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文檔簡介
ATM流量控制技術(shù),2,主要內(nèi)容,ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點呼叫/連接接納控制(CAC)業(yè)務(wù)流警管(Trafficpolicing)選擇性丟棄反應(yīng)式擁塞控制ATM論壇關(guān)于業(yè)務(wù)流管理的技術(shù),3,在通信網(wǎng)絡(luò)中,各類資源(信道容量、節(jié)點中緩沖器容量等)是有限的,因此,它所能支持的連接和業(yè)務(wù)流量也是有限的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的連接數(shù)目和業(yè)務(wù)流量超過它能支持的限度時,網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量會變差,如時延增加、丟失增加。這種情況就叫做擁塞。業(yè)務(wù)流控制就是要對用戶利用網(wǎng)絡(luò)資源加以控制,以使網(wǎng)絡(luò)能處于正常的工作狀態(tài),即使當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷超過網(wǎng)絡(luò)容量時,網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量仍可處于可接受的水平。,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,4,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,電路交換每個連接的寬帶是固定的,在整個通信過程中網(wǎng)絡(luò)可提供給通信雙方恒定的數(shù)據(jù)速率。在建立該連接時,采用很簡單的呼叫接納過程:當(dāng)可提供信道給呼叫方和被叫方時,則建立連接;反之,則拒絕該呼叫。一旦建立連接,該連接就不受網(wǎng)絡(luò)中其他用戶的影響,此時,即時網(wǎng)絡(luò)處于飽和狀態(tài),仍能保證該連接的服務(wù)質(zhì)量。,5,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,分組交換采用了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方法轉(zhuǎn)移分組。對于任一交換節(jié)點,對帶寬資源采用異步時分復(fù)接的方式,如果某一節(jié)點的業(yè)務(wù)流量超過信道的容量,則會造成該處緩沖器的溢出,從而造成分組的丟失,而分組丟失后要重傳,重傳又會加重網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷,加重網(wǎng)絡(luò)擁塞,使分組丟失更多。這樣,就形成了一個惡性循環(huán),使分組網(wǎng)陷入癱瘓狀態(tài)。在分組交換網(wǎng)中要避免擁塞,一般強(qiáng)迫網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流量維持在某一水準(zhǔn)之下,防止溢出重傳再溢出這種惡性循環(huán)的發(fā)生。,6,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,分組交換因此,分組交換網(wǎng)中資源的利用率是比較低的,如何減小分組網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流量呢?分組交換網(wǎng)采取了流量控制和擁塞控制兩種方法。,流量控制與擁塞控制,流量控制對輸入網(wǎng)絡(luò)的流量進(jìn)行管理,避免網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入擁塞狀態(tài)而采取的措施,業(yè)務(wù)量控制貫串用戶接入控制、網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度、傳輸控制等整個過程。擁塞控制在擁塞發(fā)生時采用的定位擁塞原因和位置,防止擁塞擴(kuò)散,緩解擁塞造成的影響、最終解決擁塞問題所采取的措施;擁塞控制可以看作流量控制的一部分。,2020/5/22,7,8,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,分組交換流量控制流量控制采用窗口技術(shù):每個節(jié)點發(fā)送和中轉(zhuǎn)的分組數(shù)是受限制的,這個數(shù)由窗口大小W決定。當(dāng)節(jié)點發(fā)送中轉(zhuǎn)完W個分組后,就停止發(fā)送,等到下游節(jié)點有應(yīng)答后,才能繼續(xù)發(fā)送。這種方法保證了節(jié)點已發(fā)送但未收到應(yīng)答的分組數(shù)不超過W,從而使網(wǎng)絡(luò)中每條鏈路上的分組數(shù)低于某一門限值。,9,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,分組交換擁塞控制但是,只有流量控制仍無法避免擁塞的發(fā)生,還需要在擁塞發(fā)生后,限制信源的業(yè)務(wù)流量,以減輕和消除擁塞。其工作過程如下:若某一節(jié)點處緩沖器中分組數(shù)超過某一門限,則限制輸入鏈路的業(yè)務(wù)流;上游節(jié)點緩沖器中的分組數(shù),因此也會慢慢地增加,直到某一門限。同理,限制該節(jié)點輸入鏈路的業(yè)務(wù)流這樣,引起擁塞的信源會降低業(yè)務(wù)流量。這種方法是在擁塞發(fā)生后,經(jīng)擁塞信息反饋而起作用的,所以稱為反應(yīng)式擁塞控制方法。