《代号猛虎行动》:ATM over SDH

1  引言

         同步数字体系（SDH）是由国际电信联盟标准部ITU-T在美国贝尔实验室提出光同步光网络（SONET）的基础上建立的技术体制，并确定了比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统、光接口等多个标准和SDH信息模型、网络结构和抖动性能等建议。由于SDH具有同步复用、国际标准光接口、强大的网管功能、传输透明性、高速大容量传输、性能稳定运行可靠等一系列的特点，可与现有网络能完全兼容，所以，无论是国际网、国家网，还是省网和本地网都已采用了同步数字体系SDH传输，为电信常规业务和数据业务的发展提供了坚实的基础。

         异步转送模式（ATM）是一种基于快速分组交换的传送技术，综合了电路交换和分组交换的特点，具有很大的灵活性，适应不同速率、不同实发程度和不同实时要求的业务，能在给定带宽内高速提供任意速率业务，将多种不同的业务综合在一网中传输和交换，实现B-ISDN。它能满足会议电视、高速数据传输、远程医疗、异地办公、远程教育、点播电视、家庭购物等宽带新业务的要求，将成为通信业务的主流技术。

         在数据传输网中，采用SDH传送ATM信息组网，就是用已建成的SDH传输网来传送ATM信息。目前SDH网络已四通八达，传输容量非常大，本身性能稳定，同时还有环网保护功能，运行稳定可靠，基于SDH的ATM网络可大大降低数据骨干网的组网成本。所以，目前数据骨干网的传输都采用这种方式，同时也用于各种城域网、互连网的数据组网方式。因此，了解怎样利用SDH网传送ATM信息单元非常必要。

2  ATM信息的基本传送原理

               ATM实际上是一种寻址型特殊分组转移模式，来自数字话音、数据、图象等所有数字业务的信息经分割处理后变成一个个具有固定长度的数据块，在每个数据块的前端加上含有地址的控制信息（信息头Header），形成一个信息单元，简称信元（Cell）。信元在ATM网中传送时，信元动态占用信道，根据信头的标志比特选择通路和路由，使信息正确地到达目的地。原理方框图1中，来自用户或其它信息源的64kbit/s、2Mbit/s、34Mbit/s的连续均匀数字信息和不均匀比特率信息或数据快信息，经分割处理后变成一个个ATM信息单元，这些信元经SDH复用器处理后变成STM-1（155Mbit/s）或更高等级的STM-N信号被送到线路上去进行传送。当信元到达某一网络节点后，网络设备根据信头中的控制信息选择目的用户，或选择到达目的用户的路由，将信息转发到目的用户所在的网络节点去，然后由目的网络节点将信息传送到目的用户。由于ATM信元动态占用信道，所以大大提高了信道利用率。

                ATM信元是ATM网络传输信息的基本载体，ITU-T规定其长度为53个字节，包括5个字节的信头（Header）和48个字节的净荷（Payload）两部分，如图2。按照网络接口不同，信元可分为用户网络接口（UNI）信元和网络接点接口（NNI）。

               UNI信元和NNI信元的不同之处主要在于信头。UNI信元信头中有4比特的一般流量控制段（GFC），用于用户-网络接口的流量控制，以防止信道过载，虚通道标识（VPI）为8比特；而NNI信元中无GFC，VPI为12比特，其余的二者相同：虚通路标识（VCI）为16比特，净荷类型（PT）为3比特，信头优先级（CLP）为1比特，信头误码控制（HEC）为8比特。

3   用SDH帧传送ATM信元

               ATM信息是通过通信线路相互连接的两个物理层实体相互传送的，可以认为两个物理层实体的业务接入点之间存在一条传送ATM信元的逻辑电路，简称为ATM链路。连接两个物理层实体的通信线路有多种类型。目前已定义了在各种媒体上传送ATM信元的方法，SDH是最重要的传输方式。那么，ATM信息是怎样在SDH网络中被传送的呢？通过分析我们可以发现，只要将ATM信元装入SDH中STM-N帧中的净荷区域，就可实现基于SDH的ATM传输。

         在SDH系统中，采用的是以字节结构为基础的块状帧结构，最基本的也是最重要的传输模块是STM-1，对应的速率为155.520 Mb/s，相应的光接口线路信号只是STM-1信号经扰码和光电转换后形成的，速率不变，更高级的STM-4（622.080Mb/s）、STM-16（2488 .320Mb/s）、STM-64（9953.280Mb/s）是STM-1的同步复用，速率是其前一级的4倍，所携带的信息容量也是前一级的4倍。下面以STM-1为例，说明将ATM信元装入SDH帧结构的方法。

         一个STM-1帧是由9行、270列（每行270字节）组成的块状帧结构，帧长度为9X270=2430个字节（19440比特），传送周期是125μｓ，传输速率是１５５．５２０Ｍｂｉｔ／ｓ，传输顺序为自左至右，自上而下。

