ATM信元

為了區別信令信元和其他ATM信元，將信令信元的信頭規定一個特定值。例如，可以規定一個特定的VPI－VCI專供信令信元使用，其他ATM信元都不可以使用。也可以規定一個其他的ATM信元永遠不用的淨負荷類型(PT)，專供信令信元使用。

除了承載用户信息的信元和信令信元之外，還有空閒信元如運行維護信元(OAM)。如果在線路上沒有其他消息發送，則發送“空閒信元”可以起“填充”空閒信道的作用。運行維護信元上承載的是寬帶ISDN的運行和維護的信息，如故障，告警等信息，它是ATM交換機經常定時發送的48字節信息域，其內容是事先規定好的，收到這些信元的交換機，根據這些信元誤碼來判斷線路質量，如是否有故障告警等。

ATM信元是定長的，所以時間是被劃分成一個個等長的小片段，每個小片段就是ATM的信元，它有點類似於同步時分複用情況，但不同於分組交換網中的情況。

話音、活動圖像等恆定速率的實時性信號，在裝入一個個ATM信元后，應該是每隔一個固定的時間間隔出現一次。例如，64kbit/s話音信號裝入155.52Mbit/s的ATM信元，因為每個信元內有48×8=384bit用户信息，所以每秒鐘內只出現64000/384=167個裝載該話音信號的ATM信元，即每隔6ms出現一次。如果這些ATM信元在經過寬帶ISDN後的隨機性時延不大於某一規定值，那麼就可以在接收端重新組合成無失真的話音信號。

ATM以信元為基本傳輸單位，信元由信頭和信報組成。每個ATM信元包含53字節，其中5字節的頭部信息，48字節的數據。百分之十的頭部開銷顯得特別高，所以工程人員戲稱這種開銷為信元税（cell tax）。

ATM的設計思想在信元頭設計上最主要的提下是力圖簡化信元頭的處理。在信元頭中最主要的功能就是標識ATM的虛連接。在信元頭中除了分別使用VPI和VCI來標識VPC和VCC。除此之外，還包含以下功能：

（1） 優先級

在業務具有不同服務質量要求時，優先級提供了區別對待不同業務的手段。在ATM中 可以支持基於虛連接的優先級機制。同時，信元頭中也提供了一個1 bit的信元丟失優先級（CLP，Cell Loss Priority）字段，用來定義語義上的兩種優先級：CLP=1表示網絡需要丟棄信元時，該信元具有較高的被丟棄的概率，將被優先丟棄；而CLP=0表示該信元具有較高的語義優先級，應得到保護而不被丟棄。

（2）維護

在信元頭中含有一些提供網絡維護和性能監視功能的比特字段。ATM信元頭中提供了3bit構成的淨荷類型指示（PTI，Payload Type Identifier）字段。該字段用於支出信元中承載的淨荷數據內容的類型：是普通用户數據，或者是用於系統維護的信息。

（3）多重接入

該功能可使多個用户終端連接到統一物理鏈路上。

（4）信元頭的差錯保護

對信元頭中差錯的保護是必須的。ATM中採用的方案是一種能夠糾單比特錯、檢多比特錯的自適應算法，在信元頭中插入一個差錯控制（HEC，Header Error Control）字段。BCH編碼可保證檢測出信元頭中出現的索比特差錯，並能夠糾正信元頭中的單比特差錯。

（5） 信元定界

在一個分組系統中，接收端必須能夠從鏈路上傳輸的比特流中確定分組的邊界。不同的分組系統採用不同的定界方式。由於ATM信元是定長的，鏈路上信元週期性地出現，只要提供捕獲了這個信元的週期，就可實現信元同步，正確識別信元的邊界。

信元淨荷定義的問題實際上就是如何定義信元淨荷的長度。從以下幾個方面討論這個問題：

（1）變長還是定長

淨荷長度這個重要參數的選擇受到多方面因素的影響。定長信元和變長方案各有優缺點，其中需要考慮的因素是：傳輸帶寬的效率，實現的複雜度以及時延。

在傳輸帶寬的使用上，變長的分組可以獲得更高的帶寬利用率，可接近100%。對於固定長度的分組來説，只有當用户的信息為分組淨荷長度的整數倍時才能達到最佳的利用率。現已知可變長度分組的效率高於固定長度分組。然而寬帶網業務量大部分由圖像、高速數據和話音組成，可變長分組在傳輸效率桑的優勢十分有限；固定長度分組的分組傳輸效率也可以接近最佳值。從實現的複雜性來看，在分組頭功能相同的情況下，定長分組方案要優於變長分組方案。這是由於變長分組需要較大的處理開銷、緩衝容量和隊列管理開銷。從時延特性上看，較大的分組將產生較大打包時延和交換時延，且時延抖動也隨之增大，不利於實時業務的傳輸。

（2）淨荷長度如何確定 ^[1] 

同樣，也存在幾個方面的因素會影響信元長度的確定：傳輸效率、時延和實現的複雜度。傳輸效率取決於信頭和信息段長度的比例。信元頭尺寸不變時，淨荷越長效率越高；但是，淨荷過長將導致打包時延PQ、固定交換時延FD和排隊時延QD都響應升高。因此，在確定淨荷長度時，需要在傳輸效率和時延之間進行權衡。

打包時延PD與信元淨荷的長度成正比。對於64kbps電話這類低速業務，PD達到了毫秒級。由於PD在整個端到端時延中佔據了相當大的比例，打包時延將導致端到端時延超過ITU-T規定的話音通信時延標準信元淨荷場應小於64字節。

受淨荷長度影響的另一個時延參數是排隊時延QD。排隊時延受淨荷L與信元頭長度H的影響。從實現的複雜型上來看，淨荷的長度也會影響到系統處理速率和所需要的緩衝器的容量。