Admin

Технология ATM на цифровых сетях связи

А.К. Лебединский, ПГУПС

УПРАВЛЕНИЕ ТРАФИКОМ И ПЕРЕГРУЗКАМИ НА СЕТИ ATM

Функции управления трафиком и перегрузками реализуются на уровне ATM. Интерфейс UNI специфицирован в соответствии с классами QoS (Quality of Service - качество предоставления услуги). Это достаточно для всех услуг и приложений сети B-ISDN. В то время как уровень адаптации ATM обеспечивает соответствие между возможностями коммутируемой на уровне ATM ячейки и запросами услуг B-ISDN, уровень ATM определяет параметры управления трафиком, вне зависимости от особенностей подуровня AAL.

Далее приведены некоторые из основных терминов и понятий, связанных с управлением трафиком сети ATM, а также классы специфических услуг, ею поддерживаемых. Параметры качества QoS передаются в процессе установления соединений на сети ATM. Для этого используется сигнализация управления вызовом.

Процедуры управления трафиком были введены с целью получить максимум градаций пропускной способности для пользователей и достигнуть оптимальной совокупности услуг для разных соединений на сети ATM. Для интерфейса UNI определены параметры трафика. Они определяют планируемые для пользователей показатели качества QoS.

На рисунке показан пример образования двух пачек ячеек. К управлению трафиком относятся следующие параметры.
Пиковая скорость передачи ячейки (Peak Cell Rate, PCR). Верхний предел трафика по скорости, установленной для соответствующего пользователя на сети ATM, PCR=1/T. Здесь Т - период между смежными ячейками, с.

Максимальный размер пачки данных (Burst Tolerance, ВТ) измеряется числом ячеек. Это максимальный размер пачки, которая посылается в течение действия пиковой скорости. С этим параметром связана максимальная длина пачки, определяемая по формуле Ть=(ВТ-1)хТ.

Поддерживаемая скорость передачи ячейки (Sustained Cell Rate, SCR). Это - средняя, периодически измеряемая, скорость передачи ячейки SCR=BT/Tj. Здесь Tj - минимальный интервал между пачками ячеек.

Коэффициент потери ячеек (Cell Loss Ratio, CLR). Он представляет собой процент потери ячеек на сети из-за битовых ошибок и перегрузок.

Задержка передачи ячейки (Cell Transfer Delay, CTD). Это - задержка ячейки при передаче через сеть из конца в конец. Она включает в себя время распространения, нахождения в очередях и обслуживания.


Разброс задержки передачи ячейки (Cell Delay Variation, CDV) указывает на пределы изменения величины CTD. Он называется также джиттером. Для приложений, чувствительных ко времени, большие значения CDV требуют больших буферов.

Минимальная скорость передачи ячейки (Minimum Cell Rate, MCR). Это - минимальная полоса пропускания, требуемая пользователем на сети ATM.

Чтобы для отдельных соединений ATM обеспечить гарантированное качество QoS, в процессе установления соединения происходит обмен приведенными ранее параметрами трафика. Качество QoS задается не для всех соединений. Известно, что если для всех соединений ATM не заложены параметры качества QoS, то значительные ресурсы сети не будут использованы. Причина - многие приложения занизят свои требования к уровню услуг и сеть не сможет распределить избыток ресурсов. При отсутствии параметров по качеству QoS лучшие условия передачи получают приложения, обеспечивающие передачу данных.

Форум ATM определил следующие классы услуг, базирующиеся на параметрах трафика (см. таблицу).

CBR (Constant Bit Rate) - постоянная битовая скорость. Соединения с услугой CBR используются для эмуляции коммутации каналов. Услуга CBR имеет гарантированные пределы потери ячейки, задержки передачи из конца в конец и постоянную полосу пропускания. С этой услугой связаны параметры CLR, CTD, CDV, PCR и допустимое значение CDV (CDVT).

