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5Gbps+ATM交换网络的设计和实现pdf

发布时间:2019-06-27 02:47 来源:未知 编辑:admin

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  摘要 摘要 本文结合国家863项目“实用化综合接入系统”,完成ATM接入网交换功能 模块的研制工作。在本文中,对ATM的交换技术进行了综述,论文着重研究ATM ATM交换网络。此外, 交换网络的结构和控制机理。文中设计并实现了5Gbps 为了整个系统的可靠性,实现了架构在完整的HDLC协议之上的双交换网络备份 协议。原来的链路层的证实一重传协议的问题在于效率太低,而HDLC协议使得 链路传输更有效,更可靠。架构在完整的HDLC协议之上的双交换网络备份协议 也使得整个接入系统更可靠、更稳定、更自动化,可以做到完全不需人工设置。 该软件部分涉及HDLC链路协议和一个自定义的高层协议,两者是完全独立的模 块。 关键词:ATM交换高级数据链口学制协议 —/ 2 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps ABSTRACT Associatedwiththenational863 hi-tech Access project”AppliedIntegratedSystem”, a ATM effort fabricis focusedon 5Gbps is thehardware Switchingaccomplished.Most ofthe fabric.In thethird switching addition,for systemreliability,weimplementlayer for betweentheactive redundant protocolcooperation switchingfabric,and switching fabric.This isbasedtheHDLC special on makethe protocol protocol,which system more more automatic.Thissoftware stable,and includestwo function independent blocks:theHDLC andauser.defined protocol protoc01. Words:ATM HDLC Key switchingprotocol 第一章绪论 3 第一章绪论 1.1分组交换技术的发展… 1.早期的研究和实验 1964年8月,BaranP在以分布式通信为题的一组兰德(Rand)公司的研究 报告中,首先提出了后来称为分组交换的有关概念。这一研究是为了建立安全的 军事通信系统而作出,包括分布式的分组交换、数字微波和加密能力。 算机网连接分时计算机系统表现了强烈的兴趣,虽未付诸实现,但激励了后继的 工作。 D.于1965年构想了存储转发 在英国国家物理实验室(NPL)工作的Davies 念,用来表达在网络中传送的128字节的信息块。1967年10月公开发表了NPL 关于分组交换的建议。尽管分组交换有很多优点,但通信界仍然难以接受。 Roberts L.G.于1964年11月提出了计算机网络的重要性以及需要新的通信系 6月发布了ARPANET的计划,用专线将多个节点的小型计算机互连,每个计算 经开始运行,并且很快地扩展,至1971年4月支持23个主机,1974年6月支持 式,对每个分组采用基于最小时延的动态路由算法,并考虑到链路的利用率和队 列长度。ARPANET的成功运行,表明了动态分配和分组交换技术可以有效的用 于数字通信。 公开演示。在一个会议地点装设了一个ARPANET的节点,具有约40个接入终 端。 2.分组交换公用数据网 ARPANET和一些专用分组交换网的试验,促进了分组交换进入公用数据网, 形成分组交换公用数据网(PSPDN)。 在1974年~1975年问,已有5个独立的公用网在建设中,于是产生了接口标 订了其它的有关的建议,如x.28、x.29、X.75等。 作为第一个公用分组网,美国的Telnet于1975年8月运行。开始时只有7 d 5 ATId交换网络的设计与实现 Gbps 个互连的节点,到1978年4月增加到187个节点,使用了79部交换机,为156 个城市服务,并与14个国家互连。X.25建议产生后,Telenet即采用x.25建议。 随着公用分组网的运行,分组交换技术得到了广泛的应用和发展。 1.2 ATM交换技术的发展 1.早期的研究 80年代初期,随着宽带业务的逐步发展及其业务发展的某些不确定性,迫切 要找到一种新的交换方式,能兼备电路交换与分组交换的优点。1983年出现的快 速分组交换(FPS)和异步时分交换(ATD)的结合,导致了ATM交换方式的产 生。 1983年,美国贝尔实验室的TurnerJ.等提出了FPS原理,并研制了原型机。 FPS源自分组交换,减少链路层协议的复杂性,有可能以硬件来实现协议的处理, 从而大大提高速度。 同年,法国的CoudreuseJ.E提出了ATD交换的概念,并在法国电信研究中 心(CNET)研制了演示模型。ATD源自同步时分交换(STD),采用标记复用。 1985年以来,CCITT也开始了这种新交换方式的研究,开始称为新的传送模式(NTM)。 的会议上决定采用固定长度的信元,定名为ATM,并认定B-ISDN基予ATM技术。1990年, CCITT第18组制订了关于ATM的一些建议。 2.公用ATM交换网 从80年代后期到90年代初期,不少计算机领域和通信领域的厂商致力于ATM 技术的研究和ATM交换系统的开发。首先推出了10Gbit/s以下的一些小容量的 ATM交换机,用于计算机通信网。随着宽带业务的发展和ATM技术的逐渐成熟, ATM交换技术的应用丌始从专用网扩大到公用网,其标志是公用网容量的ATM 交换系统的推出和一些公用ATM宽带试验网的运行。 3.研究的热点与展望 (1)ATM交换结构 自从提出了ATM的概念以来,ATM交换结构就一直是研究的重点,包括拓 扑结构、缓冲方式、控制机理和性能分析等。 (2)ATM交换的控制结构 正在研究一些新的ATM交换控制结构,如开放式结构、业务特定结构等。 (3)ATM网的业务流的控制 如何能有效而公平地分配带宽资源,保证各种特性不同的业务和各呼叫连接 的服务质量,是业务流控制要解决的重要而复杂的问题。 第一章绪论 5 (4)IP和ATM的融合【1】【2] IPOverATM,ATM Forum制订的局域 方式(integrated)。IETF制订了Classcial Over 网仿真(LANE)和MPOA(Multi.Protocol ATM)属于重叠方式,MPOAI.0 版已于1997年通过了。IP交换、Tag交换等属于集成方式,并将制订统一的多 协议标记交换(MPLS)的标准。 (5)光ATM交换 光交换一直作为下一代的交换技术而不断的研究,光ATM交换是研究的重 点。今后光ATM交换的实用化,是实现全光网络的关键技术。 6 5 ATbl交换网络的设计与实现 Gbps 1.3本文所做的工作 结合国家863项目“综合接入系统”的项目的系统要求,根据现有的技术, 在借鉴其它类似ATM产品的成功经验基础之上,本文完成了ATM交换网络的设 计和实现,并且研究了其交换结构和控制机理,包括其共享策略、反压控制,组 播实现等关键技术,特别ADT算法的应用,可以有效的利用带宽资源。同时为 了保证整个接入系统的可靠性,实现了架构在HDLC协议之上的一个双机备份伽 议,使得两个交换网络进行有效、可靠的、完全自动的互备份,保证了系统的可 靠性,而且在实际应用中效果良好。 第二章ATM交换技术综述 7 第二章ATM交换技术综述【1] 本章分两部分,分别详细介绍ATM交换结构的分类与基本原理,以及ATM交 换结构控制机理。 2.1ATM交换结构的分类与基本原理 2.1.1 ATM交换结构基本功能 ATM交换结构(SwitchingFabric—SF)是实现ATM交换的关键技术之一,是 ATM交换系统中必不可少的重要组成部分。 ATM交换的结构应能实现任意出入线之间的信元交换,也就是任一入线上的 任一逻辑信道的信元要能够被交换到任一出线上的任一逻辑信道中去。为此,ATM 交换结构应具有信元标头变换、选路和排队这三项基本功能。 1.信元标头变换 VPI/VCI。VPI/VCI的变换体现了信元交换的重要概念,意味着入线上某逻辑信 道中的信息被交换到出线上的另一逻辑信道中去。 为了实现信元标头变换,应该建立翻译表。 2.选路 选路表示任一入线的信息可被交换到任一出线,具有空间交换的特征。信 元标头变换加上选路功能,才能实现ATM交换结构的交换功能。这也就是说, 在翻译表中从入线的VPI/VCI应能查到出线的号码以及新的VPl/VCI值。当然这 都是建立连接时写入的。 3.排队 由于统计复用的异步时分交换,在连接建立后的传送信息阶段,经常会发生 在同一个时刻有多个信元争抢公用资源的情况,例如争抢出线或交换结构中的内 部链路。因此,ATM交换结构需要有排队的功能,以免在发生资源争抢时丢失信 元。要实现排队就要要求有一定数量的缓冲。缓冲器的配置方式是ATM交换结 构设计中的重要问题,在很大程度上影响交换结构的性能和复杂性。 和优先级(priority)控制功能,以适应宽带业务的多样性。前者是指输入信元可通 过交换结构送到多个目的地,后者是指可以按各类业务的优先级高低来控制服务 质量,例如当不同优先级的信元在争抢资源时,应该保证优先级高的信元先得到 服务,优先级低的信元在缓冲器中等待。 ATM交换结构应提供良好的性能,以保证所需的服务质量。与服务质量有关 8 5 ATkl交换网络的设计与实现 Gbps 的主要参数是信元丢失率,时延和时延抖动。各类业务的要求有所不同,有些业 务列‘信元的丢失率很敏感,另一些业务则对时延和时延抖动很敏感。 在ATM交换结构的设计中,还有两个重要的参数:吞吐率和连接阻塞率。 吞吐率定义为交换结构的每个输出端口平均每个时隙所传送的信元数。每个时隙 相当于在一定传送速率下一个信元的传送时问,因此吞吐率应为1。连接阻塞率 表示在连接建立的阶段交换结构内部找不到足够资源来建立新的连接的概率。有 些交换结构内部不会发生连接阻塞。 2.1.2 ATM交换结构分类 ATM交换结构可以从不同的方面进行分类,本节主要从时分与空分、单通路 和多通路、单级和多级、阻塞与无阻塞等方面作出概念性的说明。 1.时分与空分 ATM交换结构t“可分为时分与空分两大类,如图2.1所示。 ATM交换结构 H●分 空分 厂———J_] I————————J_——————] 共享存储器 共享媒体 单通路 多通路 I——』]广———_J—] 4————r_L——r—] “” 广—_J—1广——』_] B”}an 图2.1ATM交换结构分类图 时分结构的基本特征是所有的输入和输出端口共享单一的通信通路(highway), 可以是共享存储器(shared medium),包括 memory),也可以是共享媒质(shared 总线(bus)型或环型(Ring)。 空分结构的基本特征是可以在多对输入端口和输出端口间同时并行地传送信 元。空分结构又可分为单通路(singlepath)和多通路(multiplepath),以及单级(single stage)和多级(multiplestage)。 2.单通路和多通路 单通路是指任一对出入线之间只有一条通路,多通路是指在任一对出入线之 间有多条通路可以选路。单通路的两种典型结构称为基于crossbar的结构和基于 Banyan的结构。crossbar的含义是为纵横交叉,源于纵横制交换机中的纵横接线 第二章ATM交换技术综述 9 器(crossbar 部缓冲型和内部无缓冲型,多通路可有多种结构。 3.单级和多级 单级结构的容量不可能太大,采用多级结构可以比较经济地扩大容量。多级 Interconnection 结构通常称为多级互联网络(Multistage Network——MIN),由分 E1emem——SE)以一定的拓扑结构互连而 为若干级的多个交换单元(Switching 成。Mm在ATM交换中得到了广泛的应用。 4.阻塞和无阻塞 的结构。阻塞发生在呼叫建立阶段。一旦呼叫在交换网络中选不到空闲通路时, 该呼叫就被阻塞了;然而一旦选到空闲通路,就由该呼叫专用,从而在传送用户 信息的通话阶段不会再遇到阻塞。 面向连接的ATM交换也可能存在连接阻塞,在连接被接纳以后的信元传送 阶段还会遇到阻塞。我们把信元传送阶段中多个信元对同一公用资源的争抢称为 内部竞争是多个信元争抢交换结构的同一内部链路或缓冲器,出线竞争是多个信 元争抢同一出线。