,10,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,ATM網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流管理電路交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)已得到廣泛的應(yīng)用,其業(yè)務(wù)流管理的方法也被證明是成功的。這些傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流管理方法能否直接應(yīng)用于ATM網(wǎng)絡(luò)中?這些方法能否完全解決ATM網(wǎng)絡(luò)中的擁塞?,11,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,ATM網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流管理在電路交換網(wǎng)中,由于各個連接占用專用的固定速率的信道,所以,簡單的呼叫接納(拒絕)方法就能保證已被接納的所有呼叫的服務(wù)質(zhì)量。但是,在ATM網(wǎng)絡(luò)中情況則不一樣。在ATM網(wǎng)絡(luò)中,信元是采用異步時分復(fù)接方法共享資源的,各個連接沒有專用的信道,當(dāng)某一連接的業(yè)務(wù)流量增加時,它會占用其他連接的資源,從而會影響其他連接的服務(wù)質(zhì)量。更為嚴(yán)重的是,ATM網(wǎng)中業(yè)務(wù)是高度突發(fā)的,其速率變化很大。因此,如果只采用電路交換網(wǎng)中的呼叫接納(拒絕)方法,既不能保證該呼叫建立連接的服務(wù)質(zhì)量,也不能保證已建立連接的服務(wù)質(zhì)量。,12,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,ATM網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流管理分組交換網(wǎng)中的流量控制是在每個節(jié)點上進(jìn)行的,增加了節(jié)點處理的開銷,降低了網(wǎng)絡(luò)速率,不能適應(yīng)ATM網(wǎng)的高速要求。,13,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,ATM網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流管理分組交換網(wǎng)中的擁塞控制是反應(yīng)式的,這種方法在低速的分組交換網(wǎng)中尚能適用,但是在高速的ATM網(wǎng)中不能完全適用。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中A、B兩節(jié)點相距100公里,則信元的傳播時延為500us。若網(wǎng)絡(luò)速率為1Mbit/s,則發(fā)送一個53B的信元需要424us,這個值與傳播時延接近。但是若將信道速率提高到1Gbit/s,則發(fā)送一個信元只需0.424us,這個值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳播時延,當(dāng)B節(jié)點接收到A節(jié)點發(fā)出的信元時,A節(jié)點已經(jīng)發(fā)送了一百多個信元了。換而言之,當(dāng)B節(jié)點接收到A節(jié)點發(fā)出的信息時,這已是相對“過時”的信息。,14,1.ATM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流控制特點,ATM網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流管理因此,在檢測到擁塞發(fā)生時,擁塞早已發(fā)生了。這種反應(yīng)式的擁塞控制法無疑對網(wǎng)絡(luò)中的變換(擁塞的發(fā)生、擁塞的消除)不太靈敏。所以,這些傳統(tǒng)的方法不能有效地應(yīng)用于ATM網(wǎng)絡(luò)中。ITU-T經(jīng)研究制定了I.371建議,提出在ATM網(wǎng)絡(luò)中,業(yè)務(wù)流控制不能單純地采用一種方法,而是一系列、一整套方法一起工作。ATM網(wǎng)絡(luò)中的各種業(yè)務(wù)流控制方法,大致可以分為兩類:在擁塞后采取措施消除的反應(yīng)式方法;在擁塞未發(fā)生時就采取措施避免的預(yù)防式方法。,15,2.呼叫/連接接納控制,Call/ConnectionAdmissionControlCACATM是面向連接的技術(shù),各個用戶在入網(wǎng)前先要通過信令系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)建立連接。ATM網(wǎng)中一個呼叫可建立多個連接,呼叫和連接兩者概念不同,但是在業(yè)務(wù)流控制方面是一致的,所以可以合二為一。,16,2.1CAC的概念,ATM網(wǎng)首先在用戶入網(wǎng)時設(shè)立一關(guān),對用戶進(jìn)行控制。用戶在呼叫時,需要把自己的業(yè)務(wù)流特性和參數(shù)以及它所要求的服務(wù)質(zhì)量告知網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中資源被占用情況和用戶提供的信息,來決定是否接納這個呼叫。,17,2.1CAC的概念,判決的原則是:既能滿足該呼叫的服務(wù)質(zhì)量,又能保證已建立連接的服務(wù)質(zhì)量。這個呼叫/連接接納控制涉及到幾個問題:哪些用戶業(yè)務(wù)參數(shù)可以準(zhǔn)確地描述用戶的業(yè)務(wù)流特性?哪些服務(wù)質(zhì)量參數(shù)可以恰當(dāng)?shù)胤从秤脩舻姆?wù)質(zhì)量要求?在已提供用戶業(yè)務(wù)參數(shù)和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的前提下,這個呼叫/連接所需的帶寬是多少?