課件8網(wǎng)絡(luò)性能分析

1、2022/8/101內(nèi)容提要7.1 概述7.2 現(xiàn)代通信中的排隊理論 7.3 現(xiàn)代通信業(yè)務(wù)的自相似特性 7.4擁塞控制7.5 通信量控制 7.6 ABR通信量管理 2022/8/1028.1 概述 高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵是對性能參數(shù)的進行建模和估計的能力。設(shè)計者需要有能力在觀察到的通信量的基礎(chǔ)上估計未來的通信量的大小和特性。通信量的統(tǒng)計特性對很多類設(shè)計和配置問題都有影響,這些問題包括資源預(yù)留協(xié)議,在路由器和ATM交換機上使用的排隊規(guī)則和緩存大小。另外,為了做出明智的資源預(yù)留決定,用戶也需要能夠?qū)τ媱澋耐ㄐ帕刻匦赃M行描述。對描述數(shù)據(jù)通信量而言由許多參數(shù)很重要。2022/8/103吞吐量特性平均速率:

2、 信源提供的平均負載對于確定分配給該信源的總量是十分關(guān)鍵的。平均速率表示信源在較長的時間里持續(xù)發(fā)出的流量。 2022/8/104吞吐量特性峰值速率 這個參數(shù)告訴網(wǎng)絡(luò)通信量最大的速率是多少,以便網(wǎng)絡(luò)能夠通過預(yù)留足夠的數(shù)據(jù)傳輸容量和緩存空間接納此通信量。2022/8/105吞吐量特性可變性 峰值是可變性的一種度量;一種更直接的度量是吞吐量的變化?？勺冃院饬恳粋€信源的突發(fā)性,它是統(tǒng)計復(fù)用被用于提高資源利用效率的程度的一個度量。2022/8/106時延特性傳輸時延 這個參數(shù)度量的是數(shù)據(jù)從信源到目的地的過程中網(wǎng)絡(luò)所施加的時延。最大傳輸時延也常常被應(yīng)用程序作為一項需求提出來。2022/8/107時延特性時

3、延偏差 傳輸時延的偏差大小是實時應(yīng)用的一個重要參數(shù),在實時應(yīng)用中目的端應(yīng)該以平滑連續(xù)的速率播放收到的數(shù)據(jù),該速率與信源產(chǎn)生的速率匹配。這些以及相似的參數(shù)對于網(wǎng)絡(luò)配2022/8/108網(wǎng)絡(luò)性能分析排隊分析提供了一個簡單的,容易處理的方法來得到有用的結(jié)果,這些結(jié)果可以用來知道網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和擴展。幾十年來,基于泊松通信量假設(shè)的排隊分析一直是網(wǎng)絡(luò)性能分析人員的應(yīng)用工具。然而,近些年出現(xiàn)了一個對于大家來講是驚人的結(jié)果:至少在某些情況下,數(shù)據(jù)通信量實質(zhì)上不是泊松分布的而是自相似(self-similar)或分形(fractal)的。對于這種通信量,網(wǎng)絡(luò)的性能不能再用排隊分析的清楚的公式來描述,網(wǎng)絡(luò)的時延比預(yù)

4、期的更大,吞吐量更低。自從最初的發(fā)現(xiàn)之后,對于許多的通信量類型自相似的結(jié)果被證實了很多次。2022/8/1098.2 現(xiàn)代通信中的排隊理論排隊理論也稱為隨機服務(wù)理論，是現(xiàn)代運籌學(xué)以及通信網(wǎng)理論的重要基礎(chǔ)之一。然而盡管經(jīng)典的排隊論有一些漂亮的數(shù)學(xué)結(jié)果，它還是與現(xiàn)代通信技術(shù)所要研究的排隊問題有一定的差距。2022/8/1010主要的排隊分析法早期的排隊研究，主要針對一類輸入為泊松過程，服務(wù)時間為負指數(shù)分布的排隊系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，由于到達和服務(wù)的無后效性特點，可用生滅過程(或稱生死過程)描述。2022/8/1011擴大狀態(tài)空間的方法當(dāng)輸入或服務(wù)不再具有無后效性時，直接應(yīng)用生滅過程理論求解就顯得無能

