宽带ATM交换的特点

2020/1/31程控交换技术与通信网国家重点实验室主要内容宽带ATM交换的特点及其对交换结构的影响ATM基本交换模块排队原理性能分析实现ATM交换机构路由特性多级互连网络2020/1/32程控交换技术与通信网国家重点实验室宽带ATM交换的特点宽带ATM交换2020/1/33程控交换技术与通信网国家重点实验室传统交换与ATM交换的差异现有的交换方式基于STM原理的交换（电话交换）分组交换(X.25、帧中继等)现有交换方式不能直接适用于ATM交换，原因：ATM具有极高的信息处理速度ATM信息流的统计行为ATM信元的固定长度有限的信元头功能不同用途的ATM交换系统差异很大宽带ATM交换的特点——2020/1/34程控交换技术与通信网国家重点实验室ATM交换系统的构成ATM交换系统的应用场合用于公用宽带网的ATM交换系统（ATMCentralOffice）用户的内部专用网（ATMLAN）交换系统的构成：传输部分（传输网）在入线与出线之间传输ATM信元的物理设备完成协议参考模型中用户平面的功能控制部分在信令处理的基础上实现对传输网进行控制的设备完成协议参考模型中控制平面的功能宽带ATM交换的特点——2020/1/35程控交换技术与通信网国家重点实验室交换系统的QoS参数传输网络容量信元丢失率误比特率信元时延信元时延抖动宽带ATM交换的特点——控制网络呼叫处理能力（BHCA）呼叫建立时间呼叫释放时间呼叫建立的阻塞概率呼损概率2020/1/36程控交换技术与通信网国家重点实验室ATM交换系统的功能交换ATM信元从一条入线上被传送到一条或多条出线的逻辑信道上。集中/复用把N条入线上的信息组合到M条出线上。集中：物理入线数物理出线数复用：把多个逻辑输入通道统计复用到一条逻辑输出通道上扩展/分路集中/复用的逆操作。宽带ATM交换概述——宽带ATM交换的特点——2020/1/37程控交换技术与通信网国家重点实验室ATM交换的基本原理逻辑ATM信道以物理端口以及该物理端口上的逻辑信道来表征：逻辑ATM信道=物理端口+物理端口上的逻辑信道物理端口号：表征了物理入线或出线物理端口上的逻辑信道：由虚通路/虚信道标识(VPI/VCI)表征ATM交换的定义从一条逻辑ATM信道到一条或多条逻辑ATM信道的信息交换（该交换可以在许多逻辑ATM信道中选择）。ATM交换的基本功能时分交换、空分交换、信元头交换（翻译）宽带ATM交换概述——宽带ATM交换的特点——2020/1/38程控交换技术与通信网国家重点实验室ATM交换的基本功能空分交换功能一条物理入线上的信息交换到另一条物理出线上。时分交换功能将物理入线上一个逻辑信道上的信息交换到物理出线上的另一个逻辑信道上。信元头交换（翻译）一个逻辑ATM信道上的信元被交换到另一个逻辑ATM信道上时，其输入信元头的值将会被翻译成一个与输出逻辑ATM信道相对应的信元头输出值。宽带ATM交换概述——宽带ATM交换的特点——2020/1/39程控交换技术与通信网国家重点实验室空分交换功能空分交换功能将信息从一条物理入线交换到到另一条物理出线上空分交换中的关键问题——路由选择（routing）在交换机内部，信息如何选择一条路由从入线到达出线择宽带ATM交换的特点——空分交换ab::123Nc4ba::123Mc42020/1/310程控交换技术与通信网国家重点实验室时分交换功能时分交换功能入线上某逻辑信道中的信息被交换到出线上另一个逻辑信道是逻辑信道（VP/VC）的交换（而不是固定帧时隙）存在竞争问题存在多个逻辑信道竞争物理出线上同一时间片的情况，必须引入排队来解决竞争问题。