多媒體與ATM技術(shù)

1、多媒體與ATM技術(shù)北京理工大學(xué)佳木斯遠(yuǎn)程教學(xué)站北理工一班喬宇航學(xué)號(hào)：20001010110036搞要：近幾年，隨著多媒體技術(shù)的高速發(fā)展，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的興起。ATM技術(shù)走上了電信領(lǐng)域的大舞臺(tái)。ATM，譯為“異步傳輸模式”，它是以高速分組傳送模式為主，綜合電信傳輸模式優(yōu)點(diǎn)的一種寬帶傳輸模式。ATM寬帶業(yè)務(wù)是目前最具發(fā)展前景的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。它具有不依賴于業(yè)務(wù)，動(dòng)態(tài)分配寬帶、統(tǒng)計(jì)復(fù)用，信元固定、交換速率高等特點(diǎn)。本文就將詳細(xì)闡述ATM技術(shù)。首先，進(jìn)述的是ATM的基本理論。如：概念、規(guī)程、傳輸控制及其當(dāng)中的業(yè)務(wù)類型。其次，談到ATM技術(shù)現(xiàn)存的問題及發(fā)展前景。最后，談到ATM在多媒體的應(yīng)用。關(guān)鍵字：ATM技

2、術(shù)多媒體Multimedia and ATM technologySummary: In the past several years, Along with the development at a high speed of multimedia technology, and the rise of, the technology of ATM walked the big stage of telecommunications domain. The ATM, means to “l(fā)eading transmits the model step”, It is with at a hi

3、gh speed dividing into groups to convey the model to give first place to, One kind wideband transmission model of model of model merit is transmitted in synthetical telecommunications. ATM broadband business is the data communication service of having the development puospect most at present. It pos

4、sesses not relying on in the operation, Trends assingn broadband, SDM lecter fox, exchange speed high characteristic. In the paper, The technology of ATM is talked in detail. Firstly, what tells about is the basic theory of ATM, Snch as concept, rules, transmission control and his central operation

5、type. Secondly, speak of ATM technology extant question and development prospect. Finally, speak of the application at the multimedia of ATM.Key word: ATM technology Multimedia一、 ATM的基本理論1. 1、ATM基本概念A(yù)TM異步轉(zhuǎn)送模式（Asychronous Transfer Mode）的簡(jiǎn)稱，它指的是“以信元為信息的傳輸、復(fù)用、和交換的基本單位的轉(zhuǎn)送方式”。ATM交換技術(shù)具有不依賴于業(yè)務(wù)、動(dòng)態(tài)分配帶寬、統(tǒng)計(jì)復(fù)用、

6、信元固定、交換速率高等特點(diǎn)，是目前一種先進(jìn)的交換技術(shù)。在世界范圍內(nèi)，當(dāng)前電信領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)之一是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（BISDN）。異步轉(zhuǎn)移模式ATM技術(shù)是目前解決寬帶綜合業(yè)務(wù)的較被看好的一種實(shí)施方案。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)固定長(zhǎng)度的信元（cell）實(shí)現(xiàn)的快速分組交換技術(shù)，它將交換、傳輸?shù)母拍钊诤显谝黄?，在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上解決各種不同的通信業(yè)務(wù)需求。ATM寬帶業(yè)務(wù)是目前最具發(fā)展前景的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。它結(jié)合了電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)，極大的提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率。目前它突破了以上三種業(yè)務(wù)在速率上的極限（最高可達(dá)155M），并具有服務(wù)質(zhì)量保證。ATM的業(yè)務(wù)類型ATM業(yè)務(wù)可以分為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和用戶業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)是指網(wǎng)絡(luò)為

