无线ATM交换机的实现

　　1前言

　　异步转换模式(ATM)是一种包含交换、传输和组网等内容的通信技术，是宽带综合业务数字网(B-ISDN)的核心。由于具有综合业务交换能力，完善的服务质量(QoS)，大容量等诸多优点，使得ATM在骨干网中获得了广泛的应用。

　　能否把ATM引入无线通信领域，无论是国内还是国外，都已经或正在进行相关研究。本文介绍了一种无线ATM交换机实现方法，结合实例说明硬件和软件的设计，证明ATM同样可以应用于无线领域。

　　2交换机方案设计

　　首先要保证技术体制的可行性，部分方案可以尽量多参考业界已经实现或研究比较深入的技术，在此基础上注重设备的先进性。软件上尽可能采用通用的标准；硬件上可采用较成熟的大规模集成电路，甚至是标准化的模块。这样不仅能缩短研制周期，节省人力财力，还便于与其它设备互连互通，减少互连互通的复杂性。

　　交换机应具有如下特点：

　　(1)接入的业务多样化：有线极无线(移动)数据、话音和图象(多媒体)业务；

　　(2)交换机不仅具有接入功能，还具有节点功能，即可以自行组网。

　　3无线ATM交换机的具体实现

　　无线ATM交换机由各种有线和无线用户网络接口(UNI)、网络节点接口(NNI)和交换单元等部分组成，具体结构见图1。

　　3.1硬件实现

　　(1)交换单元设计

　　考虑到无线用户的实际情况，我们选用了总线型的交换体制，因为：a)机制比较简单，易于实施；b)由于各模块通过总线收发控制器与总线相连，所以通用性强，这一点在实际应用中很方便；c)技术上比较成熟，在当时芯片相对容易买到。

　　目前市场上已经有容量为2Gb/s基于总线交换的芯片卖，但实际设计中要达到极限容量比较困难。因此，若要实现更大容量的交换系统，采用共享缓存的交换机制是一个较好的选择，各模块之间通用性稍差。

　　(2)中央处理单元设计

　　本交换机的处理器系统分两极结构。业务适配单元和中央处理单元。中央处理单元与各用户板之间通过信元总线传送控制信息。通过自定义的请求应答机来保证信息传送的正确性。中央处理单元与信元总线的接口标准为通用ATM测试和运行物理接口(UTOPIA level 1)。

　　(3)1类适配(AAL1)业务实现

　　ALL1处理模块主要处理包括话音、多媒体等实时性较强的业务。由于无线环境的特殊性，频率资源非常宝贵，为节省信道宽带，移动用户的话音选用G.729的8kb/s数字话，该话机终端有信令功能(Q.2931)。而移动多媒体为16kb/s的低速多媒体；有线多媒体为16-64kb/s可变化的的低速多媒体。另外，针对单工电台网用户，交换机还提供了16kb/s的△M数字话音接口。由于当初设计方案时，针对低速实时业务的适配标准还不完善，更没有现成的芯片可用，因此，我们选用AAL1作为低速实时话音的适配标准，并最终采用软件方法实现。

　　语音和多媒体等实时、固定比特率（CBR）业务的传输和交换需要目的端与源端具有严格的同步关系才能完整地恢复实时信息，研制中，我们采取了一种简单的方法，见图2。

　　（4）5类适配（AAL5）业务（或信令拆装）实现

　　此单元有两个作用：一是对数据业务进行5类适配；二是对信令进行5类适配，完成分段与组装(SAR)即AAL5和公共部分会聚于层（CPCS）功能。数据业务主要包括一般的数据终端和高速分组网的用户。

　　（5）NNI接口（或基站E1接入）实现

　　本电路单元主要是实现标准ATM信元以E1传输帧的映射，反之，把E1里的ATM信元提取出来，送往交换单元。其物理接口为75Ω同轴电缆连接，电气特性符合G.703标准，HDB3/AMI编码，帧格式符合G.704标准，ATM信元到E1传输帧的映射符合G.804标准。ATM信元的承载的E1信道的1-15和17-31时隙，信元速率的调整通过在ATM信元之间插入空信元实现，ATM信元与E1传输帧之间采用字节同步，而不是帧同步。

