（通信与信息系统专业论文）atm网络连接允许控制机制的研究.pdf

博士学位论文: a t m网络连接允许控制机制的 研究 并且直接体现了业务突发长度与缓冲区容量之间相对关系对信元丢失性能的影 响 ， 从 而 保 持 了 与 现 有 标 准 的 兼 容 ， 并 提 高 了 资 源 “用 率 。 第四章研究了a t m网络基于测量的v b r业务连接允许控制机制。利用大数 量 业 务 源 复 用 渐 近 分 析 理 论 提 出 了 一 种 基 于 测 量 的 q o s 参 数 估 计 方 法 誉 方 法 考 虑了有限容量缓冲区对复用性能的影响。 在此基础上， 提出了一种基于测量的v b r 业务连接允许控制机制，该机制不需要用户事先为业务源建立相应的业务模型并 向网络提交其业务模型参数，而是通过对业务流的统计特性进行实时测量来进行 接 纳 控 制 ， 从 而 能 够 克 服 基 于 模 型 的 v b r 业 务 c a c 机 制 所 固 有 的 缺 陷 口 第五章对a t m信令系统的关键技术进行了研究。 提出了可应用于a t m终端、 a t m 用 户 接 入 设 备 和 a t m 交 换 机 的 一 种 a t m 信 令 系 统 通 用 实 现 模 型 。 参 模 型 解决了i t u - t所定义的a t m u n i 和n n i 信令协议栈由于缺乏c a c功能以及其 它一些必要的呼叫/ 连接控制功能而无法直接应用于各种 a t m 设备中的问题。基 于通用实现模型提出了两种可扩展的 a t m 信令系统体系结构，并与集中式结构 进行了比较。结合一个具体的科研项目: “ 九五”国防科技预研重点项目“ 区域 机动通信网用户接入设备的研究” ，基于通用实现模型提出了一种 a t m 用户接入 设备信令系统体系结构， 并在实时多任务操作系统p s o s 环境下对其进行了实 现， 通 过 了 信 息 产 业 部 组 织 的 技 术 鉴 定 于 第六章对全文进行了总结。 关键词:异步转移模式 月 及 务质量 连接允许控制 恒定比特率业务 信令系统 可变比特率业务 abs t ract t h e s u c c e s s o f t h e f u t u r e b - i s d n d e p e n d s h e a v i l y o n t h e a b i l i t y t o p e r f o r m m u l t i p l e x i n g o f v a r i o u s s e r v i c e s , s u c h a s v o i c e , v i d e o , d a t a , a n d s o o n . d iff e r e n t s e r v i c e h a s it s o w n t r a f f i c c h a r a c t e r i s t i c s a n d d i ff e r e n t i a t e d q u a l i ty o f s e r v i c e ( q o s ) r e q u i r e m e n t . s o i t i s n e c e s s a ry t o s t u d y t r a f f i c c o n t r o l m e c h a n i s m s e n a b l i n g t h e n e t w o r k t o m e e t v a r i o u s q o s c o n s t r a i n t s d e f i n e d f o r d i ff e r e n t s e r v i c e s w h i l e a c h i e v i n g h i g h r e s o u r c e u t i l i z a t i o n , i n w h i c h c o n n e c t i o n a d m i s s i o n c o n t r o l ( c a c ) p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e . c u r r e n t l y , b o t h 1 t u - t a n d a t m f o r u m o n l y g i v e s i m p l e d e f i n i t i o n f o r t h e f u n c t i o n o f c a c , a n d d o n o t d e s c r i b e a n d s t a n d a r d i z e i t s b e h a v i o r a n d s c h e m e , s o h o w t o e s t a b l i s h t h e r e a l - t i m e , h i g h e f fi c i e n t a n d p r a c t i c a l c a c s c h e m e s h as b e e n s t u d i e d e x t e n s i v e l y i n r e c e n t y e a r s . o n t h e o t h e r h a n d , a t m i s c o n n e c t i o n - o r i e n t e d , t h e i m p l e m e n t a t i o n o f c a c f u n c t i o n f o r s v c d e p e n d s o