（计算机应用技术专业论文）恒定比特率业务中atm用户接口的研究.pdf

摘要 本文致力于实用化a t m 用户接入设备的研究设计，完成恒定 比特率( c b r ) 业务的电路仿真功能，为e 1 业务接入a t m 交换网 络提供了支持。 c b r 业务接入a t m 网络必须遵循相关协议及电路仿真规范，本 文在综述了a t m 技术产生的背景、基本原理及发展动态的基础上， 详细介绍了a t m 适配层中a a l l 的协议及电路仿真的关键技术并设 计实现了e 1 业务适配板，本文对该板的功能、原理及实现方案做 了深入的剖析，其硬、软件均采用模块化设计，利用现有的功能 芯片完成a a l i 协议中信元拆装、业务时钟恢复、序号计数检测等 功能，还对e 1 业务进行性能维护及故障管理等操作。 本文的工作对实现现有电信网络向b - i s d n 过渡具有实际意 义，并对其它多种c b r 业务流的电路仿真功能提供了支持，为将 来形成全球统一的综合交换网络打下了基础。卜、， 关键词宽带综合业务数字网 恒定比特率业务 模块化设计 异步转移模式a t m 适配层 电路仿真业务时钟恢复 t h i sp a p e ra c c o m p l i s h e st h ef u n c t i o no fa d a p t i n gc o n s t a n tb i t r a t es e r v i c e so v e ra t m ，w h i c hi sc o n c e r n e da b o u tt h er e s e a r c ha n d d e s i g no ft h er e a l i z a t i o nf o rt h ep r a c t i c a la t ma c c e s se q u i p m e n t i t i m p l e m e n t s t h ec i r c u i te m u l a t i o no fe 1 s e r v i c e s ，w h i c ha l l o w se 1 s e r v i c e st oa c c e s sa t ms w i t c h i n gn e t w o r k i t 8n e c e s s a r yf o rc b rs e r v i c e st oa c c e s sa t ms w i t c h i n gn e t w o r k t oo b e yt h er e l e v a n tp r o t o c o l sa n dc i r c u i te m u l a t i o ns p e c i f i c a t i o n s t h ep a p e ro u t l i n e st h eb a c k g r o u n d ，t h e p r i n c i p l ea n dt h ed e v e l o p m e n t s o fa t ma n dd e s c r i b e st h ea a l ip r o t o c o l sa n dt h ek e yt e c h n o l o g ya b o u t c i r c u i te m u l a t i o n o nt h eb a s i s ，id e s i g ne 1s e r v i c ea d a p t a t i o nb o a r d a n da n a l y z ei t s f u n c t i o n s ，s p e c i f i c a t i o n sa n di m p l e m e n t a t i o n t h i s b o a r d a d o p t s m o d u l e d e s i g n t of u l f i l l t h ef u n c t i o no fs d u s s e g m e n t a t i o na n dr e a s s e m b l y ，t h es e r v i c ec l o c kr e c o v e r ya n dt h ec e l l s e q u e n c en u m b e rd e t e c t i o n i na d d i t i o n i tp e r f o r m st h ee 1s e r v i c e s p e r f o r m a n c em a i n t e n a n c ea n df a u l tm a n a g e m e n t t h ew o r k so ft h i sp a p e rp l a yas i g n i f i c a n tr o l ei nr e a l i z i n gt h e t r a n s i t i o nf r o m p r e s e n tt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k st ob i s d n i ta l s o p r