7、用戶提供承載的連接屬性和傳遞能力，通常稱為數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)；而用戶業(yè)務(wù)是指業(yè)務(wù)提供者在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上向用戶提供的高層業(yè)務(wù)應(yīng)用。1.2、ATM的特點(diǎn)靈活性：按需要?jiǎng)討B(tài)分配電路帶寬，可以將一條物理傳輸通道動(dòng)態(tài)劃分若干個(gè)子信道，每個(gè)子信道都能夠提供不同速率的業(yè)務(wù)。高速率：ATM簡(jiǎn)化了協(xié)議的控制，時(shí)延少，傳輸速率達(dá)到N2MBPS622MBPS，可以滿足局域網(wǎng)和廣域通信的各種業(yè)務(wù)要求。多業(yè)務(wù)：ATM網(wǎng)絡(luò)作為多業(yè)務(wù)接入平臺(tái)，可以滿足數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖象等不同傳輸速率的數(shù)字業(yè)務(wù)要求?？煽啃裕篈TM網(wǎng)絡(luò)提供良好的質(zhì)量保證機(jī)制，可以保證視頻點(diǎn)播等帶寬實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。安全性：用戶占用的帶寬相互獨(dú)立，完全消除共享帶寬帶來(lái)

8、的非法入侵等不安全因素。1.3、ATM規(guī)程ATM規(guī)程的最高層是ATM適配層（AAL）。它將高層來(lái)的用戶業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換成ATM中凈荷的格式和長(zhǎng)度，到目的站后將它再轉(zhuǎn)換成原來(lái)的用戶業(yè)務(wù)。該層包括五個(gè)子層（AAL1AAL5），不同的ATM適配子層與ATM所支持的不同業(yè)務(wù)相一致。AAL1支持固定比特率（CBR）業(yè)務(wù)，如數(shù)字化的聲音和圖象信號(hào)，用于對(duì)信元延遲和丟失都敏感的應(yīng)用；AAL2支持對(duì)時(shí)間敏感的可變比特率（VBR）業(yè)務(wù)；AAL3/4支持面向連接的突發(fā)性業(yè)務(wù)，和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；AAL5支持突發(fā)的LAN數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。AAL層還可以將面向連接的ATM與面向無(wú)連接的數(shù)據(jù)綜合在一起，使ATM用戶能進(jìn)行廣播和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。

9、1.4、ATM的傳輸控制監(jiān)視和管理信元在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸叫作傳輸控制。它做得好壞至關(guān)重要，特別是對(duì)時(shí)延敏感的視頻數(shù)據(jù)。不同類型的通信需要不同水平的服務(wù)。一個(gè)ATM網(wǎng)對(duì)不同通信類型提供不同的QOS（服務(wù)質(zhì)量）水平。ATM通信類型我們可以按ATM網(wǎng)的三個(gè)特性：帶寬、等待時(shí)間和信元延遲變化來(lái)對(duì)通信類型分類。帶寬是為支持某一連接的網(wǎng)絡(luò)容量大小。等待時(shí)間是與連接有關(guān)的延遲量。若需要低的等待時(shí)間意味著信元需要快速?gòu)木W(wǎng)絡(luò)中的一點(diǎn)傳到另一點(diǎn)。信元延遲變化是每一相關(guān)信元組所經(jīng)歷的延遲范圍。低的信元延遲變化意味著一組信元必須以相互間相隔不太遠(yuǎn)的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)。ATM網(wǎng)有三種通信類型：CRB（Constant bit r

10、ate 恒定位速率）、VRB（Variable bit rate 變化位速率）和ARB（Available bit rate 可用位速率）。CRB通信包括聲音和視頻。為完成這種通信，ATM提供一個(gè)恒定的帶寬、低等待時(shí)間和低信元延遲變化。VRB通信除了需求不同帶寬以外與CRB相似。ABR通信不需要確定帶寬或延遲參數(shù)并被許多數(shù)據(jù)應(yīng)用所接受。ATM連接通過(guò)發(fā)出一個(gè)導(dǎo)致與ATM網(wǎng)協(xié)商的連接請(qǐng)求，ATM的一端請(qǐng)求ATM網(wǎng)絡(luò)與另外一端相連接。這一過(guò)程稱為連接建立程序。必須協(xié)商的多數(shù)可由ATMForum UN1 3.0指定，包括通信類型、恒定和峰值帶寬，信號(hào)序列長(zhǎng)度及QOS級(jí)別。這一過(guò)程保證ATM網(wǎng)與端點(diǎn)建

