課程目的

• 理解VoATM基本概念
• 熟悉VoATM的技術(shù)特點(diǎn)
• 了解VoATM和VoDSL、VoIP的關(guān)系

第一課 VoATM技術(shù)簡(jiǎn)介

1. 引言

　　 VoATM，又簡(jiǎn)寫(xiě)為VToA，全稱(chēng)“Voice Telephony over Asynchronous Transfer Mode”。VoATM定義為：一種綜合的網(wǎng)絡(luò )架構，該網(wǎng)絡(luò )能可靠地高效處理各種用戶(hù)電路信號（音頻信號、數據、話(huà)音和視頻等），包括交換和指定業(yè)務(wù)傳送功能。

　　 VoATM是技術(shù)發(fā)展和電信業(yè)務(wù)的綜合化和智能化要求的共同產(chǎn)物，以ATM傳送體制為核心，主要是指在傳統電話(huà)網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)處理。有關(guān)ATM的知識請參考基礎課程中的“異步轉移模式ATM基本概念”部分及其中給出的參考文獻。

2. 傳統話(huà)音傳送

　　 我們知道，在傳統話(huà)音傳送系統中，也即在傳統PSTN網(wǎng)絡(luò )下的話(huà)音傳送是基于TDM方式，是一種同步傳送模式(STM：Synchronous Transfer Mode)。在“異步轉移模式ATM基本概念”中，我們已經(jīng)回顧了TDM和ATM的不同，這里重新列出其中的“圖2”，見(jiàn)下圖1。

　　 當一個(gè)用戶(hù)向PSTN中的另一個(gè)用戶(hù)發(fā)起呼叫時(shí)，線(xiàn)路上的信號變化（包括信令）被送到中心局（CO：Central Office），中心局把這些信號采樣（Sampling）成數字信號，生成標準的PCM格式流，再進(jìn)行交換/中繼模塊送到被叫所在的局端變換為模擬信號，送到被叫話(huà)機。在送到被叫端之前的所有處理都是數字的且按照上圖1中的方式復用或解復用。

　　 在這種協(xié)議或幀結構下，每對用戶(hù)在“通話(huà)”期間，一直占有一個(gè)物理電路連接，且不能分配給其他用戶(hù)，不管他們是否真正進(jìn)行了話(huà)音交互，直到“通話(huà)”結束（雙方都掛機）。也就是說(shuō)，這種幀結構中的線(xiàn)路分配是按“時(shí)隙（Timeslot）”進(jìn)行的，是一種靜態(tài)的固定分配。比如在歐洲標準中的基群速率下，一個(gè)2.048Mbps的數字流，（根據呼叫控制信息）被固定分配給30個(gè)（單工）標準PCM話(huà)音電路（30*64kbps+2*64kbps）。

傳統話(huà)音傳送的特點(diǎn)：

• 信道資源（時(shí)隙）的分配是固定的，具有獨占性，容易實(shí)現話(huà)音通信的QoS保證，但由于實(shí)際上通信雙方對信道的實(shí)際使用率低于50%，甚至更低；
  
  
• 單路話(huà)音信道傳輸速率固定為64kbps，利于系統的同步和時(shí)延控制，但是由于人們講話(huà)過(guò)程中通常有很長(cháng)的靜默，甚至在音節之間也有不少的信號是不必傳送的，所以信道的利用率極低。這種情形在無(wú)線(xiàn)環(huán)境中資源代價(jià)高的情況下尤為突出。

　　 因此，隨著(zhù)通信業(yè)務(wù)量越來(lái)越大，用戶(hù)間對資源的競爭越來(lái)越嚴重，所以這種固定傳送速率和固定信道分配越來(lái)越不適應新的需要。其中的一個(gè)解決方案就是快速分組交換（ATM）。

3. ATM話(huà)音傳送：VoATM

　　 正如前面所述，ATM最終將取代STM方式，這一點(diǎn)我們在“異步轉移模式ATM基本概念”中已進(jìn)行了詳細說(shuō)明，這部分我們將介紹如何在A(yíng)TM上進(jìn)行話(huà)音傳送（VoATM）。

　　 我們已經(jīng)知道，ATM是面向連接，且面向QoS的傳送機制。ATM提供了6種ATM適配層（AAL：ATM Adaptation Layer）類(lèi)型：AAL0、AAL1、AAL2、AAL3、AAL4、AAL5，用于適配不同QoS的業(yè)務(wù)。

　　 目前，VoATM主要有兩種實(shí)現方式，Voice-AAL2/ATM和Voice-IP-AAL5/ATM。

(1) VoATM的參考模型

　　 下圖2是VoATM的參考模型。其中的CTE為用戶(hù)電話(huà)終端設備，“業(yè)務(wù)接入結點(diǎn)”是指用戶(hù)電話(huà)業(yè)務(wù)的提供網(wǎng)絡(luò )在A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )側的界；其中的CP-IWF完成用戶(hù)電路和ATM網(wǎng)絡(luò )的協(xié)作功能，而CO-IWF則完成ATM網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )的協(xié)作功能。

