寬帶 ATM 交換的特點(diǎn)

1、主要內(nèi)容寬帶 ATM 交換的特點(diǎn)及其對(duì)交換結(jié)構(gòu)的影響ATM 基本交換模塊排隊(duì)原理性能分析實(shí)現(xiàn)ATM 交換機(jī)構(gòu)多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)寬帶 ATM 交換的特點(diǎn)寬帶 ATM 交換傳統(tǒng)交換與 ATM 交換的差異現(xiàn)有的交換方式基于 STM 原理的交換（電話交換）分組交換 (X.25、幀中繼等)現(xiàn)有交換方式不能直接適用于 ATM 交換，原因：ATM 具有極高的信息處理速度ATM 信息流的統(tǒng)計(jì)行為ATM 信元的固定長(zhǎng)度有限的信元頭功能不同用途的 ATM 交換系統(tǒng)差異很大寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) ATM 交換系統(tǒng)的構(gòu)成ATM 交換系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合用于公用寬帶網(wǎng)的 ATM 交換系統(tǒng)（ATM Central Office）用

2、戶的內(nèi)部專用網(wǎng)（ATM LAN）交換系統(tǒng)的構(gòu)成：傳輸部分 （傳輸網(wǎng)）在入線與出線之間傳輸 ATM 信元的物理設(shè)備完成協(xié)議參考模型中用戶平面的功能控制部分在信令處理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸網(wǎng)進(jìn)行控制的設(shè)備完成協(xié)議參考模型中控制平面的功能寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) 交換系統(tǒng)的 QoS 參數(shù)傳輸網(wǎng)絡(luò)容量信元丟失率誤比特率信元時(shí)延信元時(shí)延抖動(dòng)寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) 控制網(wǎng)絡(luò)呼叫處理能力（BHCA）呼叫建立時(shí)間呼叫釋放時(shí)間呼叫建立的阻塞概率呼損概率ATM 交換系統(tǒng)的功能交換ATM 信元從一條入線上被傳送到一條或多條出線的邏輯信道上。集中/復(fù)用把 N 條入線上的信息組合到 M 條出線上。集中： 物理入線數(shù) 物理

3、出線數(shù)復(fù)用： 把多個(gè)邏輯輸入通道統(tǒng)計(jì)復(fù)用到一條邏輯輸出通道上擴(kuò)展/分路集中/復(fù)用的逆操作。寬帶 ATM 交換概述 寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) ATM 交換的基本原理邏輯 ATM 信道以物理端口以及該物理端口上的邏輯信道來(lái)表征：邏輯 ATM 信道 = 物理端口 + 物理端口上的邏輯信道 物理端口號(hào)：表征了物理入線或出線 物理端口上的邏輯信道：由虛通路/虛信道標(biāo)識(shí) (VPI/VCI) 表征ATM 交換的定義 從一條邏輯 ATM 信道到一條或多條邏輯 ATM 信道的信息交換（該交換可以在許多邏輯 ATM 信道中選擇）。ATM 交換的基本功能時(shí)分交換、空分交換、信元頭交換（翻譯）寬帶 ATM 交換概述

4、寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) ATM 交換的基本功能空分交換功能一條物理入線上的信息交換到另一條物理出線上。時(shí)分交換功能將物理入線上一個(gè)邏輯信道上的信息交換到物理出線上的另一個(gè)邏輯信道上。信元頭交換（翻譯）一個(gè)邏輯 ATM 信道上的信元被交換到另一個(gè)邏輯 ATM 信道上時(shí)，其輸入信元頭的值將會(huì)被翻譯成一個(gè)與輸出邏輯 ATM 信道相對(duì)應(yīng)的信元頭輸出值。寬帶 ATM 交換概述 寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) 空分交換功能空分交換功能 將信息從一條物理入線交換到到另一條物理出線上空分交換中的關(guān)鍵問(wèn)題 路由選擇（routing）在交換機(jī)內(nèi)部，信息如何選擇一條路由從入線到達(dá)出線擇寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) 空分交換