在接納這個呼叫/連接入網(wǎng)后,這個用戶的業(yè)務(wù)流與已建立的連接的業(yè)務(wù)流進(jìn)行異步時分復(fù)接,能否保證不影響已建立連接的服務(wù)質(zhì)量?這個呼叫/連接接納控制機(jī)制能否實時運行?能否在滿足各個連接的服務(wù)質(zhì)量要求的前提下,進(jìn)一步提高資源利用率?,18,2.2業(yè)務(wù)參數(shù),峰值信元速率(PeakCellRate-PCR)只根據(jù)峰值信元速率為呼叫/連接分配帶寬時,完全能保證所有連接的服務(wù)質(zhì)量,不會發(fā)生擁塞,但是資源利用率很低。平均信元速率(AverageCellRateorSustainedCellRate-SCR)如果只根據(jù)平均信元速率來分配帶寬,則只能在業(yè)務(wù)的速率是恒定的情況下才會適用,否則,很可能在某一段時間內(nèi)因信元速率超過平均信元速率而發(fā)生擁塞。突發(fā)度(MaximumBurstSizeMBSBurstiness=PCR/SCR)突發(fā)度峰值比特率/平均比特率突發(fā)度越大,表明業(yè)務(wù)速率變化越大,業(yè)務(wù)流特性越難預(yù)測,給呼叫/連接接納控制帶來的難度也越大。峰值持續(xù)時間(PeakDuration)指業(yè)務(wù)處于峰值信元速率的時間長度,這一值乘以峰值速率即為最大突發(fā)長度(MaximumBurstSize-MBS)最小信元率(MinimumCellRate-MCR),19,2.3服務(wù)質(zhì)量參數(shù),ATM服務(wù)質(zhì)量參數(shù)可分為兩類:與呼叫控制過程有關(guān)的參數(shù)(連接建立時間、連接釋放時間、呼叫阻塞概率)與信元轉(zhuǎn)移質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)(誤碼率、時延、時延抖動等)。,20,(1)與呼叫控制過程有關(guān)的參數(shù),連接建立時間:指從用戶發(fā)出呼叫建立消息到收到呼叫建立應(yīng)答消息的那段時間,這個時間是由各個信號轉(zhuǎn)移點處理時延所決定的。ATM網(wǎng)的信令系統(tǒng)通過一個定時器來限制這個時間,當(dāng)連接建立時間超過這個時間,則重新發(fā)呼叫建立消息。連接釋放時間:指從用戶發(fā)出呼叫釋放消息到收到呼叫釋放應(yīng)答的那段時間。呼叫阻塞概率:指一段時間內(nèi)呼叫被拒絕的比例。這個不僅與網(wǎng)絡(luò)資源分配(鏈路速率、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、交換容量)有關(guān),還與各個呼叫到達(dá)的隨機(jī)過程、各個呼叫持續(xù)時間的分布有關(guān)。減小這個概率的一個途徑是,在規(guī)劃設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時,根據(jù)用戶呼叫的統(tǒng)計特性來優(yōu)化設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交換容量等。,21,(2)與信元轉(zhuǎn)移質(zhì)量有關(guān)的參數(shù),誤碼率主要取決于傳輸系統(tǒng)的性能。ATM網(wǎng)絡(luò)中主要以光纖作為傳輸媒介,誤碼率很低,可以滿足各種業(yè)務(wù)的傳輸需求。信元丟失率(CellLossRate)指在一段時間內(nèi)丟失的信元數(shù)與用戶發(fā)送的信元數(shù)之比。造成信元丟失的原因大致有四個:信元在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時遇到緩存器溢出而丟失;信元頭在傳輸過程中發(fā)生不能糾正的誤碼而丟棄信元;VPI/VCI發(fā)生誤碼但未被檢測出來,此時信元將被傳遞到錯誤的信宿去。對于該此連接的接收方而言,信元發(fā)生了丟失。對于實時業(yè)務(wù),時延過大也會造成信元丟失。,22,(2)與信元轉(zhuǎn)移質(zhì)量有關(guān)的參數(shù),信元插入率(CellInsertionRate-CTD)信元頭的誤碼不僅會造成信元丟失,還會在某種情況下造成信元誤傳,VPI/VCI發(fā)生誤碼但未被檢測出來,此時該信元會被傳送到錯誤的信宿去。信元插入率指的是誤傳到錯誤信宿的信元數(shù)與用戶發(fā)送的信元數(shù)之比。信元的誤傳比信元丟失造成的危害要大:一方面,對于AAL1協(xié)議,信元誤傳會引起同步的丟失;另一方面,誤傳的信元會加重它所經(jīng)過鏈路的業(yè)務(wù)流量,在特別嚴(yán)重時,會引起它所經(jīng)過鏈路的擁塞。,23,(2)與信元轉(zhuǎn)移質(zhì)量有關(guān)的參數(shù),信元轉(zhuǎn)移時延(CellTransferDelay):指信元第一比特進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)至最后一個比特離開網(wǎng)絡(luò)的那段時間。包括:打包時延(PacketizationDelay)形成一個信元所需的時間,64kb/sPCM話音的PD為(478/64)ms傳播時延(PropagationDelay)在傳輸媒介上傳播的時間。光纖信道的傳播時延為每公里5us,同軸電纜為每公里4us。傳輸時延(TransmissionDelay)發(fā)射機(jī)將信元發(fā)往物理媒介所需時間,這與發(fā)射機(jī)速率有關(guān),在155.520Mb/s情況下,TD=2.82us交換時延(SwitchingDelay)信元穿過ATM交換機(jī)所需時間,包括查路由表所需時間和在內(nèi)部交換所需時間。這是衡量ATM交換機(jī)性能的一個重要指標(biāo)。,24,(2)與信元轉(zhuǎn)移質(zhì)量有關(guān)的參數(shù),排隊時延(QueueingDelay)為解決輸出端口競爭和內(nèi)部競爭,要在交換機(jī)輸入端口或輸出端口或內(nèi)部加緩存器。