内部竞争的有无与交换结构的内部拓扑结构,工作速率等因素 有关,如果不存在内部竞争,就称为无阻塞网络,否则就是有阻塞网络。Crossbar 是典型的无阻塞结构,Banyan网络是典型的有阻塞结构。要注意这里定义的无阻 塞是指在信元传送阶段没有内部阻塞。 无阻塞结构的性能要优于有阻塞的结构,但硬件的结构较复杂,成本较高。 2.1I 3时分交换结构 一、共享存储器 共享存储器结构示意于图2.2,存储器为所有的输入端口和输出端口共用。 从多个输入到达的信元通过复接器被复用成单一的输入输出信元流而写入共享存 储器。实际上,在存储器内部仍可划分为若干个逻辑队列,每个队列对应一个输 出端口。因此在写入时应按照各个信元的目的端口而控制写入对应的输出队列。 在写入的同时,又按照顺序从各个输出队列读出队首的信元而形成输出的信元 流,经过分接后传送到各个端口。 共享存储器结构要有足够高的处理速度,使得处理时间很短,从而能与信元 流的输入速率相匹配。处理时间主要是指判定输入信元流中各个信元应编入哪个 输出队列并控制写入的过程。因此,对存储器访问速度的要求比较高。当交换结 10 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps l 1 2 2 图2.2共享存储器交换结构图 构的入线/出线数为N,每线速率为V,则存储器写入或读出的速度都将取决于N ×V。例如说,对于具有w位宽的存储器,访问时间等于w/(2NV),如采用双 端口存储器,访问时问的要求可降低为W/(NV)。可以看出,由于受到存储器访 问速度的限制,交换结构的容量(端口数及链路速率)不可能太大。 存储器容量的设计也是一个重要的问题。共享存储器应具有一定的容量,使 信元丢失率保持在一定限度下。存储器容量不但与交换结构容量、流入负荷和业 务模型有关,而且与存储器的共享方式有关。例如有完全共享和完全分离两种方 式。完全共享是各个输出队列可以共享整个存储器,只有当整个存储器占满时才 会发生信元丢失:完全分离是将整个存储器分为N个区域,每个区域剥应一个输 出对列,当某个输出队列已满,则再到达该输出端口的信元将被丢弃。显然,完 全共享方式的存储器的使用效率较高,在相同条件下,存储器的容量可以减少。 但是当出现非均匀的业务流时,例如某个或几个输出端口的负荷很高,会出现整 个存储区被少数几个端口占有的不公平情况。完全分离方式保证了对各个输出端 口的公平性,但存储器的效率不高。一种折衷的方式是划出一部分存储区作为所 有的输出端口的共享区。此外还可以有基于每个端口的最小分配或最长队列以及 队列长度的动态控制等方式。 二、共享媒体 与共享存储器相似,共享媒体结构也是将所有输入线上到达的信元同步地复 接到公共的传送媒体上(总线或环),同时要采用某种控制方法使公共媒体上复 接的信元流分接到各个输出端口。 作为示例,图2.3给出了共享总线的交换结构。每条入线都连接到总线上, 每条出线则通过输出缓冲器和地址过滤器也都接到总线上。输出缓冲器按FIFO 规则工作。地址过滤器的作用是只接收目的端口的为本端口的信元,为此要将通 过的信元的目的端口与本端口的地址作比较,如果匹配才写入FIFO缓冲器,这 样就实现了按目的端口地址而分接的功能。显然,总线方式便于实现组播或广播 功能。 对于N×N的交换结构,共享媒体的速率至少为输入链路速率的N倍。因 第二章ATM交换技术综述 此,共享媒体的速率限制成为交换结构的瓶颈,限制了容量的扩大。采用多总线 或多环的并行结构,可以降低速率要求。 /\ 三t玉厂]r=] D L一-]:!广 I tVl 田母 B l ru一口—习一 、 V 图2.3共享总线基于crossbar的交换结构 一、矩阵型 N×N的矩阵具有N2个交叉点,图2.4给出了一种实现方式,以4×4为 例。 图2.4中的交叉点是一个2×2的传输门,见图2.5传输门的2个输入可称为 横向输入与纵向输入,2个输出可称为横向输出和纵向输出。从图2.4可以看出, 整个矩阵的输出是位于最左-y,J的各个传输门的横向输入,矩阵输出是位于最下 一行的各个传输门的纵向输出。 入连到纵向输出,纵向输入连到横向输出;所谓cross状念,是指横向输入连到 横向输出,纵向输入连到纵向输出。2x2的传输门还可以有其它的组播状态。 交叉矩阵在初始化状态时,所有交叉点均处于CROSS状态,即任何入线,如果要使入线i和出线j连通,则应使处于交叉 点(iJ)上的传输门处于bar状态,而在i行和j列的所有其它的传输门仍应处于cross 状态。可以设想,当入线i上到达的信元含有目的地址i时,就使信元沿i行水平 传送,到达第j列时因(iJ)处的传输门为bar状态,从而信元就能沿着j列往下传 送到出线i.按照信元头中的所含的目的地址,可以由硬件自动控制选路的性能称 交换结构所要求的。 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps 厂 ] 厂 ] 厂 ] 厂 ] L-j L-J L_j L-j 厂 ] 厂 ] 厂 ] 厂 ] L_J L_J L_J LJ 广 ] 广 ] 广 ] 厂 ] L-j _j L _j L LJ 厂 ] 广 ] 厂 ] 厂 ] _j _J L L _J _J L L 1 2 3 4 图2.4矩阵型交换结构 1r 。广 ] 。 7 -J 7L 1r 图2.52×2传输门 二、全互连型 interconnected),就是在每个输入和输出之间都有一条分离 所谓的全互连(fully 的通路,对于N×N的交换结构,就有N2个通路,因此又称为N2分离通路 洲2disjointpath)型。图2.6表示了两种全互连结构。 网络等等。因为与本文无关,就不再述及了。以时分交换网络和空分交换网络作 为基本交换单元可以组成更庞大、更复杂的交换网络。 第二章ATM交换技术综述 13 1 1 2 2 2 N 1 2 N 图2.6两种全互连交换结构 2.2ATM交换结构控制机理 为使ATM交换结构完成正常的信元交换和其它一些必要的功能,以及能达 到一定的服务性能指标的要求,ATM交换结构必须具备相应的控制机理。本章将 较系统地介绍ATM交换结构的控制机理,包括缓冲策略,反压控制,选路方式, 组播实现和队列管理。 2.2.1缓冲策略 一、缓冲策略的分类 缓冲策略(bufferstrategies)或称为排队策略(queuing 构的设计的重要内容,对ATM交换结构的性能指标具有重要的影响。 