n a t m s i g n a l i n g s y s t e m . h o w e v e r , as a r e s u l t o f h a v i n g n o n e c e s s a ry f u n c t i o n s o f c a l l a n d c o n n e c t i o n c o n t r o l , t h e p r o t o c o l s t a c k s f o r a t m s i g n a l i n g d e fi n e d b y i t u - t c a n n o t r e a l i z e t h e f u n c t i o n o f c a c a n d c a n n o t b e u s e d d i r e c t l y in t h e a t m e q u i p m e n t . i n v i e w o f t h e s e re as o n s , c o m b i n i n g w i t h t h e n a t i o n a l d e f e n s e p r e - r e s e a r c h p r o j e c t ( 1 9 9 6 - 2 0 0 0 ) t h e r e s e a r c h o n u s e r a c c e s s e q u i p m e n t u s e d i n t h e r e g i o n a l t r a n s p o r t a b l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s a n d t h e n a t i o n a l 8 6 3 p r o j e c t t h e p r a c t i c a l a t m s w i t c h u s e d i n t h e a c c e s s n e t w o r k s , f o u r i s s u e s a r e s t u d i e d i n d e p t h i n t h i s d i s s e r t a t i o n , i n c l u d i n g q u e u e i n g a n a ly s i s a n d c a c s c h e m e s f o r c b r t r a f fi c i n a t m n e t w o r k s , m o d e l - b as e d c a c s c h e m e s f o r v b r t r a f f i c , e s t i m a t i o n o f q o s p a r a m e t e r s b a s e d o n m e as u r e m e n t a n d m e asu r e m e n t - b a s e d c a c s c h e m e s f o r v b r t r a f f i c , t h e k e y t e c h n i q u e s o f a t m s i g n a l i n g s y s t e m . t h i s d i s s e r t a t i o n c o n s i s t s o f t h e f o l l o w i n g s i x c h a p t e r s . c h a p t e r i i n t r o d u c e s t h e b as i c c o n c e p t s o f c a c a n d i t s i m p o rt a n c e . c a c s c h e m e s a r e c l ass i f i e d b as e d o n s u c h a n i d e a t h a t c a c s h o u l d b e s t r u c t u r e d d i ff e r e n t l y f o r e a c h s e r v i c e c a t e g o ry . i t e x p l a i n s t h e p r e s e n t s t a t u s a n d p r o b l e m s in c a c s c h e m e s a n d a t m s i g n a l i n g s y s t e m , a n d h e n c e m a k e s t h e r e s e a r c h b a c k g r o u n d c l e a r . f i n a l l y , i t p r e s e n t s d e t a i l e d r e s e a r c h c o n t e n t s c a r r i e d a n d ma i n c o n t r i b u t i o n s . c h a p t e r 2 s t u d i e s t h e c a c s c h e m e s f o r c b r t r a f f i c in a t m n e t w o r k s . t h e q u e u e i n g p r o b l e m s o f c b r t r a f f i c i n a t m n e t w o r k s a r e a n a l y z e d . s i m p l e c l o s e d e x p r e s s i o n s o f t h e u p p e r b o u n d o n t h e c e l l l o s s r a t i o ( c l r ) a n d m e a n c e l l d e l a y i n a f i n i t e b u ff e r s y s t e m a r e d e r i v e d . c o n s e q u e n t l y a n e w c a c s c h e m e f o r c b r t r a f f i c , 博 士 学 位 论 文 : a t m网 络 连 接 允 许 控 制 机 制的 塑塞 勺.