《部分共享缓冲区型的atm交换机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《部分共享缓冲区型的atm交换机（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、lesesl|月月川月川一 部分共享缓冲区型的A 丁 M 交换机* 余浩 丁炜 朱祥华 吕 英华 ( 北 京 邮 电 大 学1 5 6 # 培 洲 中 心 科 研 室1 0 0 8 7 6 ) 摘 要: 本文介绍了 共享缓冲区型A T M 交换机的一般原理， 在此基础上提出了 一种缓冲区共享采 用部分共享机制的A T M交 换机的设计方案.文中讨论了 这种 T M 接入交 换机的实现方法，着重探讨 了 它的缓冲区 共享 机制问 题， 提出一种能够支持多种Q O S 级别业务的部分缓冲区共享机制一S M Q M A 共享机制.虽然采用这种 方案设计的交换机容量较小， 但在A T M 用户接入网中
2、却 不失为一 种较为理 想的设计方案. 关妞词: 丁 M S M Q M A 共享机制Q O S 1 引言 随着对A l M 技术 研究 的深入， A T M 标准与规范的 进步制定， 及目 前越来越多地对高 速信息 公路、 信急 港的讨论，使 越来越多的人看好A T M 技术的前景，也使许 多电 信和计算机网络产品 制造商、科研机构和大学投 入到A T M 交换设备、接入设备的开发、研制及制造中去。当 前大约 有 1 0 0 多家A T M 设备 制造厂家， 开发、 生产从A T M 骨干交换机、 边缘交换机、 接入交换机到A T M 接入终端、 A T M 网杯 等多 种A T M 产品，
3、 这些产品基本上 覆盖了A T M 应用的各个领域。 其中 作为 络核心设备的A 丁 M 交换机， 白 从A T M 技术诞生之日 起就引起设 备制造厂商的关注， 并一 直是A T M 研究中的热点 我国A T M设 备的研制始于“ 八五”期间， 受国 家科委 “ 8 6 3 ” 计划通信技术主题的支持， 我国进行了A T M交换设备和A T M接入设备的开发、研制。在 “ 八五”结束之时，取得了一大批 有意义的成果， 如A京邮电 人学成功地研制开发了 我国第 一 台A T M 交换设备: 总吞吐量为I O G b / 的A T M 交又连接器B T C - 9 5 0 0 ， 电子部5 4
4、所、 西安电子科技人学、 成都电子科技大学合作开 发 吞吐量为 1 . 2 G b / s 的A T M 交换机; 北京邮电人学、 电听 部5 4 所、中国科技人 学等单位研制出 种类型的A T M 用户接入设备， 对业务的适配规程除I T U - T 尚未有规范的A A L 2 ( 对于与可变比 特 率视频业务)以外，从 A A L 1 到A A L 5的各种规程都己开发。 “ 九五” 期间国家加 人了 对A T M 研究、 开发的 投人，在“ 八五”成果的基础上，_ 作重点 转向实 用化，巫点 开发实 用化A T M 交换机、 实用化A T M 接入设备和大容量的实用化的A T M 交叉
5、连接设 备。 接入网 是我国“ 九五” 期间发展的重点，因地制宜地发展接入网技术是我国宽 带综 合业务 数字网走向实用化的一 项关 键技术。 本文介绍一种A T M 接入交 换机的设计 方案， 这种交 换机对于 用户接入网来说 具有很人的实用价值。其突出 特点是资 源利用率高， 成本低，具 有很 好的实用化Ii J 景咨 -一_ _ _ 2共享缓冲区型A T M 交换机的一般原理 A T M 交换结构的 方案多种多样，可以分为空分结构方式和时分结构方式， 或者二者相结合 的 方式。时分交换 结构中 有共享总线和共享 缓冲区两种结构，时 分交换结构的交 换能力受到 共 享媒体的限 制，但是由于