从广义来说,缓冲策略包括缓冲器设置方式,缓冲器的数量,队列的存取 控制,以及缓冲器的管理。缓冲器设置方式简称为缓冲方式,是缓冲策略中首要 解决的问题。 缓冲方式可分为外部缓冲和内部缓冲两大类。外部缓冲(externalbuffering)是 指缓冲器设置在交换结构的外部,内部缓冲(internalbuffering)贝rl是指缓冲器设置 在交换结构的内部。以前曾述及ATM交换结构为了实现信元交换,应具有选路、 信元标头变换和排队缓冲这3项基本功能。为什么要排队缓冲?主要是为了在多 个信元随机竞争的情况下减少信元丢失,而竞争又分为出线竞争和内部竞争。可 以想见,由于外部缓冲方式中的缓冲器不是在交换结构的内部,因而通常是没有 内部竞争的无阻塞网络才采用外部缓冲方式。对于具有内部竞争的网络,则通常 采用内部缓冲的方式。 外部缓冲主要有输入缓冲、输出缓冲、输入输出缓冲、环回缓冲等4种方式。 如图2.7所示。 内部缓冲可有交叉点缓冲、共享缓冲以及输入输出缓冲等方式。 14 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps 二、输入缓冲 输入缓冲(inputbuffering)是在交换结构的每条入线上设置缓冲器,如果交换 结构为crossbar无阻塞网络,其输入缓冲方式见图2.8. 交换 交换 结构 结构 a)输入缓冲 (bl输¨:缓冲 ————_.卜 交换 结构 ———斗 (c)输八缓≯I·与输山缓冲 d)环唰缓冲 图2.7四种外部缓冲方式 1.工作原理 ATM是异步时分交换方式,但是ATM交换网络仍然是按时隙同步工作的。 每个时隙的宽度相当于一个内部信元的位置,交换机的内部信元包括路由标签Tag 加标准信元。每条入线进入的信元位置(UP时隙)要对齐后进入交换网络,交换网 络按时隙同步工作,每条入线(或出线)在每个时隙只能发送一个信元,当然,这 与异步时分交换是两回事,并不矛盾,异步是指每条入线在每个时隙进入的信元 的目的地址是随机分布到各条出线上去的,到达每条出线信元的间隔是随机的, 这也正是出线竞争的由来。 infirst 输入缓冲一般采用简单的先进先出(first out)的排队规则。这样,当入 线上每个时隙到来时,各个非空的输入队列的队首信元进行竞争通过仲裁,使去 往不同出线的信元都通过交换网络而传送到出线上,在竞争中失败的信元暂时留 第二章ATM交换技术综述 15 l———+ I口 2————■ I上J ...........】.』J r 1 l 2 N 图2.8输入缓冲的crossbar 在输入缓冲器中,等待下一轮(下一个时隙)的竞争和发送。 2.排头阻塞效应 ofLine 输入缓冲存在排头阻塞(Head blocking—HOLblocking)效应。所谓HOL 阻塞,是指在发生出线竞争时,排在竞争中失败的信元(处于排头的位置)之后的 信元即使其指向的出线处于空闲状态也不能传送的现象。图2.9给出了一个说明 HOL阻塞的示例,缓冲器内的数字表示该信元要去的输出端号。入线 缓冲器中的排头信元均要送往出线,产生了出线在竞争中取 胜,队首信元送到出线,入线在竞争中失败,队首信元仍留在缓冲器中等待 下一轮机会。入线的排头信元分别送到出线和出线在 该时隙内空闲,无信元传送,而在入线输入队列中第二个信元明明是要到出线,由于其排头信元在竞争中失败以及FIFO规则,因此不能传送,这就是所谓的 HOL阻塞。 ———+———T_ ———斗———T_ ————+———t订 ———Tn r 1 2 3 4 图2.9HOL阻塞现象 来表征信元通过的效率,可理解为在一个时隙内平均每条出线传送信元数。显然, 吞吐率最大为1。分析表明,在随机的均匀业务流模型下,当入线数N很大时, 采用FIFO规则的输入缓冲方式的吞吐率为仅为0.586. 16 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps 三、输出缓冲 输出缓冲(outputbuffering)是在每条出线上设置缓冲器。 为了解决输出竞争,一个理想的采用输出缓冲的无阻塞交换结构最好使得每 个出端能够同时接收所有入端发来的信元。这就是说,当入线数为N时,考虑到 最不利的情况,每个出端在一个时隙最多应可接收N个信元。要做到这一点,就 要采用内部加速的方法,即提高内部处理的速度,于是引入加速因子的(SpeedUp Factor)的概念。应该注意的是,尽管在同一时隙可能有多个信元进入同一个出 端的缓冲器中,但输出的速率仍保持不变,每个时隙只向外发送一个信元。 加速因子等于N时,完全消除了输出冲突,吞吐率为1,但对内部速率的要 求较高。为此,可使加速因子小于N,例如等于K:lKN。这样,每一出端 同时最多只能接收K个信元;如果有多于K个信元去向同一端口,就要按一定 规则选取其中的K个,其余的信元就将丢弃。应该选择合适的K值,以使信元 丢失率足够小。 输出缓冲方式不存在HOL阻塞现象,在合适的加速因子取值下,可以得到 高吞吐率和良好的性能。 四、输入和输出缓冲 前已述及,采用单纯的输出缓冲时,如果加速因子小于N.就会发生信元丢 弃。如果同时在入端也设置缓冲器,在发生出线竞争时,受加速因子限制而不能 同时传送到出端缓冲器的信元可以暂时保存在入端缓冲器中,从而避免了信元的 丢失,这就是输入与输出缓冲方式、入端的缓冲器并不需要太大。 五、环回缓冲 环回缓冲(recirculationbuffering)是使竞争中失败的信元能通过环回缓冲器回 送到入端,再与新到来的信元一起进行下一轮的竞争。 采用环回缓冲的Batcher.Banyan网络是在排序网络和选路网络之间加一个陷 阱网络(trap)网络,其作用是检出排序网络出端上具有相同地址的信元,对于每个 目的地址只允许一个信元进入选路网络,其余的将通过环回缓冲器而等待以后的 传送。 环回缓冲的交换结构可以具有较高的吞吐率和较低的信元丢失率,但交换结 构要增加用于环回的端口,环回还会使得属于同一虚连接的信元失序,时延也较 大。环回缓冲还可与输出缓冲结合使用。 六、交叉点缓冲 交叉点缓冲(crosspoint 器。 交叉点缓冲的crossbar可以用作单级网络或多级网络内部的交换单元(SE)。 