課程目的

• 理解VoATM基本概念
• 熟悉VoATM的技術特點
• 了解VoATM和VoDSL、VoIP的關系

第一課 VoATM技術簡介

1. 引言

　　 VoATM，又簡寫為VToA，全稱“Voice Telephony over Asynchronous Transfer Mode”。VoATM定義為：一種綜合的網(wǎng)絡架構，該網(wǎng)絡能可靠地高效處理各種用戶電路信號（音頻信號、數(shù)據(jù)、話音和視頻等），包括交換和指定業(yè)務傳送功能。

　　 VoATM是技術發(fā)展和電信業(yè)務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(tǒng)電話網(wǎng)絡上進行綜合業(yè)務處理。有關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(tǒng)話音傳送

　　 我們知道，在傳統(tǒng)話音傳送系統(tǒng)中，也即在傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡下的話音傳送是基于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”，見下圖1。

　　 當一個用戶向PSTN中的另一個用戶發(fā)起呼叫時，線路上的信號變化（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(shù)字信號，生成標準的PCM格式流，再進行交換/中繼模塊送到被叫所在的局端變換為模擬信號，送到被叫話機。在送到被叫端之前的所有處理都是數(shù)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，每對用戶在“通話”期間，一直占有一個物理電路連接，且不能分配給其他用戶，不管他們是否真正進行了話音交互，直到“通話”結束（雙方都掛機）。也就是說，這種幀結構中的線路分配是按“時隙（Timeslot）”進行的，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2.048Mbps的數(shù)字流，（根據(jù)呼叫控制信息）被固定分配給30個（單工）標準PCM話音電路（30*64kbps+2*64kbps）。

傳統(tǒng)話音傳送的特點：

• 信道資源（時隙）的分配是固定的，具有獨占性，容易實現(xiàn)話音通信的QoS保證，但由于實際上通信雙方對信道的實際使用率低于50%，甚至更低；
  
  
• 單路話音信道傳輸速率固定為64kbps，利于系統(tǒng)的同步和時延控制，但是由于人們講話過程中通常有很長的靜默，甚至在音節(jié)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。這種情形在無線環(huán)境中資源代價高的情況下尤為突出。

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

3. ATM話音傳送：VoATM

　　 正如前面所述，ATM最終將取代STM方式，這一點我們在“異步轉移模式ATM基本概念”中已進行了詳細說明，這部分我們將介紹如何在ATM上進行話音傳送（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）類型：AAL0、AAL1、AAL2、AAL3、AAL4、AAL5，用于適配不同QoS的業(yè)務。

　　 目前，VoATM主要有兩種實現(xiàn)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為用戶電話終端設備，“業(yè)務接入結點”是指用戶電話業(yè)務的提供網(wǎng)絡在ATM網(wǎng)絡側的界；其中的CP-IWF完成用戶電路和ATM網(wǎng)絡的協(xié)作功能，而CO-IWF則完成ATM網(wǎng)絡和業(yè)務網(wǎng)絡的協(xié)作功能。

(2) VoATM的協(xié)議結構

　　 話帶業(yè)務包括標準PCM、壓縮語音和FAX等。它們在ATM網(wǎng)絡的傳輸主要有兩種方式：LES和VoIP/AAL5/ATM。

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

　　 下圖3給出了VoATM的協(xié)議結構模型（來源：AF-VMOA-0145-000：ATM論壇ATM Forum）。這是一個基于AAL2進行話帶話音及多媒體業(yè)務傳送的協(xié)議框架。在ATM論壇標準中，被稱為環(huán)路仿真業(yè)務（LES：Loop Emulation Service），和傳統(tǒng)PSTN不同的是采用很大新技術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(nèi)信令（見圖3）。
• 空閑信道壓縮（Idle Channel Suppression）。
• 語聲編碼（Voice Encoding）,包括ADPCM、LPC（線性預測編碼）等。
• 語聲靜默檢測/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延的影響。

B．Voice-IP-AAL5/ATM

　　 除了上面的LES外，還可以通過AAL5進行話音傳送。下圖4為其協(xié)議模型。實質(zhì)上這是通過兩次映射完成的：首先進行的是VoIP技術，之后把這些語聲IP包通過IPoATM（LANE）傳送�？雌饋硭坪踹^于羅嗦，但這樣做的目的是充分利用VoIP技術的靈活性和AAL5的優(yōu)點（開銷小、糾錯強，支持多種業(yè)務速率/變速率），也即，它必須建立在ATM網(wǎng)絡的高可靠性和VoIP的充分成熟基礎之上；就目前的技術發(fā)展而言，這兩個條件都已具備了。圖4中的右邊給出了基于AAL5的典型VoATM應用模型。

(3) VoATM的特點

VoATM有如下的優(yōu)點：

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

另外，由于ATM（特別是AAL5）能承載各種業(yè)務QoS要求，支持話音、數(shù)據(jù)同傳，對新業(yè)務的適應性將，可擴展性好，利于網(wǎng)絡融合。

(4) VoIP、VoDSL與VoATM的關系

• VoDSL是利用xDSL技術，而xDSL是一種物理層/數(shù)據(jù)鏈路層技術。它意指如何利用xDSL進行話音傳送，與其對照的包括VoCable等。
  
  
• VoIP則是指如何使用IP分組網(wǎng)絡（Internet）進行一定QoS的話音傳送，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技術進行話音傳送，與其對應的包含VoIP、VoFR（幀中繼）等。但由于ATM技術本身可以同時支持TDM中繼、FR（幀中繼）、IP等網(wǎng)絡內(nèi)容的傳輸，可以看作更底層的網(wǎng)絡技術，所以VoATM可以說同時蘊含了VoIP和VoFR技術。這點已在圖4中有所顯示，同時也說明了ATM技術比傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡可能更大的發(fā)展?jié)摿Α?/font>