o v i d e st h es u p p o r t i n go ft h ec i r c u i te m u l a t i o nf u n c t i o nf o ro t h e r k i n d so fc b rs e r v i c e s i t l a y s af o u n d a t i o nf o r e s t a b l i s h i n g a n i n t e g r a t e ds w i t c h i n gn e t w o r ki nt h ef u t u r e k e y w o r d s b - i s d n ，a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ，a t m a d a p t a t i o nl a y e r ， c o n s t a n tb i tr a t es e r v i c e s ，c i r c u i te m u l a t i o n ，s e r v i c ec l o c k r e c o v e r y ，m o d u l ed e s i g n 第一章概述 当今世界已跨入信息时代，人们对各种信息的需求越来越 大，为了适应信息传递的要求，各种通信网络纷纷出现，这些 网络或以传递话音为己任，或为传递数据而设计，各具特色。 但是，国家信息基础结构( n i i ) 的提出，各种多媒体应用的出 现，要求通信网络不仅能够传递单一特性信息，而且还要将话 音、数据、视频和图像等大量信息同时传递。显然，现有任何 一种通信网络都不能胜任这一要求，通信网络技术仅靠修修补 补已不能满足社会发展的需要。宽带综合业务数字网( b i s d n ) 的出现解决了这些问题，实现了多种业务在同一网络中的综合 传递【1 “，而其核心技术即是a t m ( 异步转移模式) 技术。本章 介绍了a t m 技术的概况、发展动态及前景。恒定比特率( c b r ) 业务是a t m 网络必须提供的首批业务之一，该业务在电信业务 中占有相当大的比例，本文的研究内容正是如何在a t m 网络中 有效地传递恒定比特率业务。 1 1 目前通信网状况及b - i s d n 目前的通信网是根据应用业务来区分的，如公共交换电话 网p s t n 、公共分组网p s d n 、数字数据网d d n 、会议电视网以及 闲路电视网c a t v 等等，即对每一种应用业务存在一种相应的网 络进行传输与交换。由于网络的专门化，使网络在不同业务的 兼容性、灵活性和资源利用率等方面存在着严重的缺陷。主要 表现在【2 纠： ( 1 ) 每一种网络只为某一特定业务而设计，通常不适用于 传输另一种业务。如p s t n 不适于传送非话业务，c a t v 网又不适 于传输电话业务。 ( 2 ) 在灵活性方面，一个特定的业务网很难适合正在改变 的或新的业务要求，如v o d ( v i d e oo nd e m a n d ) 及多媒体通讯 等，都必须重建一些新的网络以适应这些业务。 ( 3 ) 各个独立的专用业务网并存的结果使得每个网都需要 自己的网络设计、生产和维护，从而造成人力、物力和资源的 巨大浪费。 因此建立一个与业务无关的网络是非常必要的，该网络要 能够传输所有业务，并在不同的业务之间分享所有网络可能获 得的资源。 i s d n 的提出为迈向一个统一的网络走出了第一步，它使得 语音和数据在同一介质中传输。n i s d n 提供端到端的数字连接， 并提出两种多用途的标准的用户网络接口。一种是2 b + d 的基本 接口。b 信道的速率为6 4 k b p s ，用于传输用户信息，d 信道的速 率为1 6 k b p s ，用于传输信令及低速分组数据。另一种为 2 3 b + d 30 b + d 的基群速率接口，这里b 信道速率与d 信道速率均 为6 4 k b p s 。这种接口用于数字交换机或局域网与中心局的通信 以及用于传输经过压缩编码的会议电视。 基于6 4 k b i t s 的i s d n 能为用户提供最高比特率约为 1 5 m b i t s 或2 m b i t s 的各种业务。然而随着科学技术的发展， 新的业务要求网络具有提供高于一次群速率的宽带传榆能力， 用户则希望网络能够将速率不同、占用时间不同的数据以统一 方式进行传递和交换，并实现资源共享。窄带i s d n 注重的只是 用户网络接口上业务的综合，而在实际网络内仍是由电路交换 和分组交换等若干分离的模块提供业务。由于这些原因，使得 b i s d n 概念的引入和实现成为必然。c c i t ti 1 2 1 建议给出b i s d n 的概念 3 1 ：b i s d n 支持交换连接、半固定和固定连接、点 对点、点对多点连接而且可根据需求提供永久业务和半永久业 务，b i s d n 中的连接支持单一媒体和或多媒体类和无连接或面 向连接类，以及双向结构和单向结构中的电路方式和分组方式 两种业务。 b i s d n 既可支持窄带业务，又可支持比特率在2 5 m b i t s 至 更高速率的宽带业务”。