用作单级网络时,由于单级crossbar不存在内部阻塞,因此交叉点缓冲实际上是 第一章ATM交换技术综述 17 解决出线竞争问题;用作多级网络中的SE时,除了最末一级的sE外,都是针对 内部竞争的问题。 从每个入端进入的信元将按其去向存入对应于不同出线的缓冲器中。因此从 入端看,相当于将每条入线上的缓冲器分成多个对应于各个出线的缓冲器。HOL 阻塞现象的实质是去向不同出线的信元的传送会互相影响,显然交叉点缓冲不存 在HOL阻塞现象。再从每条出线看,又相当于将输出缓冲器分为对应于各个入 端的缓冲器,当有多个入端的信元指向统一各出端时,控制逻辑要从中选择一个 信元来传送到处端,其余的信元留在各自的缓冲器中等待。交叉点缓冲可以达到 类似于输出缓冲的性能,而且不要内部加速,在每个时钟周期中,存储器只要读 写一次,对存储器的要求不高,缺点是所用存储器的数量较多。 七、共享缓冲 共享缓冲相当于第三章中述及的共享存储器的时分结构,可作为单级结构, 也可用作多级结构中的交换单元(SE)。共享缓冲是一种内部缓冲方式,由所有输 入和输出端口共享缓冲区。为了便于信元调度和输出,在共享缓冲区内按各个输 出端口排队,也就是对应每个输出端口有一个队列,当信元输入时,按信元的日 的输出端口号码写入相应的输出队列,排队等待调度。各个输出队列为逻辑队列, 队列中的各个信元的存储地址在物理位置上并不连续,而是用地址勾链的方法。 共享缓冲区可有多种分配方法,我们将详尽地介绍。两种极端的方法是完全 分隔(completepartitioning)和完全共享(fullsharing)。完全分隔是把缓冲器分为N 个分离的区域Ⅲ为出线数),也就是每条出线享有专用的缓冲区,表面共享,实 为分离,缓冲器效率不高,但控制简单。完全共享则可由各个输出队列共享整个 缓冲区,只要缓冲区有空即可分配。这就使得缓冲器效率高,可以减小缓冲器总 容量,也有利于降低信元丢失率,但是如果业务流不均匀,会使得少数输出端口 占有大量缓冲区,而影响整个交换结构的服务质量,控制也较复杂。 与其它缓冲方式比较,共享缓冲需要较高的存储器访问速率,容量越大,要 求越高。共享缓冲通常具有较高的性能,在缓冲区完全分隔时,实际上相当于输 出缓冲方式,这意味着其性能与输出缓冲相似,而在缓冲区完全共享时,则其信 元丢失率还会小于输出缓冲方式。因此共享缓冲方式获得较广泛的应用。 2.2.2反压控制 一、反压控制和排队损失 有些交换结构的缓冲器分设在各处,例如具有内部缓冲的多级网络的每一级 都有缓冲器,采用输入缓冲与输出缓冲的单级或多级网络的缓冲器分设在输入端 和输出端。对于这些缓冲方式的交换结构,信元丢失不仅可能由于竞争所致,还 18 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps 可能由于后级缓冲器溢出foverflow)而引起。当然,争抢缓冲器也可看成是一种竞 争。如何对待后级缓冲器溢出,也是控制机理中必须考虑的问题。 多级缓冲的交换结构有两种内部传送方式:反压控制和排队丢失。 所谓反压(Backpressure.BP)控制,就是后级应向前级发送表明后级缓冲器是 否占满的反向信号,使得前级在后级缓冲器占满时不向后级发送信元,信元仍保 留在前级的缓冲器中。反压控制也称为交换结构内部的流量控帝1](flowcontr01)。 排队丢失(Queue Loss.QL)是另一种方式,就是不论后级缓冲是否占满,前级 总是向后级发送信元,如遇到后级缓冲器占满,信元就被丢失。 在排队丢失方式中,信元可能在有阻塞MIN的各级缓冲器溢出时丢失;而 在反压方式中,信元只会在输入缓冲器中丢失。因此,反压方式降低了信元丢失 率,但由于在信元传送前先要传送控制信号,控制较复杂,增加了对速度的要求。 二、反压控制的实现方式 反压控制有几种不同的实现方式: 1.证实或许可 采用证实方式,在第i级(1=ik,k为级数)的SE按照其内部的非空队列向下 级发送同样数量的请求,每个请求信号传送到下级的某个SE。作为响应,在第i 级中的SE要按照其内部缓冲器的占用状况,向上级发出请求的SE回送证实信号。 如果上级发出请求的SE数不大于下级相应SE的缓冲器中空闲的位置数,则所有 发出请求的sE都可以收到证实信号,否则只能按照空闲位置数来发送证实信号。 采用许可方式时,上级不需发送请求信号,在第i级的SE主动向上一级发 送许可信号,许可信号的数量决定于该SE缓冲器中的空闲位置数,最大值等于 SE的入线数。在这种方式下,上级无发送请求的SE可能会收到下级发来的许可 信号。 2.局部反压与整体反压 考虑到某级中的SE,在一个信元传送的时隙内,既要向下级发送信元,又要 接收上级发来的信元。因此,SE的缓冲器空闲位置的计算方式就有两种,对应于 局部反压与整体反压这两种方式。 Back 所谓局部反压(LocalPressure.LBP),就是某个SE在时隙t的空闲位置 数等于在时隙t.1的末尾时的空闲位置数。也就是说,反压不考虑在时隙t中还要 向下级发送信元因而挪出的空位。 Back 整体反压(GlobalPressure.GBP).贝tJ要考虑在时隙t中向下级发送的信元 数,因此空闲位置数等于时隙t.1末尾时的控制位置数加上时隙t中向下级传送的 信元数。 显然,整体反压方式可以提高存储器的使用效率,但是控制较为复杂。证实 信号或许可信号的传送不能多级SE同时向前一级传送,而必须从最后一级开始, 第二章ATM交换技术综述 19 逐级向前发送,否则就不能确定空闲位置数。因此整体反压方式对内部速度要求 也较高。局部反压方式可以采用流水线(pipeline)操作,即多级可同时向前级发送 控制信号,控制较为简单,对速度要求不高,但存储器的利用率低。 三、直通 达sE的相应队列是空队列时,可以不在该sE中排队而直接穿越到下级sE的缓 冲器队列中。 2.2.3选路的方法 一、选路方法的分类 选路,而且是在信元传送阶段的选路。也就是说,必须具有合适的选路控制机理, 使得每个用户信元到来时,可以引导信元通过交换结构而正确地传送到所需的出 端。 按照确定路由的时间不同,可以分为面向连接的选路和无连接的选路,按照 路由信息存放位置的不同,可以分为自选路由和表格控制。 1.面向连接选路和无连接选路 ATM是面向连接的,在信元传送阶段前先要有端到端的虚连接的建立过程, 交换节点内部,则可有面向连接的选路和无连接的选路两种方式。 面向连接选路是在建立阶段预先在多级交换网络的内部选定一条通路(在指定 的出线和入线间)。