5、為力。這時采用補充變量，用擴大狀態(tài)空間的方法將非馬爾柯夫過程的排隊化成一個狀態(tài)空間為多維的馬爾柯夫過程求解。這類方法統(tǒng)稱為擴大狀態(tài)空間法。處理M/Er/1/和Er/M/1/等排隊系統(tǒng)便可以采用這種方法。我們經(jīng)常提到的相位法屬于此類方法。2022/8/1012半馬氏分析法當(dāng)一個排隊系統(tǒng)的服務(wù)過程不是馬爾柯夫過程，但到達或服務(wù)二者之間有一個具有無后效性時，往往可以采用嵌入馬氏鏈法。當(dāng)可以用半馬氏過程描述排隊隊長變化過程，或輸入過程(或服務(wù)時間)本身即為一個半馬氏過程時，或可嵌入一個半馬氏過程時，往往采用半馬爾柯夫(Semi-Markov)理論對這類系統(tǒng)進行分析。這種方法稱為半馬氏分析法。2022/

6、8/1013近似逼近法對于更一般的排隊系統(tǒng)，如G/G/1排隊系統(tǒng)，其隊長變化過程是一般的隨機過程。這時，要求出平穩(wěn)分布極為困難?？刹捎梅e分微分方程法近似求解。不等式定界法近年來也用于分析一般的排隊系統(tǒng)，可將之看作近似逼近法的一種。另外的近似逼近法包括系統(tǒng)逼近法和過程逼近法。流體流方法就是一種過程逼近法。2022/8/1014 現(xiàn)代通信中排隊的特點現(xiàn)代通信的發(fā)展趨勢之一是業(yè)務(wù)綜合。它要求實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)在同一個網(wǎng)中傳輸。顯然排隊系統(tǒng)的輸入將是復(fù)合業(yè)務(wù)流，也就是說輸入過程將更加復(fù)雜，不再具有Poisson輸入過程的無后效性(馬爾柯夫性)特點。另外，服務(wù)過程和排隊策略(規(guī)則)也變得更復(fù)雜。即使是現(xiàn)有的通

7、信網(wǎng)絡(luò)在引入新業(yè)務(wù)之后也會表現(xiàn)出這些特點。比如傳統(tǒng)的PSTN網(wǎng)主要是針對普通電話業(yè)務(wù)設(shè)計的，在撥號入(Internet)網(wǎng)業(yè)務(wù)大量出現(xiàn)之后，描述呼叫的排隊系統(tǒng)發(fā)生了深刻的變化，Erlang公式不再適應(yīng)。自然依據(jù)該公式設(shè)計的PSTN網(wǎng)出現(xiàn)呼損急劇增大甚至系統(tǒng)崩潰等現(xiàn)象便不足為奇了。下面具體地針對ATM這一通信領(lǐng)域最新技術(shù)來加以分析。我們需要在三個層次上利用排隊理論，分別是呼叫級、突發(fā)級和信元級。2022/8/1015ATM網(wǎng)對于呼叫級分析而言，由于ATM網(wǎng)中可以同時傳輸多種業(yè)務(wù)，包括面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)，以及無連接的業(yè)務(wù)等。業(yè)務(wù)呼叫的發(fā)生(即顧客到達)具有相當(dāng)復(fù)雜的特點，用簡單

8、的Poisson輸入過程或Erlang輸入過程描述也許是不精確的。同時每種業(yè)務(wù)的持續(xù)時間(即服務(wù)時間)也將是比較復(fù)雜的。突發(fā)級排隊也具有類似的特點。呼叫級排隊分析的目的是要了解呼損的大小等參數(shù)。突發(fā)級排隊分析的目的是要了解以突發(fā)級為單位的丟失大小等參數(shù)。2022/8/1016信元級分析需要指出，ATM網(wǎng)中的呼叫接入控制，帶寬分配等是以是否能滿足一定的業(yè)務(wù)要求(QOS)為判斷標準的，而QOS是以信元丟失率、時延等量描述的。因此還需要將以上兩個層次上的分析結(jié)果，特別是以突發(fā)為單位的丟失，轉(zhuǎn)化為信元丟失率、時延等量。因此更為關(guān)鍵的是信元級分析。2022/8/1017排隊策略 ATM排隊系統(tǒng)的排隊策略

