2014 - 2015 网络通信原理_8：ATM-2.ppt

1、通信网络_4 ATM交换技术,1、ATM交换的基本概念 ATM交换：从一条逻辑ATM信道到一条或多条ATM逻辑信道的信息交换； ATM逻辑信道：由信元头中VPI/VCI标识的虚信道； 常用的数据交换实现方式： 空分交换：将一条物理入线上的信息交换到另一条物理出线上； 时分交换：将入数据帧上某一时隙的信息交换到出数据帧的另一时隙上； 信元交换：将某入逻辑信道上的信元交换到某一出逻辑信道上，信元头上的逻辑信道标识同时发生变化。,第四章 ATM交换技术,1、ATM交换的基本概念 空分交换 关键技术：如何实现入线到出线的路由，有效解决对输出端口的竞争问题,第四章 ATM交换技术,1、ATM交换的基本概

2、念 时分交换 关键技术：如何实现信息单元的缓存与切换，解决输入信息单元对输出时隙的竞争问题,第四章 ATM交换技术,1、ATM交换的基本概念 信元交换 关键技术：如何解决对输出端口的竞争问题，信息单元的缓存队列中服务质量控制问题,第四章 ATM交换技术,1、ATM交换的基本概念 对ATM交换系统的要求 处理不同的业务信息速率：从几kbps到几Gbps传输服务 处理不同的业务行为特性： 恒定比特率 可变比特率 实时业务/非实时业务；单播/组播/广播功能 处理不同的性能的要求： 语义透明性：信元丢失率、误比特率 时间透明性：传输时延、时延抖动,第四章 ATM交换技术,2、VP交换与VC交换 VP交

3、换： 只提供VP连接的交换，实现输入VPI值到输出VPI值的映射 被交换的VPC中包含的所有VCC作为整体被交换 VP交换用于骨干网中大量的VCC的成组交换,第四章 ATM交换技术,2、VP交换与VC交换 VC交换 提供不同的VPC中各VCC之间的信息交换 实现输入VPI/VCI值到输出VPI/VCI值的映射 VC交换可以涵盖VP交换,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 基本结构,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 基本组成 交换（模块）单元 输入/输出/缓存和调度单元 控制软件： 信令软件 管理软件,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 缓冲器 缓冲器

4、是统计复用的交换系统的必要的部件； 缓冲器可以解决多个输入的数据流/数据分组争夺一个输出端口时分组丢失的问题； 根据缓冲器在交换单元中的位置，有多种排队策略 输入排队 输出排队 中间排队 输入/输出排队 ,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 输入排队策略,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 输入排队策略： 解决输入端可能出现的竞争问题 仲裁器可根据不同的策略决定哪些入线队列的信元通行 仲裁策略： 轮询服务 优先级服务 根据队列的拥塞情况确定服务 ,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式 输出排队策略,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式

5、 输出排队策略 假定入线的信元可以通过高速的交换单元到达输出端 输出排队可以解决在多个信元对输出端的竞争问题 在每一个信元调度周期内，只有一个信元到达输出线 其余到达的信元在缓冲器中等待 输出缓冲其可以有多个队列，输出调度器各级某种规则 控制不同缓冲队列中的信元输出 为保证在输入端无信元丢失，交换的速度必须N(输入端口 数)于入线的速率,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式 中央排队策略,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式 中央排队策略 在交换单元中设置缓冲器，供输入输出端口共享 中央缓冲方式可节省缓冲器的总容量 采用中央缓冲方式通常需要复杂的控制机制解决高效

6、率 得到信元读写功能 在实际的系统中，通常同时采用输入/输出，或者输入/ 中央/输出等的综合排队缓冲方式,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析 衡量排队策略性能的主要指标 信元丢失率 信元的排队时延 所需缓冲器的容量 研究性能的主要方法 设定业务类型 加入不同的负荷量 通过理论分析或仿真获得上述的性能指标,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析 通常基本理论分析的假设条件 N入线/N出线：输入输出对称 入线的平均利用率为p(0p1)，相应的空信元概率为1-p 任一输入信元寻址到任何一出线的概率相等：1/N 利用排队论的分析方

7、法，可以证明，平均延时为,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析：负荷与缓冲队列长度的关系 三种排队模型计算机仿真结果,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析： 输入排队 最大可承担的负荷：0.586 单一的输入排队方式在实际系统中很少用 输出排队 负荷小于0.8时，平均等待时间很小，中等队列长度 中央排队 负荷小于0.8时，平均等待时间、队列长度均很小,第四章 ATM交换技术,3、ATM交换的数据缓冲方式 不同排队策略实现的复杂性分析：,第四章 ATM交换技术,3、ATM系统的基本交换模块 基本交换模块的组成 入线控制器（I

8、C）：用于输入端口的控制 出线控制器（OC）：用于输出端口的控制 传输/交换网络：用于实现信元从入线到出线的交换通路,第四章 ATM交换技术,3、ATM系统的基本交换模块 基本交换模块的典型指标 端口数： 22 1616 3232 端口速率：155Mbps 622Mbps 2.5Gbps,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 基本交换模块的工作方式： （1）空分方式：通过并行的空分复用提高交换速度 切换的控制可根据某种调度规则实现,第四章 ATM交换技术,矩阵内的 切换开关 数目： NN,2、ATM交换系统的构成 基本交换模块的工作方式 （2）总线方式： 通过线宽的加大换取交换速度

9、的提高 交换的实现通过总线的仲裁逻辑控制,第四章 ATM交换技术,要求总线 速率大于 N倍端口 速率,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,27,2、ATM交换系统的构成 基本交换模块的工作方式 （2）总线方式：,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 基本交换模块的工作方式 （3）共享存储器方式： 切换通过输入/输出共享存储器的方式来实现 切换速度主要通过加大线宽来提高,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 ATM交换机构： ATM交换机构由大量小的ATM交换模块组成 ATM交换机构通常采用多级互连网（MIN）的结构 采用MIN的结构可以大大减少内

10、部交换节点/开关的数目 MIN交换结构主要需要解决的问题 路由(交换模块内部)选择： 保证从入线可得到到出线的合适 传输路径，解决拥塞和竞争资源 问题。,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 多级互连网（MIN）的路由标签 从入线到出线的路由可由一串称为路由标签的数字表示,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 路由选择： 基于信元的自寻路方式 路由信息存放在路由标签中，加到每一个信元的前面 路由标签包含经过MIN中各级的路由信息，逐级被解析 该方式实现组播比较困难,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 路由选择：基于信元的自寻路方式原理示意图,第四章 ATM

11、交换技术,2、ATM交换系统的构成 路由选择： 基于网络路由表的寻路方式 在MIN中每一级提供基于信元VPI/VCI的路由表 根据路由表确定每个特定VPI/VCI标记信元的传递路由 在每级交换时更新VPI/VCI标记 该方式易于实现组播功能,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 路由选择：基于路由表的寻路方式原理示意图,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 多级互连网（MIN）内部的资源竞争/阻塞问题 竞争/阻塞会导致信元的丢失,第四章 ATM交换技术,2、ATM交换系统的构成 降低多级互连网（MIN）内部阻塞的主要方法 在基本交换模块中设置缓冲队列 提高MIN内部的信息处理速率 在交换节点之间建立反馈控制机制 在入线与出线之间采用多平面平行网络 在基本交换单元间提供多条通路 通过适当的措施，信元在MIN内部的丢失率可以控制在 1010以下。,第四章 ATM交换技术,Inpu