目前b - i s d n 接口可支持的速率达 2 5 g b i t s 。i t u ti 2 i i 建议给出了b i s d n 所提供的业务概貌。 根据未来宽带通信的不同形式和它们的应用，将b i s d n 的业务 分为两类【24 】：交互型业务和分配型业务。其具体划分见图1 1 。 k 业务类型业务特性业务应用 实时性宽带可视电话、宽带会议电视、 会话型业务双向或单向电视监视、高速传真、高分辨 率图象等 电子信箱( e _ m a i l ) 、报文处理 芸 消息型业务非实时业务等存储转发型业务、支持话音、 数据及视频信息传输 检索型业务实时或非实时远程教育、信息检索( 包括数 据、文件、视频) 、v o d 等 分演示可由用户用户可控制广播图文电视、远程教育、电 配分别控制信息起始 寺广告等 型演示不可由 单向传送电子出版、i l v 节目分发 业 用户分别控制 务 图1 1b - i s d n 业务概貌 b - i s d n 为n - i s d n 增加了许多新的特征：高比特率使b - i s d n 满足了快速数据传输和动态图象传输的要求；高度灵活性使b i s d n 适应于不断出现的新业务和已有的或改变的业务。 1 2 b - i s d n 的信息转移模式一a t m 信息转移模式是指信息在通信网路中传输、复用和交换的 模式 2 引。现存的信息转移模式有电路交换、分组交换、帧中继 等。其中电路交换和分组交换是两种典型的交换技术。电路交 换，基于同步时分复用，属同步转移模式( s y n c h r o n o u s t r a n s f e r m o d e ，s t m ) ，其时间透明性好，节点对信息不作任何处理，实现 起来较简单。但电路交换的灵活性差，资源利用率低，连接一 旦建立，通信双方就完全占用通信线路，即使不发送信息也是 如此，并且通路传输速率是固定的，不适合于可变比特率业务 和突发性业务。分组交换基于统计复用，具有最良好的灵活性， 而且信道利用率高。用户数据以分组的形式传输，当用户不传 送数据时，数据信道可供其它用户使用，从而提高线路的利用 率。但是在分组交换中需采用复杂的链路到链路的协议，在每 个节点都要实现流量控制、差错控制，这些功能大多由软件实 现，使得分组传送的时延及时延抖动比较大，时间透明性差， 不适于传送实时业务。 a t m 技术是建立在电路交挟及分组交换的基础上的一种面向 连接、面向分组的新的转移模式( 3 1 】。a t m 采用固定长度的短分 组作为信息转移的基本单位，a t m 信元由5 个字节的标头和4 8 字节的载荷构成。由于信元长度短而固定，使它类似于同步转 移模式中的时隙，可用硬件对信元标头进行识别和交换处理， 使交换时延大大减小。a t m 中的交换节点不再进行差错控制和流 量控制n 引，这种简化是以采用光纤作为传榆媒介，误码率极低 为前提的，协议的简化大大减小了交换时延。由此可见，a t m 技 术继承了电路交换和分组交换的优点，克服了它们的缺点，既 适应于实时业务，又适应于非实时业务；既适应于恒定比特率 业务，又适应于变比特率业务。采用a t m 作为转移模式，可使 得b i s d n 具有良好的灵活性，能够有效地利用网络资源，适应 各种类型的业务。 1 3 a t m 的发展动态及前景 1 9 8 7 年a t m 技术被i t u t 选为b i s d n 中的转移模式，此后 5 年的时间里，主要是在学术界开展研究工作。1 9 9 1 年，由美 国的4 家公司成立了a t m 论坛( a t mf o r u mo 目前，参加这一 组织的计算机厂家、通信厂家达6 0 0 多家。近几年来，a t m 技术 发展得很快。有关a t m 标准化工作日益完善，a t m 产品不断涌入 市场，一些a t m 试验网已开始运行。 在a t m 技术标准化方面，i t u 负责公共a t m 网络( 即b - i s d n ) 的标准制定，已公布的有i 系列建议，包括了b i s d n 的基本概 念、术语、参考模型及相关协议。另外还有涉及信令的q 系列 标准，涉及业务量特性和控帑】的e 系列标准。a t m 论坛负责专用 a t m 网络的技术标准，已制定了用户终端与交换机互连的u n l 3 1 标准，并正在与其它标准组织共同制定a t m 网络传输i p 业务， 与帧中继进行互操作及传输m p e g 业务的标准。 在a t m 专用芯片方面，p m cs i e r r a 、a t & t 、a m c c 、b r o o k t r e e 等公司都推出了专用系列芯片，如物理层收发器、单片a t m 交 换单元芯片及a a l 处理芯片等。这些芯片的面市大大促进了a t m 产品的开发。 在a t m 交换设备及用户设备方面，目前已有几十家公司推 出了产品。产品类型包括a t m 交换机、路由器、集线器、适配 卡等。如c i s c o 、d e c 、i b m 、a l c a t e l 、西门子、a t & t 、s t r a t c o m 、 f o r e s y s t e m 等，其中f o r e s y s t e m 目前在a t m 设备市场上占的份 额最大，其他公司也以雄厚的技术力量和资金为后盾，大有后 来居上的趋势。