第一章宽带 atm 技术

23/4/21 ftp:219.245.73.1, Name: bcn, Password:2014 1

第一章宽带第一章宽带 ATMATM 技术技术 1.1 ATM 技术概述

1.2 ATM 物理层

1.3 ATM 交换

1.4 ATM 适配层(AAL)

1.5 NO.7 信令系统与 ATM 信令


1.1 ATM 技术概述一、 ATM( 异步转移模式 ) 原理

1 ．历史 1983 年，法国邮电科学院的 Coudreuse 提出

异步时分复用 ATD (Asynchronous Time Division) ；同步同步异步异步

在 Globecom’83上 ,Turner 提出交换方面的 FPS-Fast Packet switching( 硬件实现的交换 ) 。 2 ．定义采用固定长度的短分组 cell( 称为信元 ) ，实现信息异步高效复用和高速硬件交换技术，称为 Asynchronous Transfer Mode (ATM)。


信头 (Header-5B) 载荷 (P-payload,48B)

3 ．工作原理

(1) 异步高效复用：最大限度地利用传输资源 ;

(2) 异步高效交换：信头到达即可分析处理，确定该信元的

输出链路及新的标头 /Header 值 .( 尽可能减少存储、转发时延， Storing & Forwarding )


话音 X

数据 Y

图象 Z

I1 O1

I2 O2

Im On

MUX

X(1) Y(1) Z(1) HHH Y(2) Ht X(2) H

注解： MUX ＝ Multiplexing, 可翻译为复用或复接 ( 复用＝复接＋分接 )， demultiplexing 译为分接 , 不能译为解复用；Multiplexing 译为复用或复接，主要看英文中它是代表复接＋分接，还是仅代表复接。

MUX DeMUX

MUX( 复用 )


X(1) Y(1) Z(1) HHH Y(2) Ht X(2) H

X(1) HO2 X(2) H

Hx’(2) H’’ 其它路在端口 2 输出信元 Hx’(1)

Hy’(1)

Y(1) H Y(2) HO3

Hy’(2) H’’ 其它路在端口 3 输出信元

Z(1) HOi

Hz’(1)

从同一输入接口输入的信元，在不同输出端口上的输出信元时间：可能出现顺序倒置 (FILO: First In Last Out)


输入链路( 端口 )

信元标头值

输出链路( 端口 )

输出信元标头值

I1 X1

Y1

Z1

23i

X1’

Y1’

Z1’ I2 X2

Y2

a b c

X2’

Y2’

Im Xm

ym

Xm’

Ym’


二、 ATM 技术的优点与特色

ATM 交换( 入链路，入标头值 ) ( 输出链路 , 出标头值 )

ATM 具有电路交换的简单性和分组交换的灵活性，具有如下两大优点： 1. 复用方面：利用统计复用技术，可动态地为每种业务分配带宽，最有效地利用网络资源，适合现有业务及未来业务的需要。


3 路突发 64kbps 共用一个 64kbps ：64*(0.1+0.3+0.6)

2. 交换方面：(1) 取消逐链差错恢复和流量控制分组交换网 (Packet Switching)：逐链差错恢复与流量控制 (X.25 在第二/ 三层均有此功能 ) 。帧中继网 (FR: Frame Relay)：网络仅支持第二层核心功能 ( 帧定位、比特透明性、差错检验等 ) ，第二层其它功能在端到端 (Client/Server) 上实现。


ATM 网络： ( 采用 ATM 技术的 B-ISDN) 网络仅对信头进行差错控制 ( 传输技术的进步，光纤BER, Bit Error Ratio=1E-10, not ration, rate)

(2) 在进行用户信元传输前，必须建立连接 //( ATM 是一种面向连接 (connection oriented) 的技术，而IP 是一种“边传送边选路 routing at each lop

when forwarding ” 的无连接 ( connectionless) 技术 )(3) 减少了信头 ( 信元标头 ) 功能，易于硬件高速处理(4) 短固定分组保证了交换时延及时延波动性小，适于实时业务传输。


三、 ATM 信元组成

1 ．信元格式 GFC VPI

VPI VCI

VCI

VCI PT CLP

HEC

VPI

VPI VCI

VCI

VCI PT CLP

HEC

(a) UNI (b) NNI UNI ： User Network Interface NNI ： Network Node Interface


GFC-Generic Flow Control (4b) 一般流量控制VPI-Virtual Path Identifier (8/12b) 虚通道标识符VCI-Virtual Channel Identifier (16b)

虚通路标识符 //( 记忆道》路 )

PT-Payload Type (3b) 载荷类型CLP-Cell Loss Priority (1b)

信元丢失优先级HEC-Header Error Control (8b)

信元标头差错控制


2. 各字段含义

GFC: 多种用户终端接入时的流量控制 ( 业务优先级，或基于用户类型 );

VPI/VCI#: 只具有端点处的局部意义 ( 单向 !!) ，用于 ( 传输资源中的 ) 信元复用与交换 ;

PT: 标明载荷类型 ( 用户数据、操作管理维护 OAM 信元、资源管理等 ) ，是否拥塞 ? 是否为用户消息的最后一段？ ( 即一个用户消息形成的多个信元中的最后一个，为什么需要此功能？ )


PT 编码及含义 (D3 D2 D1) ： 0 0 0 UD, CNE, AUU0 //UD: user data

0 0 1 UD, CNE, AUU1

//CE/CNE: Congestion (Non) Experienced

0 1 0 UD, CE, AUU0 // ATM user-to-user Indication.

0 1 1 UD, CE, AUU1

1 0 0 维护管理每段 (Segment )

1 0 1 维护管理端到端 ( end-to-end)

1 1 0 资源管理 1 1 1 预留


四、 ATM 协议参考模型

1、 B-ISDN 协议参考模型 ( 图见谷 P92) PRM可表现一个系统中协议构成及其关系 ( 部分及其与整体的关系 ) ，有利于协议的认识及改进，便于实现

CLP=0/1 (1= 优先丢弃 ( 拥塞时 , 与常规相反 )

HEC: 信元标头前 4 字节纠检错 . 检错 ( 可纠：纠正 1 bit 错误；不可纠：丢弃该信元 ) ；不可检：信元被错误地传递 (misdirect)


B-ISDN 协议参考模型

面管理面管理

层管层管理理

控制平面控制平面用户平面用户平面高层高层高层

SAALSAAL AALAAL

ATMATM 层

物理层物理层

信令信令信息信息

ATM 协议参考模型

Do you know how many types of PRMs are there for information systems? And name of each?