信元等待在這些緩存器中的時間稱為排隊時延。重裝時延(ReassemblyDelay)信元到達(dá)信宿后,信宿的AAL層可能需要將多個信元組裝成一個完整的幀轉(zhuǎn)交給上層。上層接收完這個完整的幀后才進(jìn)行信息的重現(xiàn)。,(2)與信元轉(zhuǎn)移質(zhì)量有關(guān)的參數(shù),時延抖動(CellDelayVariation)在理想狀態(tài)下,相鄰信元到達(dá)信宿的時間間隔,應(yīng)與離開信源時的時間間隔相同。但是,在實際網(wǎng)絡(luò)中,由于排隊時延的加入和業(yè)務(wù)隨機(jī)性的影響,兩者是不相等的。即,各個信元經(jīng)ATM網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移的時延是不等的,相對于平均轉(zhuǎn)移時延有一個隨機(jī)變化的值。稱這個相對于平均轉(zhuǎn)移時延變化的值為時延抖動。時延抖動會給電話、視頻等業(yè)務(wù)的定時恢復(fù)帶來困難,造成服務(wù)質(zhì)量下降。在ATM網(wǎng)絡(luò)中,常使用峰峰時延抖動(Peak-to-PeakCellDelayVariation),指的是在連續(xù)時間內(nèi),信元最大轉(zhuǎn)移時延與最小轉(zhuǎn)移時延的差值。,2020/5/22,25,26,3.業(yè)務(wù)流警管(TrafficPolicing),業(yè)務(wù)流警管:ATM網(wǎng)絡(luò)在接納呼叫/連接入網(wǎng)后,要給這個呼叫/連接分配一定的帶寬。但是這個帶寬并不像傳統(tǒng)電話網(wǎng)中固定地分配給這個呼叫/連接,ATM網(wǎng)允許所有的連接共享帶寬資源,加上各個業(yè)務(wù)速率變化很大,因此,實際入網(wǎng)的業(yè)務(wù)流量很有可能超過這個帶寬,ATM網(wǎng)還需要對業(yè)務(wù)流量進(jìn)行監(jiān)視、控制,以保證業(yè)務(wù)流特性與它申請入網(wǎng)時提供的業(yè)務(wù)流特性以及網(wǎng)絡(luò)分配給它的帶寬相符。這種功能稱為業(yè)務(wù)流警管,也稱一般信元速率算法(GenericCellRateAlgorithm,GCRA)。在用戶網(wǎng)絡(luò)接口處稱為使用參數(shù)控制(UsageParameterControl,UPC);在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口處稱為網(wǎng)絡(luò)參數(shù)控制(NetworkParameterControl,NPC),27,3.業(yè)務(wù)流警管(TrafficPolicing),當(dāng)檢測到某一違反它和網(wǎng)絡(luò)約定的參數(shù)時,可采用以下措施:丟棄違約信元;緩存違約信元,使離開緩存隊列的信元流能滿足約定的業(yè)務(wù)流特性。給違約信元打上標(biāo)記,使網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生擁塞時對這些信元區(qū)別對待;通知信源以控制業(yè)務(wù)流量。業(yè)務(wù)流警管除了要對違約信元進(jìn)行判斷并采取措施外,還要保證對未違約信元來說是透明的,同時,還要反應(yīng)快,能實時地對業(yè)務(wù)流進(jìn)行警管。業(yè)務(wù)流警管的方法有多種,這些方法大多是針對業(yè)務(wù)流的平均速率SCR、峰值速率PCR和峰值持續(xù)時間PD這三個參數(shù)實現(xiàn)警管。,28,3.業(yè)務(wù)流警管(TrafficPolicing),漏桶算法是研究得最多的一種業(yè)務(wù)流警管方法?;舅枷耄喝魏我粋€信元要進(jìn)入網(wǎng)絡(luò),一定要從令牌池中取得一個令牌。令牌是以固定速率R產(chǎn)生的,并放在令牌池中(令牌池可存放M個令牌)。信元到達(dá)時如果令牌池中沒有令牌,則信元被丟棄。,29,3.業(yè)務(wù)流警管(TrafficPolicing),漏桶算法的改進(jìn):加緩存器的漏桶算法:為了改善漏桶系統(tǒng)的丟失率性能,可以在漏桶前加一個緩存器(容量為B個信元)。當(dāng)信元到達(dá)漏桶系統(tǒng)而令牌池中無令牌時,只要緩存器未滿,信元就可以緩存在緩存器中;如果緩存器已滿,則只有將該信元丟棄。很顯然,當(dāng)緩存器中有信元等待時,令牌池中必?zé)o令牌;當(dāng)令牌池中有令牌時,緩存器中必?zé)o信元。令牌池和緩存器不可能同時滿。,30,3.業(yè)務(wù)流警管(TrafficPolicing),漏桶算法的改進(jìn)打標(biāo)記的漏桶算法:考慮到某些信元已是違約的,但網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可能還有足夠的資源供這些違約信元利用,漏桶系統(tǒng)可作一定改進(jìn),即允許違約的信元進(jìn)入網(wǎng)絡(luò),但須打上一個標(biāo)記。具體地說,當(dāng)信元到達(dá)時,若令牌池中無令牌,或者緩存器已滿,則就將這個信元打上一個標(biāo)記,表明是違約信元,然后允許它進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)志設(shè)置可以利用信元頭中的CLP位,即將CLP設(shè)置為1。當(dāng)這個信元(CLP=1)在網(wǎng)絡(luò)某處遇到擁塞時,就被丟棄。如果一直未遇到擁塞,則可安全到達(dá)信宿。優(yōu)點:可以提高網(wǎng)絡(luò)中的資源利用率缺點:不能保證這些被打上標(biāo)記的違約信元到達(dá)信宿。,31,3.業(yè)務(wù)流警管(TrafficPolicing),服務(wù)員,信元到達(dá),信元離開,令牌池,令牌,打上標(biāo)記,服務(wù)員,信元到達(dá),信元離開,令牌池,令牌,緩存器,打上標(biāo)記,32,3.