無線ATM交換機的實現

2019-11-03 10:17:04

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供稿：網友

張永忠信息產業部電子第七研究所　　[摘要]本文結合實例介紹了無線ATM交換機的總體設計方案。硬件方面，根據各個接入模塊的技術特點，逐一說明了實現的原理；軟件方面，首先介紹了軟件平臺，然后結合B-ISDN的信令協議棧，分析了各信令協議。最后指出，隨著干線電的研制成功，ATM在無線領域必將獲得更為廣泛的應用。

　　[關鍵詞]無線異步轉移模式ATM；1類適配AAL1；5類適配ALL5；信令

1前言

　　異步轉換模式(ATM)是一種包含交換、傳輸和組網等內容的通信技術，是寬帶綜合業務數字網(B-ISDN)的核心。由于具有綜合業務交換能力，完善的服務質量(QoS)，大容量等諸多優點，使得ATM在骨干網中獲得了廣泛的應用。能否把ATM引入無線通信領域，無論是國內還是國外，都已經或正在進行相關研究。本文介紹了一種無線ATM交換機實現方法，結合實例說明硬件和軟件的設計，證明ATM同樣可以應用于無線領域。

　　2交換機方案設計

　　首先要保證技術體制的可行性，部分方案可以盡量多參考業界已經實現或研究比較深入的技術，在此基礎上注重設備的先進性。軟件上盡可能采用通用的標準；硬件上可采用較成熟的大規模集成電路，甚至是標準化的模塊。這樣不僅能縮短研制周期，節省人力財力，還便于與其它設備互連互通，減少互連互通的復雜性。

　　交換機應具有如下特點：

(1)接入的業務多樣化：有線極無線(移動)數據、話音和圖象(多媒體)業務；

(2)交換機不僅具有接入功能，還具有節點功能，即可以自行組網。

　　3無線ATM交換機的具體實現

　　無線ATM交換機由各種有線和無線用戶網絡接口(UNI)、網絡節點接口(NNI)和交換單元等部分組成，具體結構見圖1。

　　3.1硬件實現

　　(1)交換單元設計

　　考慮到無線用戶的實際情況，我們選用了總線型的交換體制，因為：a)機制比較簡單，易于實施；b)由于各模塊通過總線收發控制器與總線相連，所以通用性強，這一點在實際應用中很方便；c)技術上比較成熟，在當時芯片相對容易買到。

　　目前市場上已經有容量為2Gb/s基于總線交換的芯片賣，但實際設計中要達到極限容量比較困難。因此，若要實現更大容量的交換系統，采用共享緩存的交換機制是一個較好的選擇，各模塊之間通用性稍差。

　　(2)中央處理單元設計

　　本交換機的處理器系統分兩極結構。業務適配單元和中央處理單元。中央處理單元與各用戶板之間通過信元總線傳送控制信息。通過自定義的請求應答機來保證信息傳送的正確性。中央處理單元與信元總線的接口標準為通用ATM測試和運行物理接口(UTOPIA level 1)。

　　(3)1類適配(AAL1)業務實現

　　ALL1處理模塊主要處理包括話音、多媒體等實時性較強的業務。由于無線環境的特殊性，頻率資源非常寶貴，為節省信道寬帶，移動用戶的話音選用G.729的8kb/s數字話，該話機終端有信令功能(Q.2931)。而移動多媒體為16kb/s的低速多媒體；有線多媒體為16-64kb/s可變化的的低速多媒體。另外，針對單工電臺網用戶，交換機還提供了16kb/s的△M數字話音接口。由于當初設計方案時，針對低速實時業務的適配標準還不完善，更沒有現成的芯片可用，因此，我們選用AAL1作為低速實時話音的適配標準，并最終采用軟件方法實現。

　　語音和多媒體等實時、固定比特率（CBR）業務的傳輸和交換需要目的端與源端具有嚴格的同步關系才能完整地恢復實時信息，研制中，我們采取了一種簡單的方法，見圖2。

　　（4）5類適配（AAL5）業務（或信令拆裝）實現

　　此單元有兩個作用：一是對數據業務進行5類適配；二是對信令進行5類適配，完成分段與組裝(SAR)即AAL5和公共部分會聚于層（CPCS）功能。數據業務主要包括一般的數據終端和高速分組網的用戶。

　　（5）NNI接口（或基站E1接入）實現

　　本電路單元主要是實現標準ATM信元以E1傳輸幀的映射，反之，把E1里的ATM信元提取出來，送往交換單元。其物理接口為75Ω同軸電纜連接，電氣特性符合G.703標準，HDB3/AMI編碼，幀格式符合G.704標準，ATM信元到E1傳輸幀的映射符合G.804標準。ATM信元的承載的E1信道的1-15和17-31時隙，信元速率的調整通過在ATM信元之間插入空信元實現，ATM信元與E1傳輸幀之間采用字節同步，而不是幀同步。