B-ISDN/RM 由用户面 (User Plane) 、控制面(Control Plane) 、管理面 (Management Plane) 组成

用户面 U ：负责用户消息的传递 (transport) ，还包括相应的差错恢复和流量控制 ( 此两功能仅限于终端 Client/Server ，流控功能也能在部分交换机中实现 ) ；控制面 C ：负责呼叫和连接控制，即建立、监督、释放连接所需的信令处理功能 ;

管理面 M ：面管理：系统管理、面间协调 ;

层管理：每一层的层管理 , 操作管理维护 OAM# (Operation, Administration, Maintenance) 。


2 、协议分层及其功能

高层功能高层

汇聚分段与重组

CSSAR AAL

一般流量控制信元标头产生 /提取信元 VPI/VCI转换信元复接和分接 (Mux/ Demux)

ATM

信元速率解耦 decouplingHEC 序列的产生 / 检验信元定界 , 传输帧适配传输帧产生 / 恢复比特定时，物理媒质

TC PM

物理层

M 面 U 面 /C 面

层层

管管

理理


注： PM: Physical Medium sublayer ( 物理媒质子层 )

TC: Transmission Convergence sublayer

( 传输汇聚子层 )SAR: #Segmentation And Reassembly

sublayer ( 分段与重装子层 )

CS: Convergence Sublayer ( 汇聚子层 )

HEC: # Header Error Control ( 信元 ) 标头差错控制


(1) 物理层：为 ATM 层提供可靠高效的信元传递服务

PM(物理媒质 )

提供比特传输能力：比特定时、线路编解码、传输波形产生与恢复 (bit 级别 ) 。传输媒质：单 / 多模光纤、同轴电缆 (75Ω) 、双绞线、微波等。

TC( 传输汇聚 )完成 :* 传输帧产生与恢复； (frame 级别 )

* 传输帧适配：信元传输帧载荷区；* 信元定界与扰码； (确定信元起始点 )


(2) ATM 层* 信元复接、分接； * 信元 VPI/VCI转换：在 ATM 交换结点进行

VPI/VCI转换； * 信元标头产生与提取； ( 信元标头处理位置：源

点产生、中间点提取与产生、宿点提取 )

(3) AAL 层* 根据高层业务的性质，将其组装成特定格式

的信元

(4) 高层 ( 面向应用 )* 根据业务的性质，进行适当的处理


五、 ATM 提供的业务见谷P93

C/V/A/U BR: Const, Variable, Available, Unspecified Bit Rate

ABR ：提供”尽力而为 Best efforts” 的服务质量 ;

UBR: 网络不对 QoS提供任何保证


六、 ATM 网络见谷P95

ATM专用网

ATM公共网


1. ATM骨干网络由 (ATM 交换机 )结点通过高速中

继线路互连而成，提供网络连接，实现信元的高速传递 ;2. 用户侧设备用户终端：

符合 UNI 或其它标准 (经过适配、转换而符合 )

用户接入设备 (UAE/User Access

Equipment)： ATM 用户交换机、 ATM 复用器、宽带适配器等


3．接口类型

在公共网中 (public)， NNI和 UNI 分别称为公共 NNI 和公共 UNI ，标准由ITU-T 制定。

在专用网中 (Private)， NNI 和 UNI 分别称为专用 NNI 和专用 UNI ，其标准分别由 ATM论坛 ( ATM Forum) 制定。


1.2 ATM 物理层1.1 ATM 技术概述

1.2 ATM 物理层

1.3 ATM 交换

1.4 ATM 交换适配层 (AAL)

1.5 ATM 信令


一、 ATM 物理层功能

物理层 :为 ATM 层提供可靠高效的信元传递服务 (1) PM― 提供比特传输能力：比特定时、线路编解码、传输波形产生与恢复。传输媒质：单 / 多模光纤、同轴电缆(75Ω) 、双绞线 (120Ω) 、微波等。(2) TC

* 传输帧产生与恢复 * 传输帧适配：信元传输帧载

荷区 * 信元定界与扰码


二、 ATM 信元传输方式与接口

ATM

TC

PM

1. 传输接口方式 ITU-T 传输接口基于 SDH 、纯信元、 PDH

ATM Forum(论坛 ) 传输接口基于 SDH 、纯信元、 PDH


信元传输方式与接口 ITU-T 传输接口基于 SDH 、纯信元、 PDH

PDH: (Plesi-synchronous Digital Hierarchy)T1 1.544 Mb/s T2 6.312 Mb/s, T3 44.736 Mb/s

E1 2.048 Mb/s E2 8.448Mb/s, E3 34.368 Mb/s E4 139.264 Mb/s

＃ SDH: (STM-N, N=0,1, 4, 16, 64, 256 (40G) )STM-0/(OC-1, in SONET) 51.84Mb/s, STM-1 /(OC-3,

in SONET) 155.52Mb/s, STM-4/(OC-12, in SONET) 622.08Mb/s , …, STM-256/(OC-768), 40G

注： STM: Synchronous Transfer Module, OC- Optical Carrier)


信元传输方式与接口

ATM Forum 传输接口基于 SDH 、纯信元、 PDH、 FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

基于光纤的 155.52Mb/s (SDH 方式 )基于屏蔽双绞线的 155.52Mb/s ( STP: Shielded Twisted pair) (SDH 方式 )基于非屏蔽双绞线的 25.6Mb/s (UTP: Unshielded TP) ( 基于信元－－信元就是传输帧 )


2. SDH 传输接口 (以 STM-1 为例 )

RSOH

AU-PTR

MSOH

3

1

5

9 261

AU Payload area承载的结构体 VC-4

H4 下一级结构体或信元、分组的起始位置


RSOH: Relay Section Overhead

实现 STM-1 帧同步和再生段管理功能MSOH: Multiplexing Section Overhead

实现端到端的管理功能 ( 见下页 )

NE NE NENE

RS RS RS

MS

RS: Relay Section 中继段， MS:Multiplexing Section

NE: Network Element 网元


MSOH: Multiplexing Section Overhead

实现复用段管理功能 ( 性能监测、故障处理、操作维护信道、自动保护切换 (APS：Automatic Protection Switching) 等

AU-PTR: Administration Unit Pointer

指出承载的结构体 (VC-4/ Virtual Container/虚容器 )在 (STM-1) 载荷区的起始位置 ( 允许VC-4 数据滑动 )


VC-4 PDU 格式

POH C-4 Payload9

1 260

H P

H

P

H P H P

……

P

H P

信元一部分装在下一帧 (260X9 部分 )


POH： Path Overhead

实现路径 (VC 级别 ) 管理功能 ( 路径故障 /

性能监测、差错控制、 VC 数据格式 / 载荷类型(PDH、 ATM 信元、 FDDI) 等

POH 中的 H4 字节指出 ATM 信元在 VC-4载荷区的起始位置。


H 1’

3. 基于单个信元的传输 ( 纯信元传输 Cell-based transmission)

H 1 H 2 H k H 2’ H 1

一个帧周期

Kmax=26 保证净载荷率与 SDH 帧的净载荷率相同 (如STM-1 260/270=149.76/155.52 )

1’, 2’, … 表示 (1) 空信元 (VPI=0,VCI=0, PT=000b) 信元标头 (00H, 00H, 00H, 01H(CLP=1), HEC) (2) OAM 信元


三、汇聚子层 TC 功能

3. HEC 序列的产生 / 检验产生 : 发端用生成多项式 g(x)=x8+x2+x+1产生校验码 , 再“模 2” 加‘ 01010101’b m(x). x8 =a(x).g(x) + r(x)

1. 传输帧产生 / 恢复 2. 传输帧适配与信元速率解耦 1) 适配：信元在传输帧载荷区的装入 / 取出 (Mapping)

2) 速率解耦：发送端加入空闲信元 (Idle Cell) /OAM 信元以适应传输帧载荷区净速率 ; 接收端删除空闲信元或取出OAM 信元交给管理实体 ( 为什么需要速率解耦？信元载荷速率与。。。的净载荷速率不一致 )


检验 :

接收端用生成多项式 g(x)=x8+x2+x+1产生校验码 , 再加‘ 01010101’b, 再决定检错 /纠错

g(x)= x8+x2+x+1 检错 ( 多个比特 )/纠错 ( 单个 )


接收端 HEC工作原理与模式 (黄 P132)

初始状态

What are the purposes of HEC processing in receive side?