業(yè)務(wù)流警管(TrafficPolicing),漏桶算法上述漏桶算法即可以對VP進(jìn)行業(yè)務(wù)流警管,又可以對VC進(jìn)行業(yè)務(wù)流警管。由于一個漏桶系統(tǒng)只能對一個連接的一個參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,所以,若要同時對VP、VC的多個參數(shù)進(jìn)行警管,則需要設(shè)置多個漏桶。,33,4.選擇性丟棄(SelectiveDiscarding),在排隊理論中又一個定律,可以以犧牲一部分用戶的服務(wù)質(zhì)量來提高另一部分用戶的服務(wù)質(zhì)量。在ATM網(wǎng)絡(luò)中,在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時,可以丟棄一部分信元以緩解擁塞的程度,從而保證未丟棄信元能夠完好地到達(dá)信宿。這種選擇性丟棄信元的方案,可以通過信頭中的CLP位來實現(xiàn)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于擁塞時,先將CLP位等于1的信元丟棄。CLP位可以由兩種途徑來設(shè)置,一種是在信源編碼時,將次要的信息組成一個信元,并將該信元的CLP位置為1;將重要的信息組成一個信元,并將該信元的CLP位置為0。另一種是通過警管將違約信元的CLP位置為1,對違約信元的CLP位不進(jìn)行操作。因此,在ATM網(wǎng)絡(luò)中,信元的CLP位為1,表明該信元要么是比較次要的信息,要么是違約的,可以在網(wǎng)絡(luò)中被丟棄。網(wǎng)絡(luò)在處理這兩類不同優(yōu)先級的信元時,可采用多種方法。,34,4.選擇性丟棄(SelectiveDiscarding),Pushout采用Pushout方法時,節(jié)點如果有緩存空間,高、低優(yōu)先級的信元都可進(jìn)入緩存。當(dāng)緩存器已滿時,如果有低優(yōu)先級信元到達(dá)時,則該信元被丟棄。如果到達(dá)的是高優(yōu)先級信元,那么要看此時緩存器中有無低優(yōu)先級的信元在等待,如果沒有,這個高優(yōu)先級信元同樣被丟棄;如果有,那么將一個低優(yōu)先級信元推出緩存器(Pushout),把騰出來的空間留給這個高優(yōu)先級信元。主要缺點:實現(xiàn)復(fù)雜將低優(yōu)先級信元推出緩存器,會破壞原先信元的次序,增加了緩存器管理的開銷。,35,4.選擇性丟棄(SelectiveDiscarding),門限門限方法是在緩存器中設(shè)置一個門限,當(dāng)緩存器中的信元數(shù)少于門限時,無論是高優(yōu)先級信元還是低優(yōu)先級信元,都可以進(jìn)入緩存器中;當(dāng)緩存器中的信元數(shù)超過門限時,低優(yōu)先級信元到達(dá)時只能被丟棄,而高優(yōu)先級信元可以進(jìn)入緩存器。當(dāng)緩存器已滿時,所有到達(dá)的信元都被丟棄。這種方法也稱為部分緩存共享。這種方法的關(guān)鍵是決定緩存器的門限。當(dāng)門限設(shè)置太小時,低優(yōu)先級信元的丟失率會不必要地增大,特別是在高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)流量比較小的情況下,沒有必要將高優(yōu)先級信元的專用緩存器空間留得太大;當(dāng)門限設(shè)置太大時,高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的質(zhì)量就會受低優(yōu)先級業(yè)務(wù)影響而下降。因此,最好根據(jù)當(dāng)時兩種優(yōu)先級業(yè)務(wù)的流量情況來調(diào)整緩存器的門限。,36,5.反應(yīng)式擁塞控制,在傳統(tǒng)的分組網(wǎng)中采用反應(yīng)式的擁塞控制方法,網(wǎng)絡(luò)一直監(jiān)視內(nèi)部的擁塞程度,如果擁塞到了一定的警戒線,就通知引起擁塞的信源,使其降低業(yè)務(wù)流量。這種方法需要等到擁塞通知從擁塞節(jié)點傳輸?shù)叫旁?,信源采取措施后才能起作用,其有效性直接受傳播時延的影響。在ATM網(wǎng)絡(luò)中,由于網(wǎng)絡(luò)速率很高,等擁塞通知反饋到信源時,信元已發(fā)送了幾百甚至幾千個信元,這個信息相對來說已顯得過時了。而且,得到信源降低業(yè)務(wù)流量,此時網(wǎng)絡(luò)的擁塞處可能早已被疏通了。,37,5.反應(yīng)式擁塞控制,因此,這種反應(yīng)式的擁塞控制方法不能對ATM網(wǎng)中的擁塞作出快速的反應(yīng)。不過,這種方法仍可以作為ATM網(wǎng)中業(yè)務(wù)流控制的輔助手段,在下列情況下仍有一定的作用:當(dāng)預(yù)防式擁塞控制方法(呼叫/連接接納控制、使用參數(shù)控制等)未能完全避免網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞,此時若純粹地丟棄信元以緩解擁塞,勢必會造成被丟棄信元的連接的服務(wù)質(zhì)量,而且有可能造成信元重傳擁塞再重傳的惡性循環(huán)。,38,5.反應(yīng)式擁塞控制,ATM論壇提出了一種ABR(AvailableBitRate)擁塞控制方法。一般的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為ABR業(yè)務(wù),這類業(yè)務(wù)一經(jīng)接納入網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)就盡可能多地提供給它足夠的帶寬,而不對其進(jìn)行警管,即使發(fā)生擁塞也不丟棄,而是采用反應(yīng)式擁塞控制方法通知信源降低業(yè)務(wù)流量。