排队功能——ATM交换的一个重要功能宽带ATM交换的特点——时分交换abccabFrameFrame2020/1/311程控交换技术与通信网国家重点实验室ATM交换的基本原理宽带ATM交换的特点——akkablccmxxzyxyssQueueQueueQueue数据信头翻译表O1O2OqI1I2In输入链路VCC输出链路VCCI1xO1kyOqmzO2l::InxO1ayO2bsOqc信元头输入输出信元数据信元头信元头翻译信元被交换的同时，输入信头的值被翻译成输出信元头的值。2020/1/312程控交换技术与通信网国家重点实验室ATM交换的基本功能空分交换功能——路由选择时分交换功能——排队功能信头交换（翻译）功能宽带ATM交换的特点——2020/1/313程控交换技术与通信网国家重点实验室业务对宽带交换的要求宽带业务的多样性业务对宽带ATM交换的具有不同的要求，表现在：业务的信息速率几Kb/s到几百Mb/s或更高时间行为特性恒定比特率或可变比特率实时或非实时性能语义透明性：信元丢失率、误比特率时间透明性：交换时延、时延抖动其他性能参数：吞吐量、处理能力、连接阻塞广播和组播功能宽带ATM交换的系统需求——2020/1/314程控交换技术与通信网国家重点实验室业务的信息速率现有和未来的宽带业务的信息的速率范围很宽最低：几Kbit/s（如遥测数据和远程控制）最高：几百Mbit/s（如高清晰度电视150Mb/s）交换系统必须能够交换多种信息速率的业务交换系统的接口速率都超过150Mbit/s例如，基于SDH的信元传输接口中，有以下的速率等级：155.520Mb/s光接口或电接口622.080Mb/s光接口2488.320Mb/s光接口在交换系统的内部，信息处理的速率可能更高交换内部的信息复用使内部的信息速率很高采用并行化的处理方式可以降低交换系统内部信息速率宽带ATM交换的系统需求——2020/1/315程控交换技术与通信网国家重点实验室广播和组播功能广播和组播特性是宽带业务对通信网的新要求广播——信息从一个源传递到所有的目的地组播——信息从一个源传递到一组特定的目的地典型应用：电子邮件列表的分发、数字化图象库的访问、电视分配传统的STM电路交换的连接形式是点到点连接信息只能从一条逻辑信道交换到另一条逻辑信道上传统的分组交换也不能支持广播和组播功能业务对广播和组播功能的需求对交换系统的影响广播和组播需求是ATM交换系统设计中需要解决的一个重要问题宽带ATM交换的系统需求——2020/1/316程控交换技术与通信网国家重点实验室性能参数的需求传统交换系统吞吐能力误比特率连接阻塞交换时延呼损概率宽带ATM交换的系统需求——ATM交换系统吞吐能力误比特率连接阻塞交换时延信元丢失率信元误插率时延抖动2020/1/317程控交换技术与通信网国家重点实验室吞吐能力和误比特率影响交换系统的吞吐能力和误比特率的因素信息吞吐能力系统的信息处理速率、系统的规模、系统设计的技术和工艺信令处理能力交换系统中控制结构的设计影响系统误比特率的因素实现中所采用的技术和工艺提高系统吞吐能力、控制误比特率的方法在系统设计中，可以采用以下的方法来获得很高的吞吐能力，同时将误比特率保证在可接受的范围内：采用新技术、新工艺和新型高速器件（BICMOS、ECL等）合理的体系结构设计，提高整体性能宽带ATM交换的系统需求——性能需求2020/1/318程控交换技术与通信网国家重点实验室连接阻塞连接阻塞的概念建立ATM连接时，在交换机内部有需要有足够的资源来保证新建连接的质量，这些资源包括：带宽、VPI/VCI、信头和标签等；系统不能保证所有的新建连接都能获得所需的资源；在连接建立时，若交换系统在逻辑入线和出线之间找不到足够的资源，就出现连接阻塞，新建连接的请求被拒绝；连接阻塞的概率取决于交换系统中出现资源不足的概率；交换系统的连接阻塞特性，由其系统设计所决定。