CH2_6_ATM流量控制技术

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1. ATM网络业务流控制特点
电路交换


每个连接的宽带是固定的，在整个通信过程中网络 可提供给通信双方恒定的数据速率。 在建立该连接时，采用很简单的呼叫接纳过程：
• 当可提供信道给呼叫方和被叫方时，则建立连接； • 反之，则拒绝该呼叫。

一旦建立连接，该连接就不受网络中其他用户的影 响，此时，即时网络处于饱和状态，仍能保证该连 接的服务质量。

连接释放时间：
• 指从用户发出呼叫释放消息到收到呼叫释放应答的那段时间。

呼叫阻塞概率：
• 指一段时间内呼叫被拒绝的比例。 • 这个不仅与网络资源分配（链路速率、网络拓扑、交换容量）有关 ，还与各个呼叫到达的随机过程、各个呼叫持续时间的分布有关。 • 减小这个概率的一个途径是，在规划设计网络时，根据用户呼叫的 统计特性来优化设计网络的拓扑结构、交换容量等。
这个呼叫/连接接纳控制涉及到几个问题： • 哪些用户业务参数可以准确地描述用户的业务流特性？ • 哪些服务质量参数可以恰当地反映用户的服务质量要求？ • 在已提供用户业务参数和服务质量参数的前提下，这个呼叫/连接所 需的带宽是多少？ • 在接纳这个呼叫/连接入网后，这个用户的业务流与已建立的连接的 业务流进行异步时分复接，能否保证不影响已建立连接的服务质量？ • 这个呼叫/连接接纳控制机制能否实时运行？ • 能否在满足各个连接的服务质量要求的前提下，进一步提高资源利用 率？
ATM流量控制技术
主要内容



ATM网络业务流控制特点 呼叫/连接接纳控制（CAC） 业务流警管（Traffic policing） 选择性丢弃 反应式拥塞控制 ATM论坛关于业务流管理的技术
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ATM网络业务流控制特点

在通信网络中，各类资源（信道容量、节点中缓冲器容量等 ）是有限的，因此，它所能支持的连接和业务流量也是有限 的。当网络中的连接数目和业务流量超过它能支持的限度时 ，网络的服务质量会变差，如时延增加、丢失增加。这种情 况就叫做拥塞。 业务流控制就是要对用户利用网络资源加以控制，以使网络 能处于正常的工作状态，即使当网络负荷超过网络容量时， 网络的服务质量仍可处于可接受的水平。
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2.3 服务质量参数

ATM服务质量参数可分为两类： • 与呼叫控制过程有关的参数（连接建立时间、连接释放 时间、呼叫阻塞概率） • 与信元转移质量有关的参数（误码率、时延、时延抖动 等）。
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（1）与呼叫控制过程有关的参数

连接建立时间：
• 指从用户发出呼叫建立消息到收到呼叫建立应答消息的那段时间， 这个时间是由各个信号转移点处理时延所决定的。 • ATM网的信令系统通过一个定时器来限制这个时间，当连接建立时 间超过这个时间，则重新发呼叫建立消息。
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（2）与信元转移质量有关的参数


误码率 • 主要取决于传输系统的性能。ATM网络中主要以光纤作 为传输媒介，误码率很低，可以满足各种业务的传输需 求。 信元丢失率（Cell Loss Rate） • 指在一段时间内丢失的信元数与用户发送的信元数之比 。造成信元丢失的原因大致有四个：




信元在网络中传输时遇到缓存器溢出而丢失； 信元头在传输过程中发生不能纠正的误码而丢弃信元； VPI/VCI发生误码但未被检测出来，此时信元将被传递到错误的 信宿去。对于该此连接的接收方而言，信元发生了丢失。 对于实时业务，时延过大也会造成信元丢失。
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（2）与信元转移质量有关的参数


信元插入率（Cell Insertion Rate-CTD） • 信元头的误码不仅会造成信元丢失，还会在某种情况下造 成信元误传，VPI/VCI发生误码但未被检测出来，此时该 信元会被传送到错误的信宿去。 • 信元插入率 指的是误传到错误信宿的信元数与用户发送 的信元数之比。 信元的误传比信元丢失造成的危害要大： • 一方面，对于AAL1协议，信元误传会引起同步的丢失； • 另一方面，误传的信元会加重它所经过链路的业务流量， 在特别严重时，会引起它所经过链路的拥塞。
建立连接的服务质量。
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ATM网络业务流控制特点
ATM网中的业务流管理

分组交换网中的流量控制是在每个节点上进行的，增加了 节点处理的开销，降低了网络速率，不能适应ATM网的高 速要求。
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ATM网络业务流控制特点
ATM网中的业务流管理 分组交换网中的拥塞控制是反应式的，这种方法在低速的 分组交换网中尚能适用，但是在高速的ATM网中不能完全 适用。 假设网络中A、B两节点相距100公里，则信元的传播时延 为500us。 若网络速率为1Mbit/s，则发送一个53B的信元需要424us ，这个值与传播时延接近。但是若将信道速率提高到 1Gbit/s，则发送一个信元只需0.424us，这个值远远小于 传播时延，当B节点接收到A节点发出的信元时，A节点已 经发送了一百多个信元了。 换而言之，当B节点接收到A节点发出的信息时，这已是相 对“过时”的信息。
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（2）与信元转移质量有关的参数