　　值得一提的是，移动用户是通过无线信道传输连接至基站，交换机与机站的接口也为2Mbps的E1接口，该接口同NNI接口，只不过工作在UNI模式。信道上采用无线ATM传输，信道为TDMA和CDMA两种。

　　（6）单工电台接入实现

　　在特定的无线环境下，单工电台有着相当重要的地位，把单工电台用户接入无线ATM交换机，有重要意义。单工电台用户与一般的通信用户（双工）不同之处在于，通信的双方在同一时刻只有一方可以处于发送状态（讲话），而对方只能处于接收状态（听话）。因此，当单工电台用户与其它用户之间进行通信时，为了保证通信的正确性和连续性，必须对数据流进行检测。话音检测板的主要功能是对输入的信号进行计算，判断是否为语音信号，以便对单工电台的工作方式进行控制。显然，话音检测的效果直接影响着电台工作方式的控制是否正确、迅速。图3为一路话音信号接口示意图。从图中可以看到，每一个通道的信号有上行、下行两路，且每路均有各自独立的时钟。每路信号在处理过程中均有延时，为了实现处理后的信号不会产生丢字现象，需要对各种信号进行存储转发。

　　由于话音检测板须同时对4个通道（每个通道8路信号）进行实时检测，而且时延不能超过20ms，对处理器的速度要求较高，所以采用数字信号处理器（DSP）实现。

　　3.2软件实现

　　交换机的软件主要包括维护软件和信令两部分。

　　（1）维护软件

　　维护软件包括：各板的初始化、硬件驱动程度；主处理机与各接入板的相互通信程序，例如，接入板汇报本板的工作状态、主处理机向各接入板查询信息等。各板在向主处理机汇报信息时，采用标准的信元格式（控制信元格式），48字节净荷内封装一定格式的自定义通信信息。

　　（2）信令部分

　　无线ATM交换机的信令系统包括NNI和UNI两种信令，NNI信令支持交换机之间的互连通信，UNI则实现交换机与用户之间的信息正常传递。信令系统参照了ITU-T标准。

　　AAL5、CPCS、专用业务面向连接协议（SSCOP）和专用业务协调功能（SSCF）构成了SAAL层即信令适配层。SAAL协议的实现是由软件和硬件结合完成的。硬件的实现（SAR、CPCS）已如前所述。在软件方面：

　　SSCOP提供传送信令消息时所需的差错控制（利用重传机制进行差错校正）和流控等功能。SSCF为实现各个用户的特殊需求对SSCOP进行连接控制（连接的建立、释放和再同步），调节数据传送所需的定时，必要时需多次发出连接建立请求。

　　UNI高层协议是参考ITU-T中的Q.2931建议设计的，在用户和网络接口处完成呼叫连接的建立、维持和释放过程；确认用户参数，保障业务的一致性；支持点对点和点对多点的连接；协商分配带宽等网络资源。

　　NNI高层信令协议分为两个部分，即消息传递部分（MTP-3b）和宽带综合业务用户单元（B-ISUP）两部分。MTP-3b的功能配置与窄带MTP-3基本相同。只是一方面功能实体间以及MTP-3b与它的上层（即B-ISUP）、MTP-3b与它的下层（即SAAL）间传送的原语不同，同时有些消息的格式、编码和程序与MTP-3不同。B-ISUP主要由基本呼叫、单连接控制功能、附加业务功能模块、网络接口和应用处理几部分组成，其中应用处理最复杂。目前，无线ATM交换机已经实现了G.729话机有线与有线、有线与无线、无线与无线的拨号通信，信令符合上述B-ISDN信令协议栈的标准。

　　4 结束语

　　本文简要介绍了一种应用于特殊无线环境的ATM交换机及其业务实现。由于信道速率低，实际上目前无线领域的业务仍只能为窄带业务，远不能满足需要，从技术角度讲，也不能充分发挥ATM的优势。但毕竟以无线ATM交换机为基础构成了不同于以往的新型无线通信网的通信平台，这必将吸引各式各样的业务接入。而且，一旦干线无线电研制成功以后，反过来又会促进ATM在无线领域的进一步应用。另一方面，交换技术和无线宽带接入技术如今发展很快，我们应该密切关注移动IP技术以及其它新的交换技术，如多协议标签交换（MPLS）等。