可變比特率業務

ATM網絡是一種能夠同時傳輸多種不同類型通信業務的網絡，在網絡內部處理每一種業務流量的方式，依賴於該業務流的特性和應用需求。ATM論壇將這些業務分為五類：恆定比特率(Constant Bit Rate，CBR)、實時可變比特率(Real Time Variable Bit Rate，rt-VBR)、非實時可變比特率(Not Real Time Variable Bit Rate，nrt-VBR)、不指明比特率(Unspecified Bit Rate，UBR)和可利用比特率(Available Bit Rate，ABR)。五類寬帶承載業務可以從兩個方面來區分。從業務特性上區分，它們描述業務本身的流量特性，又稱為源流量參數，如峯值信元速率、最小信元速率、可維持信元速率、最大突發長度；但另一些業務特性參數並不表示業務本身的流量，而是體現業務對時間特性的要求，如業務所能允許的信元抖動容限等。從業務的ATM層服務質量上區分，包括峯．峯信元時延抖動、最大信元傳送時延、嚴重出錯的信元塊比例、信元錯誤率、信元丟失率、信元誤插入率等。

VBR並不是一種新的編碼方式或編碼算法，它是一個與CBR相對應的概念。是可變速率(VariableBitRate)的縮寫，它不使用固定的平均速率壓縮數據，每個數據的平均碼率是可變的，它可以根據數據的內容改變。這種服務的比特率能夠根據網絡狀況變化，當網絡完全沒有擁塞的時候，在整個永久虛擬電路上可以達到預先設置的最大值，當然，這是不能保證在特定的時間段，平均數據吞吐量可以在ATM接入設備和交換機之間進行協商，短時間內可以保證的最大比特率也可以協商。 ^[1] 

它主要有實時和非實時兩類。

實時可變比特率(rt-VBR)

主要用來描述具有可變數據流，屬於實時業務，對時延和抖動都有嚴格的要求，常被用於對時延敏感的應用。與CBR的不同之處在於rt．VBR不要求恆定帶寬，其傳輸速率在整個過程中也是變化的，該類業務適用於具有較大突發特性的信源，比如壓縮圖像的傳輸。rt-VBR業務的特點是面向連接，比特率可變，通信端點之間存在定時關係，信源發送信元具有突發性，通信端點佔用的帶寬隨不同時間內終端信息發送速率的變化而變化，它被認為是在ATM網絡上發送語言、視頻和其它對延時和抖動敏感的通信的最有效的方法。

非實時可變比特率(nrt-VBR)

主要用於定時發送的通信場合，屬於非實時業務。使用此類服務，需要指明的參數在端系統的有：峯值信元速率，持續信元速率和最大突發大小速率。nrt-VBR業務的傳輸速率在整個過程中也是變化的，它能夠用於要求嚴格時問響應的數據傳輸，如銀行業務、過程監測和電子郵件等。nrt-VBR業務的特點是面向連接，比特率可變，通信端點之間不存在定時關係。通信端點佔用的帶寬隨不同時間內終端信息發送速率的變化而變化，ATM網絡對通信終端給予持續信元速率保證並提供低的CLR，同時要求通信終端以不大於的速率發送信息。主要應用於要求低信元丟失率的對時延和時延變化要求不嚴格的數據傳送 ^[1]  。

VBR業務的虛電路傳輸帶寬是可變的。

rt-VBR業務的特點是面向連接，比特率可變，通信端點之間存在定時關係。信源發送信元具有突發性，通信端點佔用的帶寬隨不同時間內終端信息發送速率的變化而變化。VBR連接在較長期間的平均速率為SCR，ATM網絡對通信終端給予SCR保證，同時要求通信終端不得以大於PCR的速率發送信息。對信元時延的限制較為嚴格，用於支持諸如具有靜音檢測的語音業務和壓縮編碼的視頻圖像業務等實時性要求高的業務。

nrt-VBR業務的特點是面向連接，比特率可變，通信端點之間不存在定時關係。通信端點佔用的帶寬隨不同時間內終端信息發送速率的變化而變化，ATM網絡對通信終端給予SCR保證並提供低的CLR，同時要求通信終端以不大於PCR的速率發送信息。主要應用於要求低信元丟失率的對時延和時延變化要求不嚴格的數據傳送，如E-MAIL、FAX等業務。在申請VBR時，用户與網絡之間需約定傳輸速率(如PCR、SCR等)。

CBR業務實際上可看成信源以概率1均速發送信元的一種特殊的VBR業務。其特點是面向連接，有固定比特率，通信端點之間存在定時關係。在整個連接過程中可以持續的PCR進行傳輸，通信終端可以在任意時刻、時段內以等於或小於PCR的信元速率進行傳輸。ATM網絡將保證約定的固定帶寬內的信元可靠傳送。CBR業務要求很短的網絡傳輸時延和很低的時延抖動，可用於支持實時的固定速率的圖像和話音業務。

