Peter Hsieh博士
先进系统副总裁
Winbond Electronics Corp. America
一种新型的路由器可以将DSL和ATM技术的优势结合起来，以支持电话网络中现有铜双绞线上多媒体应用业务的传输。本文阐述了实现新型电信路由器所需考虑的基本设计和实施问题。
DSL/ATM路由器是一种集成接入设备，可以解决连接电话网络和用户终端设备的铜线本地回路上存在的有限带宽问题。该产品可让服务提供商以低廉的成本传送集成的宽带应用，如语音、视频和因特网业务。
本文描述了一种混合DSL/ATM路由器的结构、设计和实现。这种接入设备可以使用任何基于灵活、可伸缩且易于安装和维护的标准平台的数字用户线(DSL)传输机制。该路由器可让服务提供商利用现有的铜线电话网络捆绑数据、语音和视频业务以服务于各种客户，如中小型企业、分支机构办事处、多用户租借和校园环境下的终端用户、SOHO，以及远程办公用户。
这种设备的目的在于汇聚多种业务类型以便适应多媒体业务的下一次浪潮。新型的多媒体业务包括视频点播、视频会议、IP语音(VoIP)、DSL语音(VoDSL)、媒体流、电子商务和电子教育等。因为具有上述诸多特性，这些电信路由器将会成为未来广域网(WAN)的基础构建模块。本文将集中讨论有关如何实现这种新型电信设备的技术问题。
DSL/ATM路由器作为一个家庭网关，通过本地用户环路来收发数据、语音和视频信息。它带有一个连接HomePNA的RJ-11端口、一个用于以太网接口的RJ-45端口、一个用于无线数据连接的USB 端口，还有一个标准同轴端口用于连接电视、VCR和摄像机（见图1）。
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图1：在一个典型用户终端设备环境中的系统连接。 |
这种路由器支持HomePNA 规范2，允许所有兼容设备通过RJ-11连接器接入。RJ-45端口提供了以太网卡接口，可用于因特网和其它数据业务，并且能方便地连接其它网络设备，如打印机、传真机、扫描仪和数码相机。USB端口为未来的Bluetooth应用提供了接口，还适于连接监视相机、家用自动设备和下一代因特网电器。视听端口可以连接诸如电视、VCR和摄像机等模拟电器。
功能要求
DSL/ATM 路由器是一种可支持高速率数据应用及多媒体音频/视频流的下一代产品。它可支持G.lite、ADSL和SDSL三种版本，并将很快增加对HDSL和VDSL版本的支持。这种设备不仅能支持类似视频会议的实时数据流模式下的多媒体业务，还支持非实时流模式下的多媒体业务，如视频点播、MP3播放器和因特网数据业务。
该路由器是一种可远程配置和控制的智能设备，具有向网络管理人员发送预防警报、告警和事件报告等功能。它可支持所有的管理信息库(MIB)，MIB可让网络管理人员控制设备本身的功能。
DSL/ATM路由器的内部设计专为实时模式下的汇聚流量交换或路由设备而优化。因此，流量路由对于来自其它端口的数据流有很好的保护作用。为便于规范不同的流量类型，路由器采用了服务质量(QoS)和业务等级协定(SLA)。一旦主干网发生堵塞，QoS参数可为特定的流量类型和可选择的流量类型分配不同的优先级。因为具有ATM特性，该产品要求具有可为语音、视频和数据流流量优化分配相应带宽资源的功能。
这种路由器还采用了第二层隧道协议(L2TP)和点到点隧道协议(PPTP)以支持虚拟专网(VPN)业务。此外，考虑到网络安全，该路由器还包含了IP安全(IPsec)、口令验证协议(PAP)、竞争验证协议(CHAP)和MD5加密算法。
为便于未来的扩展，还将实现远程验证拨号用户业务(RADIUS)、因特网安全协会和密钥管理协议(ISAKMP)，以及因特网密钥交换(IKE)。三数据加密标准(DES/3)和DES/Rivest密码4也将作为可选的支持方案。
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图2：一个集成接入设备的基本系统结构。 |
图2示出了这种集成接入设备的系统结构。该系统由下面三个子系统组成：
DSL/ATM通讯子系统
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图3：通讯子系统的模块图。 |
通讯子系统包括离散多音(DMT)调制解调器和ATM调帧器、模拟前端，以及ATM分段与重组(SAR)芯片。DMT单元完成调制、解调和Reed Solomon编码，以及位交错和4D Trellis编码功能。ATM调帧器为普通层和ATM传输汇聚层提供调帧功能。不管数据是否交错，传输汇聚层都提供数据扰码功能，并进行Reed Solomon纠错。一个外部RISC控制器可通过控制和数据总线来配置DMT调制解调器和ATM调帧器。