4. 信元定界 Delineation (黄 P135) 根据 CRC 计算确定信元的起始初始状态

Why the cell delineation is necessary ?


:抗拒伪定界的能力 , 越大越准确 :抗拒伪失界的能力 , 越大反应时间越长ITU-T 建议 :

对于 SDH 系统 =7, =6

三种状态 : (1)搜索态 : 开始态 , 逐比特进行 CRC (2)预同步 : 逐信元进行比较 (3) 同步态 : 正常工作

对于纯信元传输系统 =7, =8Why in cell-based is larger than one in SDH-based?


5. 信元扰码 (Scrambling)

目的：使信元或载荷随机化 , ITU 建议两种方式：

对于 SDH 的物理层 , 采取对信元载荷采用 (x 43 +1)自同步扰码 (Self -Synchronous

Scrambling)

对于纯信元传输系统的物理层 , 采用(x31+x28+1 ) Distributed Sampling Scrambling),

对信元标头和载荷进行模 2加 .


1.1 ATM 技术概述

1.2 ATM 物理层


1.3 ATM 交换

1.5 ATM 信令


一、 ATM 层概述

1. ATM 层 (ATM Layer) 功能 • 信元复接、分接 :

依据 VPI或 VPI+VCI完成 ;

• 信元 VPI/VCI转换：在 ATM 交换结点进行 VPI或 VPI+VCI转换 • 信元标头产生与提取 :

在终端、结点 ( 交换机、 UAE(Universal

Access Equipment) 、复用器等 ) 处完成 ;


2. ATM 连接

1) 传输通道、虚通道和虚通路无论是用户 - 网络结点，还是网络结点间均有传输资

源传输通道：

表示两点间的单向物理传输能力虚通道和虚通路用于对传输通道资源进行两级管理：

一个传输通道由若干虚通道 (VP: Virtual Path) 组成，一个 VP 包括若干个虚通路 (VC: Virtual Channel) ；用VPI 标识虚通道，用 VPI＋ VCI 标识虚通路。

思考：层数多少的优缺点？ ( 带宽颗粒度，实现复杂度 )


ab

ac

a

VC VP(A,B,C)

传输通道：西安二环路 ;

VP: 不同等级车道 ; VC: 各等级中的不同子级别

传输

通道

AB

C


VPI(VP’)=A, VPI(VP’’)=B, VPI(VP’’’)=C

三个 VP 传输容量： 32kb/s (VC1,VC2) ,

24kb/s (VC3,VC4) , 8kb/s (VC5)

•VC1=VPI.VCI=A.a 16kb/s 或 20kb/s•VC2=VPI.VCI=A.b 16kb/s 或 12kb/s

VP’ 的总容量＝ (16+16)或 (20+12) kb/s

•VC3=VPI.VCI=B.a 12kb/s 或 16kb/s•VC4=VPI.VCI=B.c 12kb/s 或 8kb/s

VP’’ 的总容量＝ (12+12)或 (16+8) kb/s

•VC5=VPI.VCI=C.a 8kb/s


• 同一物理传输通道中的不同 VP 需用不同的VPI 标识；• 同一 VP 中不同虚通路需用相同的 VPI+ 不同的 VCI 标识；• 不同 VP 中的虚通路可由不不同的同的 VPIVPI+ 相同或不同的 VCI 标识 (do not care whatever the VCI may be same as the others or not)。

•总结 # ：•一个 VP 可用“物理通道号 +VPI”这 2参数标识，不同 VP至少要有一个参数不同•一个 VC 可用“物理通道号 +VPI+VCI”这 3参数标识，不同 VC至少要有一个参数不同


总之：标识一个 VP， (物理传输通道号， VPI) 中至少有一个参数不同 , 隐含：如果物理传输通道数＝ 1 ，则 VPI 标识一个 VP ；一个特定 VP 的带宽肯定不小于其中的任一个 VC ，但不一定大于另一个 VP 中的一个 VC

的带宽；( 注解：物理通道号大于 1 时，表示该链路有多个物理传输通道，例如 2根光纤，或光纤＋微波等；如果不同的通道中，采用不同的 VPIs 分配原则，则可不要物理传输通道号，仅用 VPI 标识一个 VP ，但交换表必须有信元的输出物理通道号 )

标识一个 VC， (物理传输通道号， VPI, VCI) 中至少有一个参数不同 .

( 注意：不能用单个 VCI 值标识一个 VC ，即某个 VCI 必属于某个 VPI ，单独的 VCI 数值没有任何意义！！ ) 2) VP和 VC 交换

• VP 交换仅变换 VPI 值 ;

• VC 交换需变换 VPI+VCI 值 ;


VP和 VC 交换 ( 见黄 P70)

VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4

VPI 2VPI 2VPI 3VPI 3VPI 1VPI 1

VPI 2VPI 2

VPI 3VPI 3

VPI 5

VPI 1VPI 1

VPI 4

端口端口 11 端口端口 22

端口端口 33

VCI 1

VCI 2

VCI 1

VCI 2

VP 交换

VC 交换

How the VP and VC switching are implemented in an ATM switch?


3) VPC和 VCC (见黄 P70)

•虚通道连接 (VPC-VP Connection)：

表示由若干 VP 链路 (由 VPIVPI 标识 )和 VP 交换机串接的 (concatenated) 一条从源点－－》宿点传送信元的通道。

•虚通路连接 (VCC -VC Connection)：

表示由 VC 链路 (由 VPIVPI+VCI 标识 )和 VC交换机串接的一条从源点－－》宿点传送信元的通路。


3) VPC和 VCC

虚通道连接 (VPC)

VP交换

VP交换

VP交换

NNI NNI

VPI = 2VCI = 44

VPI = 1VCI = 44

VPI = 26VCI = 44

VPI = 20VCI = 44

UNIUNI

虚通路连接 (VCC)

VC交换

VC交换

VC交换

NNI NNI

VPI = 2VCI = 44

VPI = 1VCI = 1

VPI = 26VCI = 35

VPI = 20VCI = 30

UNIUNI


4) Routing Concept in an ATM Network

CPN 1

NN 1

CPN 2

NN 2

CPN 3

VP2VC8VC11

VC8VC11

VP3VP2 VP3

VC21VC11

VP5 VP5 VP8 VP8

VC21 VC2VC2

VC11

VC7

VC7

VP3

VP3

VP6VP6

VP5

VP5

VP2 VP2

VP1/91VP1/91

VC9/99

VC2

VC2

VC9/99

User/NetworkInterface

(UNI)

User/NetworkInterface

(UNI)

Network NodeInterface

(NNI)

Link 1 Link 1 Link 1Link 2

Link 2Link 3

Link 4

Link 1

Link 1Link 2

Link 2Link 3


注解： (该借用图的 VP、 VC 标识不科学，实际含义按下列理解：如 VP5 默认 VPI=5 ，其中的 VC21默认代表 VC21的VPI=5， VCI＝ 21)##将 VPI、 VCI 叫做地址是绝对错误的， VPI或 (VPI+VCI) 标识VP 或 VC ：1) 源或宿点的业务流，如 VPI＝ 1 标识语音， VPI＝ 2 标识图像；2) 交换结点处的 ( 输入链路号， VPI/VCI)到 ( 输出链路号， VPI’/VCI’)映射关系，如在 CPN1－－》 CPN3 方向， VPI=1,VCI=9 改为 VPI=91,VCI=99 ；需要修改 NN2该虚通路的映射和 CPN3 的流标识。VPI＝ 3,VCI=7－ > VPI＝ 1, VCI=9VPI＝ 3,VCI=7－ > VPI＝ 91,VCI=99