反應(yīng)式擁塞控制方法實現(xiàn)步驟有兩個:檢測到擁塞時發(fā)通知;信源根據(jù)通知作出反應(yīng)。接下來介紹反應(yīng)式控制的一般原理。,39,5.1擁塞通知,反向顯式擁塞通知(BECN-BackwardExplicitCongestionNotification)各個節(jié)點監(jiān)視其本身的緩存器被占情況,如果緩存器中的信元數(shù)到了某一門限,這個節(jié)點就向經(jīng)過該節(jié)點的所有連接的信源發(fā)一個擁塞通知。這個通知是一個特殊信元,其中包含了擁塞節(jié)點的各種信息。信源在收到這個信元后會作出反應(yīng)。,40,5.1擁塞通知,反向顯式擁塞通知(BECN-BackwardExplicitCongestionNotification)這種通知法的缺點是:特殊信元增加了網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)流量;擁塞節(jié)點為了發(fā)送這個特殊信元,需要與信源間建立一條連接;各個中繼節(jié)點參與了擁塞控制,增加了處理開銷。,41,5.1擁塞通知,前向顯式擁塞通知(FECN-ForwardExplicitCongestionNotification)各個節(jié)點監(jiān)視其本身的緩存器被占情況,如果緩存器中的信元數(shù)到了某一門限,這個節(jié)點就在經(jīng)過該節(jié)點的信元上打上一個標(biāo)記,直到緩存器中信元數(shù)降到門限以下才停止打標(biāo)記。經(jīng)打上標(biāo)記的信元在網(wǎng)絡(luò)中不再被清除標(biāo)記。各個信宿根據(jù)接收到的信元中標(biāo)記的情況,判決是否在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生了擁塞,是否要向信源發(fā)通知。,42,5.1擁塞通知,前向顯式擁塞通知(FECN-ForwardExplicitCongestionNotification)與反向顯式擁塞通知相比,這種方法的優(yōu)點是:信宿在發(fā)擁塞通知時,不需要另外再建一條連接,可以利用信源與信宿間已建的連接;各個中繼節(jié)點只需根據(jù)緩存器中信元數(shù)處理信元頭部,開銷很小,實現(xiàn)簡單。這種方法的缺陷:擁塞信息要從擁塞節(jié)點傳到信宿,信宿再反饋到信源,時間太長,從而使信元不能快速地對擁塞作出反應(yīng)。信宿在接收到標(biāo)志信元后,只知道信元送經(jīng)過的路上發(fā)生了擁塞,而不知到底是哪個節(jié)點發(fā)生了擁塞。,43,5.2信源對通知的反應(yīng),兩種擁塞通知方法的目的:信源能夠通過這些通知來調(diào)整、控制信源的速率,從而緩解、消除網(wǎng)絡(luò)中的擁塞自適應(yīng)速率調(diào)整從信源輸出的業(yè)務(wù)流經(jīng)過一個可變速率服務(wù)器,服務(wù)器輸出的業(yè)務(wù)速率可根據(jù)擁塞通知信息作調(diào)整。服務(wù)器速率一開始置在正常狀態(tài),然后慢慢提高,直到峰值速率。當(dāng)接收到擁塞通知時,服務(wù)器輸出速率就降至正常狀態(tài),并在一段時間內(nèi)維持在這個狀態(tài)。然后再慢慢提高速率,重復(fù)以上步驟。這種自適應(yīng)速率調(diào)整法的性能與正常傳輸速率、提高速率的快慢有關(guān)。,44,5.2信源對通知的反應(yīng),動態(tài)信源編碼在接收到擁塞通知后,對于非實時的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),可以暫時緩存以降低入網(wǎng)速率。但是對于實時的話音、視頻業(yè)務(wù),緩存信元將增大時延,因而不足取,要另外設(shè)法??紤]到ATM網(wǎng)采用選擇丟棄來緩解、消除擁塞,所以信源在接收到擁塞通知后,可以照常產(chǎn)生信源入網(wǎng),只是將一些次要的信元的CLP位置為1。這樣,雖然信元入網(wǎng)速率未發(fā)生變化,但是重要的信元(CLP=0)的入網(wǎng)速率降低了。另外,如果增大編碼時的量化階,還可以減少每幀的信息位,降低信元入網(wǎng)速率。,45,6.ATM論壇關(guān)于業(yè)務(wù)流管理的技術(shù),1996年4月,ATM論壇制定了業(yè)務(wù)流管理的標(biāo)準(zhǔn),將ATM網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)分成五類,每類的服務(wù)質(zhì)量、業(yè)務(wù)描述參數(shù)、業(yè)務(wù)流控制方法不盡相同。這五類服務(wù)是:CBR:ConstantBitRate,固定比特率rt-VBR:Real-TimeVariableBitRate,實時可變比特率nrt-VBR:Non-Real-TimeVariableBitRate,非實時可變比特率ABR:AvailableBitRate,可用比特率UBR:UndefinedBitRate,未定比特率,46,固定比特率:CBR,CBR可以提供固定的傳送速率,即在連接存在期間,網(wǎng)絡(luò)要提供連續(xù)可用的靜態(tài)的帶寬分配。帶寬的量值用峰值信元率(PCR)來表述,在連接建立后,用戶可以在任何時刻以PCR來發(fā)送信元,并持續(xù)任何期間。當(dāng)然也可以在一定期間低于PCR的速率來發(fā)送信元,或甚至存在靜止期。只要用戶發(fā)送的所有信元符合用戶與網(wǎng)絡(luò)商定的合約,網(wǎng)絡(luò)就要確保ATM層的QoS。CBR可用來支持嚴(yán)格限制的時延和時延變化的實時應(yīng)用,包括固定比特率的語言、視頻與電路仿真業(yè)務(wù)。,47,實時可變比特率:RT-VBR,實時可變比特率,信源可以以隨時間而不斷變化的速率來發(fā)送信元,即具有突發(fā)(burst)性。VBR連接在較長期間的平均速率為持續(xù)信元率(SCR),而在峰值期間偶爾為峰值信元率,即速度提高的突發(fā)的速率。