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1、ATM宽带交换技术 ATM 交换的定义 ATM 交换的基本原理 ATM 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 性能参数：容量、信元丢失率、误比特率、信元时延、信元时延抖动 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 性能参数：呼叫处理能力（ BHCA） 呼叫建立时间 呼叫释放时间 呼叫建 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 ATM 交换系统的构成 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
2、的信息交换；而在该交换过程中，可以在许多逻辑 ATM 信道中进行选择。 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 集中 /复用、扩展 /分路与交换一个含义 ATM 交换的定义 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 完成同一个物理链路上不同信道间的信息交换。 信元头交换 （信元头的翻译，虚电路的交换） 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（利用
3、空分交换和时分交换），其输入信元的信元头内容也将同时被翻译成一个与输出逻辑 ATM 信道相对应 相对应的信元头输出值。 ATM 交换的基本功能构成 空分交换功能 空分交换功能 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。 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 ATM
4、 交换的基本原理 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 标签 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 信元阻塞 根据是否存在内部信元丢失，交换系统分为： 无内部阻塞的交换系统 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
5、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 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： 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
6、 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 信元丢失 /误插率 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 典型的 ATM 交换时延应在 10s 到 1000s 时延抖动 信元交换时延的变化值 时延的抖动值小于几百 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 100s 的抖动，其含义是交换时延超过 100s 的概率小于 10-10 VP 交换与 VC 交换 ATM 交换在交换节点处完成，其过程包括 ： 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
7、出 VPI/VCI 值 ATM 连接分为 VPC 和 VCC， ATM 交换相应分为两类 ： VP 交换 a) 又称交叉连接 (cross-connect)，相应的设备称为交叉连接设备 b) 只提供 VP 连接的交换，实现输入 VPI 值到输出 VPI 值的映射 c) 被交换的 VPC 中所包含的所有 VCC 被作为整体被交换 d) 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 VP 交换与 VC 交换 VC 交换 a) 功能涵盖了 VP 交换 b) 除提供 VP 交换外，还提供不同 VPC 中各 VCC 之间的信息交换 c) 实现输入 VPI/VCI 值到输出 VPI
8、/VCI 值的映射 VP 交换 VC 交换 ATM 交换系统的构成 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 设计中需要解决的主要问题 排队问题 基本交换模块的结构 ATM 交换功能由交换机构完成 交换机构由基本交换模块构成 基本交换模块的构成 入线控制器（ IC） 出线控制器（ OC） 物理传输网络，由 VLSI 构成的信元高速传输交换通路 基本交换模块的类型 基于矩阵结构的交换单元 所有的输入线和输出线互连构成矩阵网格，信元通过网格接点并行传送。 基于时分复用结构的交换单元 输入线和输出线通过时
9、分复用的方式共享传输介质或存储介质，从而实现信元交换。 基于时分复用结构的交换单元又可分为： 共享总线式交换单元 环型交换单元 中央存贮式交换单元 基于矩阵结构的交换单元 总线式交换单元 中央存贮式交换单元 ATM 交换机构 ATM 交换机构（或交换网络）是由大量基本交换模块构成 交换机构的规模可达数百条到数万条出入线。 基本交换模块构成交换机构时需要依照一定的结构 交换机构的结构组织方式决定了交换机构的特性 根据网络的组织方式，交换机构可大体分为： 单级交换网络 多级互连网（ MIN） 多级互连网构成的交换机构 多级互连网（ MIN）交换机构 由基本交换模块构成，大的基本交换模块可以减少交换
10、机构的级数 交换网络中信元从输入端到输出端至少需要经过两次以上的过程来确定传输路径 入线到出线的全连通性 内部通路的共享 允许信元并行穿过 需要解决的问题： 路由选择 阻塞和资源竞争 多级互连网的路由标签 信元在 MIN 中从入线到出线所走过的路由可以用一串数字来表示 即称为路由标签 交换网络（ MIN）中的路由 MIN 需要解决的关键性问题 路由选择 可以根据两个标准来划分 MIN 中的选路方法 根据路由信息安放的位置 根据完成选路决策的时间 根据路由信息安放的位置 基于信元：基于路由标签的选路方式 基于网络：基于路由表控制的（ routing table controlled）方式 根据完
11、成选路决策的时间 基于连接：内部面向连接，路由在连接建立时确定 基于信元：每个信元逐个进行路由选择 根据路由信息位置的选路划分 基于路由标签的选路方式 路由信息存放在路由标签中 添加到每一个信元的前头 路由标签包含 MIN 中各级的路由信息，并逐级被解析 需在交换机构边缘设置存储器以向各信元添加路由标签 该方法增加了网络内部的带宽开销 实现组播比较困难 根据路由信息位置的选路划分 基于网络的路由表控制方式 在网络内部的每 级提供逐级的路由标记（ VPI/VCI）的翻译 ，或者也可采用全局路由控制表 在各交换单元中或在整个 MIN 中，需要设置存储器来存放 不增加网络内部的带宽开销，且易于实现广
12、播和组播 自寻路方式的路由选择 路由表控制的路由选择 MIN 内部的资源竞争和阻塞问题 多级互连网的内部竞争 在网络边缘，信元会因竞争输出线而发生丢失 MIN 内部对内部资源的竞争也会造成信元丢失 即内部阻塞 降低 MIN 内部阻塞的方法 在交换机构中的各基本交换模块中设置队列缓冲 提高 MIN 的内部信息处理的速率 在交换单元节点之间采用反压机制 在入线和出线之间采用多平面平行网络 在交换单元结点之间提供多条内部通路 多级互连网的分类 内部有阻塞的 MIN 交换机构内部可能因竞争内部资源而发生信元丢失 内部无阻塞的 MIN 交换机构内部没有信元丢失，但是交换机构的边缘（出线）上仍然有可能发生
13、信元丢失 内部有阻塞的 MIN 信元在 MIN 内部会竞争相同的资源 内部链路 队列等 由于缺乏足够的资源，可能会造成信元的丢失 通过一定的策略，信元丢失率可限制在 10-10 以内 选择大小适当的基本交换单元 采用良好的互通策略 内部有阻塞的交换网络 : Banyan 网及其派生出来的子类 y Banyan 网（ Delta网络 ) 交换单元只与相邻级单元连接，即所有通路通过的单元数相同 任何一条入线与任何一条出线之间有且只有一条通路 39 ATM 基本交换结构 -排队方式 排队策略 输入排队 输出排队 中央排队 三种排队策略的性能分析 排队策略对物理实现的要求 40 排队策略 信元排队和缓冲是基本交换模块的基本功能
