异步转移模式（ATM）在现代有轨电车运行安全控制系统中的应用

ATM是1988年由CCITT提出实现宽带综合业务数字网（B-ISDN）的核心技术。它是在总结、分析了传统电话网的电路交换技术和数据网络的分组交换技术优缺点的基础上发展起来的。ATM技术融合了面向连接（保证QoS）和统计复用（提高宽带利用率）两者的优点，是语音、数据、视频及IP等各种业务传输、复用和交换的理想方式，其灵活的宽带分配策略能满足当前和未来的需求。ATM技术及其本身的一些特性正好适合轨道交通领域的通信系统。简单来说，主要有以下几点。

（1）可承载不同业务 轨道交通的通信系统需要实现对各种不同业务的承载。如专用电话、公务电话、视频监控及IP数据等等。而这些业务有着不同的特性，例如，IP数据业务突发性较强，视频业务需要高带宽来保证图像质量，语音业务需要固定的带宽保证通话质量。ATM技术的设计完全满足通信系统对综合业务承载以及服务质量的需求，因为ATM技术允许对传输的各种业务按照恒定比特率业务（CBR）、可变比特率业务（VBR）、可用比特率业务（ABR）以及未知比特率业务（UBR）等进行划分，对其服务质量进行分别设定和控制。另外，为了方便各种业务的接入，ATM对其设备也规定了各种国际标准接口，扩大了运用范围。

（2）按需连接特性 工作方式面向连接、采用统计复用的方式，可动态地、灵活地分配用户带宽，以及通过虚拟电路实现网络内的连接，使系统的传输容量得到充分的利用。在城市轨道交通通信系统中，视频业务是一种占用系统宽带资源的业务，特别是在用户对视频图像的质量要求越来越高的今天。另外，视频业务也是一种典型的多点对一点的业务，摄像头数量众多，而监视器较少，如果采用传统的点对点进行视频传输，一方面不经济，且两端的视频编解码设备将大大增加；另一方面由于宽带大量的浪费，不但导致系统的扩展性较差，而且视频业务本身也不能进一步改善质量。ATM技术的按需连接特性以及对连接的高效管理就很好地解决了这个矛盾。采用ATM技术。视频业务占用的带宽将由监视器的数量决定，从而在保证业务质量的前提下，节省了大量的系统资源，同时也为将来系统的扩展和升级预留了条件。

（3）较高的数据安全性 随着数据通信的快速发展，IP技术由于其技术简单、终端设备低廉以及连接方便等优点得到了广泛应用，目前已成为数据通信技术的首选，在轨道交通领域也是如此。但由于IP技术受其本身协议的约束，对数据通信的安全保证必须通过高层应用软件来完成，因此效率并不高。而城市轨道交通通信系统中，各种不同数据网络之间需要保证绝对的隔离，这就对IP网络的数据安全性提出较高的要求。ATM技术可以在较低层次上将不同网络的数据报隔离，大大提高了数据防护的效率。在ATM网络中，各个节点的IP端口可以进行分类并组合为不同的逻辑子网，这样同一逻辑子网中的IP端口可以自由通信，而不同逻辑子网之间则保持绝对隔离.从而满足了数据安全性的需求。

作为一种宽带综合业务数字网通信系统，ATM技术既解决了SDH传输系统的业务综合能力低的问题，又避免了OTN系统由于非标准而造成在系统扩展上的局限性。它以综合的方式处理语音、数据、图形和视频信息，为系统提供更大的容量和综合业务，在技术上是非常先进的，也是符合将来发展趋势的。

但也应注意，ATM归根结底是一种交换技术，是通过光接口连接ATM设备来构筑ATM传送网络的，因此还欠缺类似SDH自愈环网那样的功能，在处理故障和实现保护时所用的时间比较长，对开办实时性要求非常高的调度电话、系统控制等业务方面也还有待于进一步探讨。另外，ATM也是一种具有服务质量的网络，其服务质量（QoS）能够控制网络上传输流的带宽、延时和精度水平。例如，网络管理员可以将一个622Mbit/s的ATM服务器连接分割为3个200Mbit/s的块，每块可有3种不同应用。这是因为ATM是一种宽带技术，并且数据是通过虚拟通道传输的。但从另一方面来说，目前SDH已对组建高速骨干传输网相当自如。在ATM系统中，当大部分业务量在本地上下时，若采用大量ATM交叉连接设备（VPX）进行STM/ATM转换，则转换成本非常高，从这一点来看，ATM在传输网上与SDH竞争仍有一定困难。事实上，ATM技术是迄今为止最为复杂的网络技术，除基本技术外，还不断推出新技术。由于各厂商对新技术跟踪速度不一，加上目前还没有统一的标准，所以市场上的ATM产品在性能方面各有差异。且由于ATM技术过于完善，其协议体系的复杂性造成了ATM系统研制、配置、管理及故障定位的难度；另外，ATM网络设备也较昂贵。因此，目前在城市轨道交通中，ATM还不能完全替代SDH。(www.xing528.com)

ATM技术还未达到成熟阶段，特别是在城市轨道交通专网中，还有不少技术问题需要进一步研究解决。下面列出一些有待解决的主要问题：

1）ATM技术的引入对语音信号的时延问题是一个挑战。对于64kbit/s编码的语音信号，在源节点为了将用户信息装入48个字节的信息字段，其时延为48×8×1/64000=0.006s=6ms。于是往返时延为12ms。此外，在中间ATM节点所进行的阻塞控制以及终端ATM节点所必需的缓存平滑处理，也会进一步引入附加的时延。采用数字终端的ATM接入方式与移动通信接入方式相似，因而也需要具有48ms终端时延能力的回波消除器来减少可能的时延损伤。此外，对于模拟接入ATM网的情况，终端侧也需要一个回波消除器，以便应付可能超标的现有长途网的回波消除器的终端时延能力或者往返时延指标。ATM网终端侧回波消除器的终端时延能力要求可以小于网络侧，通常为16ms即可。如果采用部分信元填充方式，如仅使用16字节填充，则无须任何附加的回波消除器，但带宽利用率将大大降低。近来有人提出微信元的概念。即把53个字节的信元细分为4～20个字节的微信元，从而提高了效率，减少了延时。总之对付ATM引入的时延问题仍然是一个挑战。

2）在同步通信网中，信道容量是按某种信息业务的峰值数据速率进行分配的。其优点是不会发生信息丢失现象，缺点是信道的平均利用率较低，浪费了宝贵的频带资源。ATM网采取动态分配方式，显著提高了网的有效容量及其利用率，但是，带来的问题是网的局部可能由于业务量过大而产生拥塞现象，其结果是一部分信元丢失或时延过大而影响通信质量。由于ATM技术适用于高速网的要求，必须另觅解决途径。

3）对于数据和文件的传送，时延抖动不会产生明显的影响，然而对于语音、电视这类等时信息业务来说，分组传送的时延抖动不允许超过一定值，否则会产生分组丢失现象，影响通信质量。这里需要解决两个问题：①如何限制时延抖动的范围。②如果发生了分组丢失现象，如何采取弥补办法以尽可能减少信号失真，保证较好的通信质量。

4）等时业务的接收终端必须与发送端的时钟同步才能保证通信质量。由于ATM网是异步传输网，经过这种网互联的等时业务终端之间时钟信息被丢失了，不可能再采用同步网中简单的定时恢复措施。因此，必须研究新的定时恢复方案来解决这个问题，这也是分组交换网中普遍存在的问题。