CH2_6_ATM流量控制技術(shù)

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