ATM交换系统

       ATM交换系统的功能与交换机类型和具体应用有关。通常，ATM交换系统应具有的基本功能包括：接口功能、交换连接功能、信令功能、呼叫控制功能、业务流管理功能及运行和维护功能。其中主要功能概要介绍如下。

        ATM交换系统的交换连接功能可分为空分交换功能和时分交换功能。空分交换功能完成将一条物理入线上的信息交换到另一条物理出线上的功能，其关键是通路选择问题，即在交换机内部，信息如何选择一条通路从入线到达出线；时分交换功能完成将物理入线上一个逻辑信道的信息交换到物理出线上的另一个逻辑信道，即其输入信元头的值会被翻译成一个与输出逻辑ATM信道相对应的信元头输出值，其关键问题是存在竞争问题，需要引入排队机制来解决。

       ATM是面向逻辑连接的，在信息传送以前先要有建立过程，传送结束则有释放过程。

        因此ATM交换系统必须控制各个呼叫连接的处理过程，包括寻址、选路、交换结构中的通路选择等功能。

       要保证具有不同业务流特性和QoS要求的各种业务的服务质量，ATM交换系统必须提供有效的业务流管理功能，其要点就是当用户建立连接时都必须与网络达成一个合约:用户受合约规定的业务流特性的约束，而网络满足用户的服务质量要求。

       ATM交换系统基本功能结构如图19所示。由图19可知,ATM交换系统的基本结构与电路交换系统相似，可以大致划分为信元传送部分与处理机控制部分。信元传送部分又包括交换结构(SwitchingFabric)和接口单元两部分。

图19  ATM交换xio系统基本功能结构

        ATM交换结构是实现ATM的关键技术之一，结构是ATM交换系统中必不可少的重要组成部分，应具有信头翻译、选路、排队3项基本功能。需要釆用各种类型的交换结构实现交换连接功能，不但是用户信息，而且信令消息和处理机之间的控制信息也通过交换结构传送。

       ATM交换结构一般可以划分为3类：共享媒体型、共享存储型和空分型。典型的有基于Crossbar的交换结构、基于BANYAN的交换结构、多通路的交换结构等。其排队策略有外部缓冲和内部缓冲。外部缓冲指缓冲器不设在交换结构的内部，主要有输入缓冲、输出缓冲、输入与输出缓冲、环回缓冲等；内部缓冲指缓冲器设在交换结构的内部。无阻塞结构不需要内部缓冲.主要有输入缓冲、输出缓冲、交叉点缓冲、共享缓冲等。

      下面给出一个实例：BANYAN网络。

       BANYAN网络是一种空分交换网络，是由若干个2X2交换单元组成的多级交换网络。它最早使用于并行计算机领域3信交换毫不相干。但目前已在ATM交换机中得到广泛应用。

       2X2交换单元是具有2条入线和2条出线的电子开关元件，如图20所示。

图20    2X2交换单元

       这种电子开关具有两种状态：平行连接和交叉连接，分别完成不同编号的入线与出线间的连接，达到2条入线中的任意入线和2条出线中的任意出线可进行交换的目的。

        图6.21是由2X2交换单元构成的8X8三级BANYAN网络，其基本特性如下。

图21        8X8三交换网络

       ① 因为BANYAN网络的构成有一定的规则，可以由较小容量的BANYAN网络扩展为较大规模，扩展性好。

       ② 唯一路径。BANYAN网络每一条入线到每一条出线都有一条路径，并且只有一条路径。例如，图6.21中的虚线画出了由入线0到出线0和入线4到出线1的路径。

       ③ 自选路由。BANYAN网络可以使用对应于出线编号的二进制编码的选路信息自动选择路由，将入线上的信元送到指定出线上输出。其中每一级的2X2交换单元都依次根据选路信息中的某一位来自选路由，该比特为0时选择两条出线中上面一条出线.该比特为1时则选择下面的一条出线。例如，在图6.26中，入线4输入的信元带有选路信息“1”，即需要在出线1输出.“1"的二进制编码为“001”，则第一、二、三级的2X2交换单元依次按照“0”，“0”,“1”来选路，使信元最终到达出线1。

       ④ 阻塞特性。由于BANYAN网络具有唯一路径特性，所以其内部阻塞随着阵列级数的增加而增加。所以,BANYAN网络不可能做得很大，同时也必须采取一些减少内部阻塞的办法。

       接口功能已如前述，其相应的应具有各种接口单元。接口单元中除接口电路外，按照系统配置的需要，还可能包含有信元集中级或信元复用器等部件.其作用与程控数字交换机的用户集中级相似，使业务流集中而以较高的速率流向交换结构。

       前面曾介绍过程控数字交换机用户电路的BORSCHT功能，而ATM交换系统的接口电路则更为复杂。接口电路的功能简述如下。

       ①输入侧接口电路的输入侧主要包括如下功能。

       •  物理层功能，例如，对于SDH/SONET接口，史有光/电转换和同步,SDH帧的定位，SDH开销的提取和处理，信元定界和差错控制，信：速率去耦，净荷的解扰等功能；

       •  ATM层功能，包括对VP1/VCI值有效性的检验和翻译，区分用户信元、信令信元和OAM信元，以提取需要本机处理的信令信元和/或OAM信元，信令信元可能要送往CAC软件，()AM信元则送到本机的OAM软件，需要交换结构传送的信元则要在VPI/VCI翻译以后加上内部的选路标签而送往交换网络； 

       •  OAM功能，按照系统设计方案，每个接口单元具有局部的OAM功能。

       ②输出侧

       输出侧也包括物理层功能和ATM层功能。ATM层功能较简单，物理层功能是与输入侧相反的功能，此外不再赘述。用于计费的信元计数一般也在输出侧进行。

       ATM交换系统的呼叫控制，信令、业务流管理等功能中的大部分都由处理机的软件实现。

       与程控数字交换机的控制结构相似，ATM交换系统的处理机控制子系统基本上有两种配置方式：多机功能分担方式和分布式控制方式。

       多机功能分担方式中的多种处理机可以分级或不分级，当然在接口单元中还具有外围处理机。分布式控制时，每个外围模块具有功能较全的模块处理机，可以独立自主地进行呼叫控制，这也意味着，CAC功能、呼叫建立阶段的选路功能以及所需的数据等都分配在各个模块中。