9、(規(guī)則)比較復(fù)雜。首先，ATM網(wǎng)中存在優(yōu)先級，包括丟失優(yōu)先級和時延優(yōu)先級。這樣，信元到達排隊系統(tǒng)后就要根據(jù)其優(yōu)先級采取相應(yīng)的排隊策略，這是一個多優(yōu)先級排隊問題。其次，為了滿足多種業(yè)務(wù)的QOS要求，控制策略多種多樣，對應(yīng)于排隊系統(tǒng)便是排隊策略的不一致。比如ABR業(yè)務(wù)的引入使得其排隊是一個有反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。另外，根據(jù)ATM 論壇關(guān)于業(yè)務(wù)分類的新建議，多隊列排隊將是ATM排隊系統(tǒng)的另一特點。2022/8/1018業(yè)務(wù)建模 業(yè)務(wù)模型 On-Off模型 MMPP模型 MMDP模型排隊系統(tǒng)模型B/D/1/K(這里B表示On-Off輸入)MMPP/D/1/KMMDP/D/1/K2022/8/1019現(xiàn)代通信

10、研究中常用的排隊分析方法不等式定界逼近方法擴大狀態(tài)空間法半馬氏分析法流體流方法2022/8/1020分組語音通信半馬爾柯夫過程模型及連續(xù)時間馬爾柯夫鏈模型。在前一個模型中，首先利用擴大狀態(tài)空間法將狀態(tài)定義為一個二維變量，包括信源狀態(tài)和排隊隊長。由于采用了多個On-Off語音模型的復(fù)合信源作為排隊輸入，可以用一個馬爾柯夫鏈(在這里更特殊地它是一個生死鏈)描述，在每一個信源狀態(tài)下語音分組按一個與狀態(tài)有關(guān)的速率均勻發(fā)出。在該文限定的條件下排隊狀態(tài)(二維)服從一個半馬爾柯夫過程。我們可以認為這前一個排隊模型所采用的分析方法是擴大狀態(tài)空間法與半馬氏分析法的結(jié)合。2022/8/1021分組語音通信后一個模

11、型中，也利用擴大狀態(tài)空間法將狀態(tài)定義為一個二維變量，包括信源狀態(tài)和排隊隊長。不過它的排隊輸入是多個兩狀態(tài)MMPP模型的復(fù)合信源(即多狀態(tài)MMPP)，在每一個信源狀態(tài)下語音分組的發(fā)出服從Poisson過程。于是整個排隊狀態(tài)(二維)服從一個連續(xù)時間馬爾柯夫過程。顯然這個排隊模型所采用的分析方法是擴大狀態(tài)空間法。2022/8/1022流體流方法流體流方法(Fluid Flow Method)是一種排隊近似分析法。它忽略到達過程及排隊隊長的離散性質(zhì)，將到達及隊長變化看成連續(xù)變化，屬于前面介紹的系統(tǒng)逼近法。由于它計算簡單、物理意義明確，得到廣泛運用。分析了在分組語音通信中的應(yīng)用。利用它研究語音通信(多O

12、n-Off復(fù)合輸入)中的擁塞控制；將之用于視頻業(yè)務(wù)(生死鏈模型)的排隊分析。2022/8/1023流體流方法流體流方法的計算復(fù)雜度與排隊容量大小無關(guān)，這是一個優(yōu)良性質(zhì)。在信元緩沖區(qū)有增大趨勢的今天，這是非常有利的。它在計算中的稍微困難之處在于特征值及特征向量的求取。同時，在大維數(shù)情況下，穩(wěn)定的數(shù)值解較難獲得。2022/8/1024流體流方法其中一方面是對輸入信源適用范圍的拓展，采用馬爾柯夫調(diào)制的確定速率過程(MMDP)，指出流體流方法可用于所有MMDP信源的排隊分析。On-Off模型、生死鏈調(diào)制速率過程只是其中特例。另一方面發(fā)展了一套分析ATM網(wǎng)部分緩沖共享(Partial Buffer Sh

