三层，提供信令网络路由选择等功能。两种方案的 信令高层协议都是b i s u p ，主要是利用m t p 或a t m 的传输能力，为b i s d n 提供与呼叫连接控制有关的服务，q 2 7 6 1 q 2 7 6 4 建议规定了b i s u p 各种信令消 息和呼叫控制规程。 i t u 。t 在建议q 2 0 1 0 中为u n i 定义了相应的信令协议栈，如图3 3 所示。 q2 9 3 1 q2 9 7 i q 2 9 3 1 ，q 2 9 7 l s s c f ( u n i )q 2 1 3 0 s a s s c o p q 2 1 1 0 a a a l 5 ：c p c si 3 6 3 l a a l 5 ：s a r f 3 6 3 a t m 层i 3 6 l 物理层 1 4 3 2 图3 3a t mu n i 信令协议栈 这个协议体系结构实际上是与b i s d n 协议参考模型相对应的：信令第三层 协议q 2 9 3 l 和q 2 9 7 1 ，分别定义了用户一网络接口处点到点和点到多点连接的建 立、维持和释放过程以及各种消息。在功能上，q 2 9 3 1 q 2 9 7 1 又被分成了用户 侧和网络侧。 第三章a t m 信令系统的原理与实现 信令a t m 适配层s a a l 由c s 和s a r 子层组成，进一步c s 被分为s s c s 和 c p c s ，s s c s 被分为s s c f 和s s c o p 。其中： 1 s s c f 起着协调信令第三层协议( q 2 9 3 i o 2 9 7 1 ) 所需服务与s s c o p 所提供服务 的作用，它完成a a l 原语( q 2 9 3 1 q 2 9 7 1 与s s c f 间的原语) 与a a 信号( s s c f 与s s c o p 间相互交换的信号) 之间的映射。 2 s s c o p * t 用下层c p c s 提供的服务完成正确的、可变长度的数据的传递。s s c o p 属于数据链路层协议，在功能上与h d l c 、l a p d 、l a p b 相近，考虑到b i s d n 的特点，s s c o p 采用了选择重发的差错控制机制，其