二、 ATM 交换

1. 功能与任务

(1) 根据输入信元端口号和信元的 VPI/VCI 值，以及建立连接时产生的路由表 (转发表 ) ，将信元转发到相应的输出端口；

(2) 输出信元标头的产生： VPI/VCI 值、数据信元拥塞处理、 HEC重新计算


ATM 交换 (续 )

2．分类

2.1 按 VP/VC 交换 ATM VP 交换：只改变 VPI值 ( 仅依据 VPI 交换 Cell)

ATM VC 交换：要改变 VPI/VCI值 , 一般两次查表(先 VPI查表，再 VCI查表 )

ATM 交换机：由信令处理结果，动态地改变路由表 (尺度为每连接 )

ATM 交叉连接设备 (Cross-Connect) ：由管理协议设置路由表 , 一般维持较长时间 (hours, days, even months)


2.2 按结构分

参考 ATM 交换书籍，如 ATM 交换技术，陈锡生编，人民邮电出版

ATM交换结构

时分交换结构空分交换结构

共享存储器共享媒体

总线型环型

单通路多通路

基于crossbar 基于banyan

矩阵型全互连型缓冲型无缓冲型

扩展banyan

复份banyan

Benes CLOS• • •


2.3 按缓存方式输入缓存： Buffering cells at the input ports ；输出缓存： Buffering cells at the output ports ；共享缓存： Storing cells at the central shared memory

组合输入输出缓存队列 (CICQ： Combined Input & Output Queuing) ： Buffering cells at the input & output ports

三、 ATM 交换机组成及性能参数1 ．组成


IM 交换模块

控制模块IM

OM

OM N

1

M

1

输入模块 (Input Module) 和输出模块 (Output Module) 完成线路接口 (LI: Line Interface) 功能，即物理层 (PM、 TC)


控制模块主要完成 B-ISDN/RM 中的控制面功能，呼叫连接控制， VP/VC 管理，宽带资源分配与管理等，实现对(IM， OM ，交换模块 ) 的控制。

交换模块 ( 也称交换网络， Switching Fabric), 它由若干个交换单元 (Switching element)互连而成，实现信元交换功能。2．性能参数(1)吞吐量： 8*8 ， 155.52Mb/s, 吞吐率 1.2Gb/s(=8*155)

输入端口数 * 输出端口数(2)线路接口类型：ATM 接口： STM-1， STM-4， E3(G.832) 等非 ATM 接口： E1,E3,DS1(Digital Signal,=T1 in North America),DS3, FDDI, Ethernet, Ring, Frame Relay 等


(3) 信令种类 UNI( 有 /无 ) NNI ( 是否具有 ) P-UNI( 有 /无 ) P-NNI ( 是否具有 )

(4) 多种性能参数时延 ( 交换时延 /CTD (Cell Transfer Delay) 、排队时延 )<1ms 信元丢失率 (CLR： 10-9, Cell Loss Ratio)信元错误率 (CER) 信元误插率 (CMR:10-12 , Misinserted )

四、交换模块 1．交换单元组成 ( 交换模块的基本单位 )


IC (Input Controller) ：信元输入控制OC (Output Controller) ：信元输出控制IN (Inter-Connection Network) ：根据路由信息，实现信元从输入端口到输出端口的传递 , 一般分为 (1)矩阵型：输入缓冲型 , 输出缓冲型 , 交叉点缓冲型 (2) 共享存储器型 (3)总线制 (TDM总线 ) (4)环形制

IC1

ICN

OC1

OCN

互连网络


2 、交换模块组成在小规模 ATM 交换机中，交换模块由一个交换单元组成；在大规模 ATM 交换机中，交换模块由若干交换单元 SE(Switching Element) 互连构成的网络实现，此时也称交换网络 (switching fabric) 。每一级交换单元均实现输入 ( 端口号， VPI/VCI)值到输出 ( 端口号， VPI/VCI) 值的转换；交换时

VPI/VCI 不变换VPI变换、 VCI 不变换VPI/VCI 均变换VPI 不变， VCI 变换 ( 几乎

不用 )


五、共享存储器 ATM 交换

组成及工作原理

WAR: Write Address Register RAR: Read AR


( 注：该部分功能既可位于每一个端口，也可集中处理所有端口 )

PHY 信元缓存

PHY信元缓存

信头处理

VPI/VCI解码控制逻辑

存储器

WAR

空闲地址 FIFO

端口 1 输出信元地址 FIFO

RAR

信元缓存PHY

信元缓存PHY

N

1

N

1

端口 N 输出信元地址FIFO


输入处理 :

(1) 从 1~N 路输入的信元分别送入信元缓冲器(FIFO);

(2) 控制逻辑依次轮询 1~N 路的 FIFOs;

(3) 假设第 i 路有信元要处理，读得该队首信元(VPI/VCI), 查表知该信元输出到第 j 端口；

(4) 第 j 路输出信元地址队列达到拥塞门限 ?

没有时将处理后 (VPI/VCI变换 ) 的信元存到中心缓存MEMORY ( 地址 Aj由WAR给出 ), 其地址Aj存入输出到端口 j 地址 FIFO;

否则，丢弃之 ( 或采取缓存策略等 ) ；


输出处理 :

(5) 控制逻辑依次轮询 1~N 路端口地址 FIFO;

(6) 假设第 j 路有信元要处理，读得该队首地址到RAR, 将 RAR指出的该信元输出到第 j 端口；

(7) 将 RAR 地址存入空闲地址 FIFO; 注：信元在输入侧和输出侧完成虚拟输入排队 VIQ (Virtual

Input Queueing) 或虚拟输出排队 VOQ完成排队，调度可采用不同的队列管理策略，根据优先级或加权公平队列WFQ (Weighted Fairness Queueing)等 , 防止低优先级业务被“饿死”。


六、 ATM 交换原型样机(in Xidian Univ.)1. 1995 年研制成功国内首台

ATM 交换机 (8*155M) (刘增基主持，徐主研，省部 2级 )

2. 1998 年研制成功具有交换功能的 ATM 复用设备 (8*155M，SDH 、 Ethernet 、 25M

ATM ， E1 ，徐主持，省科技进步 3 等奖 )

3. 2000-2004, ATM 综合接入设备 (刘增基、邱主持 )

4. 2007-2009, 基于 FPGA 实现的 XXXX ATM 交换原型样机 (徐主持 )



1.2 ATM 物理层


1.3 ATM 交换

1.5 ATM 信令


一、 AAL 技术概述 1. 业务分类及其特性

A 类业务B 类业务C 类业务D 类业务

实时实时非实时非实时

恒定比特率可变比特率可变比特率可变比特率

需定时关系需定时关系无需定时关系无需定时关系

连接连接连接无连接

注解：定时 timing: 指宿端点恢复的业务时钟 fd ，能跟随源端点业务时钟 fs 而变化， fs↑ 或 fd ↑ 或；连接或无连接：是对高层业务而言， ATM 层总是面向连接的。


ATM 适配层 (AAL)-ATM Adaptation Layer 功能 : 根据用户业务的时延、时延波动、定时关系等特性与要求 , 将 AAL 上一层用户业务的PDU(Protocol Data Unit) 经载荷分割、加入相关控制信息以组装成适合 ATM 网络传输的方式，或完成相反的处理。

