對ATM應用前景的重新認識

2019-11-03 10:11:00

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

對ATM應用前景的重新認識 ATM技術在最近的數年里取得了迅猛的發展。與此同時互聯網（Internet）超出了人類想像力的發展，ip技術異軍突起，成了本來信息網絡的代名詞，其呼聲隨IP電話等應用的推廣而日甚一日。目前IP技術主宰了幾乎所有的數據業務，而且正向話音和視頻領域擴展。有人據此得出結論：未來的寬帶網絡將基于IP技術，ATM技術前景黯淡，將走向沒落，應把精力和資金投入在IP技術上，而淡化和停止ATM技術的研究。在這種情況下，如何看待ATM技術呢？在討論之前，讓找們考察一下ATM技術提出的背景是有益的。 1 ATM技術電信網的發展始終貫穿著兩條主線：用戶業務類型；傳輸、交換等關鍵技術。這兩條主線互相交織，互相促進使得電信網從電報網發展到電話網、分組交換網，每一步發展都給人們的思想帶來新的啟示。隨著用戶的可用帶寬（Available access bandwidth）的逐步增加，對業務的要求也逐步向寬帶化、實時化發展。人們對業務的實質有了更精確的認識。對用戶而言，業務就意味著服務類別、服務質量、持續時間及相應的資費。對運營者而言，業務的本質特征是帶寬（比特率）、服務質量（時延指標、誤碼率指標）、持續時間。相應的交換技術、傳輸技術是關鍵。新業務的出現，受沖擊最大的就是運營商，尤其在交換技術上。傳統電路交換不適于數據業務，由于64kb/S的限制使得ADSL技術不能直接從現有交換機上獲益就是一個例子。數字化、寬帶化、傳輸光纖化、分組化是今后電信網和信息網的發展趨勢。為廠避免過去一種業務一套網絡的情況，構筑一個與業務類型無關或弱相關的統一業務傳輸、復用、交換和交叉連接平臺，使得多業務靈活接入，這樣既能在設計、構筑、運營、維護上取得巨大的經濟效益，又能夠對業務的發展保持良好的適應性，最大限度地保護運營者與用戶的投資利益。隨著信息壓縮與編碼、數字信號處理技術、超大規模集成電路技術的出現和發展，這種想法在技術上已經完全可實現。 ATM技術正是這樣一種基本功能適中的能夠適配各種業務的快速分組技術。通過固定長度（53字節）信元來適配所有業務源，具有高速、靈活、可綜合多種業務的能力，同時支持對服務質量（QOS）的保證和動態的用戶管理能力，充分利用壓縮編碼技術帶來的帶寬資源的節省等優勢，促使資費降低和新業務的涌現，形成良性循環。1991年，ATM被ITU－T確定為寬帶綜合業務數字網（B－ISDN）的傳送模式。 IP是位于開放系統互聯（OSI）七層模型的網絡層上，即第三層技術。ATM付于數據鏈路層上，是第二層技術（或第2.5層技術）。IP技術面向無連接，而ATM技術門向連接。IP技術屏蔽了不同網絡的低層實現細節，采用統一的地址格式和協議，使得異種網互聯只要在IP后取得一致即可交換信息。同時，TCP／IP協議族提供良好的應用程序接口（API），使得用戶存此基礎上可自主開發大量應用軟件，這就大大激發了用戶的積極性和主動性，其業務也越來越豐富。再加上政策和資費制度的傾斜，IP技術便迅速發展起來了。事實上，帶寬的節省和分組化并非IP技術最根本的特征和成功的關鍵。關鍵在于TCP／IP協議事實上被廣泛接受和標準化，并具有良好的應用程序接口（API）。用戶的可接入性、互通能力強才是問題的核心。 IP的主要技術路線是專線加路由器。隨著用戶終端性能的提升和要求的增加，對路由器性能的要求越來越高。值得指出的是，IP技術并不是一個“新”技術，而是40年來積累的技術。之所以能突放異彩，是因為數據業務的蓬勃發展，歸根到底是可用接入帶寬的增長以及由此激發的用戶需求的迅速增長。 