5、ab:123Nc4ba:123Mc4時(shí)分交換功能時(shí)分交換功能入線上某邏輯信道中的信息被交換到出線上另一個(gè)邏輯信道是邏輯信道（VP/VC）的交換（而不是固定幀時(shí)隙）存在競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題存在多個(gè)邏輯信道競(jìng)爭(zhēng)物理出線上同一時(shí)間片的情況，必須引入排隊(duì)來(lái)解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。排隊(duì)功能 ATM 交換的一個(gè)重要功能寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) 時(shí)分交換abccabFrameFrameATM 交換的基本原理寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) akkablccmxxzyxyssQueueQueueQueue數(shù)據(jù)信頭翻譯表O1O2OqI1I2In輸入鏈路 VCC 輸出鏈路 VCC I1 x O1 k y Oq m z O2 l : : In

6、x O1 a y O2 b s Oq c信元頭輸入輸出信元數(shù)據(jù)信元頭信元頭翻譯信元被交換的同時(shí)，輸入信頭的值被翻譯成輸出信元頭的值。ATM 交換的基本功能空分交換功能路由選擇時(shí)分交換功能排隊(duì)功能信頭交換（翻譯）功能寬帶 ATM 交換的特點(diǎn) 業(yè)務(wù)對(duì)寬帶交換的要求寬帶業(yè)務(wù)的多樣性業(yè)務(wù)對(duì)寬帶 ATM 交換的具有不同的要求，表現(xiàn)在：業(yè)務(wù)的信息速率幾 Kb/s 到 幾百 Mb/s 或更高時(shí)間行為特性恒定比特率或可變比特率實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)性能語(yǔ)義透明性：信元丟失率、誤比特率時(shí)間透明性：交換時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)其他性能參數(shù)：吞吐量、處理能力、連接阻塞廣播和組播功能寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 業(yè)務(wù)的信息速率現(xiàn)有和未來(lái)

7、的寬帶業(yè)務(wù)的信息的速率范圍很寬最低：幾 Kbit/s（如遙測(cè)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程控制） 最高：幾百 Mbit/s （如高清晰度電視 150Mb/s）交換系統(tǒng)必須能夠交換多種信息速率的業(yè)務(wù)交換系統(tǒng)的接口速率都超過(guò) 150Mbit/s例如，基于 SDH 的信元傳輸接口中，有以下的速率等級(jí)：155.520Mb/s光接口或電接口622.080Mb/s光接口2488.320Mb/s光接口在交換系統(tǒng)的內(nèi)部，信息處理的速率可能更高交換內(nèi)部的信息復(fù)用使內(nèi)部的信息速率很高采用并行化的處理方式可以降低交換系統(tǒng)內(nèi)部信息速率寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 廣播和組播功能廣播和組播特性是寬帶業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)的新要求廣播 信息從一個(gè)源傳

8、遞到所有的目的地組播 信息從一個(gè)源傳遞到一組特定的目的地典型應(yīng)用：電子郵件列表的分發(fā)、數(shù)字化圖象庫(kù)的訪問(wèn)、電視分配傳統(tǒng)的 STM 電路交換的連接形式是點(diǎn)到點(diǎn)連接信息只能從一條邏輯信道交換到另一條邏輯信道上傳統(tǒng)的分組交換也不能支持廣播和組播功能業(yè)務(wù)對(duì)廣播和組播功能的需求對(duì)交換系統(tǒng)的影響廣播和組播需求是 ATM 交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 性能參數(shù)的需求傳統(tǒng)交換系統(tǒng)吞吐能力誤比特率連接阻塞交換時(shí)延呼損概率寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 ATM交換系統(tǒng)吞吐能力誤比特率連接阻塞交換時(shí)延信元丟失率信元誤插率時(shí)延抖動(dòng)吞吐能力和誤比特率影響交換系統(tǒng)的吞吐能力和誤比特率的因