rt-VBR用于非固定速率傳送的實時應(yīng)用,也對時延和時延變化有嚴(yán)格要求,包括語言和視頻業(yè)務(wù),例如具有靜音檢測的語言業(yè)務(wù)和壓縮編碼的視頻業(yè)務(wù)。RT-VBR可支持實時信源的統(tǒng)計復(fù)用。,48,非實時可變比特率:NRT-VBR,NRT-VBR是非實時的可變比特率,與RT-VBR相似,但是不規(guī)定時延方面的要求,而是提供低的信元丟失率(CLR)。NRT-VBR可用于要求低CLR的數(shù)據(jù)傳送,例如低信元速率的大型文件傳送。,49,未定比特率:UBR,未定比特率,用來支持非實時的盡力而為(best-effort)的業(yè)務(wù),例如文件傳送和E_mail。因此,UBR并不支持任何QoS的要求,包括時延要求和CLR。雖然UBR也可以規(guī)定峰值信元率(PCR)等信流特性,但不一定用于連接接納控制(CAC)。UBR業(yè)務(wù)類別是由ATM用戶信元速率信息單元(IE)中的盡力而為指示語(BestEffortIndicator)來標(biāo)明。,50,可用比特率:ABR,可用比特率,與UBR相比,ABR可以使CLR(CellLossRate)保持在可接受的水平,而同時又使網(wǎng)絡(luò)資源可以有效地利用。ABR業(yè)務(wù)力求在所有ABR用戶之間以公正的方法來動態(tài)地共享可用的寬帶資源。但ABR業(yè)務(wù)并不支持實時業(yè)務(wù),因而并不規(guī)定與時延有關(guān)的QoS要求。ABR可用于LAN互連、E_mail等。為了達(dá)到資源有效共享而又保證一定的CLR要求,ABR業(yè)務(wù)要有流量控制機(jī)制,以支持各種方式的反饋機(jī)制來調(diào)節(jié)信源速率。遵從流量控制的ABR信流可獲得低的CLR以及公正的寬帶共享。,51,可用比特率:ABR,在建立ABR連接時,應(yīng)商定峰值信元率(PCR)與最小信元率(MCR),MCR也可置成0。于是,ABR業(yè)務(wù)從網(wǎng)絡(luò)獲得的帶寬是變化的,但不小于MCR。這意味著,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕時,ABR業(yè)務(wù)可以具有較高的發(fā)送速率,而在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時,則應(yīng)降低發(fā)送速率。,52,五類服務(wù),在這五類服務(wù)中,CBR、RT-VBR和NRT-VBR要采用呼叫/連接接納控制、使用參數(shù)控制等控制機(jī)制。UBR不采用ATM網(wǎng)中的特定的業(yè)務(wù)流控制方法,業(yè)務(wù)流控制由高層來完成。ABR在最低信元速率大于零時需要呼叫/連接接納控制,其基于速率的閉環(huán)控制原理和反應(yīng)式控制方法是一致的,但具體實現(xiàn)的過程中有很多獨到之處。以下介紹ABR服務(wù)的原理。,53,1、ABR控制模型,ABR控制模型:網(wǎng)絡(luò)單元和信宿根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況來通知信源,信源根據(jù)這些信息動態(tài)調(diào)整速率。通知途徑主要有兩種:每個數(shù)據(jù)信元頭部有三比特的PT位,其中第二位稱為EFCI(ExplicitForwardCongestionIdentifier)。當(dāng)業(yè)務(wù)流在經(jīng)過的路上發(fā)生擁塞時,網(wǎng)絡(luò)單元就將該業(yè)務(wù)流信元的EFCI位設(shè)為1,以通知信宿。信宿再通知信源。這和前向顯式擁塞通知方法是相似的。,54,6.1ABR控制模型,信源周期性地在數(shù)據(jù)信元流中夾雜用于業(yè)務(wù)管理的信元(ResourceManagementCell,RM信元),沿途的網(wǎng)絡(luò)單元可以將擁塞情況寫入RM信元。信宿將收到的RM信元反向傳輸給信源。當(dāng)然,RM信元也可由網(wǎng)絡(luò)單元或信宿直接產(chǎn)生。,55,6.1ABR控制模型,ATM論壇將信源傳往信宿的RM信元稱為前向RM信元,將信宿傳向信源的RM信元稱為反向RM信元。信源產(chǎn)生的發(fā)往信宿是前向RM信源,網(wǎng)絡(luò)單元和信宿產(chǎn)生的是反向RM信元,由信宿返回的RM信元也是反向RM信元。,56,6.1ABR控制模型,在ABR服務(wù)中,ATM論壇將CLP=0的信元稱為“速率內(nèi)”(In-rate)信元,將CLP=1的信元稱為“超速”(Out-ofrate)信元。信源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信元的CLP=0,必須是“速率內(nèi)”信元而RM信元可以是“超速”RM信元,也可以是“速率內(nèi)”RM信元。,信源,網(wǎng)絡(luò)單元,網(wǎng)絡(luò)單元,信宿,RM信元,數(shù)據(jù)單元(內(nèi)含EFCI),57,6.2ABR控制參數(shù),ABR控制參數(shù)中,有些是信令系統(tǒng)建立連接時必須提供的,有些則是可選的。,58,必選的ABR參數(shù),峰值信元速率(PeakCellRate-PRC)這一參數(shù)標(biāo)識ABR信源不可超出的輸出速率,單位為信元/秒。用24b表示,max=16777215,min=0最低信元速率(minimumRate-MCR)ABR信源至少可以獲得MCR這一值表示的帶寬,單位為信元/秒。用24b表示,max=16777215,min=0。缺省0初始信元速率(InitialCellRate-ICR)ABR信源在剛建立連接時或經(jīng)過一段空閑時間后,可以傳輸信元的速率。單位為信元/秒。用24b表示,max=16777215,min=0,缺省值為PCR。