基于窄帶電臺(tái)的無(wú)線AAL2傳輸及組網(wǎng)技術(shù)

左 韜,陽(yáng)周明,陳志超,黃海波

(1.武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,湖北武漢430081;2.北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所,山西太原030006;3.湖北汽車工業(yè)學(xué)院,湖北十堰442002)

0 引言

在很多窄帶無(wú)線通信的應(yīng)用場(chǎng)合,由于信道帶寬有限,又需要傳輸語(yǔ)音、多媒體等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),只有對(duì)語(yǔ)音和視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮以減小帶寬需求,采用無(wú)線ATM技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無(wú)線傳輸和組網(wǎng)。而支持可變比特率的面向連接的AAL2適配類型是其中最合適的適配層技術(shù),尤其適用于窄帶信道中的壓縮音頻和視頻數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[1,2]。

該文以帶寬有限、缺少服務(wù)質(zhì)量保障的無(wú)線信道上的移動(dòng)通信系統(tǒng)為研究對(duì)象,通過(guò)基于ATM的AAL2相關(guān)機(jī)制提高有限帶寬的可用性并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(語(yǔ)音壓縮編碼流)的傳輸保障[3,4],從而完成語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的混合傳輸。提出基于窄帶電臺(tái)的無(wú)線AAL2傳輸及組網(wǎng)技術(shù),以解決無(wú)線組網(wǎng)中壓縮語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)的同傳。為了適應(yīng)無(wú)線電臺(tái)的傳輸特性,提出增長(zhǎng)信元、帶寬自適應(yīng)等改進(jìn)方案。從國(guó)內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)看,尚未見(jiàn)到類似的研究和實(shí)驗(yàn)方案,該文提出技術(shù)機(jī)制具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性和實(shí)用性。

1 AAL2規(guī)范

AAL2主要用于在ATM虛通路上有效傳輸語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),并可利用語(yǔ)音壓縮技術(shù)和靜默檢測(cè)及消除技術(shù)來(lái)提高統(tǒng)計(jì)復(fù)用增益。在帶寬利用效率上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了AAL1,尤其是針對(duì)低速率的業(yè)務(wù),而且在傳輸質(zhì)量(QoS)上,基本上能得到保證。

AAL2協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。AAL2利用ATM層所提供的服務(wù),通過(guò)AAL層的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)SAP向其高層提供服務(wù)。AAL2協(xié)議可以支持在一個(gè)ATM連接上多個(gè)AAL2用戶數(shù)據(jù)流的復(fù)用。從分層結(jié)構(gòu)上來(lái)看,AAL2協(xié)議原來(lái)的AAL公共部分中的拆裝子層(SAR)和公共部分會(huì)聚子層(CPCS)的功能合并到了一個(gè)公共部分子層(CPS)中,因此AAL2協(xié)議中就有CPS和SSCS(業(yè)務(wù)特定匯聚子層)2個(gè)子層構(gòu)成。SSCS的功能是與其支持的業(yè)務(wù)密切相關(guān)的。對(duì)于特定的AAL2用戶,可定義不同的SSCS協(xié)議來(lái)支持。AAL2協(xié)議中的最主要功能在CPS子層中實(shí)現(xiàn)[1,3]。

圖1 AAL2協(xié)議結(jié)構(gòu)

AAL2的CPS為傳輸CPS分組,需要將CPS分組映射到ATM信元中。在該映射中,首先將CPS分組裝載在CPS-PDU中,標(biāo)準(zhǔn)CPS-PDU長(zhǎng)度為48字節(jié),可裝入一個(gè)ATM信元傳輸,其結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。CPS-PDU由1字節(jié)的起始域(STF)和47字節(jié)的CPSPDU凈荷構(gòu)成。其中STF是CPS-PDU的控制信息,包含：6 bit的偏移(OSF),1 bit的序列號(hào)(SN),1 bit的校驗(yàn)(P,Parity)。標(biāo)準(zhǔn)AAL2的短分組頭為3個(gè)字節(jié),包括通道標(biāo)識(shí)符CID、長(zhǎng)度指示LI、HEC校驗(yàn)和信息凈荷。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)AAL2的CPS-PDU

2 窄帶電臺(tái)無(wú)線AAL2組網(wǎng)技術(shù)

該系統(tǒng)無(wú)線AAL2組網(wǎng)由民用窄帶電臺(tái)構(gòu)成無(wú)線信道,提出采用增長(zhǎng)信元技術(shù)和帶寬自適應(yīng)技術(shù),充分利用有限的帶寬實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳,并可在數(shù)據(jù)終端上實(shí)現(xiàn)IP Over Wireless ATM。實(shí)驗(yàn)成果具有較好的應(yīng)用發(fā)展價(jià)值。