6、线路都共享同一媒体，所以 时分交换结构具有较高的资 4 9 利 用率和容易实现点到多点 通信。空分交换结构中有全互联网 和多极LL 联网 M I N )， 其输入 和输出端口之间有 组通路， 这些通路井行I : 作使不同 输入 端口 的信元可以同时由交换单元传 送，这样交换单 元的 总容嫩就是每个通路的带宽乘以并行传送一个信元的的通路平均数之积; 因此 理论上采用空分交 换结构的A T M 交换机的总容量没有上限。 共享缓冲区型的交 换结构如图1 所示， 它一般由 路由 选抒、 缓冲区控制、 信元传输媒体和 ， ， 火存 储器 ( 共享缓冲r) 构成 共享缓冲区型的A T M 交换机的 交换容
7、量由 线路端口的数目 和速率决定，但其性能受到共享 * 本文受国象. 1w .计划通信技术主 皿项目. 8 6 3 -3 1 7 -9 6 0 1 -0 2 资助 . 2 54 . 物 出队 列 图 ，共享缓冲区型A T M交换结构原理图 制。 采用地址链表管理存储器。 地址 链表中存放着共享缓冲区的空闲地址， 当一个信元到达时， 就从链表中 弹出一个地址， 信元就存储在这个地址所指的 缓冲区中;同时信头 进入选路控制器， 由它识别信元的出口 线，每个出口 线都对应着一 个输出队列，选路控制器 将信元存放的地址推 入相应的输出队列中，这样各出口 线只要从 输出队列中取出 地址， 就可根 据这个
8、地址从共享缓 冲区中取出信元了。 3 采用部分共享机制的A T M 交换机实现方案 本文介绍的A T M 交换机的交换容量为2 . 5 G b p s , 端口 的线路接口 速率为1 5 5 . 5 2 M b p s ,端口 交同 数量为1 6 ，内 部共享缓冲区的容量为3 2 K 信元，各输出 端口 采用部分共享机制共享缓冲区。 换机内部采用无阻塞设计，能够支持四种Q O S 级别的业务， 支持点到点与点到多 点的 连接， 时具有 V P 和 V C 连接的能力。该 A T M交换机的交换结构采用共享缓冲区的交换结构，其结构示 意图如图2所示。 图Z A 丁 期交换机结构示意图 线路接口
9、模块的 物理层单元完成线路信号的光电转换、 S D H 帧的分解与组装 等A T M 物理层及 A T M 层的功能， 每个线路接口模块内 部有4 个 物理层单元; 线 路接口 模块内 部有一个接口 适配单 完成线路信号格式与宽带交换模块内部数据格式之间的适配，同时起到一定的流量控制功 接口 适配单元和物理层单元之间 采用A T M F o r u m 定义的标准U T O P I A 接口， 具有很大的 通用 信元的净荷存储在共享缓冲区中， 而信头信息存储在交换控制模块内的 信元 属性存储器中; . 2 5 5 . 元能性 交换控制模块完成A T M 的全部功能， 包括路由 表的建立与 释放
10、，信元路由. 地址翻译、队列 管 理、 寄存器的管理等， 交 换控制模块提供一个标准的C P U 接口 ， 交换处理器 相连: C P U 模块可以 采用现有较为成熟的产品， C P U 转换接L 7 为C P U 模块和交换系 统内 部提供信号转换的功能; 流 最 控制模块完成二种功能:用 法参数 控制( U P C ) , A A L 5 包丢弃( P D ) 和14个V C 的 状态统计( S G ) . 4 支持多种O N级别的 部分 缓冲区共享机制 4 . 1缓冲区共享机制介绍 共享缓冲V J 9 的A T M 交换单元 中缓冲区的共享机制或者说缓冲区分配机制是 这种类型A T M
11、交换机设计中的一个关键技术问 题。 缓冲区的共享机制有完全I m 定分配 ( C P ) 、 完 全共享( C S ) , 部分共享 ( P S )、带 最小固定分配的共享 ( S M A ) 和限定最人队长的共享 ( S M X Q ) 机制，其 原理 j 以) 1 1 图 3 进行说明。 L l I I I 7 川 L 2 二二二 拜11刀1 L 二二班宜顶 O , 0 2 O 图 几 共 享 机 制 原 吸 画 意 图 拟称种 其.一 对丁一个n Xn的共享缓冲区型 A T M交换单元， 列长 度分别为L 、L 、. L 。 ，这些队列共享全 假设傅个 输出端口 对应一个输出 队列， 度