3 IP和ATM之比較 3.1服務質量保證無論對運營者還是用戶，QoS是服務信譽的標志。由于面向連接與面向無連接之分，IP技術和ATM技術在服務質量（QoS）保證方面有根本的不同。 IP包的長度是不固定的，長信息包和短信息包中信息打包、拆包時延差別很大，從而引入了較大的時延抖動，不適于實時業務。IP技術采用帶寬資源競爭的人人（協議特性），當用戶增加時，服務質量則降低，導致服務質量不穩定。目前一些示范實時應用實際上是用低帶寬利用率換取高服務質量。 ATM技術使用固定長度信元使打包、拆包時延相當，減小時延抖動，并且小信元長度降低了時延值。另外， ATM采用流量控制技術，在連接建立之前，就通過信令協商能否保證用戶的服務質量要求，只有當網絡確認之后才接受入網，保證為每一個虛電路提供不同的服務質量。這是真正意義上的服務質量（QoS）。為彌補IP技術在服務質量上的缺陷，TETF提出如RSVP（Resource Reservation PRotocol）協議等。但由于IP自身限制，協議實現復雜，進展緩慢。 3.2協議簡化問題從發展歷程上看，lP技術在開發初期，傳輸技術不理想，于是采用逐段糾錯，反饋重傳等技術，這使得協議復雜。隨著光纖技術的發展，傳輸和處理能力的提高，這些部分已顯多余。但由于軟、硬件投資問題，IP自身成了障礙，只能保留這些功能。這必然影響網絡傳輸效率。 ATM技術充分利用光纖技術發展，簡化差錯控制，在中間節點不檢查業務完整性，大大簡化了協議。ATM流量控制和信令是為了用精確的控制得到網絡利用率的提高和服務質量的保證。雖然復雜些，卻是值得的。 3.3現有電信網的演進用IP還是ATM作為未來電信網或信息網的基礎，是爭論的熱點。為Internet業務專門構筑IP同看到了數據業務發展將超過傳統電信業務趨勢；而為將來的多業務（包括數據業務）構筑ATM網則是看到了收益的主要來源仍然是傳統電信業務，無論是從保護用戶投資還是提供新業務上，ATM都是一種務實、平滑的演進。 3.4骨干網擴容 IP網的發展面臨著兩個嚴重問題：其一是網絡的復雜性成非線性增長，其二是網絡件能退化。網絡越來越難以管理，在阻塞、分組丟失、時延日益增加的同時，吞吐量也在下降。部署更多的相同設備并不能支持其持續發展。增加更多的路由器意味著對網中其它路由器增加更多的物理鏈路。路由器轉發每一次都會增加處理時延，且分組處理昂貴。交換機、端口、電路、網管和服務管理綜合費用的增加并不會使收入成比例增加。 ATM骨干網可以解決這些問題。通過在路由器網絡核心中安裝大容量ATM交換機，互聯網提供商可取消跨越其骨干網的4－8次路由跳轉。減少了昂貴的分組處理，性能得到改善。進入骨干網的邊緣路由器儀通過ATM網一次交換就可接入任何邊緣設備，由于網絡總容量十倍速的增長，鏈路數越少越容易管理，網絡性能明顯改善，使導網絡管理明顯簡化。評論家一直認為，ATM約10%的開銷是一種浪費，但事實上，這種開銷很容易通過在ATM骨干網上實現性能優化來彌補。運營公司已經發現，采用ATM骨干網升級的IP網最多可以減少總開支的50％。 3.5業務發展和運營管理業務發展是無止境和難以預測的，服務質量（QoS）的要求也是復雜和多變的。我們習慣于把除去話音、視頻的業務統稱為數據業務。其實這個業務類型也在不斷發展和分化。目前的 Everything over IP是過于樂觀和不切實際的估計。 ATM本質上是包容多業務的網絡技術，其發展目標就是建立一個不受物理結構限制，與所傳輸的數字數據類型無關的廣域信息傳輸系統。 IP網采用分散控制，對日益復雜的路由器網絡的管理是對其嚴格的考驗。ATM采用集中式管理。多業務共用同一個或同一類同，無疑管理優勢更大。 