且，j.t.;曰 l i n e a r a p p r o x i m a t i o n c a c s c h e m e b as e d o n t h e l o w e s t r a t e r e p l a c i n g , i s p r e s e n t e d . i n s t e a d o f u s i n g t h e t a i l o f t h e i n f i n i t e q u e u e l e n g t h d i s t r i b u t i o n as a n e s t i m a t e t o c l r , t h i s c a c s c h e m e o b t a i n s c l r b y t h e u p p e r b o u n d o n i t , a n d q o s c a n b e w e l l g u a r a n t e e d i n o u r s c h e m e . c h a p t e r 3 s t u d i e s t h e m o d e l - b ase d c a c s c h e m e s f o r v b r t r a f f i c i n a t m n e t w o r k s . a c a c s c h e m e f o r v b r t r a ff i c b as e d o n t h e r a t e - m o d i f i e d m o d e l i s p r e s e n t e d . i n t h i s s c h e m e , t h e s o u r c e m o d e l i s o b t a i n e d fr o m t h e s o u r c e t r a f f i c d e s c r i p t o r ( p c r , s c r , m b s ) d e c l a r e d b y t h e u s e r s a t c o n n e c t i o n s e t u p t i m e a n d t h e d i r e c t e ff e c t o f t h e r e l a t i v e v a lu e s o f t h e b u r s t l e n g t h a n d t h e b u ff e r s p a c e o n t h e c e l l l o s s p e r f o r m a n c e i s t a k e n i n t o a c c o u n t , w h i c h m a k e o u r s c h e m e b e c o n s i s t e n t w it h t h e s t a n d a r d s a n d i m p r o v e t h e r e s o u r c e u t i l i z a t i o n . c h a p t e r 4 s t u d ie s t h e m e as u r e m e n t - b as e d c a c s c h e m e s f o r v b r t r a f f i c in a t m n e t w o r k s . m a k i n g u s e o f a s y m p t o t i c a n a l y s i s o f a q u e u e h a n d l in g m a n y t r a f f i c s o u r c e s , a m e t h o d f o r e s t i m a t i n g q o s p a r a m e t e r s b as e d o n m e a s u re m e n t i s p r e s e n t e d , w h i c h t a k e s in t o a c c o u n t t h e e ff e c t s o f t h e f in i t e b u ff e r s p a c e o n t h e m u lt i p l e x i n g p e r f o r m a n c e . c o n s e q u e n t l y , a m e a s u r e m e n t - b a s e d c a c s c h e m e i s p re s e n t e d . i t d o e s n o t r e q u i r e a n y m o d e l s d e s c r i b i n g t h e s t a t i s t i c o f t h e t r