建立阶段的通路选择由软件实现,其基本原理与程控交换机 相似,也可采用相应的多级链路之间的逻辑乘,并从中挑选一条空闲通路。但不 像电路交换那样,0表示链路忙,1表示链路闲,ATM是统计时分复用方式,要 由该链路上的剩余带宽是否能满足连接的带宽要求来确定是忙还是闲,因此软件 和程序设计要作相应的考虑。 面向连接的ATM网络并不排斥在交换接点的交换网络内部的采用无连接选 路。如果采用无连接选路,就不必预先在建立阶段选定一条固定通路,而在每个 信元到达时选择通路。 无连接选路的优点是具有更好的内部资源共享。这是因为,每个连接的多个 信元可以通过交换网络内部的不同链路上传送,实现更广泛的共享,从而取得更 好的统计复用效果。无连接选路的缺点是会造成属于同一虚连接的信元的失序, 必须采取相应的措施来恢复信元的原有的顺序。面向连接选路的优缺点则相反。 不少交换结构采用面向连接选路,但也有一些交换结构采用无连接选路,在下一 章有示例。 20 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps 2.自选路由和表格控制 (routingta曲,M附中各级sE就按照路由标签中相应的路由信息来选择出线,直到 最后一级SE自选路由后就可到达所需的网络出端。对于面向连接的自选路由, 其选路标签在连接建立阶段生成而不变。对于无连接的自选路由,则是在每个信 元到来时l临时选路而生成,属于同一个虚连接的各个信元可以具有不同的路由标 签,由不同的通路传送。有些多级多通路交换网络包含分配级,前面的分配级可 以任意选择出线,后面的几级(指定选路级)才需要按目的地址选择出线,因此无 连接的路由标签可以不包含分配级的路由信息。 表格控制选路(table.controlledrouting)是按照各个交换单元(s勘内部的路由表 中的信息来完成选路。对于面向连接的表格控制选路,路由表中的信息是在虚连 接建立时写入的,只涉及所选定的通路上有关的sE中的路由表。对于无连接的 表格控制选路,由于属于同一虚连接的信元会选用MIN中不同的通路,这就需 要在所有SE的路由表中都存放有关的路由信息。 自选路由需要在每个信元上贴上标签,增加了开销,使得交换网络内部的传 送速度要增加,但不像表格控制选路那样,由于每个sE都有路由表,要有较多 的存储器开销。表格控制选路不需要贴标签,不会增加信元_丌.销,利用路由表还 便于实现组播,缺点是每个SE要含有路由表,结构较复杂。 2.2.4组播的实现㈦ 一、组播实现方式的分类 功能。组播是指某个入端的的输入信元可以传送到n个指定的出端,lnNN为 的单播,用于点到点通信。组播是ATM交换结构设计与实现中必须要考虑的一 项重要而复杂的控制技术。 组插实现方式 拷贝和选路合一 拷贝年¨选路分离 循环拷贝 厂———L——_T广—————+——]厂- 干绒选蹄 多级琏蹄 Im霄托呱 后胃拷贝 肝蹦拷砒 善绒 木绒 拷”拷Ⅲ ^I—J]厂—J] ¨n 十n Rm n4l 图2.10组播实现方式的分类 第二章ATM交换技术综述 21 交换结构要实现组播,必须具有信元的拷.gl(copy)功能,将一个信元复制成 多个信元,除了信元标头不同以外,在载荷中的用户数据应该相同。因此,组播 实现方式的分类主要反映在拷贝实现方式的不同。如图2.10所示,组播实现方 式可分为3大类:拷贝和选路合一,拷贝和选路分离,循环拷贝。 这里还要提及物理组播和逻辑组播的含义。如前所述,输入信元复制成多个 后从多个输出端口送出.就是物理组播(spatialmulticast)。如果复制的多个信元 是从同一个输出端口送出,但具有不同的VPI/VCl值,就是逻辑组播。 二、拷贝和选路合一 组播功能与交换结构的选路功能有机地结合在一起,也就是由原有的选路 (routing)功能提供组播所需的拷贝功能,而不专门设置拷贝网络,称为拷贝和选 路合一。这种实现方式显然与原有交换结构的具体类型有关。因此,按原有交换 结构的类型又可分为几个子类。 1.单级选路 时分ATM交换结构和空分的crossbar都属于单级选路方式。 (1)时分单级选路 共享存储器是另一种时分交换结构,只要稍加控制也可以实现组播。具体有 两种方法: a.多重拷贝 共享存储器通常要划分为若干输出队列,每个队列对应一个输出端口。需要 组播的信元可以存入多个指定的输出队列,由各个相应的输出端口读出即可。多 重拷贝会增加存储器的空间开销。 b.多重读出 每个组播信元在存储器中只占有1个位置,但在控制下可以读出多次,以发 送到所需的多个端口。多重读出结束后,才能清除该信元。多重读出会增加时间 开销。 (2)空分单级选路 空分crossbar交换结构的每条入线也具有到达每条出线的直接通路,虽然它 不是采用共享媒体那样的时间分隔方式,而是空间分隔方式,但同样蕴涵了广播 功能,可以借此实现组播。 2.2.5队列的管理 共享缓冲和输出缓冲具有较好的性能,获得了较多的应用。队列管理(Queue Manager)对这些缓冲方式的服务质量将起重要的作用。队列管理从广义来说,包 含缓冲管理,信元调度和共享缓冲控制。 22 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps ~、缓冲管理 缓冲管理(Buffer Manager)用来实现共享缓冲的分配策略和信元丢弃策略, 与吞吐率、时延和信元丢失率均有密切的关系。 1.完全共享与完全隔绝 完全共享(CompleteSharing-cs)是所有输出端口共享全部的缓冲区隧样, 只要共享缓冲区有空闲,到达的信元总是可以存入,而与信元的目的端口无关, 只有缓冲区全部占满,信元才由于溢出而丢失。完全共享的缓冲区效率最高,但 存在不公平的缺点。即当业务流量不均匀时,少数端口可能占用了大部分共享缓 冲区,会影响到某些虚连接的服务质量,当负荷增加时也会降低平均吞吐率。此 外,完全共享方式也需要复杂的硬件控制,以在共享缓冲区建立和维持N个输出 的逻辑队列。较小的交换节点可以采用这种方式。 完全共享分配策略主要特征是:在共享缓冲区的范围内,并不限制各个输出 队列的长度。除此之外的其它各种分配策略都要考虑队列长度的控制。与完全共 享对立的另一个极端是完全分离。 Partitioning—cP)是将整个缓冲区按照输出端口数划分为相 完全分隔(Complete 应的子区,每个子区的容量一般相等,每个输出端口只能使用属于自己的子区。 显然,这实际上已经没有一点共享。