ATM交换原理及应用探究

1.ATM交换原理

在ATM网中，ATM交换机占据核心位置。与电话交换相似，ATM交换系统的内部结构也可分为时分和空分两种。

（1）时分交换结构

在时分交换系统中，各路输入信号首先被按照时间复用成一路信号，然后送交换部件完成交换，最后在输出端将各路信号分离输出，这就是时分复用技术。

在同步时分复用系统中，各单路数字信号由其在时间上的不同位置予以区别。改变其在时间轴上的相对位置，就相当于对各单路数字信号进行了交换。所以该方法也叫同步时分交换。ATM信号本身是一种异步时分信号。异步时分交换在经过交换单元时，不是通过时隙互换来完成交换功能的，而是通过改变标志码（即ATM信元前面的VPI和VCI）来完成交换功能的。对于送入一个时分交换单元的多个ATM信号，可采用同步时分复用方法或异步时分复用方法来合成一个高速信号。

常用的时分交换系统可分为总线结构和共享存储器结构两种类型。

1）总线结构。典型的总线结构如图6-2所示。其特点是：每个入端都经过各自的输入处理部件连接到总线上。各路输入ATM信号经过输入处理部件送入总线。输出处理部件从总线上取出信元，形成各路输出信号。总线处于核心位置，相当于一个信元的中心集散地。一个输出处理部件读入总线上的信号，并从与之相连的出端送出。

2）共享存储器结构。典型的共享存储器交换结构如图6-3所示。各路输入ATM信号经过输入处理部件送入存储器。存储器位于核心位置，相当于一个大的信元缓冲池。实际上共享存储器结构是总线结构的一种变形。处于核心位置的存储器可以看做是在总线结构中的各输出处理部件里面输出缓冲存储器的组合。输入处理部件可以看做是总线结构中的各输入处理部件的组合，输出处理部件也可以看做是总线结构中的各输出处理部件的组合。

图6-2 总线结构的时分交换系统

图6-3 共享存储器结构的时分交换系统

（2）空分交换结构

由于时分交换结构中总是存在一个信息的集中点，所有入端的信息总是要经过这一点才能送往输出端，其容量受到了限制。ATM交换也可采用空分交换结构，从而达到进一步扩大容量的目的。

1）纵横开关阵列。纵横开关阵列位于交换单元内部，把某入端上的信息传送到某出端上，最直接的方法就是把入端和出端正确地连接起来，即在交换单元的每个入端和出端之间都接上一个开关，交换单元内部构成一个庞大的开关阵列。当开关接通时，入端和出端就被连接起来；当开关断开时，入端和出端就被断开。

图6-4是一个M×N的纵横开关阵列，在每个交叉点上都有一个开关，共有M×N个开关。因为有多少个交叉点就有多少个开关，所以也可用交叉点的数目来代表开关的数目。

开关阵列的主要缺点是：当M和N较大时，交叉点的数目会迅速增加。所以，开关阵列结构适合用来构成较小的交换单元。它的物理实现并不一定使用一个个的开关，可以等效为M选1或N选1的多路选择器。

时分交换结构可以与纵横开关阵列相结合，形成更大的交换单元，如图6-5所示。其中，在时分交换结构的中心点上引入一个纵横开关阵列，拓宽时分交换结构系统容量的“瓶颈”。

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图6-4 纵横开关阵列

图6-5 时分交换与纵横阵列相结合的交换单元

2）多级互联网络。多级互联网络也是一种空分交换结构，该结构在电话交换系统中被广泛使用。多级互联网络在相同端口数目条件下所用的交叉点数较少。

与电话交换单元不同，ATM交换使用的多级互联网络由最小交叉连接单元构成，被称为Banyan网络。一个交叉连接单元有两种连接状态，即平行连接和交叉连接，如图6-6所示。平行连接时，入端0和出端0连接，入端1和出端1连接；交叉连接时，入端0和出端1连接，入端1和出端0连接。

图6-6 交叉连接单元的两种状态

2.ATM的应用

ATM具有高速和同时适用于话音及数据通信的特点，得到了广泛的应用。

（1）用于电信传送网

电信传送网是一种公用的通信基础设施，它向外部提供各种不同速率的数字传送能力。现代电信传送网络是以同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）为基础，由传送SDH信号的光纤线路和SDH数字交叉连接系统构成的。利用SDH提供的通信能力，通过增加ATM交叉连接设备，可在SDH上构成ATM传送网。

（2）用于B-ISDN数字网

B-ISDN数字网是宽带的综合业务数字网，其目标是向用户提供灵活高速的综合业务能力，通信速率也是灵活可变的，并可同时适应各种不同的业务类型。在B-ISDN中，用户链路和网络内部都采用异步传送方式（ATM）。在ATM网上建立B-ISDN需要利用ATM链路，并加入ATM交换机、ATM信令处理设备和ATM网络终端设备。

（3）支持无连接数据通信业务

ATM是一种面向连接的通信方式。所谓面向连接是指在通信双方之间存在一条物理的或逻辑的链路，供双方通信使用。在ATM中，这条链路是一个VPC或VCC，由一个或多个VP/VC链路组成。一个VPC或VCC被某个通信过程占用后，其包含的VP/VC链路所用VPI/VCI就不能再被其他通信过程所使用。因此，一个ATM上能同时进行的通信过程是有限的。若要支持更多的通信过程，必须使用VPC/VCC的建立/释放机制。以ATM为基础，通过增加具有无连接数据通信功能的服务设备，就可实现无连接数据业务，如电子邮件、计算机局域网等。

（4）支持帧中继业务

帧中继是一种面向连接的数据通信业务，用于向用户提供面向连接的通信能力。在ATM上实现帧中继的方法和支持无连接数据一样，使用具有帧中继功能的服务设备，就可在ATM上建立帧中继通信功能。