根据连接阻塞特性，可将交换系统分为：不存在内部连接阻塞的交换系统存在内部连接阻塞的交换系统宽带ATM交换的系统需求——性能需求2020/1/319程控交换技术与通信网国家重点实验室连接阻塞交换系统的内部实现不一定是面向连接的不存在内部连接阻塞的交换系统内部不需要面向连接传输网内部存在足够的资源，不会出现内部阻塞新建连接总是可以接受，无需检查内部资源新建连接仍然可能由于外部链路资源的不足而被阻塞存在内部连接内部阻塞的交换机系统通常内部实现面向连接建立新连接时必须分配内部资源在内部资源不足是会发生连接阻塞其阻塞率由交换系统的容量设计决定宽带ATM交换的系统需求——性能需求2020/1/320程控交换技术与通信网国家重点实验室信元丢失/误插率产生信元丢失和误插的原因ATM基于统计复用交换系统中队列技术的采用在某瞬间，交换系统中会出现大量信元竞争同一链路的情况，这时可能会导致队列溢出，引起信元丢失。交换系统路由选择机制的错误ATM信元在交换系统内部被错选了路由会造成信元误插。ATM交换系统对信元丢失/误插率的要求为保证语义透明性，信元丢失/误插率应保持在一定范围内ATM交换机的信元丢失率一般在10-8至10-11之间信元误插率一般要小于信元丢失率的千分之一宽带ATM交换的系统需求——性能需求2020/1/321程控交换技术与通信网国家重点实验室信元丢失/误插率根据是否存在内部信元丢失，交换系统分为：无阻塞的交换系统交换结构的设计使系统中不会出现内部资源的竞争系统内部不会丢失ATM信元信元的丢失仅可能发生在交换系统的入线或出线处有内部阻塞的交换系统存在内部资源竞争由于可用内部资源的缺乏，可能导致ATM信元的丢失采用良好的系统设计策略，可将信元阻塞概率控制在一定范围内宽带ATM交换的系统需求——性能需求2020/1/322程控交换技术与通信网国家重点实验室交换时延和时延抖动交换时延交换时延是交换系统完成ATM信元交换的时间交换时延是保证时间透明性、体现交换机性能的重要因素典型的ATM交换时延应在10µs到1000µs时延抖动信元交换时延的变化值时延的抖动值小于几百微秒时延抖动的表示方法：分位点——交换时延超过某值的概率，例如：10-10分位点上的100µs的抖动，其含义是交换时延超过100µs的概率小于10-10宽带ATM交换的系统需求——性能需求2020/1/323程控交换技术与通信网国家重点实验室VP交换与VC交换ATM交换的过程在交换节点处完成信息从交换节点的入线交换到出线将输入VPI/VCI值交换为输出VPI/VCI值ATM连接分为VPC和VCC，ATM交换相应分为两类：VP交换又称交叉连接(cross-connect)，相应的设备称为交叉连接设备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中所包含的所有VCC被作为整体被交换用于骨干网中大量VCC的成组交换，通常不需信令功能，通过网管控制VC交换功能涵盖了VP交换提供不同VPC中各VCC之间的信息交换实现输入VPI/VCI值到输出VPI/VCI值的映射宽带ATM交换的概念2020/1/324程控交换技术与通信网国家重点实验室VP交换VP交换VPI=1VPI=3VPI=5VPI=2VPI=4VPI=6VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=1VCI=2宽带ATM交换的概念2020/1/325程控交换技术与通信网国家重点实验室VC交换VC交换VP交换VCI=1VCI=2VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=1VCI=21243VPI=1VPI=4VPI=5VPI=2VPI=3宽带ATM交换的概念2020/1/326程控交换技术与通信网国家重点实验室ATM交换系统的构成ATM交换机构基本交换模块交换机构由相同的基本交换模块以特定的拓扑结构互连而成设计中需要解决的主要问题——路由选择基本交换模块用于构造交换机构的最小通用模块设计中需要