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第一课 VoATM技术简介
1. 引言
VoATM，又简写为VToA，全称“Voice Telephony
over Asynchronous Transfer Mode”。VoATM定义为：一种综合的网络架构，该网络能可靠地高效处理各种用户电路信号（音频信号、数据、话音和视频等），包括交换和指定业务传送功能。
VoATM是技术发展和电信业务的综合化和智能化要求的共同产物，以ATM传送体制为核心，主要是指在传统电话网络上进行综合业务处理。有关ATM的知识请参考基础课程中的“异步转移模式ATM基本概念”部分及其中给出的参考文献。
2. 传统话音传送
我们知道，在传统话音传送系统中，也即在传统PSTN网络下的话音传送是基于TDM方式，是一种同步传送模式(STM：Synchronous
Transfer Mode)。在“异步转移模式ATM基本概念”中，我们已经回顾了TDM和ATM的不同，这里重新列出其中的“图2”，见下图1。
当一个用户向PSTN中的另一个用户发起呼叫时，线路上的信号变化（包括信令）被送到中心局（CO：Central
Office），中心局把这些信号采样（Sampling）成数字信号，生成标准的PCM格式流，再进行交换/中继模块送到被叫所在的局端变换为模拟信号，送到被叫话机。在送到被叫端之前的所有处理都是数字的且按照上图1中的方式复用或解复用。
在这种协议或帧结构下，每对用户在“通话”期间，一直占有一个物理电路连接，且不能分配给其他用户，不管他们是否真正进行了话音交互，直到“通话”结束（双方都挂机）。也就是说，这种帧结构中的线路分配是按“时隙（Timeslot）”进行的，是一种静态的固定分配。比如在欧洲标准中的基群速率下，一个2.048Mbps的数字流，（根据呼叫控制信息）被固定分配给30个（单工）标准PCM话音电路（30*64kbps+2*64kbps）。
传统话音传送的特点：
- 信道资源（时隙）的分配是固定的，具有独占性，容易实现话音通信的QoS保证，但由于实际上通信双方对信道的实际使用率低于50%，甚至更低；
- 单路话音信道传输速率固定为64kbps，利于系统的同步和时延控制，但是由于人们讲话过程中通常有很长的静默，甚至在音节之间也有不少的信号是不必传送的，所以信道的利用率极低。这种情形在无线环境中资源代价高的情况下尤为突出。
因此，随着通信业务量越来越大，用户间对资源的竞争越来越严重，所以这种固定传送速率和固定信道分配越来越不适应新的需要。其中的一个解决方案就是快速分组交换（ATM）。
3. ATM话音传送：VoATM
正如前面所述，ATM最终将取代STM方式，这一点我们在“异步转移模式ATM基本概念”中已进行了详细说明，这部分我们将介绍如何在ATM上进行话音传送（VoATM）。
我们已经知道，ATM是面向连接，且面向QoS的传送机制。ATM提供了6种ATM适配层（AAL：ATM
Adaptation Layer）类型：AAL0、AAL1、AAL2、AAL3、AAL4、AAL5，用于适配不同QoS的业务。
目前，VoATM主要有两种实现方式，Voice-AAL2/ATM和Voice-IP-AAL5/ATM。
(1) VoATM的参考模型
下图2是VoATM的参考模型。其中的CTE为用户电话终端设备，“业务接入结点”是指用户电话业务的提供网络在ATM网络侧的界；其中的CP-IWF完成用户电路和ATM网络的协作功能，而CO-IWF则完成ATM网络和业务网络的协作功能。
(2) VoATM的协议结构
话带业务包括标准PCM、压缩语音和FAX等。它们在ATM网络的传输主要有两种方式：LES和VoIP/AAL5/ATM。
A．环路仿真业务（LES：Loop Emulation
Service Using AAL2）
下图3给出了VoATM的协议结构模型（来源：AF-VMOA-0145-000：ATM论坛ATM
Forum）。这是一个基于AAL2进行话带话音及多媒体业务传送的协议框架。在ATM论坛标准中，被称为环路仿真业务（LES：Loop Emulation
Service），和传统PSTN不同的是采用很大新技术以充分利用传送带宽：
- 带外信令（Outband Signaling）,当然LES中也允许使用带内信令（见图3）。
- 空闲信道压缩（Idle Channel Suppression）。
- 语声编码（Voice Encoding）,包括ADPCM、LPC（线性预测编码）等。
- 语声静默检测/消除（Silence Detection and Removal）。
- DTMF信令传送（DTMF Signaling Transport），用于支持主叫号码识别（CID）。
- 回波消除（Echo Cancellation）,为了减小分组传送时延的影响。
B．Voice-IP-AAL5/ATM
除了上面的LES外，还可以通过AAL5进行话音传送。下图4为其协议模型。实质上这是通过两次映射完成的：首先进行的是VoIP技术，之后把这些语声IP包通过IPoATM（LANE）传送。看起来似乎过于罗嗦，但这样做的目的是充分利用VoIP技术的灵活性和AAL5的优点（开销小、纠错强，支持多种业务速率/变速率），也即，它必须建立在ATM网络的高可靠性和VoIP的充分成熟基础之上；就目前的技术发展而言，这两个条件都已具备了。图4中的右边给出了基于AAL5的典型VoATM应用模型。
(3) VoATM的特点
VoATM有如下的优点：
- 带外信令方式。我们知道传统PSTN采用带内（In-Band）信令（即便在有了SS7之后仍有部分信令是带内信令），即话音通路的部分带宽被用来传送呼叫方面的控制信息。而在VoATM中可以采用专门的控制信令通道（CCS）用于呼叫控制等功能，一方面大大地提高了ATM网络的带宽利用率，另一方面是VoATM系统可以处理更多的呼叫进程。
- 基于分组传送。允许分组的冗余路由选择，可靠性高。
- 统计时分复用。能充分利用带宽，系统处理能力极大提高。
- 全数字传送。便于使用先进的信号处理技术，提供系统效率。
另外，由于ATM（特别是AAL5）能承载各种业务QoS要求，支持话音、数据同传，对新业务的适应性将，可扩展性好，利于网络融合。
(4) VoIP、VoDSL与VoATM的关系
- VoDSL是利用xDSL技术，而xDSL是一种物理层/数据链路层技术。它意指如何利用xDSL进行话音传送，与其对照的包括VoCable等。
- VoIP则是指如何使用IP分组网络（Internet）进行一定QoS的话音传送，如流媒体等，我们将在后一部分“VoIP”中具体介绍。
- VoATM意指利用ATM技术进行话音传送，与其对应的包含VoIP、VoFR（帧中继）等。但由于ATM技术本身可以同时支持TDM中继、FR（帧中继）、IP等网络内容的传输，可以看作更底层的网络技术，所以VoATM可以说同时蕴含了VoIP和VoFR技术。这点已在图4中有所显示，同时也说明了ATM技术比传统的IP网络可能更大的发展潜力。
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