AAL1 ─ A 类业务，实时 ,恒定比特率 , 需定时关系AAL2 ─ B 类业务，实时 ,变比特率业务 , 需定时关系AAL3 ─ 面向连接， AAL 4 ─ 无连接业务AAL3与 AAL4 相似性 , 将 2者合并为 AAL3/4

AAL5 ─ 面向连接 ( 或无连接 )， AAL3/4 的简化

2. AAL 协议功能


3. AAL 的子层功能结构

SSCS

CPCS

SAR

ASAS: Application Service 用户业务

SSCS:( Service Specific Convergence Sublayer 特定业务汇聚子层，可能不需要 )某类 AAL 业务所特有的汇聚处理；例如，ATM 网络信令采用的 AAL5 协议，其使用 SSCOP 协议－一种相对较复杂的、多扇区 SARQ 协议 (Selective ARQ) , 参考 ITU-T Q.2110

注： SSCOP- service specific connection oriented protocol

CS: ( Convergence Sublayer, 汇聚子层 ) 分为 SSCS和 CPCS 两个子层


SSCS

CPCS

SAR

AS

SAR: ( Segmentation ＆ Reassembly, 分段重装子层，可能不需要 ) 如果 CPCS－ PDU 不是 48 字节，由 SAR

将其分割为 48 字节；或反之。

CPCS: ( Common Part Convergence Sublayer, 公共部分汇聚子层 ) ，某类 AAL 业务所共有的公共部分汇聚处理，采用 SSCS PDU 形成 CPCS－ PDU ，或反之。


4. AAL 协议类型与功能

Connectionless Date Transfer

Bit Rate

Connection Mode

Examples of Services

CircuitEmulationConstant Bit Rate Video and Audio

Constant Variable

Connection Oriented Connectionless

Variable Bit Rate Video and Audio

Connection- oriented Data Transfer

AALTYPE AAL 1 AAL 2

AAL 3/4

AAL 5

Class A Class B Class C Class D

Related Not Related

Service

Timing betweenSource andDestination

AAL3/4AAL 5


二、 AAL1 协议1.功能与应用

适用于恒定比特，源宿间要求定时关系 , 面向连接的业务。

如 E1, N*64Kb/s 电路业务 ,称此类业务为电路仿真业务 CES(Circuit Emulation Services, 指以 ATM 方式提供的服务非常接近非常接近(( 仿真、模仿仿真、模仿 ))PSTNPSTN 中同步中同步 TDMTDM 业务的服务业务的服务质量质量 QoSQoS。 )


恒定比特流 CBR

AAL1 AAL1

ATM ATM

PHY PHY

ATM Networks


1) 用户信息分段重装

2) 信元时延抖动处理

3) 信元净载荷重装时延处理

4)丢失信元、误插信元处理 (lost，misinserted)

5) 接收端对信源时钟频率的恢复 ( 即如果源端业务时钟变快，则收端应提高送给信宿用户的信息速率 )

6) 接收端对信源数据结构的恢复


2. AAL1 ─ PDU格式 1) 通用格式

SN: Sequence Number , SNP: SN protection SAR: Segmentation ＆ ReassemblyC:Convergence (1b , SRTS bits for odd cells; pointer flag for

even cells,1/0=pointer existed/not existed)SC: Sequence Count (3b: 0~7) CRC: Cyclic Redundancy Check (3b), P: parity(1b)

SN(4b) SNP(4b) SAR载荷 (47B)

C SC PCRC


2) 两种 PDU格式 ( 是否包括指针 )

•不包括指针

•包括指针

SAR-PDU 标头 AAL 用户信息 (47B)

SAR-PDU 标头 AAL 用户信息 (47B)

RES.(1b) POINTER (7b) AAL 用户信息 (46B)


• Pointer指出结构体第一字节在本信元中的起始位置 •仅在奇数信元 (1 ， 3 ， 5 ， 7)C 位传送 RTS

(Residual Time Stamp ，剩余时戳 )

• 偶数信元 (0 ，或 2 ，或 4 或 6) 传送指针 (C=1 表示有指针 )非结构传输：

47B， 47， 47 …，

结构性结构传输：46B/0( 信元序号 ) ， 47/1 ， 47/2 ， 47/3 ， 47/4 ， 47/5 ， 47/6 ， 47/7 ， 46/0 ，…


3 、时钟恢复方法

1) 同步剩余时间标签法 (SRTS)

Synchronous Residual Time Stamp

设网络公共时钟为 fn, 业务时钟 fs ，容差 ε

(频率偏差率 ) ，将 fn 通过 (2K) 分频得到 fnx ，且

满足 1< fnx/ fs(=x)≤2 ，即 fs与 fnx 相当


1, 2, 3,…, P

N 分频锁存器

2K 分频 P 位计数器

SRTS(P位 )

每 N*1/fs产生一个使能信号，使能锁存后， P 位计数器清零

fs

fn fnx

一组 N 个 fs 时间周期的 fnx 计数值最大差值Ymax = 网络标准频率 *N个 fs周期时长差 ,( fs 最慢－ fs 最快 )周期长度＝ fnx* N*

≈fnx* 2ε* N/fs= fnx/fs* 2ε* N

Ymax =x* 2ε* N (x≡fnx/fs, ε= 2*10-4 ,N=3008=47*8*8)

=2*2*(2*10-4 )*3008=2.4 (x=2)

1 1(1 ) (1 )( )

S Sf f


假定计时长度为 59分 30秒 ,允许误差 <±30秒 , 60秒作为一个小计时单位 ,则时间区间 59’0~59’59, 仅需传递剩余秒数 [0~59], 无需传递分数计数

计数组号 (0) (1) (58) (59) (0’)

fs(ε=0)

N 个脉冲

fnx 个脉冲2P 个脉冲2P 个脉冲2P

fs(ε>0)

N 个脉冲

fs(ε<0)

N 个脉冲

fs(ε<0, 误差太大 )

N 个脉冲fs误差太大，无法区别是第 (58) 还是 (0’) ？

不同 fs 对应的采样时刻与 P 位计数器的数值


国际标准• N=3008 (47*8*8) 每 8 个信元中有一个带结构体指针

( 注：对结构性数据传送 SDT (Structured Data transfer), N 应为 (46+47*7)*8=3000， ITU is wrong ???)

• 1<x≤2

• ε<200*10-6

• P=4位 ( 每 8 个信元中， RST 在四个奇数信元中发送 , 表示允许的计数值是 0～ 15)

上图说明：在限定误差范围的情况下，我们仅需传送小单位计数值 (秒数 ) ，而无需传送大单位计数值 ( 分钟计数 ) ，因为后者是相同、不变的。


同步剩余时戳的理解：• ( 无误差时的 )绝对时长＝ M*2^P 个标称脉冲 +y 个标称脉冲 ( 0≤ y <2^P)

• 由于限定 ε ，保证 y 不超过 2^P;我们不需要传输 M ，而只需要传输 y( 即只传送剩余的零头 )

• 同步，这里可理解为采用此机制，就可实现源宿点间的同步

2)自适应时钟恢复接收方根据接收信元缓冲存储器的“空满”程度来调整时钟。


三、 AAL2 协议

1、 AAL2 功能与应用

在 AAL2 对等层间实现有定时要求、可变比特率、面向连接“数据”业务传送。

用于变速率、实时业务传送 (语言 /视频短分组 ) 。第三代移动通中使用，语音编码 AMR

(Adaptive Multi-rate ，根据重要性不同形成的分层码 ) ，码速 4.75― 12.2 kbps


2、 AAL2 PDU形成 ( 黄 165 or English 389)

SAP# : Service Access Point (服务接入点 )

3 字节


3 、 CPCS(CPS)―PDU 格式 (CPCS: Common Part Convergence Sublayer, 公共部分汇聚子层 )

CID (8)

LI(6) PPT(2)

UUI(3) HEC(5)

PAYLOAD

CID: Cell IDentifier3 级复用 VP,VC,CellLI: Length Indicator (1―64, 实际数值 = 表示数字 +1)PPT: Packet Payload Type=3 OAM≠3 其他分组 (Video, Voice， etc.)