完全分隔可以达到公平性,队列的硬件控制 简单,但是缓冲区效率低。 2.静态的队列长度限制策略 由于完全共享与完全分隔均不能保证最佳的性能,于是出现了队列长度限制 的一些不同的策略,主要有部分共享,最小分配的共享以及最大队列长度的共享。 (1)部分共享(PartialSharing-PS) 部分共享是将输出端口分为几个组,每个组共享一部分缓冲区。例如,N个 输出端口分为d组,当共享缓冲区总容量为B时,则每个组的N/d个输出端口共 享B/d的缓冲区。 withMinimum (2)最小分配的共享(Sharing Alloaction—SMA) 最小分配的共享是将共享缓冲区的一部分平均分配给输出端口,其余部分则 由所有输出端口共享。 withMaximium Queue (3)最大队列长度的共享(Sharing length-SMQ) 最大队列长度的共享是指各个输出端口可以共享缓冲区,但每个输出队列的 长度有一定的限制。 3.公平共享 所谓公平共享,是指当共享缓冲区满,进入的信元是指向此时排队并1i多的 输出队列时,可以将排队很长的输出队列的一个信元挤出而存入新到来的信元。 因此,公平的共享已涉及信元丢弃的策略。 第二章ATM交换技术综述 23 将公平共享与完全共享比较,共同点是整个缓冲区实现共享,不同点是当缓 冲区占满时,对待新到来的信元的策略。完全共享是不管各个输出队列的占有缓 冲区的情况,而是一律将到来的信元丢弃;公平共享则要区别对待,如果到来的 信元指向已占有缓冲区较多的输出队列,就予以丢弃,如果到来的信元指向较短 的输出队列,则可以接纳,而将长队列中的信元丢弃。 可以看出,当缓冲区未占满时,公平共享与完全共享的性能相似,但当业务 流量较高时,公平共享可达到较好的性能和公平性,唯一的缺点是硬件控制的复 杂性。 分析表明,在均匀分配的突发业务流下,CS和FS是较好的策略。在非均匀 分配的突发流下,CP由于完全分隔,信元丢失性能差,CS方式的信元丢失性能 较好,但业务流量低的端口的信元丢失率会受到业务流量高的端El的影响,其余 的方式则呈现较好的公平性。 4.动态的队列长度限制策略 (1)限制共享程度的两种思路 从缓冲器的效率看,希望尽可能地共享;从公平性而言,则希望对共享程度 有一定的限制。前面所说的静态队列长度限制策略和公平共享策略反映了限制共 享程度的两种不同的思路。 静态的队列长度限制是通过规定的最小队列长度和或最大队列长度来限制共 享程度,也可称为静态门限(Static 能,实现又不复杂,但缺少自适应性。例如说,当只有很少的端口活跃时,整个 缓冲区的占用率并不高,却要限制其队列长度,这就使得效率不高,也影响服务 性能。 公平共享是另一种思路,它并不限制队列的长度,缓冲区可以充分共享,但 却采用了压h}{(pushout)策略,即新来的信元可以在缓冲区满时挤压出原有的信元。 例如,可以将最长队列的一个信元压出,因此公平共享也可以简单地称为压出。 压出方案具有不少优点: ·公平性一减少长队列的长度来增加短队列的长度。 ·效率高…不会在缓冲区有空时不能增加队列长度。 ·自适应性…当很多队列较长时可以减少长度,当只有很少队列活跃时,允许 增加长度。 但压出方法的缺点是控制复杂,在高速交换机中难以实现。这是因为,pushout 的策略的每一次操作涉及读出一个被挤出的信元和写入一个新的信元,并要不断 的跟踪变化着的最长队列以确定哪个队列最长,特别是当有多个信元输入时,则 几乎是要同时多重压出几个信元,而且上述操作具有不确定性,难以进行并行的 或是流水线 ATM交换网络的设计与实现 Gbps (2)动态门限策略 a.动态门限的基本概念 动态门5li(Dynamic 自适应性的一种缓冲器管理方案。 动态门限的基本概念是在任何时刻,输出队列的长度门限决定于当时空闲缓 冲器的数量:每当输出队列的长度已等于或超过当时的门限值,欲进入该输出队 列的信元将被丢弃。于是,当只有很少输出端口活跃时,缓冲器空闲还较多,可 以允许这些输出队列的长度门限值较高,也就是可以扩大共享程度;当很多输出 端口活跃时,则动态门限策略通过队列长度的限制来达到公平性。 b.控制门限的确定 队列的总长度,B为缓冲器总容量,则T(t)可以表示为未用缓冲器数量的函数f. T(t)2f(B—Q(t))=“B一∑Qi(t)) 如有Qi(t)≥T(t),则在时刻t到来的指向队列i的所有信元将被阻塞,一直到 其对列长度低于控制门限为止。 c.动态门限的性能 动态门限与Pushout比较,两者均具有自适应性,但pushout可以立即压出信 元,反应较快,而DT方法是通过门限来逐步地调整。此外,pushout允许在任何 时刻使用所有的缓冲区,动态门限策略总是会有一小部分缓冲处于未用状态。因 此,Pushout还是优于DT,但DT方式易于高速实现。 动态门限(DT)方式优于静态门限(sT)。 二、共享缓冲控制 共享缓冲控制就是缓冲器管理的实现,包括队列的读写控制和空闲缓冲器的 管理等功能,介绍几种实现方法,主要是针对完全共享方式。 1.基于链表的共享缓冲控制 含义如下: HD IABF CNV信元标头变换 空闲地址缓冲器 CELLBF ADRCHAIN PART信元缓冲部分 POINTER地址链指针 MUX复接器DMX分接器 RT OUTDEC DEC选路译码器 输出译码器 WA 写地址寄存器 RA 读地址寄存器 从输入端进入的信元先进行串一并变换,其信元标头通过HDCNV后可得到 所欲去的输出端口地址和新的信元标头。从所有输入端口进入的信元经过复接后 第一二章ATM交换技术综述 25 IABF 图2.11基于链表的共享缓冲控制 BF 逐一写入共享缓冲区内(CELLPART)。在共享缓冲区内,每个输出端[2-1有一个 逻辑队列,链表中依次存有将从该输出端口发送的信元。因此,进入共享缓冲区 的信元必须按照其输出地址编入相应的输出链表。写入地址由WA控制的,WA 指向空闲的缓冲单元,WA的数量对应于输出端口数,因而输入的信元要编入哪 个输出队列,就要由哪个WA来控制写入地址,这是由选路译码器(RTDEC)按照 输出地址来确定的。 与信元输入相似,在每个交换周期(相当于时隙)内,各个输出队列要送出1 个信元,其位置由RA来识别,RA指向各个输出队列排头的信元。通过输出译 码器的轮流输出可以使各个RA依次工作。输出的信元由DMX分接并经过并串 变化后送出。 