4波分復用與 ATM 波分復用技術允許在一根光纖上提供高達幾百Gb/S的傳輸能力。一種觀點認為：由于波分復用技術帶寬豐富，成本很低，根本不需要流量控制來得到高帶寬利用率。另一種觀點認為：帶寬不會免費，用戶對帶寬資源的需求是永無止境的，可用帶寬的增加，必然導致業務指數增長，這是一個正反饋過程。無論何時，帶寬永遠是稀缺的，不會出現富余狀況的。波分復用技術為帶寬資源提供了物理保障，促使用戶去開發高帶寬業務、高服務質量業務保證，這為ATM技術的發展提供了交廣闊的前景。若具體考慮網絡速率提高帶來的時延和時延抖動的影響，可以看到ATM技術獲得的好處比以太網要大得多。 5 幾點思考隨著新網絡技術的發展，ATM正在顯示自己的真正實力。ATM論壇、國際電聯在不到幾年的時！司內在產業、學術研究、應用方面都有很大的投入并呈現加速趨勢，相繼推出AAL2、LANE、MPOA、MPLS、GFR等，這是一個不容忽視的成就。 5.1ATM和IP應互相結合 ATM技術是一項優秀的傳輸、交換、復用、交叉連接技術，ATM技術是IP技術可持續發展的保障。ATM技術不是過時了，而是以一種更務實的姿態進入實用中，對ATM技術的理解也應在思想上更新。ATM技術是互聯網最有效的、最容易擴展的組網技術。與擴容方便、服務質量的保證和動態的用戶管理能力相比，ATM的開銷是值得的。 ATM與IP既有競爭的一面，又有互補的一面。互聯網的可持續發展需要ATM支持，以提高服務質量（QoS）和擴容；ATM也需要互聯網來發展、應用、展示自己。ATM技術初期雄心勃勃的目標實現進度慢，以致于一些人發出ATM技術是否會有窄帶ISDN（N－ISDN，即一線通）同樣命運的疑問，究其原因，除了技術驅動超前干市場需求外，最重要的就是沒有“拳頭應用”。能充分利用ATM QoS的應用更少，使得ATM的優勢遠未發揮出來。Internet的發展正是一個機遇，尤其是互聯網業務的多媒體化需求，對ATM技術將是一個巨大的推動。一個簡單的例子，由于Internet業務的增長，一線通（N-ISDN）又被用戶所青睞。由此可見，IP技術不是動搖了ATM技術，而是進一步促進和增強了ATM技術的地位。 5.2知識產權從標準化程度和知識產權角度看，ATM技術成熟程度無論在理論上還是在實際應用中都遠高于當前非常熱門的IP over SDH、IP overWDM等技術。硬件方面，生產ATM交換、適配等套片（Chipset）的公司非常多，而且成本不斷下降，構筑自己的硬件平臺很方便；軟件方面，ATM信令、網管等技術的研究、實現對各國的研究者難度相同，基本是在同一條起跑線上，可根據自己的實際需求來實現，有利于實現自己的知識產權（IP）。相比之下，IP技術的核心，高速路由器的技術核心完全壟斷在Cisco、Lucent等幾家大公司的手中，他們擁有全部IPR，價格昂貴。與較新的ATM系統（每兆比特容量）相比，路由器要貴10倍以上。從民族產業發展角度看，軟件可以作為一個突破點，形成獨立的知識產權。對路由器技術似乎目前只適宜做跟蹤研究。 5.3市場從市場上看，ATM技術發展不到十余年，其開發成本、設備費用自然相對較高。但若以現在的發展速度，隨著其大量被采用，預計其成本會同以太網設備一樣。ATM技術已經受了大量實踐的考驗，也是目前唯一能夠提供QoS和多業務服務的技術，既可運行在現有的SDH成熟技術基礎之上，也能夠運行在密集被分復用（DWDM）上；既可用于高端核心交換機中，又可用于低端用戶接入設備。芯片公司的出現使得國內外商家在硬件平臺上地位平等，產品也日益成熟。國內的華為、中興、高鴻公司，北京郵電大學、西安電子科技大學等單位已經成功地開發和研制出ATM交換機，并應用于京津滬粵ATM寬帶試驗網，有的已經投入商用或實驗網的實驗中。