話音業務可能是寬帶網中最容易定義的一種業務，也是人們最為熟悉的業務，但它卻可能是ATM網上難以很好地實現的業務。話音業務的特點是速率比較低，一般為64Kbit/s，若採用語音壓縮技術可能達16Kbit/s以下：另一方面，話音業務對時延和時延抖動的要求還很高。由於速率低，組裝一個ATM信元所需的時間就長，也就是説，對於64Kbit/s速率的話音，組裝一個53字節的信元要5.875ms。當迴音與自己發出的聲音間的時延超過25ms時，人耳就能區分出來，而根據日本NEC的試驗，當時延大於18ms時就應加回波抑制，也就是説對於64Kbit/s的話音，無回波抵消器時最大傳輸距離允許2425km，更長距離的通話就不得不加回波抑制了。對更低速率的話音，問題就更為嚴重。為不加回波抑制器，解決的唯一方法就是設法減小組裝信元的時延，方法主要有兩種：一是將多路話音複用在一個AALl(ATM Adaptation Layer type1，ATM適配層類型1)之上，這樣對於單路話音來説組裝信元的時延就小了，代價是控制複雜，因為必須有額外的信息用於收端重新從信元中恢復各路話音；二是話音數據未裝滿一個信元就發送，，這時減小時延的代價是浪費了帶寬。

目前還在研究的另一個問題是利用語音的靜音消除技術提高網絡效率，這和以往的話音插空技術的出發點是一樣的。在話音通信時，只有40%的時間真正是有話音的，其餘60%的時間是語默期，如果合理利用靜音消除技術，同樣帶寬的通路上就可以接入2.5倍的用户。因此，雖然話音業務以往被視為恆定速率電路交換業務的一個典型代表，但它實際上是一種VBR業務。這是目前通信的主要業務形式。ATM網必須很好地支持電路交換業務，ATM Forum專門為此制定了電路仿真建議，目前已有設備實現了電路仿真。

在寬帶網中，視頻圖像用户和業務量將佔統治地位。由於壓縮編碼技術的引入，視頻傳輸速率大大下降，同時因每幀圖像的信息冗餘不同，恆定圖像質量的視頻業務具有很高的突發度。如果以峯值恆定速率傳送VBR視頻，將造成網絡資源的極大浪費，同時用户會承受較高的費用。

ATM網絡能夠很經濟地支持具有突發性的可變比特率業務，然而，人們對於VBR視頻特性的瞭解遠遠不如對話音和數據通信特性的熟悉。ATM在給圖像通信帶來機會的同時也帶來了新的問題，這主要是信元丟失、時延和時延抖動對圖像質量的影響。

在以往的圖像通信中，信道的影響主要是誤碼率。而這種錯誤是比較分散的，ATM網中由於排列溢出等原因，會引起整個信元的丟失。採用AALl適配時，對於2M、每秒25幀、CIF(Common Intermediate Fomat)格式的信源，丟失一個信元相當於丟失了近兩行的數據。更重要的是，在丟失的信元中，極有可能包含了量化表、運動矢量等信息，這樣就會影響多達幾幀的圖像質量，所以必須對信元丟失進行處理。方法之一是利用分層編碼，對於重要信息保證低的信元丟失率。方法之二是利用交織的方法將信元丟失的影響分散到各個圖像編碼幀中。

時延由以下各因素引起：發送和接收器的圖像編解碼處理，分段重組，傳輸時延，排隊時延，交換時延等。前三項的值對於所有信元是一樣的，可稱為絕對時延，後兩項的值則和網絡當時的狀態有關，對於各信元是不同的，可稱為相對時延。所以時延的影響也是兩方面的，一是絕對時延，對於交互式業務，對時延是有規定的，過大的時延反映出來的是對方太慢的反應速度。實驗表明，400ms的單程時延已是不可忍受了；對於電視這樣的廣播業務則對絕對時延沒有要求。另一個是信元之間的相對時延，這種相對時延超過一定的值時它的影響和信元丟失是一樣的。比如對於分層編碼的圖像，當高質量連接上的信元已經到達，圖像的輪廓已經出現時，如果低質量連接上的信元還沒到，解碼器就得認為這個信元是丟了，當這個信元再到達接收器時，它攜帶的信息已沒有意義了。

ATM網對圖像通信的另一個重要影響是時延抖動，這也就是同一連接上不同信元間的相對時延。均衡時延抖動的基本方法是在接收端採用緩存。當時延抖動超過一定的值時，緩衝器可能溢出，到達的信元就會丟失。大容量的緩存可以均衡更大時延抖動，減少由於時延抖動引起信元的丟失，代價是時延的絕對值加大了。實際應用中應根據具體應用研究時延和信元丟失哪個影響更大，並在它們之間做出折衷。 ^[2]