未来这一领域的竞争将十分激烈。 在a t m 网络建设方面，许多国家都在进行a t m 试验网的建 设 2 引。其中美国起步较早，规模也较大。n o r t hc a r o l i n a 州的 a t m 试验网，已开通d s 3 的远程教育业务和d s i 的s m d s 业务。 在欧州，已有1 8 家电信机构于1 9 9 4 年7 月开始有关a t m 交叉 连接的现场试验工作。在亚洲日本、韩国、新加坡和我国的台 湾地区等都在积极地建设公用a t m 网络。我国也在广州、上海、 北京等城市进行了a t m 试验网的建设。 随着a t m 技术及市场的发展，a t m 成为一种未来通信网的必 然趋势已为越来越多的人所接受，对其关注的程度也越来越大， a t m 网络将代替现有的各种专用网络，进而形成一个统一的通信 网络已经只是时间土的问题。a t m 网络可能与现有的s t m 网络还 要共存一段时间，但全球一网是未来通讯发展的必然趋势。 1 4 本文研究内容 本文的研究内容是实用化a t m 用户接入设备的一部分，主 要完成a t m 适配层对c b r 业务的适配，完成a t m 用户接入设备 中e 1 业务的电路仿真功能。 前面已经提到，由现今的s t m 网络向a t m 网络的发展将是 一个逐渐过渡的过程【32 1 。在很长一段时间内，现有的电信网络 仍将成为主要的通信提供者。而且，目前窄带的话音、数据业 务在电信业务中，仍占有相当大的比例。因此，如何实现s t m 网络与a t m 网络的互通，如何在a t m 网络中有效地传送恒定比 特率业务，以实现对电路业务的“仿真”功能，已成为一个必 须解决的问题，也正是本文的研究课题。 第二章a t m 原理及a a l l 协议 为了在a t m 网络中有效传送c b r 业务，i t u - t 及a t mf o r u m 定义了相关协议，提出了电路仿真规范，给出了b i s d n 用户一 网络接口( u n i ) 参考配置。c b r 业务属于实时性业务，保证该 业务在源和终端的同步关系是正确传送用户业务的基础，因此， 对c b r 业务提供支持的a t m 网络必须对源定时进行恢复。本章 概括介绍了a t m 原理及参考模型，重点介绍c b r 业务所涉及的 a a l l 协议、电路仿真规范以及实现业务时钟同步的几种方法。 2 1 b - i s d n 参考模型 2 1 1 b i s d n 协议参考模型 i t u ti 3 2 1 建议定义了b i s d n 的协议参考模型1 ( p r m ： p r o t o c o lr e f e r e n c em o d e l ) 如图2 1 所示，该模型以o s i 参 考模型及i s d n 标准为基础，简单明了地描述了a t m 网络功能。 它由三个平面组成：用户面、控制面和管理面，用户面及控制 面分为物理层、a t m 层、a t m 适配层和高层四个功能层。 图2 1b - i s d n 协议参考模型 用户面负责提供用户信息传送，以及相关的流量控制及错 误恢复操作，采用分层结构。用户需要的数据、话音和视频等 应用及相关协议和业务，都包括在用户面。控制面负责网络呼 叫连接建立、维护及撤消的功能，即a t m 的信令功能。管理面 分为面管理和层管理，负责与系统有关的网络管理和维护功能。 层管理主要用于各层内部的管理，负责管理层中实体，进行运 行维护服务( o a m ) ；面管理用于各个功能层之间管理信息的交 互和管理。 b i s d n 协议参考模型中定义了各层的功能【30 1 ，如图2 2 所 示。物理层负责对信元编码并通过物理媒介正确有效地传送信 元。a t m 层负责生成信元，它接受来自a t m 适配层的4 8 字节净 荷，并加上相应的5 字节标头，形成5 3 字节信元。a t m 层的功 能包括信元的复用和交换。a t m 适配层负责将来自高层的用户、 控制信息进行适配处理，变成相应的4 8 字节信元净荷，送给a t m 层。a t m 适配层，即a a l 层的协议及实现功能是本文的主要研究 内容，将在下节详细论述。 高层高层功能 a a l c s会聚 s a r 分段与重装 一般流量控制 层 a t m信元头产生与获取 v p i v c i 识别与转换 管 信元复用和分离 t c信元速率解耦 理 h e c 产生校验 物信元定界 理传输帧适配 层传输帧产生恢复 p m 比特定时 物理媒介接口 p m ：p h y s i c a lm e d i u ms u b l a y e r 物理媒体子层 t c ：t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e s u b l a y e r 传输会聚子层 s a r ：s e g m e n t a t i o na n dr e a s s e m b l y s u b l a y e r 分段与重装子层 c s ：c o n v e r g e n c es u b l a y e r 会聚子层 h e c ：h e a de r r o rc o n t r 0 1 图2 2b - i s d n 协议参考模型各层功能 虽然i t u t 并没有给出b - i s d n 协议模型和o s i 七层协议模 型的严格对应关系，但一般认为【1 3 】： ( 1 ) 物理层等效于o s i 七层模型的第一层，完成比特级的功 能。 ( 2 ) a t m 层则和第二层数据链路层下边界的功能相适应，完成 成帧功能。 ( 3 ) a a l 层执行高层协议的适配，将信令或用户信息转换成固 定长度的a t m 信元，在不同的平面中所完成的工作不同。 对于控制平面相当于o s i 链路层的较低部分，而对于用 户平面相当于o s i 模型传输层的较低部分。 2 1 2b i s d n 用户一网络接口( u n i ) 物理配置模型 用户一网络接口( u s e r n e t w o r ki n t e r f a c e ，u n i ) 是用户设 备与网络之间的接口，它是用户终端接入网络的必经通道，是 网络提供综合业务的窗口【39 1 ，它不仅规定了物理传输线路的接 口标准，而且还包括u n i 的信令、管理等多项功能，b i s d n 提 供综合业务的能力在很大程度上是通过用户一网络接口的特性体 现的。因此，用户一网络接口的设计关系到整个b - i s d n 的业务 能力，是b i s d n 体制中的一个重要方面。 i t u ti 4 1 3 建议给出了b - i s d n 用户一网络接口的参考配置 和实际实现的例子【53 。图2 3 示出了b - i s d n 参考配置，它包括： 一功能群：b n t i ，b n t 2 ，b t e l ，b t e 2 ，t e 2 和b t a 一参考点：t b ，s b 和r s -t ju 巨歪 + 巨升 r s 5 参考点 功能群 图2 3b - i s d n 用户一网络接口参考配置 功能群是指用户接入网所需的一组功能，这些功能可由一个 或多个设备完成。参考点是用来分割功能群的概念上的点，可 对应也可不对应于一个物理接口。 宽带网络终端( b n t ) 分为b - n t i 和b - n t 2 两类，b - n t i 包 含用户传输终端的有关功能，b - n t 2 可完成复用、集中和交换的 功能。宽带终端设备( b t e ) 分为b t e l 和b t e 2 两类，分别 为符合b i s d n 接口标准及不符合b i s d n 接口标准的用户终端 设备，终端适配器( b t a ) 完成适配功能，包括速率适配及协 议转换。 参考点u 。、t 。是公用u n i 的参考点，u 。是b - i s d n 网络与网 络终端b n t i 之间的接口，t 。是b n t i 与b n t 2 之间接口【8 】。s 。 与r 接口属于专用u n i ，s 。接口是b n t 2 和b t e l 或宽带适配器 之间的接口；r 接口是宽带适配器和非b i s d n 标准的用户终端 之间的接口。r 接口与前三种接口不同之处是，u 。、t 。、s 。接口 用户信息采用信元形式，而r 接口都是非信元形式的终端接口， 它根据接入业务的不同采用不同的标准。例如，接入e 1 业务时， r 接口遵循g 7 0 3 建议；接入以太网时，遵循i e e e 8 0 2 3 建议。 2 2a t m 适配层规范 2 2 1 概述 a t m 适配层( a t ma d a p t a t i o nl a y e r ，a a l ) 在a t m 层之上增加 适配功能，以支持更高一层所要求的功能，使a t m 信元的传送能 够适应不同业务的需要，因此，a a l 功能在a t m 网络支持多媒体业 务的特性中起着关键作用。通过a a l 的适配功能，使得业务种 类和信息转移方式、通信速率及通信网设备无关，保证网络传 输的透明性和灵活性。a a l 将各种用户业务“会聚”成统一格式 的a t m 信元，将a t m 层与用户业务隔离开来。a a l 层支持用户面 的高层功能，还支持控制面( 信令) 和管理面的高层功能，并 支持a t m 网络与非a t m 网络( 6 4 k b i t si s d n 、p s t n 、l a n 等) 的互通【1 ”。 在第一章中已经讨论过b - i s d n 所要支持的业务类型，对于 如此繁多的业务均采用不同的协议及设备进行适配，是很繁琐 的，也是不必要的。i t u t 根据以下几个原则将业务类型分为5 类，每一类用相应的协议进行适配( 如图2 4 所示) 。 信源和信宿之间的定时关系( 要求或不要求) 比特率( 固定或可变) 连接方式( 面向连接或无连接) a 类b 类c 类d 类 源与宿间的定需要需要不需要不需要 时关系 比特率恒定可变可变可变 连接模式面向连接面向连接面向连接无连接 典型业务类型电路仿真，采用压缩算法 x 25s m d s 未经压缩的的视听业务t c p i p 、l a n 视频信息 图2 4a a l 业务类型分类 除此之外，a t mf o r u m 还提出一种非严格业务：x 类业务， 其要求由用户进行定义。 