13、aring,PBS)流量控制策略的流體流法，它可用于對基于緩沖門限的流量控制策略的分析。采用這種方法分析具有優(yōu)先級管理的漏桶監(jiān)管器的性能。2022/8/1025大偏差理論是一種近似分析方法，可以歸結(jié)為不等式定界逼近方法一類。這種方法往往只能求出信元丟失率的近似值，而且在分析過程中涉及到求解超越方程。然而需要著重指出，這種方法可以沒有Markov假設(shè)，對于業(yè)務(wù)長時相關(guān)性(long range dependence,LRD)的研究或許有特別的意義。2022/8/10268.3 現(xiàn)代通信業(yè)務(wù)的自相似特性高速網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)具有自相似性自相似性反映了業(yè)務(wù)在所有（或至少一個較大范圍）時間標度上的統(tǒng)計相似性，突出

14、表現(xiàn)為突發(fā)（）沒有明確的長度，我們不可能將它們平滑掉從傳統(tǒng)模型得到的結(jié)論是：當(dāng)業(yè)務(wù)源數(shù)目增加時，突發(fā)性會被吸收，聚集業(yè)務(wù)將變得越來越平滑；而對于自相似模型，其聚集業(yè)務(wù)的突發(fā)性將更突出而不是減少近年來的研究結(jié)果表明，自相似性對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生一些意想不到的影響，它直接影響到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、控制、分析和管理目前，國外圍繞這一新課題的研究工作剛剛開始，取得了一些成果，大量的問題有待解決主要的困難在于傳統(tǒng)排隊論基本上是在短相關(guān)的假定下研究隊列性能，目前還沒有一套完整的技術(shù)能解決長相關(guān)下隊列性能的分析問題2022/8/1027自相似的定義對于廣義平穩(wěn)隨機變量序列X(X1，X2，)，設(shè)其均值為EXt，自相關(guān)函數(shù)為

15、r(k)=E(Xi-)(Xi+k )/E(Xi-)2 2022/8/1028自相似的定義我們定義Xmt為： Xmt = (1/m)*(X(t-l)(m-l)+Xtm)對于廣義平穩(wěn)隨機變量序列Xm(Xm1，Xm2，)，rm(k)為過程Xm的自相關(guān)函數(shù)。如果r(k)滿足, 則稱隨機變量序列X為長相關(guān)(自相似)的。如果VAR(X1+X2+Xn)的增長速度為n2H，則參數(shù)H稱為隨機變量序列X的Hurst參數(shù)(H1-/2)。自相似隨機變量序列可以分為嚴格自相似序列和漸近自相似序列。 2022/8/1029自相似的定義如果對所有k，滿足r(k)1/2(k+1)2H-2k2H+(k-1)2H (7.3)則隨

16、機變量序列X稱為具有Hurst參數(shù)H的嚴格自相似序列。2022/8/1030自相似的定義 則過程X稱為漸近自相似序列。如果對所有k，滿足2022/8/1031自相似的業(yè)務(wù)建模通過生成具有自相似性的業(yè)務(wù)進行仿真研究，是目前一種有效的研究方法生成自相似業(yè)務(wù)的方法，主要有以下幾種：（） 考察隊列系統(tǒng)/，隊列的到達過程為泊松過程，服務(wù)時間服從方差無窮的重尾分布記Xt為時刻牠系統(tǒng)中的顧客數(shù)，則Xt是漸進自相似過程該方法需要在計算量和計算精度之間進行折衷處理（） 隨機中點置換方法是產(chǎn)生自相似過程的另一種方法它通過不斷分割間隔來產(chǎn)生樣本值每次分割時，利用一個高斯置換來確定子間隔中點的樣本值通過高斯置換方差的

17、標度變化，可以產(chǎn)生自相似性這種方法的優(yōu)點是計算速度快，在上生成個樣本只需幾分鐘的時間，而缺點是只能產(chǎn)生漸進自相似過程 (3) 等利用模型產(chǎn)生漸進自相似過程，他們沒有分析所生成樣本的精度，但指出，產(chǎn)生N個樣本點的時間復(fù)雜度為O（n），因此運算速度相對較慢限于篇幅其他方法不能在此一一列舉2022/8/10327.4擁塞控制已經(jīng)開發(fā)出來的用于控制分組交換網(wǎng)和幀中繼擁塞的方法不適合于ATM網(wǎng)絡(luò)，因為如下一些因素：1. 很多通信量不接受擁塞控制。例如，話音和視頻通信量甚至在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時也不能停止發(fā)送信元。2. 由于信元的發(fā)送時間大大小于通過網(wǎng)絡(luò)的傳播時延，因此反饋就很慢。3. ATM網(wǎng)絡(luò)通?？芍С趾艽?/p>