         ＳＴＭ－１帧分为三个区域：

         （１） 段开销（ＳＯＨ）区域：第１至９列，第１至３行和第５至９行，共９Ｘ（３＋５）＝７２字节为段开销，主要是为了运行、管理、维护使用，是保证信息净荷正常灵活传送所必须的附加字节，

         （２） 信息净荷（ｐａｙｌｏａｄ）区域：是帧结构中存放各种信息的地方。图３中第１０至第２７０列、第１至第９行，共２６１Ｘ９＝２３４９个字节都属于净负荷区域，可用于装载ＡＴＭ信息。

         （３） 管理单元指针（ＡＵ－４ ＰＴＲ）区域：第１至第９列，第４行的９个字节属于ＡＵ－４ ＰＴＲ。ＡＵ－４ ＰＴＲ是一种指示符，主要用来指示信息净荷的第一个字节在ＳＴＭ－１帧结构内的准确位置，以便在接收端正确地分解。

         ＡＴＭ信元的映射到ＳＤＨ帧结构中的方法，是通过将每个信元的字节结构与所用虚容器字节结构进行定位对准的方法来完成的。在ＳＴＭ－１争结构中有２６１Ｘ９字节的信息净荷区域，被称为虚容器ＶＣ－４。ＶＣ－４中每一行的第一字节称为通道开销（ＰＯＨ），用于通道性能监视、管理和控制，通常ＰＯＨ作为净荷的一部分。ＶＣ－４中除去ＰＯＨ的部分叫容器Ｃ－４，用于装载ＡＴＭ信元，ＡＴＭ信元装入Ｃ－４后，再加上ＰＯＨ包装成ＶＣ－４容器。装载时ＡＴＭ信元以字节排列，其边界应和ＳＴＭ－１中字节的边界对齐。信元在每行一个接一个排列，在第一行可排４个完整信元，第五个信元只能占据４８字节位。第二行开始是第一行第五个信元剩余的５字节，然后是４个完整信元，最后以某信元的４３字节结束，如此类推进行排列。由于Ｃ－４的长度为９Ｘ２６０字节（２３４０字节），而一个ＡＴＭ信元的长度为５３字节，Ｃ－４的容量（９Ｘ２６０字节）不等于整数个ＡＴＭ信元的长度〔ＮＸ（４８＋５）字节〕，最后一行的最后一个ＡＴＭ信元会跨过Ｃ－４边界延伸到下一帧的Ｃ－４。在ＳＴＭ－１帧中对信元定界采用下述方式：首先利用ＳＴＭ－１的指针ＡＵ－４ ＰＴＲ找到ＶＣ－４的起始位置，然后利用信元定界ＨＥＣ机理在ＶＣ－４中寻找信元的起始位置，这样即使信元跨越ＡＴＭ－１帧也不会影响信元的读取。

         用ＳＴＭ－１在传送ＡＴＭ信息时，短开销（ＳＯＨ）和通道开销（ＰＯＨ）保持不便，利用虚容器（净荷区）传送ＡＴＭ信息。由于ＳＤＨ帧包括了用于完成再生段、数字段、传输路径的ＯＡＭ功能的字段，因此基于ＳＤＨ的ＡＴＭ物理层中不需要再传输ＰＬ－ＯＡＭ信元。ＳＴＭ－１的标准速率为１５５．５２０Ｍｂｉｔ／ｓ，去掉各种开销信元的传送速率为１５５．５２０Ｘ２６０／２７０＝１４９．７６０Ｍｂｉｔ／ｓ。

４  在ＳＤＨ上建立ＡＴＭ网

         面对令人目不暇接的众多网络新技术，建网时所进行的网络选型就显得非常重要，而投资巨大、涉及面广的广域骨干网建设更是需要慎之又慎。

         目前，面对成熟的ＳＤＨ和ＡＴＭ技术，电信厂商建设广域骨干网时通常的作法是：第一、采用光纤作为传输介质，这是必然的选择了；第二、使用ＳＤＨ技术连接光纤端接设备，形成一个距离范围可达到无限的ＳＤＨ光纤网；第三、在ＳＤＨ传输网上采用各种ＡＴＭ交换设备，构建具备数据、话音、视频等多服务能力的ＡＴＭ骨干网。

５  结束语

         作为提供灵活的远程电信基本传输能力的一种设施，基于ＳＤＨ的电信传送网正在成为各种现代电信网的共同基础，ＳＤＨ和ＡＴＭ两大宽带技术的结合，可充分发挥各自发优点，ＡＴＭ信元在装入虚容器（ＶＣ）后，就可以利用ＳＤＨ传送网而不是利用某种电信线路来送，使信息发交换与传输集中于一个网络拓扑中，节省大量投资。由于ＳＤＨ与ＡＴＭ信息的结构不同，维护测试也有不同，在网络的实际运行中给障碍的监测、判断和处理带来了一定的困难，但其缺点和采用ＳＤＨ组建ＡＴＭ网络的优点相比，是微不足道的，而且随着科技的进步，缺点正被逐渐克服或弥补，向更完善、更合理化方向发展