11、立一個(gè)“條約”。網(wǎng)絡(luò)承諾遞交一個(gè)QOS，ATM端點(diǎn)承諾不送出比連接過(guò)程中所求的更多的通信量。當(dāng)阻塞發(fā)生時(shí)，傳輸控制提供機(jī)制使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)狀態(tài)。ATM網(wǎng)使用三種傳輸控制技術(shù)：傳輸管制、傳輸整形和阻塞控制：（1） 傳輸管制（Traffic policing）ATM網(wǎng)為確保每一連接中的通信不超出協(xié)商的參數(shù)，ATM開關(guān)使用一個(gè)“漏水桶”算法來(lái)管理通信。想象在木水桶的底部有一個(gè)孔，水以固定速率（協(xié)率速率）從桶內(nèi)（緩沖區(qū)）流區(qū)。當(dāng)信息流超過(guò)協(xié)商速率和緩沖區(qū)溢出時(shí)，需要進(jìn)行傳輸管制。每一個(gè)ATM信元有一個(gè)CLP（Cell Loss Priority）位，即信元丟失屬性位，用來(lái)開關(guān)置CLP位為1。這個(gè)信元只有在有

12、足夠網(wǎng)絡(luò)容量時(shí)，才能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)被傳輸，如果沒有足夠的帶寬可獲得，CLP位不一致的信元被丟掉，這時(shí)需要彼一時(shí)新傳輸這些信元。CBR通信需要一個(gè)單一“漏桶”，因?yàn)樵谒木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議中使用的是固定速率多數(shù)。VBR通信使用雙“漏桶”，一方面在一些分立的時(shí)間間隔監(jiān)視固定速率，另一方面在連接期間監(jiān)視最大（峰值）帶寬。如果任何一個(gè)值超過(guò)協(xié)議參數(shù)，ATM開關(guān)通過(guò)控制CLP位管理VBR通信。（2） 傳輸整形（Traffic Shaping）與傳輸管理制相似，傳輸整形是在用戶網(wǎng)絡(luò)界面上完成的。使用雙“漏桶”算法控制通信使流量速率遵守規(guī)定。完成傳輸整形的裝置是典型的用在PC機(jī)或工作站、橋、路由器和DSUs（數(shù)字服務(wù)單元）

13、中的ATM網(wǎng)絡(luò)適配器。（3） 阻塞控制阻塞會(huì)發(fā)生在任何網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)一個(gè)用戶送出的數(shù)據(jù)大于網(wǎng)絡(luò)在可獲得帶寬內(nèi)傳辦理量，就發(fā)生阻塞。當(dāng)更多用戶向同一網(wǎng)絡(luò)辦理送數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)任一用戶可匹敵得的帶寬也隨著時(shí)間而改變。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)不能告訴使用者在任一給定的瞬間可獲得多少帶寬。其結(jié)果使用者沒有任何依據(jù)來(lái)控制所送數(shù)據(jù)的量。當(dāng)送出的數(shù)據(jù)大于網(wǎng)絡(luò)所能處理的數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)填滿并溢出，數(shù)據(jù)必須重新傳輸，這將進(jìn)一步增加通信量更加使得網(wǎng)絡(luò)擁擠。ATM網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行阻塞控制以使ABR通信能夠有效地使用帶寬。有效的阻塞控制可減少由于阻塞重新傳輸數(shù)據(jù)的需要。ATM擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)能力以支持各種各樣的應(yīng)用和幫助網(wǎng)絡(luò)管理者。使用ATM技術(shù)作為基