臨時緩存容量(TransientBufferExposure-TBE)ABR信元在第一個RM信元回來之前可以發(fā)送的信元數(shù)。取值在0至16777215之間,缺省值為16777215。由于傳播時延的存在,特別是在廣域ATM網(wǎng)中,傳播時延很大,設(shè)置這個參數(shù)可以減小網(wǎng)絡(luò)擁塞的概率。顯然,這個值若太小,可能會降低網(wǎng)絡(luò)效率;但如果太大,可能會加重網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度。,59,必選的ABR參數(shù),固定回程時間(FixedRound-TripTime-FRTT)從信源到信宿,再從信宿到信源的固定傳播時延之和。單位為微秒,范圍從0到16777215。速率降低因子(RateDecreaseFactor-RDF)ABR信源每次調(diào)整速率時降低速率的因子,即每次降低的幅值為當(dāng)前信源速率乘上RDF。取值再1/32768到1之間,缺省值為1/16。速率增長因子(RateIncreaseFactor-RIF)ABR信源每次調(diào)整速率時增大速率的因子。取值再1/32768到1之間,缺省值為1/16。,60,可選的ABR參數(shù),NrM信源在兩個前向RM信元之間可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信元的最大數(shù)目。如果考慮效率,這個值越大越好;如果要使信源對擁塞迅速作出反應(yīng),這個值越小越好。取值在2到256之間,缺省值為32。利用NrM還可以對信源的實際速率進(jìn)行估值,只要將NrM除以實際測得的兩個前向RM信元間的時間間隔即可。TrM兩個前向RM信元間的最大時間間距。單位為毫秒,取值在2-7100100之間,缺省值為100。,61,可選的ABR參數(shù),CDF(CutoffDecreaseFactor)RM信元在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時有可能丟失,所以,信源有可能很長時間會收不到返回的RM信元,如果不采取相應(yīng)措施,信源是不會對這種情況作出反應(yīng)的。所以,ATM論壇規(guī)定,在信源發(fā)出了CRM(信元率范圍,CellRateMargin)個前向RM信元后尚未收到返回的RM信元,則信源降低速率,降低的幅值為ACRCDF。取值在1/64與1之間,缺省為1/16。ADTF(ACRDecreaseTimeFactor)ABR中有一個參數(shù)ACR(AllowedCellRate)定義了允許信源發(fā)送信元的速率。如果在很長一段時間內(nèi)信源的速率一直遠(yuǎn)小于ACR,就要將ACR降低。具體操作時,計算兩個前向RM信元的時間間隔,如果大于ADTF,則降低ACR。ADTF取值在0.0110.23s之間,時間粒度為10ms,缺省值為0.5s。,62,6.3RM信元格式,63,6.3RM信元格式,RM信元頭部有特定的標(biāo)識:PT位110當(dāng)RM信元用來管理VPC時,VCI取值為6。RM信元的凈荷中裝載了各種用于業(yè)務(wù)管理的信息。,64,6.3RM信元格式,協(xié)議標(biāo)識符:=1消息類型DIR(Direction):表明RM信元的傳輸方向0:前向RM信元;1:反向RM信元BN(BackwordNotification):表明RM信元是由信源產(chǎn)生的(BN=0)還是由網(wǎng)絡(luò)單元或信宿產(chǎn)生的(BN=1)CI(CongestionIdentifier):表明網(wǎng)絡(luò)中存在擁塞(CI=1)還是不存在擁塞。這一位可以由網(wǎng)絡(luò)單元根據(jù)緩存占用情況設(shè)置;信宿也可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信元中的EFCI(凈荷類型PT中的第2位:擁塞指示位)位在反向RM信元中設(shè)置該值。信源在接收到CI=1的RM信元后,降低信元發(fā)送速率。,65,6.3RM信元格式,NI(NoIncrease)網(wǎng)絡(luò)單元可以將這一比特設(shè)置為1,以禁止信源升高速率。ER(ExplicitRate):用來將信源被允許傳送的速率限制在一定范圍內(nèi),由網(wǎng)絡(luò)單元或信宿設(shè)置。信元/秒CCR(CurrentCellRate):由信源將當(dāng)前的速率寫入該域。信元/秒MCR(MinimumCellRate):由信源將最低信元速率寫入該域。QL(QueueLength):未用SN(SequenceNumber):未用CRC-10:生成多項式為:x10+x9+x5+x4+x+1,66,6.4信源的行為,信源被允許的速率(ACR)不可超過峰值信元速率(PCR),也不可低于最低信元速率(MCR)。信源發(fā)送“速率內(nèi)”信元(包括數(shù)據(jù)信元和“速率內(nèi)”RM信元)的速率不可超過ACR。信源在發(fā)送建立連接后的第一個信元之前,將ACR的值設(shè)為初始信元速率ICR。第一個“速率內(nèi)”信元應(yīng)該是前向RM信元。信源在每Nrm(一個源可能轉(zhuǎn)發(fā)RM-cell的最大數(shù)量)個數(shù)據(jù)信元之后發(fā)送一個RM信元。符合1,2,3的信元CLP設(shè)為0。如果在相鄰的前向RM信元間的時間間隔大于ADTF(ACRDecreaseTimeFactor,ACR減少時間因子),則將ACR降至ICR(初始信元速率)。,67,6.4信源的行為,信源在最近一次接收到BN=0的反向RM信元后,如果已經(jīng)發(fā)送了至少CRM(信元率范圍,CellRateMargin)個“速率內(nèi)”前向RM信元,則ACR至少要降低ACRCDF(截止衰減因素(CutoffDecreaseFactor))。如果這次速率降低降導(dǎo)致ACRMCR(最低信元速率),則將
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