18、范圍的應(yīng)用，其所需帶寬從幾kbps到幾百mbps，相對簡單的擁塞控制方法只能適用于其中的一種。4.2022/8/10338.4擁塞控制4. 在ATM網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用可以產(chǎn)生非常不同的通信量模式（例如，恒定比特率和可變比特率的信源）。另外，常規(guī)的擁塞控制技術(shù)難于公平的處理這樣多的種類。5. ATM網(wǎng)絡(luò)上的不同應(yīng)用需要有不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（例如，對話音和視頻的時延敏感服務(wù)，以及對數(shù)據(jù)的丟失敏感服務(wù)）。6. 非常高速的交換和傳輸使得ATM網(wǎng)絡(luò)隨著擁塞控制和通信量控制的方式不同而有很大的變化。若一種方法主要依賴于對情況的變化作出反應(yīng)，那么這將產(chǎn)生選路策略和流量控制的極大的和不必要的波動。2022/8/10

19、34高速率的信元插入考慮在一個網(wǎng)絡(luò)中以150Mbps的數(shù)據(jù)率傳送ATM信元。在此速率下，每隔（538bit）/(15010bps)=310秒向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個信元。從源用戶到目的用戶傳送此信元所需的時間取決于中間的ATM交換機的個數(shù)、在每個交換機的交換時間、以及從源站到目的站的通路中所有鏈路上的傳播時間。為簡單起見，忽略ATM的交換時延，并假定信號以光速傳輸。這樣，如果源站和目的站橫跨美國的東西海岸，則此往返傳播時延約為3010秒。在這種情況下，假定叢源站A到目的站B傳送一個長文件，并使用了隱式擁塞控制（即沒有顯式擁塞通知；源站根據(jù)有數(shù)據(jù)丟失就推論出發(fā)生了擁塞）。如果網(wǎng)絡(luò)由于擁塞丟棄了信元，B就返

20、回一個拒絕報文給A，A又重傳丟棄的信元，和所有可能的后繼信元。在網(wǎng)絡(luò)擁塞通知返回到A以前，A有可能已經(jīng)發(fā)送了另外的N個信元，而在A可能對擁塞作出反應(yīng)之前已經(jīng)有超過4Mb的數(shù)據(jù)發(fā)送出去了：2022/8/1035高速率的信元插入2022/8/1036信元時延偏差2022/8/1037信元時延偏差2022/8/1038UNI上的信元時延偏差2022/8/1039ATM層通信量和擁塞控制的目標 l ATM層通信量和擁塞控制必須能夠支持一組ATM層的各種QoS類，它們能夠滿足所有可預(yù)計的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 l ATM層通信量和擁塞控制必須不依賴于特定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的AAL協(xié)議，也必須不依賴于特定應(yīng)用的高層協(xié)議。ATM

21、層以上的各層協(xié)議可以利用ATM層所提供的信息，以改變它們從網(wǎng)絡(luò)得到的設(shè)施（utility）。 lATM層通信量和擁塞控制的最佳設(shè)計必須使網(wǎng)絡(luò)和端系統(tǒng)的復(fù)雜性最小，同時使網(wǎng)絡(luò)的利用率最大。2022/8/10404級時間間隔 l 信元插入時間：這一級的功能在信元發(fā)送時就立刻作用到信元上。l l往返傳播時間：網(wǎng)絡(luò)在信元在網(wǎng)絡(luò)中的生存時間內(nèi)作出反應(yīng)，同時提供反饋指示給信源。l l連接持續(xù)時間：網(wǎng)絡(luò)要決定是否能夠接受一個給定QoS的新的連接，以及要同意那些性能等級。 l長期：這些是控制影響一個以上的ATM連接，并且是建立為長期使用的。2022/8/1041相應(yīng)時間的關(guān)系2022/8/1042通信量控制策