9、素信息吞吐能力系統(tǒng)的信息處理速率、系統(tǒng)的規(guī)模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)和工藝信令處理能力交換系統(tǒng)中控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)影響系統(tǒng)誤比特率的因素實(shí)現(xiàn)中所采用的技術(shù)和工藝提高系統(tǒng)吞吐能力、控制誤比特率的方法在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以采用以下的方法來(lái)獲得很高的吞吐能力，同時(shí)將誤比特率保證在可接受的范圍內(nèi)：采用新技術(shù)、新工藝和新型高速器件（BICMOS、ECL等）合理的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高整體性能寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 性能需求連接阻塞連接阻塞的概念建立 ATM 連接時(shí)，在交換機(jī)內(nèi)部有需要有足夠的資源來(lái)保證新建連接的質(zhì)量，這些資源包括：帶寬、VPI/VCI、信頭和標(biāo)簽等；系統(tǒng)不能保證所有的新建連接都能獲得所需的資源；在連接

10、建立時(shí)，若交換系統(tǒng)在邏輯入線和出線之間找不到足夠的資源，就出現(xiàn)連接阻塞，新建連接的請(qǐng)求被拒絕；連接阻塞的概率取決于交換系統(tǒng)中出現(xiàn)資源不足的概率；交換系統(tǒng)的連接阻塞特性，由其系統(tǒng)設(shè)計(jì)所決定。根據(jù)連接阻塞特性，可將交換系統(tǒng)分為：不存在內(nèi)部連接阻塞的交換系統(tǒng)存在內(nèi)部連接阻塞的交換系統(tǒng)寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 性能需求連接阻塞交換系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不一定是面向連接的不存在內(nèi)部連接阻塞的交換系統(tǒng)內(nèi)部不需要面向連接傳輸網(wǎng)內(nèi)部存在足夠的資源，不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部阻塞新建連接總是可以接受，無(wú)需檢查內(nèi)部資源新建連接仍然可能由于外部鏈路資源的不足而被阻塞存在內(nèi)部連接內(nèi)部阻塞的交換機(jī)系統(tǒng)通常內(nèi)部實(shí)現(xiàn)面向連接建立新連接時(shí)必須

11、分配內(nèi)部資源在內(nèi)部資源不足是會(huì)發(fā)生連接阻塞其阻塞率由交換系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)決定寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 性能需求信元丟失/誤插率產(chǎn)生信元丟失和誤插的原因ATM 基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用交換系統(tǒng)中隊(duì)列技術(shù)的采用在某瞬間，交換系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)大量信元競(jìng)爭(zhēng)同一鏈路的情況，這時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致隊(duì)列溢出，引起信元丟失。交換系統(tǒng)路由選擇機(jī)制的錯(cuò)誤ATM 信元在交換系統(tǒng)內(nèi)部被錯(cuò)選了路由會(huì)造成信元誤插。ATM 交換系統(tǒng)對(duì)信元丟失/誤插率的要求為保證語(yǔ)義透明性，信元丟失/誤插率應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)ATM 交換機(jī)的信元丟失率一般在 10-8 至 10-11之間信元誤插率一般要小于信元丟失率的千分之一寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 性能需求

12、信元丟失/誤插率根據(jù)是否存在內(nèi)部信元丟失，交換系統(tǒng)分為：無(wú)阻塞的交換系統(tǒng)交換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部資源的競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)內(nèi)部不會(huì)丟失 ATM 信元信元的丟失僅可能發(fā)生在交換系統(tǒng)的入線或出線處有內(nèi)部阻塞的交換系統(tǒng)存在內(nèi)部資源競(jìng)爭(zhēng)由于可用內(nèi)部資源的缺乏，可能導(dǎo)致 ATM 信元的丟失采用良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略，可將信元阻塞概率控制在一定范圍內(nèi)寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 性能需求交換時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)交換時(shí)延交換時(shí)延是交換系統(tǒng)完成 ATM 信元交換的時(shí)間交換時(shí)延是保證時(shí)間透明性、體現(xiàn)交換機(jī)性能的重要因素典型的 ATM 交換時(shí)延應(yīng)在 10s 到 1000s時(shí)延抖動(dòng)信元交換時(shí)延的變化值時(shí)延的抖動(dòng)值小于幾百微秒時(shí)