BF PART,对 图2.12说明在共享缓冲区的2个链表,可见信元存放在CELL CHIAN 应的链接地址存放在ADR POINTER,形成地址指针,即从一个信元可 以指向下一个信元。RA0和RAl分别指向输出链表0和链表1的队首信元的地 址,WA0和WAl则分别指向输出链表0和输出链表l的队尾,指明将存放的下 一个空闲地址,存放信元的区域用Empty表示。 IABF用来存放空闲缓冲单元的地址,这些空闲地址也形成一个FIFO链表。 每当WA写入地址更新时就是从IABF的队首得到一个空闲地址,而每当按照RA 读出一个信元后,RA的地址变为空闲,也要存入IABF中。 通过以上的控制过程,整个缓冲区实现了完全的共享,每个地址都有可能被 各个输出队列使用,而非固定属于哪个输出队列。这种链表控制机理便于扩展到 多种优先级的业务类别,即每个输出端口可具有多重队列,每个队列对应于某一 26 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps Chain Pointer CellBU脏r I L RAo I / Header+Data 之 ? Hcadet+Data / RAl 产 Heade—Data 【/ I l {\ l ;L WA0 Empty , l r 41 / Header+Data 、~忾I r Empty List) 图2.12链表示例(Link 优先级;为此,只要对每种队列设置一对WA和RA,并按优先级高低来调度信 元。为了实现组播功能。也可设置专门的组搔信元的队列,而并不区分输出端口, 组播队列也有专门的WA和RA,并通过组播选路表来实现组播功能。 2.基于专门地址队列的共享缓冲控制 对应于每个输出端口有一个专用的FIFO地址队列,用来依次存放要从该输 出端口发送的信元在共享缓冲区(SBM)的地址,而不是在共享缓冲区中形成地 址勾连。输入信元的写入地址由IAF提供,按照该地址写入共享缓冲区,并将该 地址存入相应的FIFO地址队列的末尾,作为以后的读出地址。每读出一个信元 后,其地址将在FIFO队列中清除并归还到IAF。 三、信元调度 队列管t望(QueueManangement)的主要功能是信元调度,即基于时延和信元丢 失优先级来安排信元的发送,它与信元丢弃的策略有关。信元调度(CellScheduling) 是一个复杂的问题,我们只介绍简单的信元调度方法。 (I)FIFO规则 最简单的信元调度方法是将输出链路上的排队的信元按先进先RI(FIFO)的排 第二章ATM交换技术综述 27 队规则按次序发送。在正常的业务流的条件下,FIFO规则可以提供可接受的信元 丢失/时延的性能要求。但是在拥塞情况下,必须有更合理的信元调度算法使得高 优先级的信元比低优先级的信元先发送,当缓冲器满的时候也先丢弃低优先级的 信元,对于同优先级的信元也要公平对待,防止互相影响。 (2)轮循规则 多个FIFO队列,以实现一定的公平性,但依次循环,机会均等并非真『F的公平, 因为各个连接在建立时所要求的带宽并不相同,而轮循规则只是使各个连接具有 大致相等带宽共享。 (3)J:11权轮循规则 在加权轮循过程中,各个连接的FIFO队列被访问的次数是不相等的,而是 按照对应于各个连接所要求的不同的带宽的权值来调度,权值高的调度次数多, 权值低的调度次数少。 其它较为复杂的信元调度方法还有如基于虚时钟的信元调度,基于EDD的 信元调度和基于自校准的Pushout策略等等。 第三章交换网络的设计与实现 29 第三章交换网络的设计与实现【6 本文的实际工作结合国家863重大课题“实用化综合接入系统”的技术要求 因此有必要将该系统的总体情况介绍如下。 3.1BIAS系统结构 统主要分为两部分,即业务接入节点(I汀)和业务分配节点(COT)。RT主要完成本 地各种用户业务的接入功能和多业务的复接分接功能,不包括业务间的交换以及 信令的处理功能。COT主要完成不同接入网业务的复接分接及分配功能,同时它 负责连接管理和网络的资源管理。 图3.2 BIAS拓扑结构(星型配置) 30 5 GbpsATM交换网络的设计与实现 典型的BIAS拓扑结构有两种:环型网和星型网。根据项目要求,设计的BIAS 具有支持8个环的能力,每个环最多可挂接8个RT;传输环采用STM.4,传输 速率为622.08Mbps,并提供双环冗余备份功能;为提高接入网传输资源利用率, 环上的各种业务采用分组传送方式,整个环路的传输带宽采用动态分配方式,由 坏路上的多个RT共享。 3.2系统关键设备(COT) 3.2.1COT的基本功能与硬件组成 根据BIAS的组网结构和系统网络侧的功能要求,设计实现的COT应能提供 8个622M SDH接口,具有5Gbps的交换能力,能够提供恒定比特率业务(CBR) 的适配(如E1电路仿真业务)和数据业务的适配(如以太网数据业务)功能。它应具 有如下接口: ·基于SDH的622M ATM接D(STM.4) ·基于SDH的155M ATM接口fSTM.1) ·E1电路仿真接口 第三章交换网络的设计与实现 3l ·千兆以太网接口 网,千兆以太网接口用于连接Internet。 图3.4COT子板关系图 口板。因每个环路采用双环冗余备份工作方式,所以每个线路接口板采用两个互 为备份STM.4接口。 32 5 ATM交换网络的设计与实现 Gbps 当COT挂接8个环时,要求COT具有5Gbps的交换容量。根据项目技术要 求,系统关键电路应具备冗余和容错措施,所以COT采用两个互为备份的5Gbps 交换网络。 COT采用外定时工作方式,从BITS获得定时时钟,时钟频率为2048K,精 度为二级。网同步电路采用冗余电路设计。 同步(NS)组成,如图3.3和图3.4所示。下面介绍交换网板的功能与实现原理。 3.2.2交换网板(SFB) 该板的控制器采用MPC8260,它负责交换网络的初始化和异常情况处理,同 时它还是COT的主控板,负责子板间的通信、COT设备的配置管理(PVC连接 管理和网络资源管理等)、性能管理和故障管理。操作管理终端通过10/100M以 不。 储启动程序和自举程序。作为通用通信芯片,MPC8260提供了两个串口和一个以 太网口,用来连接管理终端,可以用来监控交换网络。FPGA完成MPC8260外围 PI.B P2-A 图3.5 SF

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