22、略的基本要點 1. 確定是否可以接受一個給定的新的ATM連接 2. 同意向用戶支持一些性能參數(shù) 2022/8/1043通信量控制功能l 使用虛通道進行資源管理l 連接準許控制（CAC）l 使用參數(shù)控制（UPC）l 有選擇的丟棄信元l 通信量整形 2022/8/1044使用虛通道進行資源管理一個虛通道VPC提供了一種很方便的手段將一些相似的虛通路VCC構(gòu)成組。網(wǎng)絡(luò)給虛通道提供聚集的容量和性能特性，而這些可以為許多虛通路共享。網(wǎng)絡(luò)資源管理主要考慮的QoS參數(shù)是：信元丟失率、最大信元傳送時延、峰值信元時延偏差，它們都受網(wǎng)絡(luò)分配給VPC的資源數(shù)量的影響。如果一個VCC延伸經(jīng)過幾個VPC，則VCC的性能

23、就取決于這幾個連續(xù)的VPC的性能，以及取決于在實現(xiàn)VCC相關(guān)功能的任何一個接點上這些連接是怎樣被處理的。這些接點可以是一個交換機、集中器或其他的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。每一條VPC的性能取決于該VPC的容量，以及該VPC中所包含的VCC的通信量特性。每一個VCC相關(guān)功能的性能取決于結(jié)點的交換/處理速率，以及不同信元在處理時的優(yōu)先級。2022/8/1045連接準許控制連接準許控制（connection admission control）是網(wǎng)絡(luò)保護自己免受過分負荷的第一道防線。當(dāng)一個用戶請求一條新的VPC或VCC時，用戶就必須（顯式的或隱式的）指明在該連接的每個方向所需的服務(wù)。請求包括以下一些內(nèi)容：l 服務(wù)種

24、類（CBR，rtVBR，nrtVBR，ABR，UBR）l 通信量描述符，包括：源通信量描述符（PCR，SCR，MBS，MCR）CDVT請求的一致性定義l 每一個QoS參數(shù)的請求值和接受值（峰值CDV，maxCTD，CLR） 2022/8/1046使用參數(shù)控制（UPC）一旦連接準許控制（CAC）接受了一個連接，網(wǎng)絡(luò)的使用參數(shù)控制UPC（Usage Parameter Control）功能就監(jiān)視此連接，以決定通信量是否與通信量合約相一致。使用參數(shù)控制UPC的主要目的就是保護網(wǎng)絡(luò)的資源，通過檢測是否違背了已指派的參數(shù)并采取適當(dāng)?shù)拇胧?，可使得一條連接上的過載不致使另一條連接的QoS惡化。 2022/8

25、/1047通信量合約參數(shù)值2022/8/1048虛擬調(diào)度算法2022/8/1049連續(xù)狀態(tài)漏桶算法2022/8/1050峰值信元速率算法 l 峰值信元速率的控制和相關(guān)的CDVT l 持續(xù)信元速率的控制和相關(guān)的突發(fā)容許W2022/8/1051一般信元速率算法GCRA當(dāng)CDVT增加時，信元的到達可以漂移得離開TAT很遠。更重要的是，這使得信元聚集成塊的可能性增大，而這又是造成網(wǎng)絡(luò)資源緊張的一種現(xiàn)象。信元最大程度的聚集成塊出現(xiàn)在當(dāng)信源可能以背靠背（back to back） 的方式發(fā)送信元（即以鏈路的全速率）。當(dāng)超過時就可能出現(xiàn)這種情況。特別是，當(dāng)時，背靠背信元的最大數(shù)目N等于2022/8/1052

26、漏桶算法2022/8/1053漏桶算法算法維持了一個計數(shù)器對已發(fā)送的數(shù)據(jù)量進行連續(xù)的累計記數(shù)。計數(shù)器以每一個時間單位一個單位的恒定速率減少，一直到最小值零；這相當(dāng)于一個桶以速率1漏出。每到達一個信元，計數(shù)器就增加，但受到的限制是計數(shù)器的最大值。任何到達的信元，如果試圖引起計數(shù)器超過其最大值，就被定義為不遵守合約的信元；這就相當(dāng)于桶的容量是。圖7.5（b）表示與圖7.5（a）等效的漏桶算法。這個算法定義了一個有限容量的桶，其排水的連續(xù)速率是每時間單位流出一個單位，而當(dāng)每一個遵守合約的信元到達時，桶的容量就增加，桶的總?cè)萘渴?。在第個信元到達后，算法檢測桶是否已溢出。如果是，則此信元就是不遵守合約的