13、延抖動(dòng)的表示方法：分位點(diǎn)交換時(shí)延超過(guò)某值的概率，例如：10-10 分位點(diǎn)上的 100s 的抖動(dòng)，其含義是交換時(shí)延超過(guò) 100s 的概率小于 10-10 寬帶 ATM 交換的系統(tǒng)需求 性能需求VP 交換與 VC 交換ATM 交換的過(guò)程 在交換節(jié)點(diǎn)處完成 信息從交換節(jié)點(diǎn)的入線交換到出線 將輸入 VPI/VCI 值交換為輸出 VPI/VCI 值A(chǔ)TM 連接分為 VPC 和 VCC，ATM 交換相應(yīng)分為兩類： VP 交換 又稱交叉連接 (cross-connect)，相應(yīng)的設(shè)備稱為交叉連接設(shè)備 只提供 VP 連接的交換，實(shí)現(xiàn)輸入 VPI 值到輸出 VPI 值的映射 被交換的 VPC 中所包含的所有 V

14、CC 被作為整體被交換 用于骨干網(wǎng)中大量 VCC 的成組交換，通常不需信令功能，通過(guò)網(wǎng)管控制 VC 交換 功能涵蓋了 VP 交換 提供不同 VPC 中各 VCC 之間的信息交換 實(shí)現(xiàn)輸入 VPI/VCI 值到輸出 VPI/VCI 值的映射寬帶 ATM 交換的概念VP 交換VP 交換VPI = 1VPI = 3VPI = 5VPI = 2VPI = 4VPI = 6VCI = 1VCI = 2VCI = 3VCI = 4VCI = 5VCI = 6VCI = 3VCI = 4VCI = 5VCI = 6VCI = 1VCI = 2寬帶 ATM 交換的概念VC 交換VC 交換VP 交換VCI =

15、1VCI = 2VCI = 1VCI = 2VCI = 3VCI = 4VCI = 1VCI = 21243VPI = 1VPI = 4VPI = 5VPI = 2VPI = 3寬帶 ATM 交換的概念A(yù)TM 交換系統(tǒng)的構(gòu)成ATM 交換機(jī)構(gòu)基本交換模塊交換機(jī)構(gòu) 由相同的基本交換模塊以特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連而成 設(shè)計(jì)中需要解決的主要問(wèn)題 路由選擇基本交換模塊 用于構(gòu)造交換機(jī)構(gòu)的最小通用模塊 設(shè)計(jì)中需要解決的主要問(wèn)題 排隊(duì)問(wèn)題寬帶 ATM 交換的概念基本定義交換機(jī)構(gòu) (Switching Fabric)由相同的基本交換模塊以特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連而成；只有在基本交換模塊和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯_定的情況下，才能定義交換

16、機(jī)構(gòu)。基本交換模塊 (Basic Switching Building Block)也稱為交換單元，是用于構(gòu)造 ATM 交換機(jī)構(gòu)的最小通用模塊，相同的基本交換模塊可組成交換機(jī)構(gòu)。交換系統(tǒng) (Switching System)任何可用于 ATM 信元交換的設(shè)備都可稱為 ATM 交換系統(tǒng)或 ATM 交換機(jī)。交換系統(tǒng)可以由相同或不同的 ATM 交換單元或 ATM 交換機(jī)構(gòu)構(gòu)成。寬帶 ATM 交換概述 寬帶 ATM 交換 基本交換模塊寬帶 ATM 交換排隊(duì)原理基本交換模塊的結(jié)構(gòu)基本交換模塊的結(jié)構(gòu)ATM 交換功能由交換機(jī)構(gòu)完成交換機(jī)構(gòu)由基本交換模塊構(gòu)成基本交換模塊的構(gòu)成入線控制器（IC）出線控制器（OC

17、）物理傳輸網(wǎng)絡(luò)，由 VLSI 構(gòu)成的信元高速傳輸交換通路ICIC傳輸網(wǎng)絡(luò)OCOC基本交換模塊 基本交換模塊基本交換模塊的容量規(guī)模：從 2x2 到 16x16信息速率： 從 155Mbit/s、622Mbit/s 到 2.5Gbit/s基本交換模塊的容量（規(guī)模和信息速率）決定于：采用的技術(shù)工藝設(shè)計(jì)的集成化程度基本交換模塊的基本功能 排隊(duì)功能基本交換模塊是一個(gè)統(tǒng)計(jì)復(fù)用器在基本交換模塊內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)多個(gè)信元需要使用相同資源（內(nèi)部線路、出線等）在出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，需要對(duì)沖突的信元進(jìn)行緩沖（排隊(duì)）若交換模塊的設(shè)計(jì)是內(nèi)部完全無(wú)阻塞的，不需要內(nèi)部緩沖為了解決對(duì)相同出線的競(jìng)爭(zhēng)，必須在基本模塊內(nèi)提供排隊(duì)功能基本交換模

