通信网络_5：ATM的业务量与拥塞控制

2008CopyrightSCUTDT&PLabs1通信网络_5ATM网络的业务量控制与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs21、网络的拥塞问题网络拥塞的主要原因基于统计复用的分组网络，进入网络的数据分组业务流通常具有很大的突发性和不可预测性；当某一时刻大量数据分组争夺同一网络资源，如某一输出端口、链路带宽、缓冲空间或处理器运算时间等，就可能造成网络拥塞；网络设计不合理，网络流量管理和调度算法的不完善，网络运行中出现错误等，也可能造成拥塞。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs31、网络的拥塞问题网络拥塞的主要表现网络节点交换设备中的缓冲队列长度急剧增加，传输时延显著变大；数据分组因缓冲器的溢出造成丢失；数据分组的不断重传造成恶性循环，最终使网络不能稳定运行，性能明显下降。ATM网络一种基于信元的分组交换网络，因此也有拥塞的基本问题；ATM网络是一种宽带、高速的网络，短时间内进入网络的数据量就可能达到很大，有效的流量管理和控制尤为重要。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs41、网络的拥塞问题网络吞吐量与输入网络负载的关系第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs51、网络的拥塞问题解决拥塞问题的基本方法根据网络的可用资源作接入控制突发业务流的整形和平滑有效的调度控制算法增加网络的资源：增大缓冲空间、升级有关的设备网络业务量管理的主要两个方面业务量控制（TrafficControl）拥塞控制（CongestionControl）第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs61、网络的拥塞问题业务量控制与拥塞控制业务量控制：对输入网络的流量进行管理，避免网络进入拥塞状态而采取的措施，业务量控制贯串用户接入控制、网络资源调度、传输控制等整个过程。拥塞控制：在拥塞发生时采用的定位拥塞原因和位置，防止拥塞扩散，缓解拥塞造成的影响、最终解决拥塞问题所采取的措施；拥塞控制可以看作流量控制的一部分。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs72、ATM网络的业务类型ATM网络的业务类型CBR(ConstantBitRate)如传统的话音业务；VBR-RT(VariableBitRate-RealTime)如编码后的语音和视频业务；VBR-NRT(VariableBitRate-Non-RealTime)如普通的非实时数据业务；ABR(AvailableBitRate)可根据可用带宽进行传输调节的业务；UBR(UnspecifiedBitRate)如一般的在网络中级别最低、无质量保证的数据业务；GFR(GuaranteedFrameRate)一种新的需要以帧为单位保障传输的业务。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs82、ATM网络的业务类型•ATM网络带宽资源分配的优先度通常依次为：CBRrt-VBRnrt-VBRABRUBR第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs93、网络的业务量管理框架网络与用户接口间的业务量管理通过连接建立前，网络与用户间的协商确定服务质量参数；用户向网络承诺业务源的特性：速率、突发性等网络向用户保证特定QoS要求的服务：带宽、延时、差错率等协商完成后形成有关的合约（TrafficContract）若用户的业务源特性满足合约，网络保证承诺的QoS；若用户违反业务合约，对违反合约的业务量部分网络不必满足承诺的QoS。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs104、网络业务量管理功能连接接纳控制(CAC)根据用户的请求判断网络是否有足够的资源支持相应的QoS；新业务接入前提：满足用户QoS需求，不影响原有服务的QoS用户/网络_参数控制(UPC/NPC)UPC/NPC是网络在用户-网络接口(UNI)/网络-网络接口（NNI）上的一组操作，监控接口上的现有连接的传输状况;UPC操作在UNI接口上提供；NPC操作在NNI接口上提供保证正常业务流量的QoS对违约的业务流打上特定的丢失优先标记或阻止其进入网络第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs114、网络业务量管理功能用户/网络参数控制(UPC/NPC)的主要功能检测信元流量的业务特性(速率、突发性)与合约的一致性；检测信元的有效性；对违约的信元打上标记、降低其服务等级或者丢弃。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs125、网络业务量参数描述业务特性的主要参数(描述器参数)峰值信元速率(PCR)可维持信元速率(SCR):平均信元速率最小信元速率(MCR)信元时延变化容限(CDVT)突发容限(BT)和最大突发长度(MBS)信源业务的基本参数：PCR、SCR、MCR和MBS连接要求的基本业务参数：PCR、SCR、MCR、MBS和CDVT第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs13ServiceCategoryPCRSCRMCRCDVTCBRVBR-RTVBR-NRTABRUBRGFR5、网络业务量参数不同的业务类别与所需的特性参数第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs145、网络业务量参数网络延时变化(CDV)CDV：信元在传输过程中引入的信元间隔的变化；对于需要保持一定时序特性的业务，连接建立时必须商定信元时延变化的容限(CDVT:CellDelayVariationTolerance)第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs155、网络业务量参数网络延时变化(CDV)的分布特性CDVT：信元时延变化的容限，传输过程中允许的CDV的最大值第五章业务量与拥塞控制peak-to-peakCDVFixedTransitDelaymaxCTD(CellTransferDelay)CellsdeliveredlateCellArrivalDistributionTheCLRrequestedatconnectionsetuptimeactuallyplacesalimitonthevalueofthepercentageofthecellarrivalprobabilitydistributionlyingoutsidethemaxCTDarrivaltimes.2008CopyrightSCUTDT&PLabs165、网络业务量参数网络延时变化(CDV)的累积问题第五章业务量与拥塞控制CDVs+maxCTDsCDV+CDVs1+CDVs2+CDVs3=P2P-CDVmaxCTD+maxCTD+maxCTD+maxCTD=TotalmaxCTD2008CopyrightSCUTDT&PLabs175、网络业务量参数用户业务流的突发容限(BT:BurstTolerance)信元到达的实际时间与其相对于可维持信元发送间隔(TS=1/SCR)的理论到达时间之间允许的最大差值称之为突发容限第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs185、网络业务量参数用户业务流的突发容限(BT:BurstTolerance)(续)突发容限：突发时信元到达的实际时间与其相对于理论的平均到达时间的最大差值。(突发时整组的总的时间差异)用户业务流的突发特性直接影响所需的网络所需缓存空间的大小，信元传输时延及时延变化(CDV)最大突发长度(MBS):用户能够以峰值信元速率(PCR)连续发送的最大信元数。MBS是连接建立时用户-网络间需要协商确定的基本参数。第五章业务量与拥塞控制1SPBTMBSTT1SPBTMBSTT11SPTSCRTPCR2008CopyrightSCUTDT&PLabs196、网络接口信元速率控制连接一致性：若连接的用户业务特性与用户-网络间商定的业务合约相同，称该连接具有一致性；连接一致性，是网络为用户提供服务质量(QoS)承诺的基本条件；连接是否满足一致性通过连接中不满足一致性的信元的个数是否超过某一设定的门限值来判定。通用信元速率算法(GCRA):一种用于判断连接是否满足一致性的的方法；GCRA的主要参数：信元速率(信元速率所决定的信元间的间隔)信元速率/信元间隔的变化容限第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs206、网络接口信元速率控制通用信元速率算法(GCRA)：统计信元不一致的信元个数。记：TAT－信元的理论到达时间；ta-信元的实际到达时间；L-时间容限变化参数；I-信元到达间隔参数第五章业务量与拥塞控制TATTAT-Ltata2008CopyrightSCUTDT&PLabs216、网络接口信元速率控制漏桶算法(LB:LeakyBucket)：在用户-网络接口设立一个容量等于允许的最大突发长度(MBS)的缓冲器(漏桶)；漏桶以商定的信元速率均匀输出；溢出漏桶的信元自动被判定为非一致性信元并做相关处理。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs226、网络接口信元速率控制漏桶算法(LB:LeakyBucket)的控制流程描述当缓冲器队列长度超过某一门限时，到达的信元被判为非一致。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs236、网络接口信元速率控制信元时延变化容限(CDVT)与突发性的关系CDVT大突发性大(信元速率的波动范围大)第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs246、网络接口信元速率控制最大突发长度(MBS)与突发间隔的限定并非所有长度为MBS的信元都是一致的信元；在每次突发前必须有足够长的空闲时间保证漏桶有足够空间。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs257、不同类型业务的控制参数不同类型业务的业务量参数和QoS参数第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs268、ATM网络的UNI信令UNI(UserNetworkInterface)：ATM终端设备与其连接的ATM交换机之间的接口；ATM网络的UNI信令：用于发起、建立、维护和释放通信连接；ATM网络的UNI信令遵循国际电联的标准：ITU-TQ.2931signallingstandard；UNI信令通过AAL5适配层以标号为VPI＝0/VCI＝5标识的虚信道传输。第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs278、ATM网络的UNI信令UNI信令(Q.2931Signalling)的主要类别MessageTypes:CallEstablishment:(呼叫建立)CALLPROCEEDINGCONNECTCONNECTACKNOWLEDGESETUPCallClearing:(呼叫清除)RELEASERELEASECOMPLETERESTARTRESTARTACKNOWLEDGE第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs288、ATM网络的UNI信令UNI信令(Q.2931Signalling)的主要类别MessageTypes:Miscellaneous:(连接状态维护)STATUSSTATUSENQUIRYPoint-to-Multipoint:(点对多点用户加入)ADDPARTYADDPARTYACKNOWLEDGEADDPARTYREJECTDROPPARTYDROPPARTYACKNOWLEDGE第五章业务量与拥塞控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs298、ATM网络的UNI信令连接(呼叫)建立过程第五章业务量与拥塞控制CallingPartyCal