a a l 功能在逻辑上可分成两个子层：分段和重装子层 ( s e g m e n t a t i o na n dr e a s s e m b l y ，s a r ) 及会聚子层( c o n v e r g e n c e s u b l a y e r ，c s ) n 】。s a r 位于a a l 下部，主要负责将用户信息分割 成4 8 字节的s a r p d u 或反之，c s 子层位于a a l 上部，对来自高 层的不同业务接入点的业务进行处理，其具体功能与用户业务 类型相关，s a r 和c s 的不同组合可以完成给定业务类型中的不 同业务的适配功能。i t u i 36 3 建议共定义了四类a a l 协议： a a l l ，a a l 2 ，a a l 3 4 及a a l 5 ，a a l l 用于适配a 类业务，a a l 2 用于适配b 类业务，a a l 3 4 用于适配c d 两类业务，a a l 5 主要 用于适配c 类业务及信令，相当于简化的a a l 3 4 。 2 2 2a a l l 协议 本文主要的研究内容是对a 类业务的适配，a 类业务为恒定 比特率业务( c o n s t a n t b i tr a t e ，c b r ) ，要求提供发送端到接 收端的定时关系，此类业务对信元的时延及时延抖动( c e l ld e l a y v a r i a t i o n ，c d v ) 很敏感。在此将对a a l i 协议进行详细的论述。 a a l l 用于适配a 类业务，主要提供的服务有9 】： 在源端和宿端以恒定比特率传送业务数据单元。 在源端和宿端传送用户业务定时关系。 在源端和宿端传送用户业务数据结构信息。 t 如果需要，可以指出第一类a a l 无法恢复的丢失信息或 出差错的情况。 图2 5a a l l 协议数据单元 第一类a a l 的协议数据单元如图2 5 所示 1 。c s 子层接收 高层的用户数据单元，通常不需要加控制头尾，而将a a l 协议 数据单元( a a l p d u ) 直接形成c s 层协议数据单元( c s p d u ) ， s a r 子层将c s p d u 分割成4 7 字节或4 6 字节的s a r 层用户数据 单元( s a r s d u ) ，加上s a r 层的标头，形成s a r 层协议数据单 元( s a r p d u ) 。s a r 层协议数据单元的格式如图2 6 所示，分为 含指针型和不合指针型。对于含指针型的s a r - p d u ，其净荷字节 长为4 6 个字节，多一个字节的指针域，用来传送结构数据的结 构信息。s a r p d u 的标头包含4 比特的序号段( s e q u e n c e n u m b e r ，s n ) 和4 比特的序号保护段( s e q u e n c e n u m b e r p r o t e c t i o n ，s n p ) ，s n 由1 比特的c s 标识( c s i ) 和3 比特的 序号计数段组成，序号保护段由3 比特的循环冗余校验码( c r c ) 和l 比特的奇偶校验码组成。 巨叵重受工互圃 1 字节l 字节 p 型s a r p d u n o n p 型s a r p d u 图2 6 a a l ls a r p d u 格式 s a r 子层在发送端对c s p d u 进行分段，生成s a r p d u 标头 并组装成s a r p d u ；接收端要对s a r p d u 标头进行处理，保证c s 子层功能的实现。c s 子层的基本功能包括处理信元延时抖动， 根据s a r 提供的序列计数及误码检测状态信息来检测信元的丢 失和误插，提供定时信息的传送和恢复机制，在源和宿之间传 送结构信息，并产生端到端性能报告。 2 3c b r 业务的电路仿真规范 为了实现在a t m 网络上传送电路业务，即c b r 业务，a t mf o r u m 提出了电路仿真的规范，电路仿真业务( c i r c u i te m u l a t i o n s e r v i c e ，c e s ) 的特点就是在a t m 网络上提供与当前t d m 技术类 似的性能。 c b r i n t 图2 7 电路仿真业务参考模型 图2 7 为电路仿真参考模型，c b r 业务可通过网络互通功能 ( i n t e r w o r k i n gf u n c t i o n ，i w f ) 接入a t m 网络，并与其它c b r 设 备相连，a t m 网络对于接入的c b r 业务是透明的，就好象仍在原 来传统的电路网络中传送一样n 】，这也是电路仿真的含义所在。 电路仿真支持的c b r 业务包括结构化t 1 e l n 6 4 k b i t s 业 务及非结构化t 1 e l 业务【2 】。结构化n 6 4 k b i t s 业务以部分式 t 1 e l 电路为模型，只传递实际需要的时隙，使占用的a t m 带宽 最小，n 6 4 k b i t s 业务向用户终端设备提供时钟，适用于全 同步网络的环境。