18、塊 排隊(duì)策略信元排隊(duì)和緩沖是基本交換模塊的基本功能根據(jù)交換單元的結(jié)構(gòu)和所需的信息速率，需要在交換單元的入線、出線或單元內(nèi)部設(shè)計(jì)信元的緩沖隊(duì)列交換單元中可采用三種排隊(duì)策略（根據(jù)緩沖器在交換單元中的物理位置劃分）：輸入排隊(duì)輸出排隊(duì)中央排隊(duì)基本交換模塊 輸入排隊(duì)基本交換模塊 排隊(duì)策略基本思想在交換單元的輸入端解決可能的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)方式為每一條入線配置一個(gè)緩沖隊(duì)列，信元隊(duì)列中排隊(duì)在一個(gè)信元周期內(nèi)，由一個(gè)仲裁邏輯來(lái)決定哪些隊(duì)列中的信元是允許通行的，哪些隊(duì)列中的信元需要等待經(jīng)過(guò)仲裁后的信元不會(huì)再出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)輸入排隊(duì)模型基本交換模塊 排隊(duì)策略傳輸交換媒體仲裁邏輯12N12N出線入線輸入隊(duì)列每條入線一個(gè)緩沖隊(duì)列

19、信元在入線排隊(duì)交換傳輸媒體是一個(gè)無(wú)阻塞的傳輸網(wǎng)絡(luò)仲裁邏輯決定可以得到服務(wù)的入線仲裁策略輪流服務(wù)、具有優(yōu)先級(jí)（固定優(yōu)先級(jí)或隊(duì)列長(zhǎng)度優(yōu)先等）輸入排隊(duì)的缺點(diǎn)在入線處的隊(duì)列將需要更多的緩沖容量存在隊(duì)頭阻塞（HOL）在一個(gè)信元周期內(nèi)，任一條出線都只能有一個(gè)信元被輸出，選擇該出線的其他信元必須在輸入隊(duì)列中等待。若一條入線上的隊(duì)列的排頭信元因競(jìng)爭(zhēng)失敗而阻塞，該隊(duì)列中的所有后續(xù)信元也被迫阻塞，即使后續(xù)信元所選擇的出線當(dāng)前是空閑的。一個(gè)信元周期內(nèi)，通過(guò)交換傳輸媒體傳輸?shù)男旁獢?shù) P 不超過(guò)交換單元的入線總數(shù) N，即 P N。在輸入排隊(duì)模型中，仲裁邏輯是必須的用于確定可以得到服務(wù)的入線基本交換模塊 排隊(duì)策略輸出排隊(duì)

20、基本思想來(lái)自入線的信元可以自由通過(guò)交換傳輸媒體傳送（交換）到所需的出線上，在出線上設(shè)置緩沖隊(duì)列解決多信元對(duì)出線的競(jìng)爭(zhēng)。實(shí)現(xiàn)方法在一個(gè)信元周期內(nèi)，所有信元都可無(wú)需仲裁地從入線到達(dá)所需的出線每條出線配置一個(gè)隊(duì)列，以緩沖同時(shí)到達(dá)的競(jìng)爭(zhēng)該出線的多個(gè)信元一個(gè)信元周期內(nèi)，一條出線只能為一個(gè)信元服務(wù)，未服務(wù)的信元將暫存在該出線的輸出隊(duì)列中基本交換模塊 排隊(duì)策略輸出排隊(duì)模型基本交換模塊 排隊(duì)策略傳輸交換媒體12N12N出線入線輸出隊(duì)列交換傳輸媒體無(wú)阻塞的傳輸網(wǎng)絡(luò)，信元通過(guò)傳輸媒體時(shí)無(wú)需仲裁邏輯每出線配置一個(gè)緩沖隊(duì)列信元在出線處排隊(duì)，隊(duì)列控制采用 FIFO 原則，保證信元的傳輸順序。輸出排隊(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)置在出線上