a ff i c . i n s t e a d , i n o u r s c h e m e , n e t w o r k m o n i t o r s a n d m e asu r e s t h e i n c o m i n g t r a ff i c s t a t i s t i c s , a n d m a k e s d e c i s i o n s t o a d m it o r r e j e c t b as e d o n t h e m e asu r e d s t a t i s t i c s , w h i c h e n a b l e i t t o o v e r c o m e t h e d r a w b a c k s o f t h e m o d e l - b ase d c a c s c h e m e s c h a p t e r 5 s t u d i e s t h e k e y t e c h n i q u e s o f a t m s i g n a l i n g s y s t e m . a g e n e r a l r e a l i z a t i o n m o d e l o f a t m s i g n a l i n g s y s t e m i s p r e s e n t e d , w h i c h c a n b e a p p l i e d i n a t m t e r m in a l , a t m u s e r a c c e s s e q u i p m e n t ( u a e ) a n d a t m s w i t c h . t h i s m o d e l s o l v e d t h e p r o b l e m t h a t t h e p r o t o c o l s t a c k s f o r a t m s i g n a l i n g d e f in e d b y i t u - t c a n n o t b e u s e d d i r e c t l y i n t h e a t m e q u i p m e n t as a re s u l t o f h a v i n g n o c a c f u n c t i o n a n d o t h e r n e c e s s a ry f u n c t i o n s o f c a l l a n d c o n n e c t i o n c o n t r o l . b as e d o n t h e g e n e r a l r e a l iz a t i o n m o d e l , t w o s c a l a b l e a t m s i g n a l i n g s y s t e m a r c h i t e c t u r e s a r e p r o p o s e d a n d a c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e m a n d t h e c e n t r a l i z e d a r c h i t e c t u r e i s m a d e . c o m b i n i n g w i t h t h e n a t i o n a l d e f e n s e p r e - r e s e a r c h p r o j e c t ( i 9 9 6 - 2 0 0 0 ) - t h e r e s e a r c h o n u s e r a c c e s s e q u i p m e n t u s e d i n t h e r e g i o n a l t r a n s p o r t a b l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s , a n a t m u a e s i g n a l i n g s y s t e m a r c h i t e c t u r e i s p r o p o s e d a n d re a l i z e d i n p s o s r e a l - t i m e m u l t i t a s k o p e r a t i n g s y s t e m. a s t h e f i n a l c h a p t e r , c h a p t e r 6 c o n c l u d e s t h e w h o l e d i s s e r t a t i o n . 摘要v w o r d s : a s y n c h ron o u s t r a n s f e r mo d e ( a t m) c o n n e c t i o n a d m i s s i o n c o n t rol ( c a c ) s i g n a l i n g s y s t e m q u a l i ty o f s e rvi c e ( q o s ) c o n s t a n t b i t r a t e ( c b r ) s e rvi c e v a r i a b l e b i t r a t e ( v b r ) s e rvi c e 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了本文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名: 卫三 鲜 日 期 z f ， “ 仁 分 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即:学 校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全 部或部分内容;可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本人签名: 鱼必 : 0 ) tta 日 期 2 ” 。 