12、分别为L 、L 、. L 。 ，这些队列共享全部的 C P共享机制:N 3 ( a ) 中，若 1 . = L .= . . . . = L , L / n 的缓冲区，则有: ( L为缓冲区的总容量， 同)， 之为完成固定分 配机制。实际上 这时各输出队列之间 不成在共享问 题， C P 机制是 最为简单 但是资源利用率最低的 - C S共享机制:N 3 ( a ) 中，若对 L , 种机制。 L P , . . . . L 没有任何限制，即输入端口 有信元到 达 时，只要缓冲区没有全部, 用，即可接受此信兀进入 缓冲区排队，这种机制称之为完 全共享机制。 P S共享机制:图3 ( b ) 中
13、， 首先将缓冲区 划分为若干个区域， 同时 将输出 端口 分为 对应 角千纸 海如输出端口 的队列按照C S 共享机制共享对应的缓冲区区域， 这种共 制称之为部分共享机制。 享机 4 ) S M A 共享机制: 图3 ( a ) 中，若先对L , L . L 给定一 个其它队列不可占 用的最小区 域， 此外的缓冲区由 所以队列按照C S 共享机制共享， 这种共享机制称之为带最小固定 分配的共享机制。 图3 ( a)中，各输出 端口队 列按照C c 共享 机制共享全部 缓冲区，但是 S M X Q 共享 机制:图3 ( a ) 中，各输出 端口队 列报照比共早 机制升旱笙都 缓理队，坦肉 对 L
14、 , L. . 二L 。 的最大值进行限制，这种共享机制称之为限宁最大对长的共享机制。 对于 缓冲区共享机制的性能研究，前人己经有了很多有 意义的成果。F . K a m o u n和 L . K l e i n r o c k在假设业务到 达为一个泊松到达的 情况 卜 研究了以上 述几种机制性能的 优越性， B . R . C o l l i e r 和H . S . K i m 在 业务 流 到 达 为非 一 致性 突发 性 业 务 流 的 情 况下 研究了 以 上 共 享 机 制 的性能。他们的研究表明:无论是C B R 业务流 ( 可假设为泊松到达) 还是突发性的业务流， C P 只有
15、l k A的资源利用率，但是由于 亚 苏 的 突 发 性 和 非 一 致 性 而 导 致 的 某 些 情 况 下 的 性 能 急 剧 恶 化 而 多 不 被 采 用 ， 基 于 同 )# .的 贡 yjA i 因 ， P S 机 制 也 是 极 少 采 用 的 一 种 共 享 机 制 ; S M A 机 制 和 S M X Q 机 制 因 其 采 用 的 限 制 规 则 恰 奸 榨 界 服C S 机制的缺陷而制定的， 所以在设 计共享缓冲区型的A T M 交换单 元中常常被采用， 二者R J w .2 5 6 . 陷是控制机制比 较复杂，但是这对于超大规模集成电路高速发展的今天而言已 经不是大
16、的问 题 。 4 . 2支持多种O O S 级别的S M O M A 共享机制 在上节 所述方案中，我们的A T M 交换机的缓冲区共享机制采用的是S M A 共享机制和S M X Q 共享机制相结合的S M Q M A 共享机制，并在交换单 元的 每个输出端口设置四个优先级队列。这种 A T M 交换机可以用图四所示的逻辑图 来说明。 输出端口 输入端口 图4 A T M交换单元逻辑图 对应上图中A T M 交换单元的缓冲区有以下3 个缓冲区共享规则: 1 ) 为每个输出队列预留 一定的信元缓冲区，除此队列外， 任何其它队列不能占 用，并且 优先 级越低的队列， 预留的信元缓冲区 数目 越多。 2 ) 规定每个队列的队列 容量的最大极限 值，以防止该队