無(wú)線ATM組網(wǎng)如圖3所示,ATM交換機(jī)之間的中繼采用窄帶電臺(tái)無(wú)線信道連接,電臺(tái)與ATM交換機(jī)之間接口速率115 200 bps,電臺(tái)空中雙向帶寬19 200 bps,單向9 600 bps。交換機(jī)接入業(yè)務(wù)為G.729壓縮語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。G.729語(yǔ)音編碼速率為8 kbps,交換機(jī)對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行靜默檢測(cè),動(dòng)態(tài)分配業(yè)務(wù)帶寬,建立跨節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信。

圖3 無(wú)線ATM組網(wǎng)示意圖

2.1 增長(zhǎng)信元技術(shù)

考慮到本系統(tǒng)窄帶民用電臺(tái)每個(gè)發(fā)送時(shí)隙最大傳送123字節(jié)的數(shù)據(jù)包,為了最大限度地利用電臺(tái)時(shí)隙內(nèi)的帶寬,采用了增長(zhǎng)ATM信元格式,如圖4所示,將信元拉長(zhǎng)為123字節(jié),而信元格式的定義與53字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)ATM信元格式基本相同,唯一不同的就是短分組頭中長(zhǎng)度指示LI增加1個(gè)bit變?yōu)?個(gè)bits,從而能夠指示更長(zhǎng)的短分組凈荷長(zhǎng)度,相應(yīng)的UUI減少為4個(gè)bits。

圖4 增長(zhǎng)ATM信元格式

經(jīng)過(guò)增長(zhǎng)之后的ATM信元,由于其中信元頭、短分組頭、起始域的總長(zhǎng)度并未增加,而增加的僅僅是數(shù)據(jù)和語(yǔ)音凈荷的長(zhǎng)度,因而相當(dāng)于提高了每個(gè)信元的帶寬利用率。

表1所示為數(shù)話同傳狀態(tài)下信元增長(zhǎng)前后數(shù)據(jù)傳送效率之對(duì)比,其計(jì)算公式為：

傳送效率=凈荷總長(zhǎng)度/信元總長(zhǎng)度。

表1 標(biāo)準(zhǔn)ATM信元及增長(zhǎng)ATM信元在數(shù)話同傳狀態(tài)下的傳輸效率

可見(jiàn),在增長(zhǎng)信元狀態(tài)下,雖然語(yǔ)音的延時(shí)略微增大,但信道的傳輸效率明顯提高,這在窄帶無(wú)線信道下更有實(shí)用意義。

2.2 帶寬自適應(yīng)技術(shù)

為了最大限度地利用有限的無(wú)線帶寬,系統(tǒng)采用了自適應(yīng)帶寬分配技術(shù),其帶寬的分配基于語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的檢測(cè),通過(guò)調(diào)整業(yè)務(wù)在ATM信元中占有的凈荷長(zhǎng)度來(lái)分配帶寬,優(yōu)先保證實(shí)時(shí)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)的帶寬分配。表2為3種通信方式下的帶寬分配策略。

表2 帶寬自適應(yīng)分配策略

動(dòng)態(tài)帶寬分配流程如圖5所示。

圖5 無(wú)線ATM數(shù)話混合傳輸?shù)膸捵赃m應(yīng)流程

3 結(jié)束語(yǔ)

給出了跨越窄帶無(wú)線電臺(tái)中繼的無(wú)線ATM傳輸及組網(wǎng)技術(shù)方案,通過(guò)AAL2的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮語(yǔ)音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的混合組網(wǎng)傳輸,提出增長(zhǎng)信元技術(shù)和帶寬自適應(yīng)技術(shù)的改進(jìn)方法來(lái)提高窄帶信道下的利用率。提出的方案及改進(jìn)技術(shù)有較強(qiáng)的實(shí)用性,為窄帶模式下的無(wú)線ATM應(yīng)用提供了良好的技術(shù)支撐。

[1]龔向陽(yáng),金躍輝.寬帶通信網(wǎng)原理[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2006.

[2]謝希任.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[3]ITU-T Recommendation I.363.2,B-ISDN ATM Adaptation layer specification Type 2 AAL2[S],1997.

[4]The ATM Forum AF-VTOA-0113.000.ATM Trunking Using AAL2 for Narrowband Services[S],1999.

[5]謝希任.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[6]ITU-T Recommendation I.363.2,B-ISDN ATM Adaptation layer specification Type 2 AAL2[S],1997.

[7]ITU-T Recommendation Q.2110,B-ISDN ATM Adaptation Layer-Service Specific Connection Oriented Protocol(SSCOP)[S],1994.