VBR (Variable Bit Rate) - переменная битовая скорость. Это класс услуг, поддерживающий приложения VBR и обеспечивающий гарантии по потерям, задержке и полосе пропускания. Данным услугам, предоставляемым в реальном масштабе времени (VBR-RT), таким как цифровое кабельное и интерактивное телевидение, теле- и видеоконференция или видео со сжатием, соответствуют параметры CLR, CTD, PCR, CDVT, SCR, ВТ и CDV. Услугам, не связанным с реальным масштабом времени (VBR-NRT), таким как CD-ROM мультимедиа и электронная почта аудио и видео, соответствуют те же показатели за исключением CDVT.

ABR (Available Bit Rate) - доступная битовая скорость. Это класс услуг, созданных для передачи данных (файлов и электронной почты). Если сеть не обеспечивает гарантии по задержке или потерям, то она минимизирует оба эти показателя. Услуге ABR соответствуют параметры CLR, PCR, CDVT и MCR. Параметр MCR, согласованный с сетью, представляет собой общую полосу пропускания, обеспечиваемую для соединения ATM. Большинство приложений требуют, чтобы MCR=0. Требования на ненулевое значение MCR может быть отвергнуто сетью, если нет достаточной полосы пропускания. Услуга ABR также используется при обратной связи (feedback) для снижения потери ячеек из-за перегрузки или из-за ограничения полосы пропускания. Оно вызвано периодической передачей пачек данных при предоставлении услуг CBR и VBR.

UBR (Unspecified Bit Rate) - незаданная битовая скорость. Это класс услуг, в котором обеспечивается пересылка ячеек без гарантии качества QoS. Он создан для приложений, не чувствительных к потерям и к задержкам. К услуге UBR могут быть применены только параметры PCR и CDVT. Ячейки класса UBR передаются по сети при появлении какой-либо свободной полосы пропускания. Для этих услуг не предусматривается механизм обратной связи с источником данных и, следовательно, ячейки могут быть потеряны из-за перегрузки. В последнем случае исходят из того, что приложения имеют протокол высокого уровня. Он обеспечивает поддержку при перегрузках. Примерами приложений данного класса являются те, которые пересылают обычные данные (файлы и электронную почту).

Основой для обеспечения данных услуг является сеть со статистическим мультиплексированием. На ней из-за большого разнообразия типов трафика необходимо управление перегрузками. Последние также являются результатом завышенных запросов ресурсов сети. В частности, перегрузка возникает в случае, когда суммарный поступающий на звено сети трафик больше, чем пропускная способность этого звена.


Процедуры управления перегрузками должны сбалансировать запросы отдельных соединений и оптимальную работу сети по обеспечению высокой пропускной способности и малой задержки. На сети для услуг CBR и VBR, с одной стороны, заложены самые высокие запросы. Они в основном предсказуемы. С другой стороны, услуги UBR, ABR и другие, не связанные с качеством QoS, требуют управления перегрузками, так как они характеризуются непредсказуемостью и передачей преимущественно пачками.

Первый способ избежать перегрузок на сети состоит в том, чтобы ее доступные ресурсы были бы адекватны требуемому качеству QoS до установления новых соединений на сети ATM. Это - управление допуском соединения (Connection Admission Control, САС). Оно возможно только при условии, когда установлены параметры QoS.

Второй способ управления перегрузками состоит в применении алгоритма "дырявого ведра". Он также называется общим алгоритмом скорости передачи ячейки (Generic Cell Rate Algorithm, GCRA). Алгоритм преобразует поток входящих ячеек в виде пачек в более регулярный предсказуемый поток исходящих ячеек. Суть здесь состоит в том, что моделируется ситуация, в которой все поступающие ячейки попадают в "ведро" и выходят из "дыры" на дне с постоянной скоростью.

Пока "ведро" не переполнено, указанный трафик будет конформный, т. е. согласованный. Если ячейки поступают быстрее, чем выходят из "ведра", оно может переполниться. Ячейки переполнения - неконформные и могут быть не приняты сетью. Если они признаны сетью, то в бите CLR неконформных ячеек отмечается, что они будут удалены первыми при дальнейшем возникновении перегрузки на сети.

