接入型ATM交换机的实现（1）

　　引言 接入型ATM交换机含有多种业务接口，直接面向用户，既可用于专用网（如校园网和企业网等），又可用于公用网（如以太网间的长距离互连，程控交换机间的互连等），具有广泛的应用前景，本论文是在完成设备的基础上撰写的。该设备的业务接口包括：以太网接口、E1电路仿真接口、155．520Mb/s信元接口，其中155．520Mb/s接口既可接入高速业务，又可进行交换机间的互连，此外该设备还有设备维护管理功能。

　　1功能与性能指标

　　1.1功能 接入型ATM交换机完成的功能是：以太网仿真接口和E1电路仿真接口至ATM层的适配、不同端口间的信无交换以及去往ATM线路终端的信元复用。支持PVC点到点和点到多点／广播连接，并具有维护功能。

　　1.2性能指标 ·交换容量：1.25Gb／S ·信元丢失率：CLR＜10－9（负荷小于70％的条件下）

　　2实现方案 制定方案时应考虑如下问题：第一是方案的适用性。方案首先要满足用户的使用要求，且用户使用方便；第二是可靠性和先进性。对于实用化的设备，要求在制定方案中，尽可能采用成熟的标准和技术体制，避免因技术体制的缺陷而导致研制失败，同时应采用较成熟的器件议确保设备的可靠性。为了延长设备的使用周期，应采用先进的技术及专用器件；第三是通用性。在制定方案时，尽可能采用通用标准，如国际或ITU－T标准，尽可能采用通用器件，这样不仅能缩短设备的研制周期，还便于与其它通信网互连互通，减小互连互通的复杂性；第四是经济性。设备在设计的过程中，尽可能采用通用标准和通用器件，自己研究和开发的基础技术越多，费用就越大。同时在硬件上应采用大规模集成电路，使得设备体积小、重量轻，便于使用。

　　2.1接入型ATM交换机的基本构成 接入型ATM交换机由各种业务适配接口、线路终端（LT）、交换部分、维护部分等组成。业务接口包括：以太网口（支持以太网仿真）、E1电路仿真接口。另外还有155.520 Mb/s的线路接口。

　　2.2硬件的实现

　　（1）硬件总体的实现 在考虑硬件总体的实现方案时，重点是处理器系统和交换系统。 处理器系统采用两级处理结构，各种业务适配或信元接口板上都有自己的本地CPU，完成本地所需的初始化、硬件驱动、管理、统计等功能，主控板CPU的任务公守成公共的管理、控制、维护等功能并协调各模块的工作状态。这种体制的优点是：①CPU处理任劳模块化，负担小，各模块（包括主控板）可根据需要选择适当的CPU处理器；②从设计到调试都可以模块化进行，最大限度地减少模块间相互牵涉，利于加快开发进度和降低开发费用，也有利于各模块独立地开发维护软件。为了加快设备的研制进度，主控板采用现成的工控机板，CPU为MC68040，其它部分自主开发，各业务适配或信元接口板上的CPU为 MC68302。主经板间的通信总线为VME总线。 由于该设备为接入设备，其交换容量不会大，因而交换矩阵的类型采用总线型。目前，国际国内通用的交换体制主要有总线型交换和共享缓存交换两种，其优缺点如下： ·总线型交换 优点：①交换机制简单，易于实现，适用于小容量交换系统；②软硬件设计容易，背板只需一条共享总线，无需另有交换矩阵板，各模块通过总线收发交换控制器与总线相连，因而各模块通用性较强；③技术成熟、可靠性高，目前总线交换产品已商品化，成本低。 缺点：不易于实现大容量交换系统。 ·共享缓存型 优点：利用先进的ASIC设计手段可实现大容量交换系统。 缺点：①需有专门的交换矩阵电路单元，为了可靠必须实现主备冗余切换；②各种业务模块与交换矩阵之间的连接是点对点关系，背板设计复杂，通用性差。

　　（2）E1电路仿真接口单元 EI电路仿真接口单元由接口电路、SAR分段与组装、SAR开销加入与处理、信头组装与拆除以及SRTS产生与恢复等部分组成，该电路不将各话路分开打包，而是将接口的整个信息码流看作一个整体来对待，将它分段打包，采用无结构AAL1适配，该单元与交换部分的接口标准为UTOPLA Level1。 接口电路完成HDB3与NRZ码之间的码型转换和线路时钟提取功能，它由DHB编解码及时钟提取专用芯片和变压器组成。AAL1适配功能由专用芯片实现。

　　（3）以太网接口单元的实现 以太网仿真业务的实现有两部组成：一是以太网仿真客户机，另一部分为以太网仿真服务器。以太网仿真接口单元主要完成以太网仿真中的仿真客户机功能，它包括以太网协议处理、ATM适配和控制等功能。 输入部分从AUI接口收到的以太网信息后交给曼彻斯特解码器，经解码后形成MAC帧，交给MAC接收器处理。MAC接收器识别目的与源地址，根据此帧的目的地址执行ARP获得相应的ATM地址，同时将用户数据存贮于接收FIFO中，CPU系统将数据在FIFO中的位置信息通过控制器通知SRA－S，SRA－S用AAL5将用户数据装成48字节的SAR－PDU，并加上信头形成信元，经UPC后送往交换部分。输出部分从交换部分获得信息，并送SRA－R，SRA－R将信头去掉并执行AAL5接收协议，将其存入FIFO中，CPU系统通知MAC发送器，使之从FIFO中取出该帧，并执行IEEE802.3协议，形成MAC帧，经曼彻斯特编码后送到线路上。此外，还有诊断环回、OAM等功能。该接口单元与交换部分的接口为UTOPIA Level1。 AUI接口对外采用变压器隔离，曼彻斯特编解码和MAC编解码采用专用芯片实现。接收 FIFO和发送FIFO采用双端口 RAM实现。

　　SRA-S和SRA-R完成AAL5的发送和接收功能，分别由两片专用芯片实现。 下面着重说一下以太网仿真服务器在ATM网中的具体配置和以太网仿真服务器软件的实现。 ①以太网仿真服务器在交换机中的配置位置：以太网仿真服务器在主控板2上实现。 ②协议实现 根据ATM Forum的“ATM局域网仿真（1.0版）”，局域网仿真层软件由两部分组成： LEC（局部网仿真客户）部分和LEServer（局域网仿真服务）部分。其中LEServer又包括 LES（局域网仿真服务器）、CS（配置服务器）和BUS（广播服务器）。LEC软件主要完成将MAC地址映射为ATM地址、动态地向LES登记它所“代理”的以太网终端的MAC地址等功能； LES作为仿真局域网的管理和控制中心，主要完成动态地址登录，MAC地址与ATM地址的动态转换等功能；BUS负责所有的广播式／点到多点式的数据传送；CS则负责提供ATM网络的配置信息，如向LEC提供LES的ATM地址。