口 . ， . ， . 导师签名 日 期 一 o l (. i. 第一章绪论 第一章 绪论 当今的通信网络已步入宽带化和综合化的时代，其典型的代表是以 a t m 技 术为核心的宽带综合业务数字网b - i s d n i . b - i s d n的一个显著特征是能够同时 支持多种不同类型业务用户信息 ( 如语音、图象、视频和数据等)的综合传送。 由于不同 类型的业务具有不同的 业务特性和服务质量 ( q o s )要求t3 -6 ,2 0 1 ，这就要 求 a t m 网络能够提供相应的机制以 便在高效地提高资源利用率的同时确保不同 类型业务的q o s ， 连接允许控制 ( c a c ) 则是其中一种十分重要的机制。 1 . 1 连接允许控制概述 1 . 1 . 1 c a c的基本概念 i t u - t il l 和 a t m f o r u m ( 对 c a c作了 如下的定义， c a c是网络在呼叫建立 ( 或重协商) 阶段所采取的一系列行为，以 确定一个v c c或v p c建立请求是否 被接受” 。 一旦 c a c决定接纳该连接建立请求，则给这一新的连接分配相应的 资源 ( 包括带宽、缓冲区等) 。 对于交换型虚连接 ( s v c ) , c a c功能由信令系统 完成，而对于永久型虚连接 ( p v c ) , c a c功能则由网络管理系统的配置管理功 能来完成。在 八 j m 网络环境中，一个呼叫有可能要求建立多个连接，在这种情 况下要求对该呼叫的每一个v c c或v p c执行c a c过程。 一个连接建立请求被接受的条件是该连接所经历的所有交换结点满足如下两 个条件: ( 1 ) 网 络具有足够的资源 ( 带宽 和缓冲区) 满足该连接所要求的q o s ; ( 2 ) 同时，能 够保证已 建立连接的q o s 不被影响。 在呼叫连接建立阶段，下列参数 ( 包含在流量合同中)需要在用户和网络之 间进行协商并取得一致，以使c a c对连接接受随绝作出正确的决定。 。 业务源流量描述符。业务源流量描述符是用来描述 a t m 业务源业务特性 的一组流量参数，如峰值信元速率 ( p c r ) 、可维持信元速率 ( s c r ) , 最大突发长度 ( mb s )和最小信元速率 ( mc r ) . . 所要求的q o s 类型， 以 信元丢失率( c l r ) 、 最大信元传送时延( m a x c t d ) 和峰一 峰信元时延抖动 ( p e a k - t o - p e a k c d v ) 等参数表示。 . 信元时延抖动容限 ( c d v t ) . c d v t是指由终端设备或用户驻地设备所 引起的信元时延抖动的上界。 . 一致性定义。一致性定义是指根据什么方法来判断用户的业务流量符合 博 士 学 位 论 文 : a t m网 络 连 接 允 许 控 制 机 制 的 塞 所协商的流量合同，目 前采用通用信元速率算法 ( g c r a) o 上述参数可能会在整个连接期间根据用户的要求重新进行协商。网络本身可 能会限制这种重新协商的次数。 1 . 1 . 2 c a c在a t m网络中的重要性 连接允许控制在 a t m 网络中具有十分重要的作用，这主要体现为以下两个 方面。 ( 1 ) c a c是a t m网络流量管理的重要功能 根据 a t m f o r u m“ 流量管理 4 . 0 ”建议1 1 , a t m网络流量管理的主要作用是 防止网络和用户发生拥塞以便获得预期的网络性能指标，如信元丢失率、信元时 延及时延抖动等等。a t m网络流量管理的另一个功能是提高网络资源的利用率。 在 “ 流量管理 4 .0 ”中，a t m f o r u r 。 将 c a c定义为 a t m网络流量管理的一 种重要功能，其重要性表现为: c a c只有在网络资源充足的条件下才会接受一个新的连接建立请求，因 此c a c在预防网络和用户发生拥塞方面起着十分重要的作用; 一个高效的c a c机制能够在满足网络性能指标的前提下尽可能多地接受 连接建立请求，从而提高网络资源的利用率。 ( 2 ) c a c是a t m网 络提供q o s 确保最重要的一种机制 能够提供q o s 保证是a t m网 络一个十分重要的 特征， 而提供q o s 确保的最 重要的一个方面则是对业务接入进行的控制， 如果一个新的连接的q o s 要求无法 被网 络满足或者该连接会影响已 建立连接的 q o s ，则 c a c将拒绝该连接的建立 请求。 1 . 1 . 3用于c a c的排队分析模型 从理论的角度出发，为了 在 a t m 网络中进行连接允许控制，可以建立一种 通信网络排队模型，当一个新的连接到达时，通过求解该排队网络模型来判断网 络是否能够接纳该连接。然而实际上，这种网络排队模型通常由几十个或几百个 排队系统组成，从而导致无法实时求解。在排队理论中，分析大型排队网络的一 种常用方法是将该网络分解为多个独立的排队系统并单独地对每个排队系统进行 分析，利用这种近似方法对于实际系统进行分析时，通常均能获得令人满意的性 能 :。 