值得提出的是，目前ATM話音（VTOA）技術是國外研究的一個熱點，因為這中間和潛在商機無限。IP技術的精髓是簡單可用，在IP電話應用中，仔細研究H.323協議可發現，協議和終端并不簡單。而且話音分組的開銷高達60％－80％。IP電話比傳統電話效率高、資費低，但這個優勢并不是IP技術本身提供的，而是話音壓縮編碼技術的進步帶來的。事實上，ATM話音的效率和QoS均比IP高得多，資費也將降低得更多。可以預計，VTOA將是未來話音的主流技術。 ATM技術是電信界思想的體現，網絡可靠、可管理、以路為中心；IP技術是計算機界思想的體現，網絡可用、盡力而為（Best effort）、以端為中心。技術因素和市場需求都可能成為技術發展的動力。ATM技術是一種超前的技術，人們尚未意識到它能帶來的好處。ATM和IP技術方案分歧背后是不同利益的驅動和兩種思想的交鋒。在多元化發展的趨勢下，求同不成則存異，指望一種技術包打天下的想法是不切實際的。應當在市場上創造環境，使之共存，良性地自由競爭。就目前而言，兩者遠沒有達到互相爭奪市場的程度，而是相互支持，互相補充來共同開拓市場的時候。 5.4業務從業務發展角度看，未來的網絡應用應有更豐富的內容。不僅僅只是目前的信息查詢、娛樂、休閑和初露端倪的電子商務。用戶的創造力是無止境的，帶寬的可接人性與靈活性使得用戶既成為信息的消費者，又成為信息的生產者。用戶始終是網絡業務發展最敏感、最具有推動力的因素。隨著網絡在日常生活中地位的提高，用戶的需求也會逐漸務實和理智。對網絡要求認可用到好用是個必然趨勢。隨可用帶寬的進一步增加，一些實時性強的應用，如遠程醫療、遠程教學、遠程監控、遠程辦公、Web TV等都會走進生活，這些恐怕是IP難以令人滿意地支持的（由于其協議的固有缺點）。這些無疑會為ATM技術帶來新的應用機遇。透過IP業務的一片歡呼熱潮，應當清醒認識到其不足之處和在今后發展中會遇到的問題。在IP表面的繁榮下，面臨的問題一點也不比ATM少。隨著Internet步入商用領域，對服務質量（QOS）的姜求將急速提高。盡管IETF提出COS（Class of Service）、RSVP、IPV6、DS等概念，但仔細分析會發現，這些思想多半是從電信網中借鑒的，實現起來難度很大，最大的障礙就來自Internet本身，TCP／IP協議已經成熟，且已經投入了數十億美元，在現有的基礎上做改動和更新談何容易。服務質量和資費是緊密相關的，即便如此，人們也不會輕易地因資費而犧牲服務質量保證。 6發展ATM的建議中國正處于寬帶多媒體信息網建設的初級階段，無論是ATM技術還是IP技術在市場上都只占很小的份額。當務之急是如何合作，求同存異，而不是互相爭論，市場的高峰期還未到來，誰不利用好時間，誰就會錯過機會。我們對我國發展ATM技術提出如下一些提議： 1），加速ATM技術應用研究，尤其是VTOA技術，充分利用傳統話音技術仍是主要業務的特點，實現電信網業務平滑過渡。 2）加速ATM技術和IP技術的結合與互通的研究。抓住Internet帶來的機遇，利用IP的5-10年的市場培育期，使得Internet信息服務成為ATM技術當前“拳頭應用”，在市場上取得一定份額。具體步驟可由骨干到接入，先發展專用網，然后向公網過渡。 3）借鑒王選激光照排系統的思想避免低水平跟隨和重復，直接研究最有生命力、最容易取得獨立知識產權（IPR）的技術，在開發應用程序接口（API）上多做投入，爭取獲得獨立知識產權。 4）國內產業界應在信息產業部的協調下加臺合作，開成一個準聯合體來保護民族產業的利益，與國外公司進行競爭。

上一篇：多業務寬帶交換

下一篇：程控交換機自動記費系統的開發及應用