基于窄带电台的无线AAL2传输及组网技术

左 韬,阳周明,陈志超,黄海波

(1.武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081;2.北方自动控制技术研究所,山西太原030006;3.湖北汽车工业学院,湖北十堰442002)

0 引言

在很多窄带无线通信的应用场合,由于信道带宽有限,又需要传输语音、多媒体等实时业务,只有对语音和视频进行数据压缩以减小带宽需求,采用无线ATM技术可以很好地实现实时语音业务和数据业务的无线传输和组网。而支持可变比特率的面向连接的AAL2适配类型是其中最合适的适配层技术,尤其适用于窄带信道中的压缩音频和视频数据业务[1,2]。

该文以带宽有限、缺少服务质量保障的无线信道上的移动通信系统为研究对象,通过基于ATM的AAL2相关机制提高有限带宽的可用性并实现实时数据(语音压缩编码流)的传输保障[3,4],从而完成语音、数据的混合传输。提出基于窄带电台的无线AAL2传输及组网技术,以解决无线组网中压缩语音、视频、数据等多种业务的同传。为了适应无线电台的传输特性,提出增长信元、带宽自适应等改进方案。从国内外的相关文献来看,尚未见到类似的研究和实验方案,该文提出技术机制具有较强的创新性和实用性。

1 AAL2规范

AAL2主要用于在ATM虚通路上有效传输语音、视频和数据业务,并可利用语音压缩技术和静默检测及消除技术来提高统计复用增益。在带宽利用效率上,远远超过了AAL1,尤其是针对低速率的业务,而且在传输质量(QoS)上,基本上能得到保证。

AAL2协议结构如图1所示。AAL2利用ATM层所提供的服务,通过AAL层的服务访问点SAP向其高层提供服务。AAL2协议可以支持在一个ATM连接上多个AAL2用户数据流的复用。从分层结构上来看,AAL2协议原来的AAL公共部分中的拆装子层(SAR)和公共部分会聚子层(CPCS)的功能合并到了一个公共部分子层(CPS)中,因此AAL2协议中就有CPS和SSCS(业务特定汇聚子层)2个子层构成。SSCS的功能是与其支持的业务密切相关的。对于特定的AAL2用户,可定义不同的SSCS协议来支持。AAL2协议中的最主要功能在CPS子层中实现[1,3]。

图1 AAL2协议结构

AAL2的CPS为传输CPS分组,需要将CPS分组映射到ATM信元中。在该映射中,首先将CPS分组装载在CPS-PDU中,标准CPS-PDU长度为48字节,可装入一个ATM信元传输,其结构如图2所示[3]。CPS-PDU由1字节的起始域(STF)和47字节的CPSPDU净荷构成。其中STF是CPS-PDU的控制信息,包含：6 bit的偏移(OSF),1 bit的序列号(SN),1 bit的校验(P,Parity)。标准AAL2的短分组头为3个字节,包括通道标识符CID、长度指示LI、HEC校验和信息净荷。

图2 标准AAL2的CPS-PDU

2 窄带电台无线AAL2组网技术

该系统无线AAL2组网由民用窄带电台构成无线信道,提出采用增长信元技术和带宽自适应技术,充分利用有限的带宽实现数话同传,并可在数据终端上实现IP Over Wireless ATM。实验成果具有较好的应用发展价值。

无线ATM组网如图3所示,ATM交换机之间的中继采用窄带电台无线信道连接,电台与ATM交换机之间接口速率115 200 bps,电台空中双向带宽19 200 bps,单向9 600 bps。交换机接入业务为G.729压缩语音和数据业务。G.729语音编码速率为8 kbps,交换机对语音进行静默检测,动态分配业务带宽,建立跨节点的无线通信。

图3 无线ATM组网示意图

2.1 增长信元技术

考虑到本系统窄带民用电台每个发送时隙最大传送123字节的数据包,为了最大限度地利用电台时隙内的带宽,采用了增长ATM信元格式,如图4所示,将信元拉长为123字节,而信元格式的定义与53字节的标准ATM信元格式基本相同,唯一不同的就是短分组头中长度指示LI增加1个bit变为7个bits,从而能够指示更长的短分组净荷长度,相应的UUI减少为4个bits。

图4 增长ATM信元格式

经过增长之后的ATM信元,由于其中信元头、短分组头、起始域的总长度并未增加,而增加的仅仅是数据和语音净荷的长度,因而相当于提高了每个信元的带宽利用率。

表1所示为数话同传状态下信元增长前后数据传送效率之对比,其计算公式为：

传送效率=净荷总长度/信元总长度。

表1 标准ATM信元及增长ATM信元在数话同传状态下的传输效率

可见,在增长信元状态下,虽然语音的延时略微增大,但信道的传输效率明显提高,这在窄带无线信道下更有实用意义。

2.2 带宽自适应技术

为了最大限度地利用有限的无线带宽,系统采用了自适应带宽分配技术,其带宽的分配基于语音和数据业务的检测,通过调整业务在ATM信元中占有的净荷长度来分配带宽,优先保证实时的语音业务的带宽分配。表2为3种通信方式下的带宽分配策略。

表2 带宽自适应分配策略

动态带宽分配流程如图5所示。

图5 无线ATM数话混合传输的带宽自适应流程

3 结束语

给出了跨越窄带无线电台中继的无线ATM传输及组网技术方案,通过AAL2的机制来实现压缩语音与数据业务的混合组网传输,提出增长信元技术和带宽自适应技术的改进方法来提高窄带信道下的利用率。提出的方案及改进技术有较强的实用性,为窄带模式下的无线ATM应用提供了良好的技术支撑。

[1]龚向阳,金跃辉.宽带通信网原理[M].北京：北京邮电大学出版社,2006.

[2]谢希任.计算机网络[M].北京：电子工业出版社,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]谢希任.计算机网络[M].北京：电子工业出版社,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.