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图4：DMT调制解调器和ATM调帧器设置的功能性描述。 |
图4示出了DMT调制解调器和ATM调帧器的功能模块。调制解调器根据ANSI T1.413规定来实现DMT核心算法。在接收路径上，快速傅立叶变换(FFT)将时域DMT符号转变为频域形式，以便在随后的去映射阶段进一步解码。
在经过第一阶段的时域均衡和FFT锁定后，一个没有互载波干扰(ICI)的信息流就可得到。但这种数据流仍会受到特定载波频道失真的影响，从而造成信号幅度的衰减和信号相位的偏转。为了补偿这一失真，FFT之后紧跟着频域均衡(FEQ)和旋转相位偏移器。在发射路径上，IFFT单元将映射器产生的频域DMT符号转变为时域形式。
在进入IFFT模块之前还要经过一个微调增益和一个旋转阶段，对主时钟频率和发射器之间可能存在的频率失配进行补偿，发射器可能会被锁定到其它参考源。FFT模块是一块由收发器控制的从属DSP引擎。它离线工作并通过由DSTU 模块控制的缓冲与其它模块通信。DSP执行存储在RAM里的程序，作为未来增强的一个灵活实现。
模拟前端专为兼容ANSI T1.413二类标准、基于DMT的ADSL调制解调器而设计。它包括一个12位数模转换器(DAC)和一个13位模数转换器(ADC)。模拟前端提供了可编程低通滤波器和自动增益控制。
SAR芯片通过一个32位的33 MHz PCI总线接口服务于ATM适配层(AAL)。它可提供高达155 Mbps链接速率的全双工SAR功能、支持恒定位率(CBR)和可变位率(ABR)业务类型，以及便于操作和维护等特性。SAR单元对ATM论坛的流量管理规范4.0、AAL-5和原始信元格式提供了完全的支持。该芯片也为ADSL调制解调器提供了UTOPIA接口。
发射路径可同时支持任意缓冲队列状态和128个连接分段。它还包括一个位于片上SRAM中的64信元缓冲器，以及可同时支持高度灵活性的48种不同的速率。接收路径可以同时支持高达16Kbps的同步连接，并带有一个64信元缓冲器。它有三种缓冲容量，可有效使用主机系统内存并为接收连接提供超时特性。
处理器和多媒体子系统
32位RISC处理器基于精细架构(PA)，用于控制DMT/ATM收发器的操作。它提供一个完整的控制接口，以便在收发器和系统管理之间交换参数和命令。该处理器可执行兼容ANSI T1.413二类标准的ADSL控制功能，包括初始化过程、工作时的线路监测和速率适配模式。
这种处理器芯片为管理实体的无缝连接提供了并行或串行调制解调器控制接口。它兼容RS-232数据接口和通用I/O线。该处理器也为SDRAM、EEPROM和闪存的连接提供了外部总线接口。
多媒体子系统由一个视频编解码器和一个DSP芯片组成。视频编解码器可支持多种现有的视频压缩算法标准，包括用于视频点播的MPEG-2、用于媒体流的MPEG-4，以及用于视频会议和监控应用的H.263。DSP芯片包含一个RISC内核、一个离散余弦变换(DCT)引擎和运动评估电路。不同的压缩算法软件可下载到视频编码解码芯片。
DSP芯片能够处理G.723.1和G.729语音压缩算法及用于IP语音和视频会议应用的线路和回声消除。此外，该DSP还支持MP3音频解压缩以便对因特网下载音乐剪辑进行编码。
视频应用丰富多彩
因特网正以其令人振奋的应用改变着我们的生活、学习和娱乐。对大多数家庭用户来说，当前的因特网接入是通过拨号调制解调器来实现的，所以速度是个大问题。不断增长的接入需求已经造成了瓶颈和阻塞，因而降低了因特网速度。
DSL技术利用现有的铜线结构，成为向巨大的市场提供所有全新应用的最有效方案。这种技术打破了瓶颈，为所有用户提供了快速可靠的因特网应用访问。例如，使用基于DSL规范的IP语音可以大幅度减少用户在分组数据网上打长途电话的开销。
视频会议为提高不同位置的业务机构之间的合作性提供了另一种手段，诸如远程会议、面谈和培训，加强了面对面的交流。视频监控可让用户通过因特网监控本地和远程的目标，如家庭、办公室和仓库、银行ATM机、现金簿记、娱乐场所游戏桌、交通十字路口和停车场等。视频图像可以连续记录或被事件触发，可根据时间标记或事件来对存储的图像进行检索。
视频点播可让人们观看各种视频节目，如电影、新闻、体育、度假胜地和商场购物等。交互式视频服务有望通过电子教育来革命性地改变未来的学习方式。教育资料和图书馆的内容可以放在网上，交互式的课程广播可以通过因特网向教室播放。一个指导老师就可以给一大群学生授课。
最后但很也是很重要的一点就是电子商务将会通过为用户提供交互式视频响应和产品的视频剪辑或实时服务而迈出更大的一步。这将使零售商们(如时装商场)可以有效的展示其产品。作为回报，客户将从在线购物的体验中获得更高的满意度。
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