UUI: User to User Indication当 PPT=3 时， UUI 代表 AAL 管理实体信息当 PPT≠3 时 , 用户 SSCS(Service Specific Convergence Sublayer) 信息HEC: g(x)=x5+x2+1


4、 SAR-PDU格式

P(1)OSF(6) SN(1)

PAD( 可能没有 )

(CPCS-PDU)

PAYLOADSN: Sequence Number P: ParityPAD: Padding (填充或垫整 )

OSF: Offset Field (1―46 字节 ) 表示下一个 ( 或第一个 )CPCS-PDU 的起点在本载荷部分中的位置 ,47 表示本载荷是同一个CPCS-PDU 的全部 / 一部分。The Offset Field identifies the location of the start of the next CPS packet within the CPS-PDU. The Offset Field (OSF) identifies the location of the start of the remaining length of the packet that possibly started in the preceding cell and is continuing in the current cell. (from AAL2 ppt)


OSF 的解释：


四、 AAL3/4 协议

1、 AAL3/4 功能与应用

在 AAL3/4 对等层间实现没有定时要求、可变比特率、面向连接 / 无连接“数据”业务传送。

计算机数据 (WWW)、 B―ISDN UNI 接口、帧中继业务

(it is used less and less when AAL5 was created )

2、 CPCS―PDU格式 (黄 P172)


2、 CPCS―PDU 格式 (黄 P172)


•CPI:指示用于 CPCS 的协议 , 目前置 00000000b;

•BTag (Begin Tag/ 标签 ): 标识一个 CPCS PDU 的开始 , 与 Etag 取相同的值 ( 对同一个 CPCS PDU);

• BAsize (Buffer Allocation size): 接收方缓冲区大小 ;

•PAD: 用于保证 CPCS-PDU 为 N*4B

•AL(Alignment/ 对齐、校正 ): 用于保证 CPCS-PDU 尾为 4B

•ETag (End Tag) ：与 Btag 功能类似； •LI(Length Indicator) ： CPCS-PDU 负载区有效长度；


3. SAR PDU ( 格式见黄 P170)


• ST( Segment Type): 标识不同的 SAR-PDU 载荷区 (( ==SAR SDU: Service Data Unit )SAR SDU: Service Data Unit ) 类型

•ST=10 (BOM: Begin Of Message), 载荷区是CPCS-PDU 的第一段 ;

•ST=00 (COM: Continuation Of Message), 载荷区是 CPCS-PDU 的中间段 ;

•ST=01 (EOM: End Of Message), 载荷区是 CPCS-PDU 的最后一段 ;

•ST=11 (SSM: Single Segment Message), 载荷区是单个完整的 CPCS-PDU;


• SN( Sequence Number):

标识同一个 SAR-SDU 的不同 SAR-PDU编号 , 以发现 SAR-PDU 的丢失或误插 ;

•MID (Multiplexing Identifier):

标识不同的 SAR子层连接 , 一个 VCC 上可复用 1024 个连接 ;

•LI(Length Indicator) ：

SAR-PDU 负载区有效长度 (对 SSM,EOM 需要 , 因其长度未必是 44B 而存在 Padding)；•CRC: g(x)=X10+ X9+X5+X4+X+1


五、 AAL5 协议

1、 AAL5 功能与应用

在 AAL5 对等层间实现没有定时要求、可变比特率、面向连接 / 无连接“数据”业务传送。

计算机数据 (WWW)、 B―ISDN UNI 接口用户终端、帧中继业务

2、 CPCS―PDU格式


2、 CPCS―PDU格式 (Common Part Convergence Sublayer)

CPCS-PDU净荷 PAD UU CPI LEN. CRC

1B 1B 2B 4B

CPCS尾

CPCS ：公共部分汇聚子层 PAD：填补

CPI ：公共部分指示 PDU ：协议数据单元

LEN： CPCS-PDU净荷的长度

CRC：循环冗余校验 UU： CPCS 用户对用户指示


1) CPCS-PDU净荷：传送 CPCS-PDU， 1~(65535-8)

2) PAD: (Padding)

填充 0 ~ 47B 的 0以使 CPCS-PDU 为 48*N (N=1,2,…)

3) UU(user-to-user):

透明地传递 CPCS 对等层信息，可用于层管理4) CPI: (Common Part Identifier)

CPI=0 表示 CPCS-PDU尾由 8 字节组成


5) Length: CPCS-PDU长度

6) CRC(32 位 )：G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x6+x4+x2+x+1

3、 SAR-PDU格式

Cell Header PT Payload

SAR-PDU(48B)


AUU=1 : 表示该 SAR-PDU 是某个 CPCS-PDU的最后一段

AUU=0 : 非最后一段

3. AAL3/4与 AAL5的比较

AAL3/4 AAL5

(1)报文的开始、结尾

SAR-PDU(SSM; SOM.COM.EOM)// Cell Header

中的 PT(AUU)


(2)AAL 在同一 ATM 连接中的复接

SAR-PDU 中的 MID // 不支持

(3) CRC校验

CPCS-PDU 无 // 很强

SAR-PDU CRC-10 // 无

(4)长度指示

CPCS-PDU 有 // 有

SAR-PDU 有 // 无

(5) 实现的复杂度

复杂 // 较复杂



1.2 ATM 物理层

1.5 CCSS7与 ATM 信令

1.3 ATM 交换

1.4 ATM 适配层 (AAL)


一、信令技术概述

信令系统 (SS： Signaling System) 是通信网的重要组成部分。那么什么是信令呢 ? 简单地说，信令是终端和交换机之间以及交换机和交换机之间传递的一种信息，这种信息可以指导终端、交换系统、传输系统协同运行，在指定的终端间建立和拆除临时的通信通道，并维护网路本身正常运行


PSTN 信令系统分为 :

随路信令 CAS ： Channel Associated

Signaling ( 带内信令，信令和话路采用同一传输通路， ex 电话线 ) ：用户环路 (DTMF/ PULSE) 、端局交换机信令 ( 中国 1号信令 ) 等。共路信令 CCS ： Common Channel

Signaling ( 带外信令，信令和话路采用不同的传输通路 )： N-ISDN， B-ISDN ，电话网等，传递速度快、可靠性高、提供补充业务、特殊功能。例如 SS NO.7


两种信令系统的组成结构(a) 随路信令系统示意图； (b) 公共信道信令系统示意

½»»»ÍøÂç

½»»»»ú A

¹«¹²¿ØÖÆ

ÐÅÁîÉè±¸

»°Â·

½»»»ÍøÂç

½»»»»ú B

¹«¹²¿ØÖÆ

ÐÅÁîÉè±¸

(a)

½»»»ÍøÂç

½»»»»ú A

´¦Àí»ú

ÐÅÁîÉè±¸

»°Â·

½»»»ÍøÂç

½»»»»ú B

ÐÅÁîÉè±¸

(b)