(2) VoATM的協(xié)議結構

　　 話(huà)帶業(yè)務(wù)包括標準PCM、壓縮語(yǔ)音和FAX等。它們在A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )的傳輸主要有兩種方式：LES和VoIP/AAL5/ATM。

A．環(huán)路仿真業(yè)務(wù)（LES：Loop Emulation Service Using AAL2）

　　 下圖3給出了VoATM的協(xié)議結構模型（來(lái)源：AF-VMOA-0145-000：ATM論壇ATM Forum）。這是一個(gè)基于A(yíng)AL2進(jìn)行話(huà)帶話(huà)音及多媒體業(yè)務(wù)傳送的協(xié)議框架。在A(yíng)TM論壇標準中，被稱(chēng)為環(huán)路仿真業(yè)務(wù)（LES：Loop Emulation Service），和傳統PSTN不同的是采用很大新技術(shù)以充分利用傳送帶寬：

• 帶外信令（Outband Signaling）,當然LES中也允許使用帶內信令（見(jiàn)圖3）。
• 空閑信道壓縮（Idle Channel Suppression）。
• 語(yǔ)聲編碼（Voice Encoding）,包括ADPCM、LPC（線(xiàn)性預測編碼）等。
• 語(yǔ)聲靜默檢測/消除（Silence Detection and Removal）。
• DTMF信令傳送（DTMF Signaling Transport），用于支持主叫號碼識別（CID）。
• 回波消除（Echo Cancellation）,為了減小分組傳送時(shí)延的影響。

B．Voice-IP-AAL5/ATM

　　 除了上面的LES外，還可以通過(guò)AAL5進(jìn)行話(huà)音傳送。下圖4為其協(xié)議模型。實(shí)質(zhì)上這是通過(guò)兩次映射完成的：首先進(jìn)行的是VoIP技術(shù)，之后把這些語(yǔ)聲IP包通過(guò)IPoATM（LANE）傳送。看起來(lái)似乎過(guò)于羅嗦，但這樣做的目的是充分利用VoIP技術(shù)的靈活性和AAL5的優(yōu)點(diǎn)（開(kāi)銷(xiāo)小、糾錯強，支持多種業(yè)務(wù)速率/變速率），也即，它必須建立在A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )的高可靠性和VoIP的充分成熟基礎之上；就目前的技術(shù)發(fā)展而言，這兩個(gè)條件都已具備了。圖4中的右邊給出了基于A(yíng)AL5的典型VoATM應用模型。

(3) VoATM的特點(diǎn)

VoATM有如下的優(yōu)點(diǎn)：

• 帶外信令方式。我們知道傳統PSTN采用帶內（In-Band）信令（即便在有了SS7之后仍有部分信令是帶內信令），即話(huà)音通路的部分帶寬被用來(lái)傳送呼叫方面的控制信息。而在VoATM中可以采用專(zhuān)門(mén)的控制信令通道（CCS）用于呼叫控制等功能，一方面大大地提高了ATM網(wǎng)絡(luò )的帶寬利用率，另一方面是VoATM系統可以處理更多的呼叫進(jìn)程。
• 基于分組傳送。允許分組的冗余路由選擇，可靠性高。
• 統計時(shí)分復用。能充分利用帶寬，系統處理能力極大提高。
• 全數字傳送。便于使用先進(jìn)的信號處理技術(shù)，提供系統效率。

另外，由于A(yíng)TM（特別是AAL5）能承載各種業(yè)務(wù)QoS要求，支持話(huà)音、數據同傳，對新業(yè)務(wù)的適應性將，可擴展性好，利于網(wǎng)絡(luò )融合。

(4) VoIP、VoDSL與VoATM的關(guān)系

• VoDSL是利用xDSL技術(shù)，而xDSL是一種物理層/數據鏈路層技術(shù)。它意指如何利用xDSL進(jìn)行話(huà)音傳送，與其對照的包括VoCable等。
  
  
• VoIP則是指如何使用IP分組網(wǎng)絡(luò )（Internet）進(jìn)行一定QoS的話(huà)音傳送，如流媒體等，我們將在后一部分“VoIP”中具體介紹。
  
  
• VoATM意指利用ATM技術(shù)進(jìn)行話(huà)音傳送，與其對應的包含VoIP、VoFR（幀中繼）等。但由于A(yíng)TM技術(shù)本身可以同時(shí)支持TDM中繼、FR（幀中繼）、IP等網(wǎng)絡(luò )內容的傳輸，可以看作更底層的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，所以VoATM可以說(shuō)同時(shí)蘊含了VoIP和VoFR技術(shù)。這點(diǎn)已在圖4中有所顯示，同時(shí)也說(shuō)明了ATM技術(shù)比傳統的IP網(wǎng)絡(luò )可能更大的發(fā)展潛力。