21、的隊(duì)列所需的緩沖空間較小去往同一條出線的多個(gè)信元可以在同一個(gè)信元周期內(nèi)交換到出線上，不存在隊(duì)頭阻塞不需要仲裁邏輯為保證沒(méi)有信元丟失，在傳輸交換媒體中信元的傳輸交換的速率必須 N 倍于入線的速率輸出排隊(duì)策略對(duì)緩沖器的訪問(wèn)速度要求很高在一個(gè)信元周期內(nèi)需要對(duì)隊(duì)列緩沖器進(jìn)行 N 次信元寫(xiě)操作和一次信元讀操作。基本交換模塊 排隊(duì)策略基本思想為了減少整個(gè)交換單元所需的總緩沖容量，在基本交換單元中設(shè)置一個(gè)共享的隊(duì)列緩沖器，被所有的入線和出線所公用。實(shí)現(xiàn)方法在基本交換單元的中央設(shè)置一個(gè)隊(duì)列緩沖器，被所有的入線和出線所共享來(lái)自所有入線上的全部信元都直接存入中央隊(duì)列各出線從中央隊(duì)列中找出目的地為該出線的信元，依照

22、先進(jìn)先出的原則取出并發(fā)送中央排隊(duì)基本交換模塊 排隊(duì)策略中央排隊(duì)模型基本交換模塊 排隊(duì)策略交換傳輸媒體I12N12N出線入線中央隊(duì)列傳輸交換媒體II共享的中央隊(duì)列被入線和出線所公用交換傳輸媒體分為兩部分輸入信元通過(guò)交換傳輸媒體 I 進(jìn)入中央隊(duì)列排隊(duì)；再通過(guò)輸入信元通過(guò)交換傳輸媒體 II 輸出到出線。信元通過(guò)傳輸媒體時(shí)無(wú)需仲裁邏輯。中央排隊(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)中央隊(duì)列被所有入線和出線共享，提高了緩沖器的利用率，因此大大減少隊(duì)列緩沖器的容量交換單元的控制管理復(fù)雜出線必須能夠通過(guò)某種機(jī)制，從中央隊(duì)列中找出屬于該出線的信元必須保證中央緩沖器中的各邏輯隊(duì)列具有先進(jìn)先出的順序由于對(duì)中央緩沖器的信元讀寫(xiě)是完全隨機(jī)的，因此

23、需要一套復(fù)雜的存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)基本交換模塊 排隊(duì)策略三種排隊(duì)策略的性能分析衡量排隊(duì)策略性能的參數(shù)進(jìn)行排隊(duì)策略的性能的手段直觀的分析建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)仿真的基本交換模塊 排隊(duì)策略排隊(duì)策略的性能參數(shù)排隊(duì)策略的性能體現(xiàn)在：信元丟失率信元的排隊(duì)時(shí)延所需隊(duì)列緩沖器的容量（實(shí)現(xiàn)參數(shù)）研究性能的方法在交換單元的輸入線上，給定一種特定的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)量負(fù)荷，來(lái)研究不同排隊(duì)策略的性能?；窘粨Q模塊 排隊(duì)策略郵局中的輸入排隊(duì)模型一個(gè)郵局中有兩個(gè)服務(wù)窗口 郵局大門(mén)相當(dāng)于一條入線 兩個(gè)服務(wù)窗口相當(dāng)于兩條出線到達(dá)郵局的顧客都郵局門(mén)口排在一個(gè)隊(duì)列中相當(dāng)于輸入隊(duì)列隊(duì)列按照先進(jìn)先出原則服務(wù)隊(duì)頭的顧客被阻塞（等待）會(huì)導(dǎo)致隊(duì)中的其