基于上述思想且不失一般性，我们考虑 a t m 网络中一种典型的具有输出缓 第一章绪论 冲、无内部阻塞的 a t m 交换机，并且在该交换机中，拥塞只会发生在其输出端 口处，如图 1 . 1 所示。 在图 1 . 1中， 每个输出端口为每一种类型的业务建立一个相应的缓冲区，此 时属于不同业务类型的信元在不同的缓冲区中进行排队，以 便能够为不同类型的 业务 提供各自 的q o s 保证s - i q 狡 出 胜 路 . 出 链 璐 图1 . 1 具有输出缓冲、无内部阻塞的a t m交换机 对于 c a c来说，决定是否接纳一个新连接的问题可以被看作为是一个排队 问 题。由 于不同 类型的 业务具有 不同 的 业务 特性和不同的q o s 要求，因 此 对应于 不同类型的业务应当有不同的 c a c机制161 。在上图中，c a c必须应用于各输出 端口的每一个业务缓冲区，不同的业务缓冲区采用不同的 c a c机制。如果我们 把图 1 . 1中一个输出端口的某一个业务缓冲区同交换机的其它部分分离开来，我 们可以得到图 1 .2 所示的排队模型。 新 的 连 接 图 1 . 2 人丁 m复用器排 队模 型 这种类型的排队模型称为 a t m 复接器排队模型，表示一定数量的业务源共 享一个有限容量的队列，该队列容量为 b ，服务速率为 c 。此时，若己存在的连 接其 q o s均被满足， c a c需要面对的问 题就是:是否能够满足新的连接所要求 的q o s ， 同时保证己 建立连接的q o s 不被影响? 这一问 题可以 通过解上面的a t m 复接器的排队问题来解决。 七 - 一 止i4 f 5 r i t 3 c : a t m i f 竺鱼 i 塑h b- 一 一叫 1 . 1 . 4 c a c机制的分类 a t m f o r u m在其建议 “ 流量管理4 .0 ”中，定义了五种不同的业务类型，即: 恒定t 匕 特率 ( c b r : c o n s t a n t b i t r a t e ) 、 实时可变比 特率( rt - v b r : r e a l - t i m e v a r i a b l e b it r a t e ) 、非实时可变比特率 ( n r t - v b r : n o n - r e a l - t i m e v a r i a b l e b it r a t e ) 、可用比 特 率 ( a b r : a v a i l a b l e b i t r a t e ) 和未定e l 特率 ( u b r : u n s p e c i f i e d b i t r a t e ) 业务。 这些不同的业务类型具有各自 不同的业务特性和q o s 要求，如表1 . 1 所示。 表1 . 1五种业务类型的业务特性和q o s 要求 特性 业务类型 cb rrt - vbr n rt - v b ra b r u b r 流量 参数 p c r a n d c dvtj, /j, /j s c 民 mb s , c d v t/ 矿j / mc r / , / / 服务 质量 cl rjjj 注 x ma x c dt jjxxx p e a k - t o - p e a k c d v jjxxx 反馈控制 xxx 7x 注: 对于 那些能 够遵循信源行为规则根据网络拥塞状况调节自 己信元速率的 a b r业务源， 应当为其提供低的c l r 保证，典型的 c l r 0 .8 ) ，基于 m / d / 1 / -近似方法的c a c机 制过于保守，从而导致较低的资源利用率。 第二章 c b r业务c a c机制的研究 基于 n * d / d / 1 / -的线性近似方法其性能则介于上述两种 c a c机制之间。由 于n个同类c b r业务源复用无限容量缓冲区的排队系统n * d / d / 1 / -其溢出概率 存在封闭解，因此基于 n * d / d / 1 / -线性近似方法的实现较为简单，并且能够获得 较高的资源利用率， 但是在某些情况下， 会出现c a c所估计的带宽低于实际c b r 连接所需要的带宽， 从而无法确保q o s . 表2 . 1 比 较了上述几种类型的c b r 业务连接允许控制机制在复杂性、 实时性、 资源利用率和提供服务质量确保的能力等几个方面的不同。 表2 . 1 c b r业务c a c机制性能比 较 c b r业务c a c 机制 基于 工d , i d 1 1 / 。的 近似方法 基于 m/ d / 1 / -的 近似方法 基于 n * d / d / 1 / 的 线性近似方法 复杂性复杂 简单简单 实时性不满足 满足满足 资源利用率高低较高 服务质量确保 确保有时无法确保 从上表可以 看出，在三种类型的c b r业务c a c机制中，基于n * d / d / 1 / -的 线性近似方法由于实现简单、满足实时性的要求，并且能够获得较高的资源利用 率，不失为一种较好的选择。但是，该机制还存在着以下两个较为明显的不足: ( 1 ) 用无限容量缓冲区排队系统的队长尾部分布来近似有限容量缓冲区排队 系统中的 信元丢失率 ( c l r ) ，即c l r p r ( l b ) = g ( b ) ， 这种近似方法有时会导 致较大的误差。 ( 2 ) 不能提供服务质量保证。 基于以上考虑，本文分析了a t m网络 c b r业务排队性能，给出了一种简单 的计算有限容量缓冲区排队系统 c b r业务信元丢失率上界和信元平均时延的解 析表达式，并在此基础上提出了一种新的 c b r业务连接允许控制机制:基于最 小速率替换的线性近似c a c机制。