´¦Àí»ú

Êý¾ÝÁ´Â·


二、 7号信令系统概述 ( 选学 )

No.7 信令方式功能结构

µÚËÄ¼¶(L4)

ÓÃ»§¼¶

ÐÅÁîµã A

ÓÃ»§¼¶

ÐÅÁîµã B

µÚÈý¼¶(L3)

ÐÅÁîÍø¹¦ÄÜ¼¶ ÐÅÁîÍø¹¦ÄÜ¼¶

µÚ¶þ¼¶(L2)

ÐÅÁîÁ´Â·¹¦ÄÜ¼¶ ÐÅÁîÁ´Â·¹¦ÄÜ¼¶

µÚÒ»¼¶(L1)

ÐÅÁîÊý¾ÝÁ´Â·¼¶ ÐÅÁîÊý¾ÝÁ´Â·¼¶


二、 7号信令系统概述

1．第一级 (MTP-1)

MTP-1 是信令数据链路功能级，为信令传输提供一条双向数据通路，它规定了一条信令数据链路的物理、电气、功能特性和接入方法。采用数字传输通道时，在每个方向的传输速率为 64 kb/s 。 2．第二级 (MTP-2)

MTP-2 是信令链路功能级 , 它规定了在一条信令链路上传送信令消息的功能以及相应规程。如：信号单元定界、信号单元定位、信号单元检错和纠错、信号重发控制、信令链路监视等。第二级和第一级共同保证信令消息在两个信令点之间的可靠传送。 ( 注：此处的信号 Signal 的含义，类似于 Protocol)



3．第三级 (MTP-3)

MTP-3 是信令网功能级 , 它由信令消息处理和信令网管理两部分组成。信令消息处理功能是根据消息信号单元中的地址信息 ( 即路由标记 ) ，将信令传至合适的信令点或用户部分 (见图 ) 。信令网管理功能是对每一个信令路由和信令链路进行监视，当遇到故障时，完成信令网的重新组合；当遇到拥塞时，完成控制信令流量的功能及规程，以保证信令消息仍能可靠传送。



4． UP (User Part)

UP 由不同的用户部分组成，每个用户部分定义了实现某一类用户业务所需的相关信令功能和过程。



OSI ²ã

CCITT No.7ÐÅÁîÓÃ»§

TC- ÓÃ»§TCAP

7

TC(ISP)

654

SCCP µÚËÄ¼¶

MTP (µÚÒ»ÖÁÈý¼¶)

3

2

1

ISUP

µÚËÄ¼¶

TUP

µÚËÄ¼¶

ÖÁÆäËûCCITT No.7½Úµã



1． TUP

TUP是 ITU-T 最早研究提出的用户部分之一。它规定了电话通信呼叫接续处理中所需的各种信令信息格式、编码及功能规程 (procedure) 。主要是针对国际电话网的应用的，但也适合于国内电话网的使用。

TUP将根据发端交换局呼叫接续处理要求，产生所需的消息信令并经 MTP 部分传送给接收端局；同时还接收由 MTP

部分传送过来的到达本端局的各种消息，分析处理后通知话路部分做出相应的处理。



2． SCCP

在四级结构中， SCCP 是用户部分之一。 SCCP 的主要目标是要适配上层应用需求与 MTP-3提供的服务之间不匹配的问题。在四级结构中， MTP存在如下缺陷： (1) MTP 只使用目的信令点编码 (DPC： Destination

Point Code) 进行寻址， DPC 的编码在一个信令网内有效，不能进行网间直接寻址。 (2) MTP 最多只支持 16 个用户部分，不能满足日益增多的新业务的需求。 (3) MTP 只能以逐段转发的方式传递信令，不支持端到端的信令传递。



(4) MTP 不能传递与电路无关的信令，不支持面向连接的信令业务。

SCCP为MTP提供附加的寻址和选路功能，以便通过No.7 信令网，在电信网中的交换局和专用中心之间传递电路相关和非电路相关的信令信息或其他类型的信息，建立无连接和面向连接的信令业务 ( 如，用于管理和维护目的等 ) 。

SCCP 的功能和过程由消息传递部分传递。



3． ISUP

ISUP 是在 ISDN环境中，提供话音或非话音 ( 如数据 )

交换所需的功能和规程。它定义了在 N-ISDN 或数字电话网上建立、释放、监视一个话音呼叫及数据呼叫连接所需的信令消息和协议，以支持基本的承载业务和补充业务，包括全部 TUP 所实现的功能。因此采用 ISDN 用户部分后， TUP

部分就可以不用，而由 ISUP 来承担。此外 ISUP 还具有支持非话呼叫和先进的 ISDN 业务所要求的附加功能。因此， ISUP 具有广阔的应用前景。



4． TCAP (Transaction Capabilities Application Part)

随着移动通信技术和智能网技术的引入，电信网日趋复杂，网络中建立了许多独立于交换系统的数据库。对数据库的操作要求满足原子特性，即要么操作成功，要么操作失败，且失败操作不能改变数据库的状态。事务处理能力 (TC) 是指网络中分散的一系列应用在相互通信时采用的一组规约和功能，它为访问网络中的数据库提供标准接口，是目前电信网提供智能网业务、支持移动通信和信令网的运行管理和维护等功能的基础。目前的TC 用户有操作、维护和管理部分 (OMAP) ，移动应用部分(MAP) 和智能网应用部分 (INAP) 。三部分分别定义了支持信令网管理的信令和协议，支持移动业务的信令和协议，支持智能网业务的信令和协议。



TCAP 具有管理事务处理的能力，这一能力是通过标准的对话 (session)过程实现的。 OMAP、MAP 等都利用TCAP 来转移与应用有关的事务处理。如在运行管理中心和交换局之间收发运行管理数据，对移动电话设备的位置进行登记等。

当传送数据业务量较小而实时性很强的信息 (例如对业务控制点的询问 )时 ,宜采用 SCCP 无连接服务 ;当信息的数据量很大但无实时性要求 ( 如传递与业务量有关的统计数据和文件 ) 时，采用 SCCP 面向连接服务。



图中 MTP 的第一级完成 OSI 第一层物理层的功能，第二级完成 OSI 第二层数据链路层的功能，第三级信令网功能级和 SCCP 一起完成 OSI 第三层网络层功能。 TC完成 OSI 第四层至第七层的功能，其中 TCAP

完成第七层应用层功能，中间业务部分 ISP完成第四至六层 ( 表示层、对话层、运输层 ) 的功能，这部分协议ITU-T 还在研究之中。


三、信令功能

1. 低层功能 (OSI/RM 1-3) 信令消息传递功能2. 高层功能 (OSI/RM 4-7) (1) 呼叫连接控制：根据用户请求，建立、保持和释放用于传递用户信

息的 VPCs/VCCs 。协商 ( 和再协商 renegotiate)某一连接的业务特性。

支持点对点 P2P 、多点对点 MP2P ，点对多点 P2MP 、多点对多点 MP2MP

(2)提供补充业务：如呼叫转移，多方通信等 (3) 支持智能网业务：如 VPN (Virtual Private Network ，虚拟专用网 ) 等


信令功能 (续 )3. B-ISDN 信令阶段实施版本 1 版本 2增加内容版本 3增加内容业 · 面向连接的 · 面向连接的承载业务 · 多媒体业务承载业务 (CBR) (VBR) ·无连接承载业务 · 分配型业务务 ·