24、他顧客也得不到服務(wù)基本交換模塊 排隊(duì)策略郵票寄信寄信郵票郵票郵票窗口郵寄窗口郵局中的輸出排隊(duì)模型到達(dá)的顧客都直接進(jìn)入郵局，并根據(jù)自己的目的選擇排在一個(gè)服務(wù)窗口的隊(duì)列中顧客的選擇相當(dāng)于交換過(guò)程窗口隊(duì)列相當(dāng)于輸出隊(duì)列服務(wù)窗口的利用率得到提高顧客排隊(duì)的等待時(shí)間減少了各服務(wù)窗口的隊(duì)列相互獨(dú)立，在一個(gè)隊(duì)列中等待的顧客不會(huì)影響其他服務(wù)隊(duì)列中的顧客?；窘粨Q模塊 排隊(duì)策略郵票郵票郵票郵票窗口郵寄窗口寄信寄信寄信郵局中的中央排隊(duì)模型輸出排隊(duì)要求每個(gè)服務(wù)窗口隊(duì)列有足夠的隊(duì)列座位相當(dāng)于最壞情況下的隊(duì)列長(zhǎng)度為減少郵局中的座位總數(shù), 所有服務(wù)窗口共享一個(gè)隊(duì)列相當(dāng)于在中央排隊(duì)可以減少總的隊(duì)列緩沖容量智能服務(wù)員在服務(wù)窗口

25、空閑時(shí)，從隊(duì)列中找出下一個(gè)需要被服務(wù)的顧客服務(wù)員的功能對(duì)應(yīng)于一個(gè)復(fù)雜的控制邏輯基本交換模塊 排隊(duì)策略郵票寄信寄信郵票郵票郵票窗口郵寄窗口寄信服務(wù)員三種排隊(duì)策略的直觀分析平均等待時(shí)間對(duì)相同的外部業(yè)務(wù)負(fù)荷，輸入排隊(duì)的平均等待時(shí)間比其他兩種排隊(duì)策略更長(zhǎng)隊(duì)列緩沖器需求輸入排隊(duì)需要最大中央排隊(duì)需要最少信元丟失率在隊(duì)列緩沖容量相同的情況下，輸入排隊(duì)信元丟失率明顯高于輸出排隊(duì)和中央排隊(duì)基本交換模塊 排隊(duì)策略排隊(duì)策略的數(shù)學(xué)模型直觀分析的結(jié)論可以進(jìn)一步證明數(shù)學(xué)解析模型計(jì)算機(jī)仿真建造數(shù)學(xué)解析模型時(shí)，假定：建模的交換單元的規(guī)模為： N 入線 / N 出線入線的平均利用率為 p即任意給定時(shí)隙（信元周期）內(nèi)信元到達(dá)入線

26、的概率為 p入線上信元到達(dá)的簡(jiǎn)化模型每條入線上的信元到達(dá)基于不相關(guān)的一致性貝努里過(guò)程任一信元被尋址到任何一條出線的概率是相等的 1/N有關(guān)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)的過(guò)程請(qǐng)見(jiàn)教材基本交換模塊 排隊(duì)策略輸出排隊(duì)的解析結(jié)果通過(guò)推導(dǎo)，輸出排隊(duì)模型的平均等待時(shí)間為：基本交換模塊 排隊(duì)策略輸出排隊(duì)模型的平均等待時(shí)間 W 是入線上的輸入利用率（負(fù)荷） p 的函數(shù)交換單元的規(guī)模 N 隊(duì)平均等待時(shí)間的影響不大輸出排隊(duì)的平均等待時(shí)間平均等待時(shí)間與輸入利用率的關(guān)系基本交換模塊 排隊(duì)策略平均等待時(shí)間(cells)輸入利用率(p)N = N = 4N = 21098765432100.20.40.60.81.00輸出排隊(duì)模型的性能分