该c a c机制采用有限容量缓冲区情况下c b r 业务信元丢失率的上界，而不是将 c l r用无限容量缓冲区系统的队长尾部分布 来近似，以便能够作出更为准确的连接允许判断。此外，该机制通过将高速率的 c b r连接用等价的多个低速率c b r连接进行替换，确保了服务质量。 本章第二节分析了a t m 网络c b r业务排队性能，给出了一种简单的计算有 限容量缓冲区排队系统 c b r业务信元丢失率上界和信元平均时延的表达式，并 通过数值计算和仿真分析得出以下结论:在较小的缓冲区容量下，即使 c b r业 务被分配的带宽大于等于其峰值速率，也还存在着较大的信元丢失率:当复用的 c b r业务数目 很大时，只需要分配相对较小的缓冲区容量就可以满足十分低的信 元丢失率要求;在低速率 c b r业务信元的端到端时延中，与打包时延相比，信 博士学位论文:a t m网络连接允许控制机制的研究 元在 a t m 设备中的排队 时延通常只占很小的比例。本章第三节在第二节的基础 上提出了一种新的 c b r业务连接允许控制机制:基于最小速率替换的线性近似 c a c机制。该机制具有以下两个特性:一方面，采用有限容量缓冲区情况下c b r 业务信元丢失率的上界，而不是将 c l r用无限容量缓冲区系统的队长尾部分布 来近似.另一方面，通过将高速率的c b r连接用等价的多个低速率 c b r连接进 行替换，确保了服务质量。 2 .2 a t m网络c b r业务排队性能分析 2 .2 . 1排队模型及信元到达和离去模型 在a t m 网 络中， c b r业务的 特点是以峰值速率周期地发送信元。 在早期的 c b r业务排队性能分析中，存在连续时间和离散时间两种排队分析模型，本文则 根 据 c b r业务源周期发送信元的 特点，采用了n * d / d / 1 / - ( 无限容量缓冲区排 队系统)和 n * d / d / 1 / b( 有限容量缓冲区排队系统)的离散时间排队模型，分别 如图2 . 1 和图2 .2 所示。 c b r ,一 c b r n一 图2 . 1 服务速率c c b r , c b 殊 c b r 业务排队模型伽* d / d / i / o o )图 2 .2 c b r 业务排队 模型 例* d / d / 1 厄) 上述排队模型均采用单个服务员，先来先服务且服务时间确定，到达过程为 n个相互独立的同 类c b r业务源， 它们均以d为周期发送信元，其中d为服务 速率与c b r业务到达速率之比 ( 例如:当c b r业务为1 . 5 m b p s 恒定比 特率的电 路t 1 仿真业务且服务 速率为1 5 0 m b p s 时， d = 1 0 0 ) 。 将时间 轴划分为 等长的 时 隙，每个时隙用于一个信元的传输，则该系统在时间轴上呈现周期性，每个周期 由d个时隙组成，假设在每个周期内n个c b r业务源的信元到达服从均匀分布， 此时业务负荷为n / d * 这里采用图 2 .3所示的信元到达和离去模型，即新的信元在每个时隙开始的 时刻到达，每个被服务的信元在时隙结束的时刻离去o 0 ，则 p r l ( d ) x = p r 3 i ,0 i d ， 使 得艺a ( j ) 一 = x + 1 )( 2 - 5 ) 令 变量: e 1 , d ， 定 义 a . 一 艺 a ， 一 ( r 一 ， ) 一 x + 1 b r = 艺a ， 一 i x + 1 , h i, r 一 1 i x = 艺p r( a , b , ) = 艺p r( a , ) p r( b , i a , ) ( 2 - 6 ) n - -, x + r n 尸一dd 其中 p r ( a , ) = p r 艺a 1 j = d - ( r - 1 )一 + x 一 c n +, 会 ，“ “ - p r ( b , i a , ) = p r 艺a ， 一 i 1 一 r v i , r 0 = g (0 ) = 劣 2 .2 .3有限容量缓冲区系统n * d / d / 1 b排队性能 ( 1 ) 信元丢失率 直观上看，由于 c b r业务周期地发送信元，因此只要在输出端口为其分配 容量为n的缓冲区，并且服务速率大于n个 c b r业务峰值速率之和时，则不会 发生信元丢失。但是，当n值很大时，例如:当服务速率c为6 2 2 m b i t/ s 时，可 以复用大约 1 万个6 4 k b i t / s 的无压缩语音c b r业务， 显然此时在a t m交换机中 的每一个输出端口为 c b r业务分配如此大容量的缓冲区是不现实的，也是不必 要的。事实上，研究缓冲区对c b r业务信元丢失率的影响对于相应的a t m交换 机/ 复用器缓冲区设计、带宽分配以及连接允许控制 ( c a c )都是十分重要的。 在一般的排队分析方法中，通常利用无限容量缓冲区排队系统的队长尾部分 布来近似有限容量缓冲区 ( 容量为b ) 排队系统中的c l r( 信元丢失率) ，即c l r “p r ( l b ) = g ( b ) ， 这种近似方法有时会导 致较大的误差， 如图2 .4 、图2 . 5 所示。 在图 2 .4中，l代表无限容量缓冲区排队系统的稳态队长，序号 1 至 8是一 第二章 c b r 业务c a c机制的研究 个周期内 的 时隙 标号。 在图2 . 5 中， 场代表有限 容量缓冲区 ( 容量b = 2 ) 排队 系 统的稳态队长. 根据图2 .4 , g ( b ) = g ( 2 ) = p r ( l 2 ) = 3 / 8 ， 而从图2 . 5 中可以 看出c l r =