· VC 交换 · 业务协商与再协商 · VP 交换 · VP 交叉连接 · 用标准OAM 实现 VP 配置 · 用综合OAM 配置 VP网 · 按峰值速率分 · 按峰值速率和平均速率络配宽带分配宽带 · 无QoS 类别 · QoS 类别指示 · QoS 类别协商能 · 点到点连接 · 简单的点到多点连接 · 点到多点连接力 · 对称与非对称 · 为一个呼叫建立多个连接 · 广播连接连接 · 单向与双向连接 · 补充业务 · 有限的补充业务


四、信令系统体系结构ITU-T提出了 UNI和 NNI 信令协议栈

1. UNI

点对点：用户侧仅有一个信令端点，每个

VP 使用单个永久性信令虚通路SVC(VPI=XX,VCI=5), 实现信令传输。

点对多点：用户侧多个信令端点，用元信令

(Meta ，每个 VP 的 VCI=1, ) 实现信令 VCCs的分配、检验和拆除。


2. NNI

基于 SS NO.7：利用 SS NO.7 信令网传送信令 (STM 网 )

基于 ATM：利用 ATM承载网传送信令 (ATM网 )


信令系统体系结构 (续 )

NNI

ATM骨干网络网管中心 (NMC)

ATM用户设备

ATM用户设备 UNI

UNI

(a)ATM 网络与 SS7 网络

SS No.7

STP STP

STP

STP –Signaling transfer Point


SS NO.7 信令网B--ISUP

MTP—3

MTP--2

MTP--1

B--ISUP

MTP—3

MTP—2

MTP--1

Q.2931

SAAL

ATM

PHY

(b) 基于 SS NO.7

Q.2931

SAAL

ATM

PHY

Q.2931

SAAL

ATM

PHY

UNI

UNI

Q.2931

SAAL

ATM

PHY

转换

NNI

Stack A

Stack C

Stack B

注解：1) 终端具有 stack A ；2)UNI 处的网络结点具有stack B 和 Stack C ；3 ) 其它网络结点具有 stack C ；


B—ISUP

MTP-3

SAAL

ATM

PHY

Q.2931

SAAL

ATM

PHY

Q.2931

SAAL

ATM

PHY

Q.2931

SAAL

ATM

PHY

(c) 基于 ATM

UNIUNIB—ISUP

MTP-3

SAAL

ATM

PHY

Q.2931

SAAL

ATM

PHY

NNI


ATM 信令协议栈 SAAL： Signalling ATM Adaptation Layer 依靠 ATM 层提供的服务，在对等层间实现连接建立、

保持、拆除，为用户 ( 信令消息 )提供确保或非确保的数据传送业务。

注解：包括特定业务汇聚子层 SSCS－ Q.2110， CPCS和SAR 三部分， Q.2110 实现子层内面向连接或无连接， ARQ 采用“多个扇形的重发区间”，即一个帧内发送多个重发帧序号区间，特别适合无线信道等误码率高的场合，对 ATM 是大材小用。 Q.2110 是功能最完善的链路层协议。

Q.2931：依靠 SAAL 层提供的服务，在 UNI 对等层间完成

(虚 ) 连接建立、维护、拆除 . 分为呼叫建立、状态信息传输、呼叫拆除等大类。


ATM 信令协议栈

Q.2931( 常用消息 )1) 建立 (Setup)2) 建立确认 (Setup Acknowledgement)3) 呼叫接续 (Call Proceeding)4) 接续中 (Progress) 呼叫建立

5) 连接 (Connect)6) 连接确认 (Connect ACK)7) 提醒 (Alerting)

8) 释放 (Release )9) 释放完成 (Release Complete) 10)重启动 (Restart) 呼叫清除

11)重启动确认 (Restart ACK) 12)拆除连接 (Disconnect) 异常


ATM 信令协议栈 B-ISUP (B-ISDN Service User Part) 依靠MTP-3 层提供的服务，在 NNI 对等层间完

成网络 (虚 ) 连接建立、维护、拆除 .

MTP-1/2/3 (Message Transport Part) 分别对应 OSI/RM 的 1-3 层

3. Q.2931 消息格式


Q.2931: Message Format Protocol Discriminator (1 Byte) =

Distinguishes Q.2931 messages from other messages– 08 = Q.931– 09 = Q.2931

Call reference (4 bytes) : Identifies call to which this message is related to. One user may have many calls simultaneously.– Flag = 1 Message is from call

reference originator– Flag = 0 Message is to call

reference originator Message Type (2 Bytes): Many types,

e.g., connect, call proceeding, setup, release, etc.

Message Length (2 Bytes): Length of contents of this message


Q.2931: Message Format// Information Element (IE)Formats


Q.2931: Message Format// Information Element Formats


Q.2931: Message Format// Information Element AAL Parameters (4-20B): E.g., max SDU sizeATM User Cell rate (12-30B): forward/backward avg/peak cell ratesBroadband bearer capability (6-7B): Requested bearer characteristics. CBR or VBR. Susceptible( 允许的 ) to clipping. (因情况可剪去容量， UBR)Broadband High-Layer Information (4-13B): Used for compatibility checking by the receiving end-point. Transported transparently across the network.Broadband Repeat Indicator (4-5B): How to interpret repeated elements(see Q.2931 for the details)Broadband Low-Layer Information (4-13B): Used for compatibility checking by the receiving end-point, at lower layers, e.g., X.25


Q.2931: Message Format// Information Element

Called Party Number (Max 25 B)Called Party Subaddress (4-25 B): Used outside the networkCalling Party Number (4-26B)Calling party subaddress (4-25B)Cause: Exception reasonCall State: current stateConnection Identifier (9B): VPCI/VCCI

VPCI = VP Connection ID One VP = Multiple lower speed links (VCs)One VCC or VCCI is identified by both an VPI and an VCI


Q.2931: Message Format// Information Element QoS Parameters (6B)Broadband Sending complete (4-5B): Indicates completion of the called party number. Ignored by ATM Forum.Transit Network Selection (4-8B)Endpoint Reference (4-7B): Identifies individual endpoint of a multipoint connectionEndpoint State: State of an endpoint in a point-to-multipoint connectionEnd-to-end Transit DelayRestart Indicator: Identifies class of facility to be restarted


4. Q.2931连接控制时序Q.2931连接控制时序 ( 见黄 P271－273)

•Or unexpected action


Further readings

1. www.cordis.lu/infowin/acts/analysys/ products/thematic/atm/atmrefs.html ( there are several tens references available)

2. http://www.npac.syr.edu/users/mahesh/homepage/atm_tutorial/

3. www.lanl.gov/lanp/atm.tutorial.html

4. http://usuario.cicese.mx/~aarmenta/frames/redes/atm/tutorial1/tute.html

5. http://www.atmforum.com/

6. http://www.cs.tut.fi/~petkos/atm_links.html (there are five links related to ATM)

7. Acronyms :

http://www.cordis.lu/infowin/acts/analysys/products/thematic/atm/acronyms.html


补充 UTOPIA 接口

ATM论坛定义了 ATM 层与物理层的信元传送接口， UTOPIA- Universal Test & Operation PHY

Interface for ATM ，简记为 UTOPIA Level 1 to 4

(UL1～ UL4) ；后经扩展也用于不同层间的变长

分组传送 (PoS： Packet over SDH) ，该接口在实际中应用广泛。参考：

1) ATM 论坛 : www. atmforum.org ， 2) 肖丹， ATM互连网络及应用。

第一章 宽带 atm 技术

Documents

第一章宽带 atm 技术