14、礎(chǔ)，確保一個(gè)與廣域網(wǎng)（WAN）的可接受界面，滿足LAN中高寬帶業(yè)務(wù)需求。傳輸管理設(shè)計(jì)保證用戶得到他們所需要的服務(wù)質(zhì)量。二、 ATM的現(xiàn)存問題及前景雖然ATM的相關(guān)技術(shù)及研究發(fā)展很快，但ATM總體上仍有待于進(jìn)一步完善。無(wú)論在其開發(fā)和使用的實(shí)踐中目前還存在一些問題，如ATM的話務(wù)量管理及擁塞控制方面的技術(shù)并不理想；目前ATM產(chǎn)品的價(jià)格普遍較高；ATM的標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，在適應(yīng)性、通用性及互操作性等方面均帶來(lái)一些問題。盡管如此，ATM作為一種全新的交換技術(shù)和下一世紀(jì)通信技術(shù)的主流已是不容置疑的。ATM最早是作為新一代的電信技術(shù)基礎(chǔ)而提出來(lái)的。其優(yōu)勢(shì)首先體現(xiàn)在構(gòu)造骨干網(wǎng)上，因?yàn)橐环矫嫠猩螱b/s的容量，

15、再則，由于VP、VC技術(shù)的采用，容量和處理的靈活性是目前時(shí)分長(zhǎng)途電話交換網(wǎng)所不能比擬的。從這點(diǎn)來(lái)看，也就決定了它在今后建設(shè)電信主于網(wǎng)中的地位。另一方面，目前較為普及的局域網(wǎng)雖然也采用了一些高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。如FDDI、100Base-T等，但采用這些技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)共同的特點(diǎn)。即都是基于所謂的媒體共享。這樣，過(guò)多的共享必然會(huì)降低實(shí)際的傳輸速率，這已成為這類高速網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)癥結(jié)。解決這個(gè)問題的有效方法即是從“共享式”轉(zhuǎn)換為“交換式”，而ATM這種新型交換技術(shù)有其無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在2Mb/s、34 Mb/s、45Mb/s 和155 Mb/s的ATM產(chǎn)品已經(jīng)被人們所接受。在1995年春天，ATM論壇對(duì)

16、有關(guān)LAN仿真、新的ATM適配層和低速接入（E1/T1）等方面進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，這使得相應(yīng)的ATM產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步加強(qiáng)。就ATM的產(chǎn)品生產(chǎn)來(lái)看，已有50多家廠商生產(chǎn)ATM產(chǎn)品，另外尚有100多家廠商在開發(fā)有關(guān)ATM的交換、集線和路由設(shè)備。從有關(guān)ATM的商用化和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)看，目前僅在美國(guó)就有十多個(gè)ATM現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其中北卡羅來(lái)納州的信息高速公路網(wǎng)是美國(guó)最大的一個(gè)ATM網(wǎng)。在加拿大，現(xiàn)已有七個(gè)地方性的ATM投入使用；在歐洲的芬蘭、法國(guó)和德國(guó)等也開通了一些ATM商用業(yè)務(wù)；在亞太地區(qū)，如日本、韓國(guó)、新加坡等國(guó)亦有類似的計(jì)劃。盡管ATM技術(shù)最終的完善和向?qū)嵱煤蜕虡I(yè)應(yīng)用，隨著其相關(guān)技術(shù)的完善和發(fā)展，必將會(huì)獲得

17、廣泛的應(yīng)用。毫無(wú)疑問，ATM與同步光纖網(wǎng)（SONFT）的結(jié)合將構(gòu)成21世紀(jì)通信的主體。三、 ATM在多媒體中的應(yīng)用多媒體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎遍布各行各業(yè)以及人們生活的各個(gè)角落。由于多媒體技術(shù)具有直觀、信息量大、易于接受和傳播迅速等顯著的特點(diǎn)，因此多媒體應(yīng)用領(lǐng)域的拓展十分迅速。近年來(lái)，隨著國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的興起，多媒體技術(shù)也滲透到國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上，并隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和延伸，不斷地成熟和進(jìn)步。ATM在分組交換技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的快速分組交換技術(shù)，它采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，并且綜合吸收了分組交換高效率和電路交換速度的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)分組交換速率比較低的缺陷，利用電路交換幾乎與協(xié)議處理無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，通過(guò)高性能的硬件設(shè)備來(lái)提