信元转移时延（Cell Transfer Delay）：指信元第一比特 进入网络至最后一个比特离开网络的那段时间。包括： • 打包时延（Packetization Delay）

形成一个信元所需的时间，64kb/s PCM话音的PD为（ 47×8/64）ms 在传输媒介上传播的时间。光纤信道的传播时延为每公里5us， 同轴电缆为每公里4us。 发射机将信元发往物理媒介所需时间，这与发射机速率有关， 在155.520Mb/s情况下，TD=2.82us
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（2）与信元转移质量有关的参数





时延抖动（Cell Delay Variation） 在理想状态下，相邻信元到达信宿的时间间隔，应与离开 信源时的时间间隔相同。但是，在实际网络中，由于排队 时延的加入和业务随机性的影响，两者是不相等的。 即，各个信元经ATM网络转移的时延是不等的，相对于平 均转移时延有一个随机变化的值。称这个相对于平均转移 时延变化的值为时延抖动。 时延抖动会给电话、视频等业务的定时恢复带来困难，造 成服务质量下降。 在ATM网络中，常使用峰－峰时延抖动（Peak-to-Peak Cell Delay Variation），指的是在连续时间内，信元最大转 移时延与最小转移时延的差值。
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1. ATM网络业务流控制特点
ATM网中的业务流管理


电路交换网和分组交换网已得到广泛的应用，其业务流管理 的方法也被证明是成功的。 这些传统的业务流管理方法能否直接应用于ATM网络中？ 这些方法能否完全解决ATM网络中的拥塞？
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1. ATM网络业务流控制特点





ATM网中的业务流管理 在电路交换网中，由于各个连接占用专用的固定速率的信 道，所以，简单的呼叫接纳（拒绝）方法就能保证已被接 纳的所有呼叫的服务质量。 但是，在ATM网络中情况则不一样。 在ATM网络中，信元是采用异步时分复接方法共享资源的 ，各个连接没有专用的信道，当某一连接的业务流量增加 时，它会占用其他连接的资源，从而会影响其他连接的服 务质量。 更为严重的是，ATM网中业务是高度突发的，其速率变化 很大。 因此，如果只采用电路交换网中的呼叫接纳（拒绝）方法 ，既不能保证该呼叫建立连接的服务质量，也不能保证已
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ATM网络业务流控制特点
ATM网中的业务流管理



因此，在检测到拥塞发生时，拥塞早已发生了。这种反应 式的拥塞控制法无疑对网络中的变换（拥塞的发生、拥塞 的消除）不太灵敏。 所以，这些传统的方法不能有效地应用于ATM网络中。 ITU-T经研究制定了I.371建议，提出在ATM网络中，业务 流控制不能单纯地采用一种方法，而是一系列、一整套方 法一起工作。 ATM网络中的各种业务流控制方法，大致可以分为两类： • 在拥塞后采取措施消除的反应式方法； • 在拥塞未发生时就采取措施避免的预防式方法。
• 传播时延（Propagation Delay）

• 传输时延（Transmission Delay)

• 交换时延（Switching Delay）

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信元穿过ATM交换机所需时间，包括查路由表所需时间和在内 部交换所需时间。这是衡量ATM交换机性能的一个重要指标。
（2）与信元转移质量有关的参数
2013-7-10
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1. ATM网络业务流控制特点
分组交换－流量控制


流量控制采用窗口技术: • 每个节点发送和中转的分组数是受限制的，这个数由窗 口大小W决定。 • 当节点发送中转完W个分组后，就停止发送，等到下游 节点有应答后，才能继续发送。 这种方法保证了节点已发送但未收到应答的分组数不超过 W，从而使网络中每条链路上的分组数低于某一门限值。
• 排队时延（Queueing Delay） 为解决输出端口竞争和内部竞争，要在交换机输入端 口或输出端口或内部加缓存器。信元等待在这些缓存 器中的时间称为排队时延。 • 重装时延（Reassembly Delay） 信元到达信宿后，信宿的AAL层可能需要将多个信元 组装成一个完整的帧转交给上层。上层接收完这个完 整的帧后才进行信息的重现。
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1. ATM网络业务流控制特点
分组交换


因此，分组交换网中资源的利用率是比较低的，如何减小 分组网中的业务流量呢？ 分组交换网采取了流量控制和拥塞控制两种方法。
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流量控制与拥塞控制



流量控制 对输入网络的流量进行管理，避免网络进入拥塞状态而采取 的措施，业务量控制贯串用户接入控制、网络资源调度、传 输控制等整个过程。 拥塞控制 在拥塞发生时采用的定位拥塞原因和位置，防止拥塞扩散， 缓解拥塞造成的影响、最终解决拥塞问题所采取的措施； 拥塞控制可以看作流量控制的一部分。