27、析輸出排隊(duì)模型的平均等待時(shí)間與輸入負(fù)荷有關(guān)在低負(fù)荷情況下，輸出排隊(duì)模型的性能很好 平均隊(duì)列長(zhǎng)度（平均等待時(shí)間）在幾個(gè)信元范圍內(nèi)當(dāng)輸入負(fù)荷超過(guò) 0.8 時(shí)，性能急劇下降平均等待時(shí)間呈指數(shù)增長(zhǎng)隊(duì)列長(zhǎng)度也呈指數(shù)增長(zhǎng)，并可能因溢出而造成信元丟失交換單元的規(guī)模 N 對(duì)輸出排隊(duì)模型的性能影響很小采用基于輸出排隊(duì)原理的交換單元時(shí)，應(yīng)將輸入負(fù)荷控制在 0.8 以下，以獲得較好的性能基本交換模塊 排隊(duì)策略輸入排隊(duì)模型的性能分析經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，可證明采用輸入排隊(duì)模型的交換單元的性能是有限的：當(dāng)入線的負(fù)荷達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)飽和該模型所能達(dá)到的最大負(fù)荷為：基本交換模塊 排隊(duì)策略輸入排隊(duì)模型的性能明顯低于輸出排隊(duì)由于交

28、換單元的交換能力所限，超過(guò)最大負(fù)荷部分的信元將被丟棄中央排隊(duì)模型的性能分析中央排隊(duì)模型的性能在平均等待時(shí)間特性上，中央排隊(duì)與輸入排隊(duì)完全相同中央排隊(duì)模型的優(yōu)點(diǎn)：能夠大量減少緩沖存儲(chǔ)器的容量原因：由于對(duì)緩沖器的共享提高了存儲(chǔ)器的利用率數(shù)學(xué)推導(dǎo)可證明，中央排隊(duì)提高了緩沖的利用率，從而減少了對(duì)隊(duì)列緩沖器容量的需求通過(guò)緩沖器大小與信元丟失率的關(guān)系可以反映出來(lái)基本交換模塊 排隊(duì)策略中央排隊(duì)策略的隊(duì)列大小輸出排隊(duì)和中央排隊(duì)中信元丟失率與隊(duì)列大小的關(guān)系基本交換模塊 排隊(duì)策略每輸出鏈路的隊(duì)列大小 (cells)2040608010010-1010-810-610-410-2信元丟失率p=0.8p=0.9p=0

29、.8p=0.9中央排隊(duì)輸出排隊(duì)中央排隊(duì)策略的隊(duì)列大小中央排隊(duì)與輸出排隊(duì)相比的隊(duì)列存貯器減少基本交換模塊 排隊(duì)策略10203040506000.20.40.60.8交換容量 (出線數(shù))存儲(chǔ)器減少率條件：信元丟失率10-9，p=0.8中央排隊(duì)所需的存儲(chǔ)器數(shù)量中央排隊(duì)比輸出排隊(duì)減少的存儲(chǔ)器的數(shù)量減少率 =中央排隊(duì)策略的性能在保證相同信元丟失率的條件下，中央排隊(duì)比輸入排隊(duì)需要更少的隊(duì)列緩沖器隊(duì)列緩沖器的減少量與交換單元的規(guī)模 N 有關(guān) N 越大，存儲(chǔ)器的統(tǒng)計(jì)復(fù)用度越高，隊(duì)列存儲(chǔ)器節(jié)省越多基本交換模塊 排隊(duì)策略計(jì)算機(jī)仿真建立數(shù)學(xué)模型的局限性建立一個(gè)一般化的模型很困難需要在一定的假設(shè)條件下進(jìn)行簡(jiǎn)化所得到的結(jié)果信息有限利用計(jì)算機(jī)仿真快速取得結(jié)果容易修改模型和條件，得到更具有普遍意義的結(jié)論基本交換模塊 排隊(duì)策略計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果三種排隊(duì)策略隊(duì)列大小與負(fù)荷的關(guān)系基本交換模塊 排隊(duì)策略隊(duì)列大小(cells)負(fù)荷(%)102030405060708090100O2468101214161820輸入排隊(duì)輸出排隊(duì)中央排隊(duì)信元丟失率 10-3排隊(duì)策略的性能分析三排隊(duì)策略性能分析的結(jié)論輸入排隊(duì)最大可能承擔(dān)的負(fù)荷：58.6%通常在實(shí)際中不可用輸出排隊(duì)負(fù)荷小于 0.8 時(shí)，平均等待時(shí)間、平均隊(duì)列長(zhǎng)度很小中央排隊(duì)負(fù)荷小于 0.8 時(shí)，平均等待時(shí)間、平均隊(duì)列長(zhǎng)度很小與輸出排隊(duì)相比，可大