　　值得一提的是，移動用戶是通過無線信道傳輸連接至基站，交換機與機站的接口也為2Mbps的E1接口，該接口同NNI接口，只不過工作在UNI模式。信道上采用無線ATM傳輸，信道為TDMA和CDMA兩種。

　　（6）單工電臺接入實現

　　在特定的無線環境下，單工電臺有著相當重要的地位，把單工電臺用戶接入無線ATM交換機，有重要意義。單工電臺用戶與一般的通信用戶（雙工）不同之處在于，通信的雙方在同一時刻只有一方可以處于發送狀態（講話），而對方只能處于接收狀態（聽話）。因此，當單工電臺用戶與其它用戶之間進行通信時，為了保證通信的正確性和連續性，必須對數據流進行檢測。話音檢測板的主要功能是對輸入的信號進行計算，判斷是否為語音信號，以便對單工電臺的工作方式進行控制。顯然，話音檢測的效果直接影響著電臺工作方式的控制是否正確、迅速。圖3為一路話音信號接口示意圖。從圖中可以看到，每一個通道的信號有上行、下行兩路，且每路均有各自獨立的時鐘。每路信號在處理過程中均有延時，為了實現處理后的信號不會產生丟字現象，需要對各種信號進行存儲轉發。

　　由于話音檢測板須同時對4個通道（每個通道8路信號）進行實時檢測，而且時延不能超過20ms，對處理器的速度要求較高，所以采用數字信號處理器（DSP）實現。

　　3.2軟件實現

　　交換機的軟件主要包括維護軟件和信令兩部分。

　　（1）維護軟件

　　維護軟件包括：各板的初始化、硬件驅動程度；主處理機與各接入板的相互通信程序，例如，接入板匯報本板的工作狀態、主處理機向各接入板查詢信息等。各板在向主處理機匯報信息時，采用標準的信元格式（控制信元格式），48字節凈荷內封裝一定格式的自定義通信信息。

　　（2）信令部分

　　無線ATM交換機的信令系統包括NNI和UNI兩種信令，NNI信令支持交換機之間的互連通信，UNI則實現交換機與用戶之間的信息正常傳遞。信令系統參照了ITU-T標準。

　　AAL5、CPCS、專用業務面向連接協議（SSCOP）和專用業務協調功能（SSCF）構成了SAAL層即信令適配層。SAAL協議的實現是由軟件和硬件結合完成的。硬件的實現（SAR、CPCS）已如前所述。在軟件方面：

　　SSCOP提供傳送信令消息時所需的差錯控制（利用重傳機制進行差錯校正）和流控等功能。SSCF為實現各個用戶的特殊需求對SSCOP進行連接控制（連接的建立、釋放和再同步），調節數據傳送所需的定時，必要時需多次發出連接建立請求。

　　UNI高層協議是參考ITU-T中的Q.2931建議設計的，在用戶和網絡接口處完成呼叫連接的建立、維持和釋放過程；確認用戶參數，保障業務的一致性；支持點對點和點對多點的連接；協商分配帶寬等網絡資源。

　　NNI高層信令協議分為兩個部分，即消息傳遞部分（MTP-3b）和寬帶綜合業務用戶單元（B-ISUP）兩部分。MTP-3b的功能配置與窄帶MTP-3基本相同。只是一方面功能實體間以及MTP-3b與它的上層（即B-ISUP）、MTP-3b與它的下層（即SAAL）間傳送的原語不同，同時有些消息的格式、編碼和程序與MTP-3不同。B-ISUP主要由基本呼叫、單連接控制功能、附加業務功能模塊、網絡接口和應用處理幾部分組成，其中應用處理最復雜。目前，無線ATM交換機已經實現了G.729話機有線與有線、有線與無線、無線與無線的撥號通信，信令符合上述B-ISDN信令協議棧的標準。

　　4 結束語

　　本文簡要介紹了一種應用于特殊無線環境的ATM交換機及其業務實現。由于信道速率低，實際上目前無線領域的業務仍只能為窄帶業務，遠不能滿足需要，從技術角度講，也不能充分發揮ATM的優勢。但畢竟以無線ATM交換機為基礎構成了不同于以往的新型無線通信網的通信平臺，這必將吸引各式各樣的業務接入。而且，一旦干線無線電研制成功以后，反過來又會促進ATM在無線領域的進一步應用。另一方面，交換技術和無線寬帶接入技術如今發展很快，我們應該密切關注移動ip技術以及其它新的交換技術，如多協議標簽交換（MPLS）等。

摘自《移動通信》2001.8

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