ATM交换网络的相关分析(1)

关键词：ATM交换F/R交换机

一、ATM技术及其多种数据业务交换承载网络

1.ATM技术简述

我们常说的ATM(ASYNCHRONOUSTRANSFERMODE)也就是异步传输模式，具有分组交换和电路交换的优点，对应于OSI协议参考模型的第2层。ATM通过AAL层适配，将不同业务应用接纳进来。

由于ATM的技术先进性，有能力在一个公共网络架构中复用包括F/R(FrameRelay)电路、基于TCP/IP的接入和承载、ATM电路多种不同的服务，在交换型多业务数据承载网络中扮演着重要的角色。因此，电信运营商使用它作为多种数据业务骨干交换承载网络。

2.ATM技术在数据交换网络中的应用

常规情况下，一般采用622M/155MATM交换机作为端局使用，通过SDH封装或光纤直联方式的622M/155M电路将各端局汇接于地区核心局。地区核心局设备一般采用2.5G以上背板交换能力的ATM交换机通过SDH封装或光纤直联的622M以上电路完成网络构件。在各交换机上基本都提供ATM单模/多模光口、2M/34M端口、IP端口，在与用户的对接上ATM电路通过光口提供，按照需求进行不同带宽的开通；通过2M/34M端口提供信道化或非信道化的F/R电路；通过IP端口提供基于TCP/IP的对接，如下图所示：

传统基于ATM承载网络的数据专线接入模式

3.ATM交换网络结构和业务支持中所存在的不足

就ATM协议信元交换的概念而言，ATM网络应该完成的功能不是OSI第2层规定的数据链路层功能，而是复用和交换功能，但在目前电信运营商使用的ATM多业务承载交换网中却存在着以下不足之处：

(1)因为目前端局ATM交换机开放的专线业务，用户实际都是通过电信运营商的本地传输网接入，导致本地中继利用率低，而且不适用于突发的数据业务。

(2)另外ATM端局/汇接局交换设备和端口板价格偏贵，而通过独享方式开放业务，则会迅速耗尽端口资源。如果能将ATM交换机的非信道化E1端口复用给几个用户，将大大提高端口利用率。

(3)一般情况下ATM交换机没有配置CES端口，因此只能开展F/R业务，即要求用户端设备支持F/R协议。但是，用户可能由于行业习惯(银行用户)或者用户端设备比较低档，不支持F/R协议等原因，而使用PPP协议或者HDLC协议来互连，使得ATM交换机将无法开展业务。

上述缺陷对使用ATM网络作为骨干承载网的电信运营商而言，如同因特网业务拓展中所面临的困惑一样，通信产业的价值链正经历计算机产业价值链已变化的过程：80%的收入来自20%的客户；80%的网络带宽由20%的用户消耗掉，但不是贡献了80%收入；80%的收入来自20%的业务；80%的成本消耗在效益极低的80%业务上，只带来20%的收益。如何弥补上述缺陷，是电信运营商突破网络限制，最大化降低成本和提高收益的关键。

二、针对ATM交换网络存在的不足进行改进的思路

我们可以对业务量模型假定为以下情况：同时有90%的用户在使用，10个使用的用户中有一个(即10%)处于突发状态；那么，在1000个用户的情况下，假定每用户的突发速率为2Mbps，平均速率为0.3Mbps，若采用独享方式，则骨干网的速率要求为2M*1000=2G。那么，在通过ATM网络进行带宽的统计复用后，上述业务模型中骨干网的速率要求为：1000*0.3Mbps*90%*(1-10%)+10000*2Mbps*90%*10%=423Mbps。对比带宽的利用率，F/R方式节省的带宽为2000/423=4.7倍

统计复用的重要性：

共150用户，＞95%的时间内，利用率＜20%

大部分峰值在0.6Mbps～12Mbps之间

因此若能充分利用流量复用和协议转换概念弥补ATM网络不足，在其中添加其它低成本交换和协议转换设备机，利用信元和帧对多种业务数据进行封装、传输。它的网络时延与数据传送速率就可与高质量的专线线路相比，而且在一条物理连接上能够提供众多的逻辑连接(永久虚电路PVC和交换虚电路SVC)，从而大大提高线路及带宽的利用率。

三、通过在ATM端局交换机下添加交换和协议转换设备弥补上述缺陷的方案和可以提供的业务功能

1.通过交换和协议转换设备，实现专线的Internet接入业务时本地传输网带宽的统计复用

对数据专线业务，特别是专线的Internet接入业务进行统计复用，大大提高了传输网络资源的利用率，有效地减轻了传输网中继带宽压力，节约了ATM端局交换机上2MF/R端口，从而带来更高的效费比。

通过帧中继中几个带宽参数设置——承诺的信息速率(CIR)、承诺的突发尺寸(Bc)、超过的突发尺寸(Be)、承诺的时间间隔(Tc)，就可以给用户提供既有QoS保证，又能对带宽统计复用的专线接入Internet。

添加FR交换机后，数据专线接入模式

2.通过交换和协议转换设备，通过流量复用提高ATM端局交换机非信道化2M端口的利用率

目前ATM承载网络中，对于信道化端口，可以采用时隙交叉连接的MUX，提高端口的利用率；对于非信道化端口，就可以采用交换和协议转换设备，用非信道化端口与ATM端局交换机连接；而对用户开放信道化的2M端口、非信道化端口与信道化端口用F/R的PVC建立连接，即可通过非信道化端口开放多个用户，提高非信道化端口的利用率。