另外由于n 6 4 k b i t s 业务终止于设备数据 链路( f a c i l i t yd a t al i n k ，f d l ) ，它可以在i w f 及用户终端设 备之间的t 1 e l 链路提供准确的链路质量监视和故障隔离。非 结构化t 1 e l 业务以与网络异步的t 1 e l 电路为模型，适用于 用户终端设备使用非标准的帧格式情况。在这种模式下，a t m 网 络以比特流的形式对电路上的数据业务透明传榆，用户终端设 备产生定时信息，并由信元携带，经a t m 网络传送至接收端。 非结构化t 1 e l 业务侧重于端到端设备的数据链路通信及告警， 相对于结构化业务，它的配置要简单易行。 n 6 4 k b i t s s 业务用于仿真点到点的部分t 1 e l 电路，其 典型接入方式是通过1 5 4 4 m b i t s t l 接口及2 0 4 8 m b i t sg 7 0 3 接口。对t l ，每个接口提供2 4 个时隙中的n 个时隙，n 可以从 l 到2 4 任选；对e 1 接口，n 可以从1 到3 l 任选。由于n 6 4 k b i t s 业务只占用t 1 e l 接口的部分时隙，所以可以在一个t 1 e l 接 口上共享几个独立的仿真电路，即由对应于不同虚连接( v i r t u a l c h a n n e lc o n n e c t i o n ，v c c ) 的a a l l 实体完成相应的适配功能， 其网络互通功能图见图2 8 。 图2 8t 1 e l 网络互通功能 图2 8 a 描述了结构化业务的网络互通功能 2 7 。a t mu n i 物 理层接口为电路仿真业务提供足够的带宽，并通过此接口从a t m 网络向c e s 网络互通功能单元提供定时信息，此定时信息同步 于网络主参考源( p r i m a r yr e f e r e n c es o u r c e ，p r s ) 。a t m 层负责 多个v c c 的复接和分接，每个v c c 对应每个a a l l 实体，a a l l 实 体负责虚连接的分段和重组( s a r ) 。时隙映射功能( m a p p i n g f u n c t i o n ) 负责将输入、输出至s a r 子层的数据流分配到相应 t 1 e l 电路的确定时隙中。在电路仿真中，v c c 的时隙分配是由 c e s 管理信息库( m a n a g ei n f o r m a t i o nb a s e ，m i b ) 完成的。分 配的时隙在v c c 的输入、输出接口上不需要完全一致，也不必 是连续的，但要求其必须保持1 2 5 u s 的帧完整性，即每个v c c 的n 个时隙需保持在同一个帧结构中。另外，要求同一帧中同 一v c c 的n 个时隙，在输入、输出接口上保持其顺序是一致的。 图2 8 b 描述了非结构化业务的网络互通功能，此处的映射 功能只简单地将a a l l 层与t 1 e l 业务接口的每一比特进行映 射。从a t m 观点看，图中的阴影部分代表了“a a l 用户实体”。 2 4 c b r 业务的源定时恢复 数字通信系统中，为了在接收方恢复出与发送源一致的数 字信号，要保证收发双方的比特时钟具有一致的频率和相位关 系。在电路网络中，收发时钟不同步将会导致接收方取样判决 的错误；在a t m 网络中，如果收发时钟不同步，同样将导致发 送信息的错误恢复。c b r 业务，属于实时性业务，要求提供严格 的端到端定时同步功能。由于a t m 网络采用了统计复用的策略 实现多路业务的复用，信元在经过复用及交换后，将以不同的 时延到达接收端，也就无法保证其原有的恒定速率，破坏了其 周期性。恢复c b r 业务的源定时，是a t m 网络支持c b r 业务所 要求具备的基本功能。 c b r 业务可以直接来自用户终端设备，还可能来自传统的电 路交换网，如公用电话网、数据网及各种专用网。c b r 业务的时 钟可分为同步时钟和异步时钟幢9 1 。同步时钟是指c b r 业务的时 钟与网络时钟同步，在这种情况下，a a l l 管理实体直接从网络 向a a l l 接收实体提供时钟，不需要进行时钟恢复。a a l l 一s d u 数 据以网络提供的时钟从接收端f i f o 缓冲区中读出。如果在发送 端和接收端的业务时钟存在长期的系统误差，那么在a a l l 接收 端或下游的终端设备中将发生周期性的缓冲区上溢或下溢。因 此，这种由网络提供时钟定时的性能将与网络同步的精度范围 有关。 如果业务时钟与网络时钟是异步的，则需在接收端进行源 定时恢复。由于a t m 信元到达的不确定性，使得定时恢复变得 相当复杂。其遵循的基本原则是以信元的到达时刻及到达间隔 时间等信息为依据，并尽量借助其它的辅助同步信息。 i t u t i 3 6 3 建议中提出两种支持异步c b r 业务的方法，一 种是自适应时钟法( a d a p t i v ec l o c km e t h o d ) ，一种是同步剩 余时标法( s y n c h r o n o u sr e s i d u a l t i m es t a m p ，s r t s ) ，对于满 足i t u tg 8 2 3 g 8 2 4 中关于抖动和漂移要求的业务，建议采 用s r t s 法；在专用网中没有严格的漂移限制时，可以使用自适 应时钟法。 ( 1 ) 自适应时钟法( a c m ) 自适应时钟法不需要在网络中传送额外的定时信息，其基 本原理在于固定时间内传送的信元数目反映了发送源的时钟频 率，此信息在接收端被用来恢复源时钟频率。通过在一定时间 周期内对接收数据量的平均，c d v 效应将被消除。用来进行定时 均化的时间周期决定于c d v 的特性 2 0 】。 f i f o 缓冲区 图2 9自适应时钟法 自适应时钟法的具体实现是多种的，图2 9 显示了一种通 过使用a a l 用户数据缓冲器的填满程度进行自适应时钟恢复的 方法。 图2 9 接收端将接收的a t m 信元写入一个缓冲器，并由一 个本地产生的时钟控制其读出频率。缓冲区的填满程序将取决 于源时钟频率，并用来控制本地时钟频率，使两者趋于一致。 具体操作是不断地测量缓冲器的充满程度，其测量结果用于驱 动锁相环产生本地时钟。这种方法主要是要使得缓冲器的填充 程序尽量保持在中间位置，为了防止缓冲器的溢出，设置上限 和下限两个门限。当超出上限时，说明本地时钟频率比源时钟 频率要低，需要将其频率提高，否则，将导致缓冲器的上溢。 相反，当充满程序低于下限时，说明本地时钟的频率要比源时 钟频率高，为防止缓冲器的下溢需将其频率降低。 ( 2 ) 同步剩余时标法( s r t s ) 同步剩余时标法是同步定时恢复方法的一种。同步定时恢 复技术的基本概念是利用了公共参考时钟，a t m 网络中信元是统 计复用的，因此在a t m 层中信元的传送是异步的；但它基于s d h 传输网络的物理层仍然为一全网同步的同步网，可以由它为收 发两端提供公共的网络参考时钟。图2 1 0 显示了同步定时恢复 的基本原理。发送端将其业务时钟f s 与网络参考时钟f n x 相比 较，将得出的频差相差信息通过a t m 信元传送至接收端，接收 端利用此信息及f n x 恢复出发送源时钟。 最初的同步时钟恢复方法为美国r i c h a r dc l a n 等人提出 的s f e t ( s y n c h r o n o u sf r e q u e n c ye n c o d i n gt e c h n i q u e ) 方案， 后来法国人j u l i og o n z a l e s 提出了采用公共网络参考时钟 t s ( t i m es t a m p ) 方案。1 9 9 1 年1 2 月，c c i t t 将此两种方案结合 起来，综合了s f e t 及t s 方案的各自优点，提出了i t u t 标准 的s r t s 方案。 1 9 s d h 侍榆网络一级时钟 图2 i 0 同步时钟恢复技术原理 s r t s 技术的原理1 如图2 i i 所示，图中使用的各符号含 义为： t o l e r a n c e ，-一一 n c y c l e t ns e c o n d 啪。i n rr 2 y 盎。 一 一 + 一一 d n s nd n + l 一 - 一 - 一 - - - 一一： 图2 i is r t s 技术原理 f n ：网络参考时钟频率，例如1 9 4 4 m h z f n x ：网络分频时钟频率，f n x = f n x ，x 为整数 f s ：业务时钟频率 2 0 n ：r t s 的周期( 以f s 的时钟周期为单位) t n r t s 的第n 个周期( 单位为s ) ：时钟频率的容差范围( 单位为p p m ) m n ( m n o m ，m m a x ，m m i n ) ：第n 个r t s 周期中包含f n x 时钟的周 期数，一般为非整数。m n o m 、m m i m 和m m a x 分别代表其标称值、 最小值和最大值。m m i n 、m m a x 相对m o n m 的最大偏移量为y 。 从由图2 儿可见，在第n 个业务时钟周期t n 内，包含有m n 个经分频的网络时钟( 频率为f n x ) ，f s 有一个允许偏差，使得t n 与m n 的值随时间变化。如果将的信息传送至接收端，即可 由终点根据f n x 、m n 及共同约定的n 值，恢复出源业务时钟f s 。 由于m n 一般不是整数，而同步定时恢复技术中只能传送整数值， 因此，需对m n 的小数部分进行处理。在此采用了一个p 比特异 步计数器对f n x 时钟进行计数。由于下一次脉冲未到达前，计 数器不会更新，从而完成取整工作。这样还可以保持m n 小数部 分的积累效应，而不是简单的四舍五入的取整方法。在图2 i i 中，d n 代表前一个( 即第n 一1 个) 观察周期中m n 值的小数部分， s n 为第n 个周期的m n 值加上d n 后的取整值，即： s n = m 。+ 氏】 ( 2 1 ) 且d 1 1 + 】= d n + m 。- s 。 ( 2 2 ) 式中 表示取整运算。 对于精度较高的业务时钟f s 而言，只在有限的范围内变 化，其最大偏移量m m a x - m m i n = 2 y m n o m 。s n 的变化量也比其本 身值小