27、。如不是，桶的容量就增加。增加量取決于在信元的到達時間桶的容量是否已全部排光。2022/8/1054持續(xù)信元速率算法（1）可作為持續(xù)信元速率與突發(fā)容許的關(guān)系的工作定義（2）可用于使用參數(shù)控制以監(jiān)視是否遵守通信量合約。2022/8/1055持續(xù)信元速率算法（它可從對通信流量的突發(fā)性的了解推導(dǎo)出來。特別是，我們可以令等于在峰值速率下信元之間的時間間隔。如果通信量受到使用GCRA的峰值信元速率和使用GCRA的持續(xù)信元速率這兩方面的約束，那么在峰值信元速率下的最大突發(fā)長度應(yīng)為2022/8/1056持續(xù)信元速率算法在信令報文中，突發(fā)容許是用以信元數(shù)編碼的來傳遞的。可用來推導(dǎo)出，它在GCRA算法中用來監(jiān)視

28、持續(xù)信元速率。若給出，和，則可以是以下區(qū)間中的任何一個數(shù)值：2022/8/1057使用參數(shù)控制UPC的動作 (1)一個CLP=0的信元若遵守CLP=0的通信量和約，則使之通過。(2)一個CLP=0的信元若不遵守CLP=0的通信量合約但遵守（CLP=0+1）的通信量合約，則打上標記并使之通過。(3)一個CLP=0的信元若不遵守CLP=0的通信量合約也不遵守（CLP=0+1）的通信量合約，則被丟棄。(4)一個CLP=1若遵守（CLP=0+1）的通信量合約，則使之通過。(5)一個CLP=1若不遵守（CLP=0+1）的通信量合約，則被丟棄。2022/8/1058通信量整形 通信量整形的一種簡單方法就是

29、使用漏桶算法的一種形式，叫做令牌桶（token bucket）。GCRA漏桶只是簡單的監(jiān)視通信量，并拒絕或丟棄不遵守合約的信元。通信量整形漏桶則與GCRA漏桶相反，它控制遵守合約的信元流2022/8/1059通信量整形2022/8/1060 通信量整形 一個令牌產(chǎn)生器以每秒個令牌的速率產(chǎn)生令牌，并將其放入令牌桶中，此令牌桶的最大容量為各令牌。離開信源到達的信元被放入一個緩存，其最大容量為個信元。要從服務(wù)器發(fā)送一個信元，必須從桶中移走一個令牌。若令牌桶已空，則信元必須排隊等待下一個令牌。這種方式的結(jié)果是：如果已經(jīng)儲備了一些信元并且桶是空的，那么信元就以每秒個信元的平滑速率發(fā)送出去，同時在儲備的信

30、元用完之前都沒有信元時延偏差。這樣，令牌桶就平滑了信元的突發(fā)。2022/8/1061ABR通信量管理 允許多個信源共享尚未被CBR和VBR使用的容量，但是可以提供到信源的反饋，以便動態(tài)調(diào)整負荷，因而可避免信元的丟失和更公平的共享網(wǎng)絡(luò)的容量。這稱為閉環(huán)控制，因為它使用了反饋。這就是ABR使用的方法。下面闡述ABR服務(wù)的概念，并詳細的討論用來控制信元流的反饋機制。2022/8/1062反饋機制1.l 容許的信元速率ACR（Allowed Cell Rate）：是信源被準許發(fā)送的當(dāng)前速率。信源可以在零到ACR之間的任何速率發(fā)送信元。ll 最小信元速率MCR（Minimum Cell Rate）： A

