中国与世界的研究：太平洋战争爆发后的影响

7．6．2　ATM网络的业务控制

1．呼叫接纳控制

呼叫接纳控制是ATM特有的。在电路交换中，呼叫的带宽是固定的64kbit/s，只要从发端到终端选择一条通路，该呼叫就允许。但在ATM中，每次呼叫的带宽不固定，呼叫接纳不仅与业务量参数有关，而且还决定于服务质量。下面首先介绍业务流量参数和服务质量参数。

（1）业务流量参数

ATM网络中规定了几种基本的业务流量参数，包括：信元延时变化容限（CDVT）、峰值信元速率（PCR）、突发容限（BT）、可持续的信元速率（SCR）等。网络根据这些参数对各种类型的业务分配带宽并进行拥塞控制。

信元延时变化容限是表示终端生成信元后，在UNI上容许该信元传递时间间隔变化的范围参数。这种时延变化是由物理层的开销和用户网络接口处的复用设备造成的。峰值信元速率表示在ATM连接上能够发送的信息速率的上限，用发送相邻两个信元的最小时间间隔的倒数表示。突发容限也是可变比特率业务的参数，对应于最大突发长度。可持续的信元速率是可变比特率类业务应用参数，它表示在ATM连接上得到保证的平均速率的上限。平均速率是指发送的信元数与连接时间的比值，在统计复用时，用大于可持续的信元速率而小于峰值信元速率的速率传送信元，可使业务得到保证。

（2）服务质量参数

服务质量参数包括：信元传递时延（CTD）、信元时延抖动（CDV）、信元丢失率（CLR）、信元错插率、误码率等。信元丢失率为丢失信元与发送信元的比率。信元传递时延包括：编码和解码时延、分段和重装时延、线路传送时延、ATM节点处理时延（包括交换、排队、路由等时延）。信元时延抖动是指信元聚结的程度，表示实际信元间隔与标准信元间隔的接近程度。信元错插率是指错插信元与时间间隔的比率。误码率表示传递比特的出错概率。

2．连接接纳控制

（1）连接接纳控制过程

如图7．28所示，当终端用户向网络提出连接申请时，首先要给网络提交所申请连接的业务流量参数峰值信元速率（PCR）、可持续的信元速率（SCR）等，网络根据当前资源和建立该连接所需要的资源进行决策。如果网络的当前资源能够满足该连接的申请需求，则接受该连接申请，并分配网络资源，在用户和网络之间建立流量合约。如果网络当前的资源不能满足该连接的需求，则拒绝该连接申请。

图7．28　连接接纳控制过程示意图

（2）网络资源分配方法

网络资源的分配方法有两种，一种是按峰值信元速率给用户分配网络资源，这种方法又称为“非统计类CAC方法”，通常用于CBR A类业务的资源分配。这种方法的优点是可以保证服务质量，容易实现；缺点是对变比特率业务如果速率变化很大时，网络资源浪费严重。另一种CAC方法是等效带宽法，它是根据单个连接中信元的分布及综合网络中多个连接业务的特征来分配资源，即按等效带宽来分配资源，通常用于VBR业务的资源分配。这种方式可以提高网络资源的利用率，但实现比较复杂。

CAC是交换机中的软件功能，它负责决定是否接受一个呼叫请求。呼叫请求中定义了业务源流量参数和所要求的QoS类别。CAC根据PVC建立时间或SVC呼叫产生时间决定是否接受呼叫请求。对于接受的请求，CAC确定UPC/NPC参数、路由和资源分配。分配的资源包括中继线带宽、缓冲器空间和交换机内部资源。最简单的CAC算法是对峰值信元率的分配，如果峰值信元率的总和超过了中继线带宽，CAC就拒绝呼叫请求。(www.xing528.com)

CAC在各节点工作的受理逻辑大致可分为两种：一种是计量流入各VP的信元数，以此作为判断受理VC的依据，此种方式适合于事先流量很难预测的数据通信业务；另一种是以用户申报的流量描述器为基础进行受理判断。

3．使用参数控制

使用参数控制分为两种：一种是用户使用参数控制（UPC），另一种是网络参数控制（NPC）。在用户接入点（UNI）上对来自用户的信元流进行监测和控制，称为用户使用参数控制；在NNI上对来自于另一网络的信元流进行监控，则称之为网络参数控制。UPC/NPC的主要目的在于通过监测和控制业务流量确保带宽和缓冲器等资源根据其流量合同（用户和网络之间的双重承诺）在用户中合理分配。如果没有UPC/NPC，网络资源就会被无意地或恶意地过量占用，以致影响到其他已建立的ATM连接的业务质量。

UPC要控制ATM连接所递交的业务量，其目标是控制用户产生的超过合同规定的业务流量，不允许其接入网络。当用户信元流遵守流量合同时，允许信元通过，即允许接入网络；而当用户信元流违反合同时，可对违约信元进行标记（即对CLP为“0”的信元进行操作，使其CLP为“1”）或直接将违约信元丢弃。当用户信元流违约时，还会导致连接释放。是否选用这一功能将由网络运营者决定。

4．信元丢失和优先级控制

ATM信元头部有一个字节的信元丢失优先级（CLP）字段，在网络发生拥塞时，CLP若为“0”该信元先被丢弃，CLP若为“1”该信元被丢弃的优先级低，如果网络发生拥塞，必要时也可以丢弃。

优先权控制有助于取得所要求的QoS丢失参数和时延参数。这种控制可以采用优先权排队业务调度和公平排队等方法实现。一般来说，在交换机中存在着多个队列，以便要求时延小的信元流排到前面。

如图7．29所示，优先权排队功能安排在交换机的输出缓冲器上。多个输入的信元流先进入优先权表查找其在内部的优先权值，根据其优先权值到达输出端口对应的队列。ATM输出口根据某种特定的调度算法为每个队列提供服务。

图7．29　优先权排队

5．流量控制与拥塞控制

在分组交换和程控交换中采用“窗口”法作为流量控制和拥塞控制的主要方法。所谓“窗口”法，即当分组网中的分组数量超过事先约定的数（称“窗口”数）时，分组交换机就让没有进入网络的分组在缓冲器中排队等待。在程控交换机内，当同时呼叫的用户数超过一定的用户数（亦可称“窗口”数）时，拒绝接受呼叫，产生呼损。但由于ATM采用光纤传输，传输速率非常高，信元在光纤中的时延非常短，所以传统的“窗口”法不适合ATM网络。

ATM中的流量控制和拥塞控制措施可分两大类：即预防式和反应式。预防式流量控制是一种预先告知网络通信能力的控制方法，在网络拥塞发生前对进入网络的业务量进行限制，因此，影响网络带宽的利用率。反应式流量控制类似于分组交换网络中的“窗口”法，当网络中信元数超过一定数量时，对进入的信元进行控制，如用信元速率适配法或选择性地丢弃信元。发生拥塞的资源也称为瓶颈或拥塞点。

在拥塞状态下，用户提供给网络的净荷接近或超过了网络的设计极限，从而不能保证流量合同中规定的业务质量（QoS）。这种现象主要是因为网络资源受限或突然出现故障所致。造成ATM拥塞的网络资源一般包括交换机输入/输出口、缓冲器、传输链路、ATM适配层处理器和呼叫接纳控制器（CAC）。