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通信网络_4ATM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In1-BIn2-BInn-BOut1-BOut2-BOutn-B管理(软件)系统信令系统输入接口输出接口交换矩阵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In1-BIn2-BInn-B输入接口输出接口交换矩阵仲裁调度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交换技术输入接口输出接口交换矩阵Out1-BOut2-BOutn-B输出调度控制3、ATM交换的数据缓冲方式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交换技术输入接口输出接口交换矩阵Buffer(RAM)交换矩阵缓存区域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法，可以证明，平均延时为第四章ATM交换技术ppNNW1213、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S(缓存队列大小)(Cells)Load(负荷)(%)02468101214161820102040305060807010090Pc(信元丢失率)：10-3输出缓存排队输入缓存排队中间缓存排队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交换技术输入排队缓存中间排队缓存输出排队缓存对存储器件速度的要求较低较高较高对缓存空间大小的要求较大较小中等控制逻辑的复杂性简单(FIFO)复杂(RAM)简单(FIFO)系统的服务性能较低较高较高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（IC）：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：2×216×1632×32端口速率：155Mbps622Mbps2.5Gbps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：N×N输出控制输入控制交换矩阵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InInInInInOutOutOutOutOut交换总线K2008CopyrightSCUTDT&PLabs272、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交换技术输入端口j输出端口k输出端口k输入端口jInInOutOut2、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InInInInOutOutOutOut输入选择控制控制逻辑输入选择控制数据存储虚拟缓存队列Cell-InCell-Out2、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交换技术冲突12345678910111213141516123456789101112131415162、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10－10以下。第四章ATM交换技术Input/outputbuffersscheduler,mappingsInputBufferOutputBufferInputBufferOutputBufferInputBufferOutputBufferInputBufferOutputBufferFABRIC2、ATM交换系统的构成避免竞争出线导致丢失的方法：增加多个缓冲队列第四章ATM交换技术QUEUESERVER2、ATM交换系统的构成多路输出缓冲队列的调度第四章ATM交换技术第四章完