31、CR可取的最小值（這就是說，網(wǎng)絡(luò)并不限制信源發(fā)送的信元流的速率要小于MCR）。但是，對于一個給定的連接，MCR可以置為零。ll 峰值信元速率PCR（Peak Cell Rate）：ACR可取的最大值。 l初始信元速率ICR（Initial Cell Rate）：指派給ACR的初始值。2022/8/1063資源管理信元 每個RM信元包括3個字段向信源提供反饋：一個擁塞指示比特CI（Congestion Indication）,一個不增加比特NI（No Increase），以及一個顯式信元速率字段ER（Explicit Cell Rate）。信源按如下規(guī)則進行反應(yīng)：若CI=1 則將ACR減少一個正

32、比于當(dāng)前ACR的量，但不小于MCR；否則， 若NI=0，則將ACR增加一個正比于PCR的量，但不大于PCR； 若ACRER，則將ACR置為maxER，MCR。2022/8/1064容許的信元速率ACR2022/8/1065容許的信元速率的變化2022/8/1066反饋的方法2022/8/1067速率控制反饋到信源 l 設(shè)置EFCI：當(dāng)一個正向傳輸?shù)腁TM數(shù)據(jù)信元通過交換機時，交換機可對信元首部（使用負荷類型字段）中的顯式前向擁塞指示EFCI（Explicit Forward Congestion Indication）進行設(shè)置。這將引起目的端系統(tǒng)在反向資源管理信元BRM中CI比特置1。 l 設(shè)

33、置相對速率：交換機可以直接對一個經(jīng)過的RM信元的CI或NI比特進行設(shè)置。若這種比特的設(shè)置是在一個前向資源管理信元FRM中，則當(dāng)在目的站出現(xiàn)信元調(diào)頭傳輸時，該比特將在相應(yīng)的BRM中保持置1。若在一個通過的BRM信元中設(shè)置其中的一個比特，則可獲得更快的結(jié)果。要得到更快的結(jié)果，一個交換機可產(chǎn)生一個將CI或NI置1的BRM信元，而不需要等待一個通過的BRM信元。 l設(shè)置顯式速率：交換機可減少一個FRM或BRM信元中的ER字段中的值。2022/8/1068 RM信元的格式2022/8/1069 RM信元的格式 l 首部（5字節(jié)）：ATM信元首部中的PT=110即表示是一個RM信元。要進行在一個虛通路上的

34、速率控制，其VPI和VCI就要和該連接上的數(shù)據(jù)信元的VPI和VCI一樣。若要在一條虛通路上進行速率控制，就要使用同樣的VPI，并使VCI=6。l 協(xié)議標示符（1字節(jié)）：使用這個RM信元標示服務(wù)。對于ABR，ID=1。l 報文類型（1字節(jié)）：包括下列1bit的指示符：方向（DIR）：FRM（DIR=0）或BRM（DIR=1）。BECN信元（BN）：指出信元最初是由信元產(chǎn)生（BN=0）還是由一個交換機或目的站產(chǎn)生（BN=1）。擁塞指示（CI）：（CI=1）表示擁塞。不增加（NI）：（NI=1）表示不再允許負荷的增加。請求/確認（RA）：在I。371中定義；在ATM論壇的ABR中不使用。2022/8

35、/1070 ABR容量分配 l 擁塞控制：因為ABR服務(wù)是要提供最小的信元丟失，因此交換機必須使用ABR的速率控制機制來限制到達的分組的速率，使得網(wǎng)絡(luò)能夠進行處理。為此，交換機必須監(jiān)視隊列長度，并且當(dāng)緩存快滿時就要抑制信元的速率。l l 公平容量分配：一個ATM交換機必須將其容量在所有的通過此交換節(jié)點的連接之間進行公平分配。因此，當(dāng)擁塞發(fā)生時，交換機必須對使用容量超過其公平份額的那些連接進行速率抑制。2022/8/1071 二進制反饋方式 最簡單的處理方法就是將每個輸出端口的緩存分配給一個單個先進先出隊列（single FIFO queue）。當(dāng)緩存的占有率超過一定的門限時（例如，80%的緩存大?。粨Q機就開始發(fā)出二進制通知并繼續(xù)這樣做，直到緩存的占有率下降到低于該門限。通知可以這樣發(fā)出：將每個入數(shù)據(jù)信元中的EFCI值1，或在每個通