Метод "дырявого ведра" использует принцип, обеспечивающий предсказуемость на сети. Это делается для того, чтобы избежать перегрузки. Параметры трафика QoS, рассмотренные ранее, используются для точного определения модели ожидаемого трафика для установленных соединений таким образом, чтобы на сети можно было бы распределить ресурсы и установить полосы пропускания предсказуемо и оптимально. Фактический трафик, однако, может отличаться от ожидаемого в модели. Метод его формирования направлен на то, чтобы приблизить реальный трафик к предусмотренному моделью с тем, чтобы уменьшить число ячеек в потоке удаляемых. При этом предусматривается, что нарушение в передаче ячеек для какого-либо одного приложения не может повлиять в худшую сторону на другие.

Третий способ управления перегрузками состоит в применении замкнутой петли обратной связи. В рассмотренном алгоритме GCRA предусматривается открытая петля обратной связи. Это позволяет обмениваться параметрами QoS только при установлении соединения. Позже, при появлении перегрузки, параметры не могут динамично изменяться. В случае замкнутой петли обратной связи источники трафика извещаются динамично о перегрузках и могут соответствующим образом изменить передаваемый трафик. Такая схема принята для услуг ABR. Вначале была идея, чтобы в поле GFC заголовка ячейки передавать информацию обратной связи. Появились, однако, другие подходы. В них применение алгоритма, основывающегося на GFC, не предусматривалось.

Форум ATM для управления перегрузками предложил следующие две схемы обратной связи. Кредитно-базовая (credit-based) схема, в которой коммутаторы и конечные станции ATM информируют об общем значении доступного буферного пространства на каждом звене сети. Конечные станции при этом могут передавать данные только тогда, когда поступило извещение об адекватной полосе пропускания. Кредитно-базовый подход требует применения способа оконного управления потоком от звена к звену и раздельного буферного пространства для каждого соединения ATM.

Тарифно-базовая (rate-based) схема - это схема, в которой сеть посылает к конечной станции информацию с подробными данными о битовой скорости, с которой пользователь может вести передачу. Такой подход предназначен для передачи из конца в конец и не требует применения буфера для каждого отдельного соединения. Та-рифно-базовая схема хорошо подходит для локальных сетей (LAN), поскольку они характеризуются малой задержкой.

Кредитно-базовая схема хорошо подходит для крупных сетей (WAN). Это объясняется заложенными в них простотой, пониженной стоимостью систем коммутации (зачастую это касается направляющих систем) и гибкостью услуг. В 1994 г. форум ATMF принял решение о тарифно-базовом способе управления перегрузкой. (На форуме ATMF рассматривался гибридный метод. В нем кредитно-базовый метод предназначался для сетей LAN, а тарифно-базовый - для WAN. Этот метод был отвергнут, так как он требует применения двух разных интерфейсов ATM).

В настоящее время на уровне ATM применяются две схемы тарифно-базового способа. Самая простая заключается в использовании бита EFCI в поле PTI заголовка ячейки. Если бит переведен в активное состояние, то для конечной станции это означает, что для соединения ATM появилась перегрузка в том направлении, куда ячейка была послана.

В версии V.4 UNI ATMF введена более сложная схема. Она названа алгоритмом управления скоростью с повышенной пропорциональностью (Enhanced Proportional Rate Control Algorithm, EPRCA). Его недостатком является то, что источник трафика извещается об уменьшении числа посылаемых ячеек, но не сообщается, насколько надо уменьшить это число.

Было разработано несколько алгоритмов. В них указывалось, насколько надо уменьшить или увеличить число ячеек пропорционально установленной скорости. В этих алгоритмах, однако, масштаб градаций недостаточен для передачи с большой скоростью. В алгоритме EPRCA источник после каждых 32 пользовательских ячеек посылает ячейку управления ресурсами (Resource Management, RM). В ней содержатся данные о текущей скорости передачи ячеек.

Значение скорости передачи ячеек, содержащееся в ячейке RM, составляет начальное значение PCR. В этом поле, однако, может быть уменьшено число каким-либо коммутатором, расположенном на соединительном пути. Соответствующий хост передает источнику новое значение, а он, в свою очередь, уменьшает на заданное число скорость передачи ячеек в сторону сети.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin